0 引 言
平面二次包絡環面蝸桿傳動自70 年代中期由我國首創以來, 經過廣大科技工作者的不斷努力, 其類型已由平面一次( 二次) 包絡環面蝸桿傳動發展為柱面包絡環面蝸桿傳動、滾錐包絡環面蝸桿傳動、球面包絡環面蝸桿傳動等多種形式. 環面蝸桿傳動由于在承載能力、傳動效率等方面具有較大的優越性, 因而得到越來越廣泛的應用[ 1, 2, 3] . 但由于設計計算和加工較復雜, 設備專用, 價格昂貴, 一直難于更廣泛地推廣.為便于一般機械加工單位生產環面蝸桿傳動, 本文給出以平面二次包絡環面蝸桿傳動為例, 在滾齒機上加工環面蝸桿副的實踐. 經反復驗證, 用滾齒機加工出的環面蝸桿傳動運行可靠, 效率高, 為這種蝸桿傳動的推廣應用創造了條件.
1 加工平面二次包絡環面蝸桿副的誤差因素分析
1. 1 計算公式有待改進
動力蝸桿蝸輪傳動副的精度主要由接觸精度和齒側間隙保證, 而齒側間隙則由蝸桿的齒厚和中心距α決定. 以往加工計算中是以文獻中所給出的蝸桿計算圓法向弦齒厚公式( 1) 為計算依據:
但是, 對于平面二次包絡環面蝸桿來講, s2 值從蝸桿的中間到兩端逐漸減少, 值在不同截面又不相同. 所以, 利用上面的公式( 1) 來計算弦齒厚以保證齒側間隙, 顯然誤差太大.
1. 2 蝸輪滾刀是關鍵問題
在平面二次包絡環面蝸桿的加工過程中, 蝸輪滾刀和蝸桿應具有同一性. 即滾刀和蝸桿的齒形和導程應具有同一性, 也就是說蝸輪終加工滾刀的切削刃應該相當于相配蝸桿的螺紋表面. 蝸輪滾刀對蝸輪的位置和蝸桿對于蝸輪的位置應具有同一性, 也就是要求以下三點: ( 1) 中心距保持不變; ( 2) 滾刀和蝸桿對蝸輪中心的偏移一致; ( 3) 滾刀軸線、蝸桿軸線對蝸輪軸線的夾角一致.
在加工平面二次包絡環面蝸桿傳動中, 難以達到上述的兩個同一性, 主要因素如下:
1) 工藝因素
工件安裝中心與工件回轉中心不重合, 產生偏心誤差. 加工蝸輪時采用徑向進給會帶來齒形缺陷. 另外, 加工過程的現場控制也是影響傳動精度的一個重要因素.
2) 機床因素
機床分度蝸輪本身的齒距誤差( 相鄰、累積誤差) 都會造成蝸桿滾刀的加工誤差. 機床傳動鏈誤差、分齒誤差都會影響平面二次包絡環面蝸桿副的精確加工和制造.
3) 刀具精度
蝸輪滾刀的理論制造誤差、齒形缺陷、前刃刃磨時的干涉都是影響蝸桿副加工的因素.為了提高平面二次包絡環面蝸桿副的加工精度, 避免上述問題, 采取以下幾種措施.提高平面二次包絡環面蝸桿副的加工精度采取的措施.
2. 1 精確計算法向弦齒厚來代替近似計算結果
在實際加工過程中, 充分利用計算機運算速度快、計算準確的特點, 建立與實際加工過程相一致的空間坐標系, 利用推出的蝸桿齒廓甲、乙兩面的方程式( 2 和3) 做計算.
蝸桿齒廓甲面方程:
蝸桿齒廓乙面方程:
根據圖1 所示來計算出精確的弦齒厚. 再利用公式( 4) 計算不同1 的螺旋升角之值, 然后再利用sn= s2 ·cosγ精確計算法向弦齒厚.
弦齒厚的計算過程如下:
子程序( 1) 用來求甲面與軸向截面交點, ( x A , z a ) 為計算結果.
子程序( 2) 用來求乙面與軸向截面交點, ( x a, z b) 為計算結果.
子程序( 3) 用來求甲面圓弧上某點的螺旋角, 螺旋角為計算結果.
子程序( 4) 是一維搜索子程序, 只要輸入已知函數, 便可求得極值結果.
利用上述過程計算出精確結果后, 用該結果在實際加工中進行測量, 使齒側間隙滿足理論上的需要, 從而達到理論、實際的一致.
2. 2 嚴格控制中心距
在加工滾刀、蝸輪、磨制蝸桿、車制蝸桿弧面及車制蝸桿螺旋槽等一系列加工過程中, 對蝸輪蝸桿傳動的中心距加以嚴格控制, 使實際中心距0 和理論中心距的誤差不大于0. 02mm, 原理如圖3.
2. 3 嚴格控制蝸輪滾刀、蝸桿的對稱中心線對蝸輪中心線的偏移
為提高滾刀的精度, 保證其和蝸桿的齒形導程具有同一性, 在嚴格控制中心距的條件下, 用相同的方法來磨制滾刀和蝸桿. 為保證滾刀蝸桿對蝸輪中心的偏移一致, 采用百分表來控制其偏移. 如圖4 所示. 具體方法為, 先用百分表測量蝸桿或滾刀和左端面基準對蝸輪中心的偏移, 然后將刀架旋轉180°后, 再用百分表測量蝸桿或滾刀的右端面基準對蝸輪中心的偏移. 由于蝸桿或滾刀應相對蝸輪中心線為對稱, 所以測量出的偏移量也應相等. 否則就要重新調整蝸桿或滾刀的位置, 然后再重新測量左、右基準的偏移量, 直到相等時為止.
在完成上述工作的同時, 合理選擇傳動齒數, 解決機床分度誤差, 選擇機床誤差變化平穩的區域工作,也獲得了良好的效果.
3 平面二次包絡環面蝸桿傳動減速箱的效率試驗.
利用理論分析計算和實際加工的一些經驗, 生產了平面二次包絡環面蝸桿傳動減速箱, 主要參數為:
中心距α= 90mm; 傳動比i = 17; 蝸桿頭數Z2 = 2; 蝸桿喉部計算圓直徑d2 = 44mm; 母平面傾角β = 10. 5°;基圓直徑d = 60mm.
為便于比較, 在試驗臺上同樣測了同參數的阿基米德蝸桿傳動減速箱的效率, 試驗數據見表1 和表2. 由表可知平面二次包絡環面蝸桿傳動減速箱的平均效率可達到83. 3% , 大大高于同參數阿基米德蝸桿傳動減速箱的平均效率65. 76% . 這就證明利用普通y - 3180 滾齒機同樣也可生產出高效率的平面二次包絡環面蝸桿副.
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