碩士論文平面二次包絡(luò)蝸桿的四軸四聯(lián)動(dòng)磨削和車(chē)削方法研究

1、西華大學(xué)碩士學(xué)位論文平面二次包絡(luò)蝸桿的四軸四聯(lián)動(dòng)磨削和車(chē)削方法研究姓名：代曉會(huì)申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專(zhuān)業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論指導(dǎo)教師：陳守強(qiáng)20090501F o u rA x i s I n t e r p l a t i o nG r i n d i n ga n dT u r n i n gM e t h o do fP l a n a rD o u b l e - E n v e l o p i n gW o r mS t u d yM a j o r ：M e c h a n i c a ld e s i g nP o s t g r a d u a t e ：D a iX i a o h

2、u iS u p e r v i s o r ：C h e nS h o u q i a n gT h ep l a n a rd o u b l e e n v e l o p i n gw o r mi si n d e p e n d e n t l yd e v e l o p e db yo u rc o u n t r ys c h o l a r s S i n c ei th a st h ea d v a n t a g e so fd o u b l el i n ec o n t a c t ，l a r g e rc o m p o s i t ec l l r er

3、a d i u s ，c o m p a r e dw i t ht h en o r m a lw o r m , i th a si m p o r t a n ta p p l i c a t i o n si ni n d u s t r y T h e r e f o r ei no r d e rt oi m p r o v et h ep l a n a rd o u b l e - e n v e l o p i n gw o r mm a c h i n i n ga c c u r a c ya n de f f i c i e n c ya n dl o w e rt h

4、 ep r o d u c t i o nc o s t s ，w i t c hb e c o m eav e r yi m p o r t a n tt a s kf o rm a c h i n i n ge q u i p m e n ta n dm e t h o d sd e v e l o p e ds t u d y B a s e do nt h ep l a n a rd o u b l e - e n v e l o p i n gw o r mm e s h i n ga n a l y s i s ，a n db a s e do nf o u ra x i s -

5、i n t e r p l a t i o np l a n a rd o u b l e e n v e l o p i n gw o r mm a c h i n i n gp r i n c i p l e ，a n a l y z e da n dd i s c u s s e dt h es t r u c t u r ea n dm a c h i n i n gm e t h o do ft h eN Cg r i n d i n gm a c h i n e s M a d eaw h o ld e s i g np r o g r a mo fp l a n a rd o u

6、 b l e e n v e l o p i n gw o r mN Cm a c h i n e T h em a c h i n eC a na c h i e v et h r e e a x i si n t e r p l a t i o nt u m i n ga n df o u r - a x i si n t e r p l a t i o ng r i n d i n go fp l a n a rd o u b l e e n v e l o p i n gW O r m A tt h es a m et i m e ，t h ek e yu s e df o rg r

7、i n d i n gp a n s - m a c h i n et o o ls p i n d l e ，r o t a r yg r i n d i n gh e a dg r i n d i n gh e a da n dd r i v et h er o t a r yt a b l ef o rad e t a i l e ds t r u c t u r a la n a l y s i sa n dd e s i g n A n di na c c o r d a n c ew i t ht h ep r o c e s s i n go fp l a n a rd o u

8、b l e e n v e l o p i n gw o r mm a i nf u n c t i o no ft h er e q u i r e m e n t so ft h eo r i g i n a ls p i n d l eN Cl a t h ef o rt h et r a n s f o r m a t i o np r o c e s st om e e tt h ew o r ma tt h ee x a c tl o c a t i o na n dd e g r e e r e q u i r e m e n t s I nt h et r a n s f o

9、r m a t i o no ft h ed e v i c ea f t e raw o r mg r i n d i n gp i l o ts t u d yv a l i d a t e dt h eu s eo fg r i n d i n gt h e o r ya n dm e t h o d I no r d e rt ov e r i f yt h ea c a d e m i ca n a l y s i s ，w em a d eas u f f i c i e ta nd e e pe x p e r i m e n t I I F o rt h o s e ，b a

10、s e do nC D K 615 0N Cl a t h et om a k eag r i n d i n gm a c h i n e ，w h i c hn o to n l yg r i n d i n gb u ta l s ot u r n i n g A c c o r d i n gt ot h ea c t u a ln e e d so ft h ep r o d u c t i o n ,a n a l y s i so ft h eg r i n d i n ga n dt u m i n gf o rp l a n a rd o u b l e e n v e l

11、o p i n gw o r mm a c h i n i n gt h e o r y , m e t h o d sb a s e d0 nt u r n i n gt h ep r o g r a m m i n ga n dc o m p u t e rs i m u l a t i o na n a l y s i s ，a n du s e di nc e m e n tg r i n d i n gw o r n lt u r n i n gi n t oak n i f eu s e di nT a i w a na n dt u m i n gas e r i e so ft

12、 e s t st ov e r i f yt h ec o r r e c t n e s so ft h et h e o r ya n dm e t h o do fh i g hp r a c t i c a lv a l u e K e y w o r d s ：p l a n a rd o u b l e e n v e l o p ew o r m , N Cg r i n d i n gm a c h i n e ，N Cl a t h e ，N Cg r i n d i n gm e t h o d ，N Ct u m i n gm e t h o d I I I -西華大學(xué)

13、碩士學(xué)位論文聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在繼承了往屆研究生的研究成果基礎(chǔ)上，在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得西華大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示謝意。本學(xué)位論文的成果是本人在西華大學(xué)讀書(shū)期間在導(dǎo)師陳守強(qiáng)副教授的指導(dǎo)下取得的，論文成果歸西華大學(xué)所有，特此聲明。作者簽名：代日?qǐng)蚪?。T i n6 月9 日導(dǎo)師簽名：碟身嗽年石月日西華大學(xué)碩士學(xué)位論文西華大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者

14、完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱，西華大學(xué)可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)印手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于1 、保密口，在年解密后適用本授權(quán)書(shū)；2 、不保密剛適用本授權(quán)書(shū)。( 請(qǐng)?jiān)谝陨峡趦?nèi)劃4 )學(xué)位論文作者簽名：代晚金日期：2 佃7 6 8指導(dǎo)教師簽名：豫暑及日期：叫歹7西華大學(xué)碩士學(xué)位論文1 緒論蝸輪蝸桿傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)的一種主要形式，是用來(lái)傳遞空間交錯(cuò)軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，屬于齒輪傳動(dòng)的范疇。具有傳動(dòng)平穩(wěn)，振動(dòng)、沖擊、噪聲均很小，傳動(dòng)速比大

15、、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小等優(yōu)點(diǎn)。在傳遞空間交錯(cuò)軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力時(shí)，它具有對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)上游誤差縮斂作用，因而除被廣泛應(yīng)用于作動(dòng)力傳動(dòng)外，一直是機(jī)床及精密儀器精密圓分度機(jī)構(gòu)的首選部件，所以國(guó)內(nèi)外許多機(jī)械制造廠和使用單位都非常重視對(duì)蝸輪蝸桿的研究應(yīng)用和發(fā)展。蝸輪蝸桿傳動(dòng)副種類(lèi)較多，蝸桿傳動(dòng)主要有圓柱蝸桿、圓環(huán)面蝸桿和圓錐蝸桿傳動(dòng)三大類(lèi)，而以前兩大類(lèi)應(yīng)用最廣泛。其中以漸開(kāi)線(xiàn)圓柱蝸桿( 英、美等國(guó)) 、尼曼蝸桿( 法、日、中、俄等國(guó)) 、直廓環(huán)面蝸桿( 美、俄等國(guó)) 、平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿( 中國(guó)) 、錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿( 日、中) 傳動(dòng)最具代表性。由于蝸桿傳動(dòng)屬交錯(cuò)軸傳動(dòng)，蝸輪與蝸桿工作齒面間存在較大的相對(duì)滑動(dòng)速

16、度，蝸桿傳動(dòng)的主要失效形式是嚴(yán)重磨損和齒面膠合，如何降低齒面間的摩擦、改善齒面間的潤(rùn)滑性能、提高其承載能力、傳動(dòng)效率和精度壽命等問(wèn)題，一直為國(guó)內(nèi)外有關(guān)科技界所關(guān)注和研究。形形色色的蝸桿傳動(dòng)層出不窮。長(zhǎng)期的研究和生產(chǎn)實(shí)踐證明：( 1 ) 在蝸輪材質(zhì)等同的條件下，優(yōu)質(zhì)的蝸桿傳動(dòng)除了應(yīng)具有良好的嚙合特性外，其蝸桿齒面都必須具有高的光潔度、硬度和精度。因此傳動(dòng)性能和工藝性?xún)?yōu)良的蝸桿，其齒面應(yīng)該能夠硬化處理并可以進(jìn)行合理磨削；( 2 ) 圓環(huán)面蝸桿傳動(dòng)與圓柱蝸桿傳動(dòng)比較，其重合度約為后者的3 4 倍，并且普遍具有好的嚙合特性，具有更高的承載能力。在本課題中我們主要研究平面二次包絡(luò)蝸桿的關(guān)鍵加工設(shè)備和加工

17、方法，下面對(duì)環(huán)面蝸桿副的形成、分類(lèi)、特點(diǎn)和應(yīng)用做一簡(jiǎn)要說(shuō)明。1 1 環(huán)面蝸桿副的形成、分類(lèi)和特點(diǎn)1 環(huán)面蝸桿的形成環(huán)面蝸桿包圍蝸輪或圓柱齒輪形成環(huán)面蝸桿副。蝸桿的分度曲面為圓環(huán)內(nèi)表面的一部分。蝸桿和蝸輪互相包圍時(shí)，又稱(chēng)雙包圍蝸桿副。環(huán)面螺旋面由便于制作的直線(xiàn)刀刃車(chē)刀、平面砂輪、角度銑刀和錐面砂輪加工。刀具裝在回轉(zhuǎn)刀座( 簡(jiǎn)稱(chēng)刀座) 上，刀座回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與蝸桿軸線(xiàn)交錯(cuò)，q和0 為其公垂線(xiàn)分別在刀座軸線(xiàn)和蝸桿軸線(xiàn)上的垂足。蝸桿不修形時(shí)，刀座軸西華大學(xué)碩上學(xué)位論文心口與蝸桿軸線(xiàn)的距離等于被加工蝸桿副的中心距離口；刀座的速比1 d 等于蝸桿副的傳動(dòng)比，。在刀座軸心仍與蝸桿軸線(xiàn)所在的蝸輪中間平面上，由半徑為

18、r h 的蝸輪主基圓( 或稱(chēng)蝸桿成形圓) 和蝸桿齒廓確定刀具位置：車(chē)刀的直線(xiàn)刀刃或銑刀和砂輪的直母線(xiàn)應(yīng)與蝸輪主基圓相切，并與蝸桿齒廓重合或相切。蝸桿回轉(zhuǎn)時(shí)，刀座按速比一傳動(dòng)，直線(xiàn)刀刃在蝸桿上的軌跡曲面、平面或錐面得包絡(luò)面為環(huán)面蝸桿的螺旋面。圖卜l 為直線(xiàn)刀刃形成的環(huán)面蝸桿螺旋面。F i g l 一1T h eb l a d eh e l i c o i dw o r mf o r m e db yas t r a i g h tl i n e圖1 - 1 由直線(xiàn)刀刃形成環(huán)面蝸桿螺旋面2 環(huán)面蝸桿的分類(lèi)( 1 ) 直廓環(huán)面蝸桿圖1 - 2 所示為由直線(xiàn)刀刃車(chē)刀加工成的環(huán)面蝸桿，其軸向截面齒廓為直

19、線(xiàn)，稱(chēng)之為直廓環(huán)面蝸桿。曾被稱(chēng)為球面蝸桿或圓弧面蝸桿，國(guó)外又稱(chēng)為H i n d l e y 蝸桿。蝸桿螺旋面為刀刃直線(xiàn)的軌跡曲面，是不可展直紋面?？梢杂脻u開(kāi)線(xiàn)代替直線(xiàn)，用漸開(kāi)線(xiàn)插齒刀加工環(huán)面蝸桿螺旋面；加工出的環(huán)面蝸桿則與直齒或斜齒漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪相配。雖然這種蝸桿副制作簡(jiǎn)便，但由于漸開(kāi)線(xiàn)插齒刀外徑受限制，只能用于小中心距的傳動(dòng)，未能推廣使用。西華大學(xué)碩士學(xué)位論文F i g1 - 2H i n d l e yw o r l l l圖1 - 2 直廓環(huán)面蝸桿( 2 ) 平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿如圖1 - 3 所示為平面砂輪精磨環(huán)面蝸桿一側(cè)螺旋面。在蝸輪中間平面上，砂輪平面與蝸輪主基圓和蝸桿齒廓相切；砂輪平

20、面與刀座軸線(xiàn)的夾角為產(chǎn)形面傾角，可以根據(jù)需要在一定范圍內(nèi)取值。由砂輪平面展成蝸桿齒槽一側(cè)螺旋面為可展直紋面。( 3 ) 錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿圖1 - 4 所示為用單錐面產(chǎn)形面，用錐面砂輪精磨蝸桿一側(cè)螺旋面。在蝸輪中間平面上，砂輪錐面直母線(xiàn)與蝸輪主基圓和蝸桿齒廓相切；將砂輪平面繞該直母線(xiàn)轉(zhuǎn)過(guò)產(chǎn)形面傾角( 圖中未標(biāo)出) 確定其位置。角可根據(jù)需要在一定范圍內(nèi)取值。砂輪錐面展成蝸桿齒槽一側(cè)的螺旋面。F i g1 - 3P l a n e - e n v e l o p ea n n u l a rW O I T l l圖1 - 3 平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿西華大學(xué)碩士學(xué)位論文F i g1 - 4C o n i c

21、 - e n v e l o p ea n n u l a rw o r m圖1 - 4 錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿( 4 ) 雙錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿圖1 - 5 所示為對(duì)稱(chēng)于砂輪中間平面的兩錐面精磨螺桿齒槽兩側(cè)螺旋面。砂輪中間平面與其軸線(xiàn)交點(diǎn)0 。在蝸輪中間平面上，砂輪軸線(xiàn)與蝸輪中間平面重合時(shí)，砂輪兩錐面母線(xiàn)與主基圓相切。根據(jù)需要在一定范圍內(nèi)將砂輪繞刀座與砂輪軸線(xiàn)的公垂線(xiàn)O o O d 轉(zhuǎn)砂輪軸線(xiàn)傾角夕( 圖中未標(biāo)出) 。砂輪的雙錐面展成蝸桿齒槽兩側(cè)螺旋面。F i g1 - 5D o u b l ec o n i c - e n v e l o p ea n n u l a rw o r m圖卜5 雙錐面

22、包絡(luò)環(huán)面蝸桿3 環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)( 1 ) 環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)與圓柱蝸桿傳動(dòng)比較，環(huán)面蝸桿傳動(dòng)有以下優(yōu)點(diǎn)：1 ) 同時(shí)接觸齒數(shù)較多，蝸桿嚙入端雙線(xiàn)接觸，蝸桿包圍蝸輪，合理選擇修西華大學(xué)碩士學(xué)位論文形參數(shù)可以有效地利用蝸桿全長(zhǎng)，多齒同時(shí)接觸，而且蝸桿嚙入端雙線(xiàn)接觸，使分?jǐn)偟矫恳唤佑|點(diǎn)的載荷較小。2 ) 齒面瞬時(shí)接觸線(xiàn)形狀有利于齒面間的彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑。交錯(cuò)軸蝸桿傳動(dòng)，齒面接觸點(diǎn)處的相對(duì)潤(rùn)滑速度很大，齒面易磨損和膠合，相互接觸齒面間是否產(chǎn)生承載油膜和油膜的厚度是評(píng)價(jià)嚙合質(zhì)量的關(guān)鍵。根據(jù)彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論可以近似的算出油膜厚度，但更簡(jiǎn)單而又直接的辦法是通過(guò)相對(duì)滑動(dòng)速度與瞬時(shí)接觸線(xiàn)的夾角一滑動(dòng)角，

23、來(lái)評(píng)價(jià)齒面的潤(rùn)滑條件。環(huán)面蝸桿傳動(dòng)滑動(dòng)角接近9 0 0 ，潤(rùn)滑條件好。3 ) 瞬時(shí)接觸線(xiàn)法向的誘導(dǎo)法曲率小。二次包絡(luò)的蝸輪齒面接觸區(qū)，一般由滾刀產(chǎn)形螺旋面一次接觸產(chǎn)生的蝸輪齒面原接觸區(qū)羅，。和產(chǎn)形螺旋面二次接觸產(chǎn)生的新接觸區(qū)：B 組成。蝸桿副新接觸區(qū)：口的瞬時(shí)接觸線(xiàn)法向誘導(dǎo)法曲率很小，齒面接觸應(yīng)力小。由于上述優(yōu)點(diǎn)，環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的承載能力大，傳動(dòng)效率高。圖1 - 6 為傳動(dòng)比：= 4 0 ，蝸桿轉(zhuǎn)速玎，= 1 0 0 0 r m i n 時(shí)，直廓環(huán)面蝸桿傳動(dòng)與圓柱蝸桿和圓弧齒圓柱蝸桿傳動(dòng)承載能力的對(duì)比。圖1 - 6 中，兀為蝸輪轉(zhuǎn)矩( N o 墩) ，a 為中心距( 珊) 。在國(guó)外，環(huán)面蝸桿傳動(dòng)

24、廣泛用于礦冶、石化、起重運(yùn)輸、船舶、勞力和輕工機(jī)械的傳動(dòng)裝置，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。每I x l 0 3 f 所聊m 2 4 1西華大學(xué)碩十學(xué)位論文、，。，r3、。、一2。8 0l o o n nQ m m2 0 0卜直廓環(huán)面蝸桿2 一圓柱蝸桿3 一圓弧齒圓柱蝸桿F i g1 - 6C o m p a r a t i o no ft r a n s m i s s i o na n db e a r a n c ea b i l i t yo f t h r e ew o r m s圖1 - ( 5 三種蝸桿傳動(dòng)承載能力比較( 2 ) 環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的缺點(diǎn)及采取措施1 ) 環(huán)面蝸桿對(duì)誤差和變形十分敏

25、感。多齒雙線(xiàn)接觸可降低齒面各接觸點(diǎn)的負(fù)荷，但多余約束使齒面對(duì)誤差十分敏感，由失配嚙合分析可以發(fā)現(xiàn)，微小的誤差都會(huì)導(dǎo)致齒面邊緣接觸。為解決此問(wèn)題，在生產(chǎn)中采取的措施是：成對(duì)跑合蝸桿副，提高其接觸質(zhì)量；配對(duì)裝配，并用調(diào)整墊片保證蝸桿和蝸輪的軸向位置；增加蝸桿軸系的剛度，防止軸承松動(dòng)引起蝸桿軸向位移。2 ) 環(huán)面蝸桿及蝸輪滾刀或剃齒刀難制作。環(huán)面蝸桿修形和加工蝸輪刀具的制作都十分復(fù)雜。近年來(lái)，對(duì)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的修行進(jìn)行了較深入的研究，修形參數(shù)的選擇逐漸趨于合理；計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床的使用，簡(jiǎn)化了環(huán)面蝸桿和蝸輪滾刀的制作。將環(huán)面蝸桿傳動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)，可提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率，西華大學(xué)碩士學(xué)位論文降

26、低成本。環(huán)面蝸桿傳動(dòng)專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)廠家，我國(guó)有首都鋼鐵公司機(jī)械廠和天津華盛昌齒輪有限公司等；美國(guó)有T e x t r o n 集團(tuán)的C O N E 公司：日本有住友重機(jī)械工業(yè)株式會(huì)社。4 環(huán)面蝸桿的應(yīng)用平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副與普通圓柱蝸桿及直廓環(huán)面蝸桿相比較具有很多優(yōu)點(diǎn)：有接觸齒數(shù)多、蝸桿齒面可淬硬精確磨削、齒面硬度高、齒面光潔、精度高、齒面接觸面較大，并有瞬時(shí)雙線(xiàn)接觸、接觸線(xiàn)總長(zhǎng)度長(zhǎng)、綜合曲率半徑大、接觸應(yīng)力小、嚙合潤(rùn)滑角大，嚙合中容易形成動(dòng)壓油膜、減少齒面磨損等特點(diǎn)。自環(huán)面蝸桿傳動(dòng)型式誕生以來(lái)，很快在全國(guó)各行各業(yè)中被推廣，現(xiàn)已大量應(yīng)用于冶金設(shè)備，并在造船、采礦、機(jī)械、建筑、軍工、化工等各行業(yè)中

27、采用，受到普遍歡迎【l 】。1 2 平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿的發(fā)展概況在機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域，總的發(fā)展趨勢(shì)是高速重載、高效、高精度。蝸桿副傳動(dòng)自1 8 世紀(jì)7 0 年代發(fā)明以來(lái)一直是重載傳動(dòng)的常用形式，其大傳動(dòng)比、緊湊的結(jié)構(gòu)、較大的承載能力是其他傳動(dòng)形式難于比擬的。所以，世界上很多國(guó)家，尤其是工業(yè)發(fā)達(dá)的歐洲、美國(guó)、日本、前蘇聯(lián)等都積極研究、發(fā)展蝸桿副傳動(dòng)。除了早期的圓柱蝸桿副外，最有代表性的產(chǎn)品是美國(guó)E x - - C e l l - 0 公司的C O N ED R I V E 和德國(guó)的N I M M A N 蝸桿傳動(dòng)( 即圓弧齒圓拄蝸桿傳動(dòng)) 。C O N ED R I V E 在我國(guó)被稱(chēng)為直廓環(huán)面蝸桿

28、傳動(dòng)，其蝸桿齒面用直刃刀具車(chē)削成形。若用一個(gè)平行于刀盤(pán)主軸的平面砂輪代替直刃刀具，則可磨削成形平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿；如果以平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿螺旋面為母面，再來(lái)滾切蝸輪，則這一對(duì)蝸桿、蝸輪可構(gòu)成平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)副。平面蝸輪產(chǎn)生于1 9 2 2 年，是由美國(guó)格里森公司總工程師E W i l d h a r b e r 發(fā)明的，主要用于大傳動(dòng)比場(chǎng)合。1 9 5 1 日本的佐藤發(fā)明了斜齒面蝸輪傳動(dòng)，蝸輪齒面相對(duì)其軸線(xiàn)傾斜一定的角度，使這種傳動(dòng)裝置由大傳動(dòng)比擴(kuò)展到中、小傳動(dòng)比。并由R I K E I 公司生產(chǎn)，商標(biāo)為P L A N AW O R M 。1 9 6 9年日本的石川昌一獲得了平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳

29、動(dòng)的專(zhuān)利，該型蝸桿傳動(dòng)的蝸輪可用展成法加工。1 9 7 2 年日本的酒井高男和牧充對(duì)交錯(cuò)軸齒輪傳動(dòng)中的第二次作用進(jìn)行了研究，1 9 7 6 年完成了切齒及強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，日本住友重工以H E D C O N 為西華大學(xué)碩士學(xué)位論文商標(biāo)進(jìn)行了成批生產(chǎn)。2 0 世紀(jì)6 0 年代末7 0 年代初，我國(guó)和日本分別研制成平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)。我國(guó)命名為“首鋼“粥一7 1 型蝸輪副 。1 9 9 6 年6 月1 7 日我國(guó)頒發(fā)了“平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)( 1 9 9 6 年1 2 月1 日起實(shí)施) ，在促進(jìn)這種傳動(dòng)的推廣應(yīng)用和傳動(dòng)的制造精度及質(zhì)量的提高。平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)與平面一次包絡(luò)環(huán)面蝸

30、桿傳動(dòng)不同，它將平面蝸輪作為工具齒輪通過(guò)平面一次包絡(luò)過(guò)程展成平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿之后，又以蝸桿為基本蝸桿制作成蝸輪滾刀，按該蝸桿與二次包絡(luò)蝸輪嚙合展成蝸輪齒面，因此該傳動(dòng)蝸輪副的形成需要經(jīng)過(guò)兩次共軛嚙合的包絡(luò)過(guò)程，故此得名。平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的蝸桿可淬火磨削，蝸輪滾刀可以制作，因此蝸輪可以采用滾刀加工。傳動(dòng)具有多齒嚙合、雙線(xiàn)接觸、蝸桿不必人為修形、接觸特性好等優(yōu)點(diǎn)，性能全面超過(guò)直廓環(huán)面蝸桿。該傳動(dòng)研究成功，在我國(guó)幾乎全面取代了直廓環(huán)面蝸桿，在我國(guó)制造業(yè)中發(fā)揮了很大的作用，廣受用戶(hù)歡迎。它的問(wèn)世是平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿的一次重大發(fā)展。1 9 7 2 年日本學(xué)者提出蝸桿二次作用理論，對(duì)滾刀產(chǎn)形面二次接

31、觸在蝸輪齒面上形成新接觸區(qū)作了精辟的分析。我國(guó)學(xué)者對(duì)平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副的嚙合理論進(jìn)行了系統(tǒng)研究，做了以下工作：齒面接觸線(xiàn)和各類(lèi)界線(xiàn)的計(jì)算；接觸線(xiàn)法向誘導(dǎo)法曲率和滑動(dòng)角的計(jì)算：對(duì)蝸桿邊齒項(xiàng)變尖和蝸桿和蝸輪的根切進(jìn)行了研究。這些研究對(duì)平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副參數(shù)的選擇和微觀嚙合質(zhì)量的評(píng)價(jià)起了很大作用。我國(guó)學(xué)者對(duì)平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的嚙合理論和設(shè)計(jì)做了全面總結(jié)，對(duì)蝸桿修形進(jìn)行了研究，做了大量計(jì)算。上述研究工作對(duì)平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)在我國(guó)的專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)和推廣應(yīng)用中起了很大作用，對(duì)平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的修形和宏觀嚙合質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)研究，推薦了首選傳動(dòng)類(lèi)型和修形參數(shù)的選擇范臥6 1 。1 3 平

32、面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿的加工方法現(xiàn)狀平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿主要是利用車(chē)削的方法粗、精車(chē)圓環(huán)面，對(duì)蝸桿車(chē)削后對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的熱處理，熱處理后精磨齒面，加工出復(fù)合要求的平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿。目前平面二次包絡(luò)蝸桿的加工方法主要有磨削、車(chē)削和銑削三兩華大學(xué)碩士學(xué)位論文種方法。由于銑削存在很多技術(shù)上的問(wèn)題，目前還難于解決，因此應(yīng)用的不多。對(duì)于蝸桿的高精度和高承載能力來(lái)說(shuō)，磨削方法應(yīng)用最為廣泛，其次是車(chē)削方法。如下介紹的是傳統(tǒng)的平面二次包絡(luò)蝸桿數(shù)控加工方法。1 9 7 0 年到1 9 7 1 年，首鋼機(jī)械廠張德華等同志在總結(jié)研制直齒平面蝸桿副的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，先后解決了兩項(xiàng)關(guān)鍵問(wèn)題，一是利用舊皮帶車(chē)床改裝出一臺(tái)能加工

33、中心距2 5 0 m m 的環(huán)面蝸桿專(zhuān)用車(chē)床，一是設(shè)計(jì)制造出專(zhuān)用磨頭。這兩項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)備與工裝是運(yùn)用平面包絡(luò)技術(shù)研制新型傳動(dòng)的基本條件，缺一不可。1 9 7 1年，在制造斜齒平面蝸輪副的基礎(chǔ)上，制造了我國(guó)第一套平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副。可見(jiàn)，專(zhuān)用車(chē)床和專(zhuān)用磨頭是運(yùn)用平面包絡(luò)技術(shù)的關(guān)鍵所在，這兩項(xiàng)專(zhuān)用工具的出現(xiàn)，標(biāo)志著我國(guó)平面包絡(luò)技術(shù)研究進(jìn)入了新階段。可以說(shuō)這次通過(guò)車(chē)床改造的設(shè)備是加工平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副的第一次成功運(yùn)用。拉開(kāi)了改造和研制平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副加工設(shè)備的序幕。平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)在我國(guó)問(wèn)世以后，受到各方面的重視，許多高等院校、科研單位、工礦企業(yè)開(kāi)展了對(duì)這種傳動(dòng)的研究、實(shí)驗(yàn)和試制工

34、作，取得了很大成果。較早進(jìn)行理論研究的單位有重慶大學(xué)、北京科技大學(xué)、進(jìn)行這項(xiàng)研究的單位還有鄭州機(jī)械研究所。以后逐漸參加研究的單位有樂(lè)山冶金機(jī)械軋輥廠、西安冶金機(jī)械廠、南開(kāi)大學(xué)、北京理工大學(xué)、天津市機(jī)械研究所、上海冶金設(shè)備總廠、湘潭鋼鐵公司、西安冶金建筑學(xué)院、太原鋼鐵公司、武漢鋼鐵公司、鞍山鋼鐵公司、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)等。在諸多單位對(duì)平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)進(jìn)行討論研究期間、我國(guó)齒輪傳動(dòng)學(xué)術(shù)界形成了理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，不斷取得新成果的欣欣向榮的局面。理論研究的成就推動(dòng)著平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)在我國(guó)的傳播和推廣。平面二次包蝸桿專(zhuān)用加工設(shè)備和加工方法是推廣和應(yīng)用的關(guān)鍵。加工平面二次包絡(luò)蝸桿

35、的加工設(shè)備是我國(guó)很多廠家往往通過(guò)采用現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改裝。為了實(shí)現(xiàn)平面二次包面蝸桿加工所需要的運(yùn)動(dòng)，可以在多種設(shè)備( 如滾齒機(jī)、車(chē)床、插齒機(jī)等) 等上面加裝附件來(lái)滿(mǎn)足平面二次包絡(luò)蝸桿的加工，但是這種簡(jiǎn)易的加工設(shè)備與方法都難于滿(mǎn)足高精度和高效率的生產(chǎn)要求，這極大地影響了平面二次包絡(luò)蝸桿的標(biāo)準(zhǔn)化、序列化、大批量、高精度生產(chǎn)和推廣使用，使該蝸桿憑其優(yōu)異性能參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的能力大打折扣。采用現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)來(lái)進(jìn)行平西華大學(xué)碩士學(xué)位論文面二次包絡(luò)蝸桿的生產(chǎn)是解決上述矛盾的有效手段和必由之路，已越來(lái)越成為人們的共識(shí)。為了提高加工精度和加工效率各研究單位都在致力于開(kāi)發(fā)研究專(zhuān)用平面二次包絡(luò)蝸桿的加工設(shè)備。例如重慶大學(xué)在

36、2 11 工程項(xiàng)目中提出的與西華大學(xué)合作研究的平面二次包絡(luò)的專(zhuān)用兩軸兩聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工機(jī)床N C 2 0 5 0 A 。該機(jī)床的研制成功是用數(shù)控設(shè)備加工平面二次包絡(luò)蝸桿的起點(diǎn)。由于這種機(jī)床是在螺紋磨床的基礎(chǔ)上改造而來(lái)的，其加工工藝范圍小和機(jī)床結(jié)構(gòu)龐大，在此基礎(chǔ)上提出了四軸四聯(lián)動(dòng)數(shù)控磨床的加工原理以擴(kuò)大機(jī)床的加工范圍和減小機(jī)床的結(jié)構(gòu)尺寸。由于數(shù)控車(chē)床價(jià)格比較低廉，應(yīng)用最為廣泛，在大多數(shù)企業(yè)都有這樣的數(shù)控車(chē)床。本文介紹的是根據(jù)四軸四聯(lián)動(dòng)磨削理論，利用C D K 6 1 5 0 數(shù)控車(chē)床改裝成實(shí)現(xiàn)的平面二次包絡(luò)蝸桿的加工試驗(yàn)設(shè)備，在改裝好的試驗(yàn)設(shè)備上即可以實(shí)現(xiàn)磨削試驗(yàn)同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)車(chē)削試驗(yàn)。車(chē)削試驗(yàn)是一

37、種全新的數(shù)控加工平面二次包絡(luò)蝸桿的加工方法。因此只需要將這種數(shù)控車(chē)床進(jìn)行一定的改造，就可以成為平面二次包絡(luò)蝸桿的專(zhuān)用加工設(shè)備。1 4 課題的目的、意義、課題來(lái)源及主要研究?jī)?nèi)容綜上所述，平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，為降低加工成本和提高加工精度，使其得到廣泛應(yīng)用，加工設(shè)備及加工方法起著決定性的作用。西華大學(xué)數(shù)控研究所受重慶大學(xué)和上海長(zhǎng)城減速機(jī)廠有限公司的委托，對(duì)平面二次包絡(luò)蝸桿的加工設(shè)備和加工方法進(jìn)行研發(fā)。采用磨削和車(chē)削方法加工平面二次包絡(luò)蝸桿。本課題中我們主要是研究對(duì)加工平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿關(guān)鍵中的關(guān)鍵部件及加工方法進(jìn)行研究，主要完成了以下幾個(gè)方面的工作：基于平面

38、二次包絡(luò)蝸桿傳動(dòng)嚙合理論在數(shù)控加工方法中的應(yīng)用。磨削和車(chē)削齒面成型理論與加工方法分析研究平面二次包絡(luò)蝸桿磨削和車(chē)削加工方法及關(guān)鍵設(shè)備中主要部件的開(kāi)發(fā)研究。平面二次包絡(luò)蝸桿數(shù)控車(chē)削原理的研究及數(shù)控車(chē)削加工中刀具軌跡的仿真加工試驗(yàn)。平面二次包絡(luò)蝸桿的磨削和車(chē)削試驗(yàn)分析。西華大學(xué)碩士學(xué)位論文1 5 小結(jié)本章主要講述了平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿的形成、分類(lèi)、特點(diǎn)和應(yīng)用。并根據(jù)蝸桿在使用過(guò)程的存在的缺點(diǎn)、加工設(shè)備的不完善及發(fā)展現(xiàn)狀提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。最后提出本次論文要完成的工作。西華大學(xué)碩士學(xué)位論文2 基于平面二次包絡(luò)蝸桿傳動(dòng)的嚙合理論的加工原理研究概述在平面二次包絡(luò)蝸桿的加工過(guò)程中，遵循的加工原理就是平面

39、二次包絡(luò)蝸桿的嚙合理論。在加工過(guò)程中以此作為理論依據(jù)對(duì)平面二次包絡(luò)蝸桿的螺旋平面展開(kāi)，完成磨削或車(chē)削加工。下面介紹的主要是以磨削為基礎(chǔ)的嚙合理論，其理論可也移植在車(chē)削中。2 1 一次包絡(luò)中的坐標(biāo)系建立與坐標(biāo)變換數(shù)學(xué)模型建立的分析平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿是經(jīng)過(guò)兩次包絡(luò)運(yùn)動(dòng)形成的。第一次包絡(luò)是以斜置的砂輪平面。作為假想工具齒輪的母平面，與被加工的蝸桿齒面，作工藝嚙合而成，砂輪平面。圍繞假想基圓錐以角速度鴟滾動(dòng)，同時(shí)蝸桿繞自身軸線(xiàn)速度q 轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿齒面。便作為平面母面。在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中的包絡(luò)被展成如圖2 - I所示。輪F i 薩一IP l a n e - q u a d r a t i c - e n v

40、e l o p ea n n u l a rW O l mm a c h i n i n gt h e o r ym a p圖2 1 平面二次包絡(luò)蝸桿加工原理圖在第二次包絡(luò)運(yùn)動(dòng)中，將第一次包絡(luò)產(chǎn)生的蝸桿經(jīng)開(kāi)槽、鏟背處理之后制作成蝸輪滾刀，以與第一次包絡(luò)運(yùn)動(dòng)相同的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，反過(guò)來(lái)滾刀安裝于蝸輪西華大學(xué)碩士學(xué)位論文軸上的蝸輪毛坯如圖2 2 所示，從而包絡(luò)出蝸輪齒面：，所以蝸輪齒面又是蝸桿齒面。的包絡(luò)。由于制造這種蝸桿的過(guò)程中，原始工具母面是平面，而且經(jīng)過(guò)了兩次包絡(luò)，所以稱(chēng)為平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿。F i 9 2 2E s t a b l i s h m e n to ff r a m eg e o

41、m e t r y圖2 - 2 幾何標(biāo)架的建立輪在二次包絡(luò)運(yùn)動(dòng)中若原始砂輪母面。上存在接觸線(xiàn)的包絡(luò)線(xiàn)，那么二次包絡(luò)產(chǎn)生的蝸輪齒面，就會(huì)出現(xiàn)以r 的一側(cè)為原母面( 平面) ，另- - t t l J 為二次包絡(luò)產(chǎn)生的新嚙合面，稱(chēng)為二次作用面。在平面二包蝸桿嚙合的過(guò)程中，這兩部分嚙合瞬時(shí)產(chǎn)生兩條接觸線(xiàn)，這兩條接觸線(xiàn)一般是呈人字形分布的，所以有利于提高平面二次包絡(luò)蝸桿的潤(rùn)滑和承載能力。圖2 2 表示了該型蝸桿副基本的幾何關(guān)系，錐項(xiàng)半角為孱的圓錐面試蝸輪的主基圓錐面，改圓錐面在蝸桿副中西華大學(xué)碩士學(xué)位論文心平面內(nèi)的正截面是一個(gè)半徑為的圓，這個(gè)圓就是平面二次包絡(luò)蝸桿的基圓( 或稱(chēng)形成圓) 。在蝸桿和工具

42、齒輪上分別取定標(biāo)架一、玩和動(dòng)標(biāo)架q 、甌，再E h - r _ 具齒面上取輔助動(dòng)標(biāo)架甌。在車(chē)削過(guò)程中，以上的的這個(gè)標(biāo)架同樣適用，因?yàn)槲覀冊(cè)谲?chē)削的過(guò)程中，我們把車(chē)刀定義為一個(gè)點(diǎn)的加工，這個(gè)點(diǎn)可以通過(guò)數(shù)控編程的方法完成和砂輪平面相同的作用。這些標(biāo)架具體表示如下：一= 【d ；i ；彳；矗 為蝸桿上的定標(biāo)架，D ：取在蝸桿的中心，沿蝸桿軸線(xiàn)與工具齒輪軸線(xiàn)的公垂線(xiàn)方向，矗與鰳重合。旺= q ；i ：；石；毛】與蝸桿固接，D l 與0 ：重合，毛與礙重合，q 在o - ；中的轉(zhuǎn)角用仍表示。瓦= D ：；毛；五；毛 為工具齒輪上的標(biāo)定架，D ：取在工具齒輪的中心，藝沿公垂線(xiàn)方向，k 與編重合。o o =

43、D 。；o ；j o ；k o 與工具齒輪固結(jié)，D o 與D ：重合，與如重合，吼在玩中的轉(zhuǎn)角用編表示。吒= D ，；五；缸 與工具齒面。固接，如圖2 3 b 所示，吒取在工具齒面。與五的交點(diǎn)處，與乇相同，顫指向工具齒面。與的交點(diǎn)。在的蝸輪蝸桿傳動(dòng)中，直線(xiàn)齒環(huán)面蝸桿副一直居于主導(dǎo)地位。這種蝸桿副雖然具有良好的嚙合性能和較高的承載能力，但存在一些固有的弱點(diǎn)。這些弱點(diǎn)主要有：蝸桿齒面不能按形成原理的方法進(jìn)行精確磨削，共軛齒面間存在“棱線(xiàn)接觸，蝸輪齒面不能充分利用。這些弱點(diǎn)限制了蝸桿齒面硬度的提高，加劇了蝸輪齒面的磨損，降低了傳動(dòng)精度，也限制了承載能力。使用平面二次包絡(luò)蝸桿傳動(dòng)克服了上述弱點(diǎn)，已經(jīng)在

44、工業(yè)上開(kāi)始獲得廣泛的應(yīng)用，并取得良好的效果。在合理設(shè)計(jì)的條件下，這種平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)保留了直線(xiàn)齒環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的優(yōu)良性能，蝸桿齒面可以精確磨削，蝸輪全齒面參與嚙合，人字形雙接觸線(xiàn)潤(rùn)滑條件好，承載能力有所提高。根據(jù)圖2 2 和圖2 3 b ，各標(biāo)架之間的坐標(biāo)變換關(guān)系分別為：嘸一q3 ) 甌一玩M 4 ) 以一一S 1 1 1 仍C O S 鯤O西華大學(xué)碩士學(xué)位論文F i 9 2 - 3F r a m eo f t o o t hs u r f a c e圖2 - 3 工具齒面的標(biāo)架- - s i n C O S 編0- - s i nq oC O S 甄O嘴涮= L c s o 言s 仍o

45、cs。in三呼oo；妻5 ) o - ；_ 一1 5 ( b )( 2 1 )( 2 - 2 )( 2 - 3 )( 2 - 4 )1，J五乃刁、，0O1口O= 棚卦q 廠I J 叫_ 一)4DM仍翌嗽oC愛(ài)，一五咒刁L) J 1”M叩?CS，。1、氣，。L。L= 圈6 ) a i 一瓦蠔針旺8 ) 吒- - ) a oMs 1西華大學(xué)碩士學(xué)位論文謝+ | D 瀾+ 斟鬈0o , 劇p ol - s i n , 8 c o s f l+c o s I | l +s i n Iz 。l= r 1 = 0o7 I I 玳x , 1 0s i n , a - r b t oc o s p J L z

46、0 = lc o s | I 以I + IIs 證。j 【-j吼一q，甜( 2 - 5 )( 2 - 6 )( 2 7 )( 2 - 8 )麓- c o 灘sg o , Y o + a oc o 嘲s 卜，M 。： 蔞 = 一C O S 仍C O S 一C O S s 耋i n 仍s i n 、曠Ii + 一a o c o s P os i ns i n 以P os i nc p 。c o s 以P oa c o ossin編goosinPoC O S0 ) L z0 c 2 - - 。，I 而lf仍一仍而lIc o s 編IM o ：l l = I I I 乃l + I ( 2 - l o

47、IlIIll z 。jL一糾。J 【j如圖2 - 4 所示，標(biāo)架盯= O ；f ；，。；七。 是當(dāng)工具齒面位于2 時(shí)與工具齒面S。S 。S 。S S 。1 6 -001100，。一=00o1J8 嘞S0SC60吃一L100，n、吒、l廠一t 只乙廠l 刊0乃M而氣Lm 孫焉咖唧瞄酊O乃M兩華大學(xué)碩士學(xué)位論文一S l n c 0 S 0啾斟c夕2 漁入1 一甲面2 一乙面F i 醇- 4G e o m e t r yo fw o r mm a c h i n i n gc o n n e c t i o n圖2 4 蝸桿加工的幾何關(guān)系( 2 1 1 )式中為工具齒面在甲位置時(shí)與在乙位置時(shí)的夾角。

48、運(yùn)用平面幾何知識(shí)可推導(dǎo)的計(jì)算公式：= 2 t z 4 鯊坐( 2 1 2 )吐善為蝸桿節(jié)圓齒厚，口為壓力角，吐為蝸輪計(jì)算圓直徑。一與盯的關(guān)系為：附壹0S i n 夕c o s f l0)l- - C O Sls i n Jty sZs+ 翻c 2 剛毫毫蘭引ty s，z s( 2 1 4 )2 2 平面二次包絡(luò)蝸桿的齒面加工模型建立的分析蝸桿的螺旋齒由工作齒面( 甲面) 、非工作齒面( 乙面) 和齒項(xiàng)環(huán)面三部分F儺口OCS，。一=1jXyZ口| 寶吃吃0。L+西華大學(xué)碩士學(xué)位論文組成，如圖2 5 所示。除了齒項(xiàng)環(huán)面，蝸桿的甲面和乙面都是由無(wú)數(shù)條接觸線(xiàn)組成的，這些接觸線(xiàn)是母平面與蝸桿在嚙合過(guò)程中

49、的實(shí)際接觸線(xiàn)，即屬于母平面又屬于蝸桿齒面，是每一個(gè)嚙合時(shí)刻母平面上滿(mǎn)足嚙合條件的參與嚙合的點(diǎn)的集合【2 1 。1 一蝸桿齒槽環(huán)面2 蝸桿工作齒面( 甲面)3 一蝸桿齒項(xiàng)環(huán)面4 _ 蝸桿非工作齒面( 乙面)F i 薩- 5C o m p o s e so fw o r mg e a rs u r f a c e圖2 5 蝸桿齒面的組成2 2 1 平面二次包絡(luò)蝸桿的k T - 分析1 蝸桿齒面的加工( 1 ) 坐標(biāo)系的建立建立如圖2 6 所示的蝸桿加工坐標(biāo)系。圖中，一= l0 i ，i ，Z ，I 為空間固定標(biāo)架1 ：玩= IO o ，i o ，五，k oI 為空間固定標(biāo)架2 ：q = 0 1 ，

50、石，白】為與蝸桿固連的標(biāo)架1 ；a o = 【D o ，i o ，五，k o 】為與工作臺(tái)固連的標(biāo)架2 。死和縞分別為工作臺(tái)和蝸桿的轉(zhuǎn)角，當(dāng)純= 萌= 0 0 時(shí)，反與q 、或與吼分別重合。西華大學(xué)碩士學(xué)位論文0 1k l k l F i9 2 喝W o r mm a c h i n i n gc o o r d i n a t es y s t e m圖2 - 6 蝸桿加工坐標(biāo)系( 2 ) 砂輪齒廓及安裝位置如圖2 7 所示為砂輪軸截面，圖2 - 8 所示為砂輪通過(guò)蝸桿喉部齒槽對(duì)稱(chēng)位置時(shí)在加工坐標(biāo)系中的位置參數(shù)。q 和吼分別為蝸桿軸線(xiàn)和產(chǎn)形輪( 工作臺(tái))回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的公垂線(xiàn)的垂足。D d 為砂輪

51、軸回轉(zhuǎn)中心，其安裝位置如圖2 8 所示，根據(jù)需要也可偏置安裝( 圖中未畫(huà)出) 。A 為蝸桿副中心距，以為蝸輪分度圓直徑，口為蝸輪分度圓壓力角，d 門(mén)和巳。分別為蝸桿喉部齒根圓直徑和分度圓齒槽寬，r o 為砂輪半徑，為砂輪安裝傾角。砂輪安裝位置為= r o A + 0 5 辦。砂輪在工作臺(tái)上其它兩個(gè)坐標(biāo)方向的安裝位置在一般情況下均取零值，但也可根據(jù)需要取一較小值( 即偏置安裝) ，以改善蝸桿副嚙合狀態(tài)。砂輪齒形角為：G o = a r c t a n ( t a n G , C O S 歷( 2 1 5 )式中q = 口一甄鯤= 1 8 0 e , 1 , r d ：砂輪齒項(xiàng)寬為：s o = 畋

52、s i n f O o c O S 羅- - l2 J i I ，l + 哇( 1 - c o s r p o ) l t a n g o 一叢( 2 1 6 )式中叢蝸桿單側(cè)磨削時(shí)所留側(cè)隙西華大學(xué)碩士學(xué)位論文釜理一 弋F i 薛- 7A x l ec u t t i n gf o r mo fg r i n d i n gw h e e l圖2 - 7 砂輪軸截面形狀( b )F i 9 2 - 8G r i n d i n gw h e e lt r a c ka l v e o l u so fw o r ml a r y m g e a ls y s m m e l r yl o c

53、a t i o n圖2 8 砂輪通過(guò)蝸桿喉部齒槽對(duì)稱(chēng)位置2 0 西華大學(xué)碩士學(xué)位論文( 3 ) 嚙合方程及蝸桿齒面方程根據(jù)嚙合理論，蝸桿齒面與工具母面的嚙合方程為矽= M 一Ms i I l 死一心= 0M = ( 一s i n 口s i n 矽c o s 名+ c o s 口s i l l 兄) 而一z os i n 口c o s 0鴆= ( - s i n 口s i n O c o s 2 + c o s t r s i n 2 ) y o 一( s i l l 口s i l l 秒c o s 旯+ c o s 口s i n 五) M s = 乇l 九一( c o s a s i n 2

54、一s i n a s i n O c o s 2 )心= 一s i n c r c o s O y o 一( s i I l 口s i l l 口s i n 允+ c o s 口c o s 名) 而( 2 - 1 7 )將嚙合方程與工具母面方程聯(lián)立，并將其轉(zhuǎn)換到與加工蝸桿固連的坐標(biāo)系中，即可得到蝸桿齒面方程為妒= K 0 1 )= 0X o2r c o s O + l IY o = r s i n O + ( r o - r ) t a n a oc o s f lz o = - r s i n e c o s f l + ( r o - r ) t a n a os i n f l而= X

55、oc o s 鋤oc o s O l Y os i n 磁oc o s 破一Z os i n 辦+ a oc o s 妒l乃= 一X oc o s 磁os i n 辦+ s i n 詒os i ng Z oc o s a os i n 妒1Z 1 = x os i n # o + 兒C O S 純餌= 唬i o l( 2 一1 8 )式中r o = 乞+ 足t a n 倪o，I ，護(hù)一砂輪參數(shù)方程( 2 1 8 ) 為蝸輪齒面的加工由蝸桿齒面，包絡(luò)出蝸輪齒面：的過(guò)程稱(chēng)為第二次包絡(luò)，其坐標(biāo)系的建立與第一次包絡(luò)相對(duì)應(yīng)，即工具蝸桿對(duì)應(yīng)于原加工蝸桿，原工具坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)于加工蝸輪坐標(biāo)系。工具蝸桿的轉(zhuǎn)角為孬

56、，蝸輪轉(zhuǎn)角為砭，中心距為a ，傳動(dòng)比為：，孬= ：辦。根據(jù)嚙合理論，蝸桿加工的嚙合方程為西華大學(xué)碩士學(xué)位論文= As i n ( 破一西) 一見(jiàn)c o s ( 鎢一孬) + 見(jiàn)P l = 一Ms i n # o 一鴆c o s # oP 2 = M 4 + a o s i n # os i n a c o s a + ( s i n a s i n o s i n 2 + c o s a c o s 2 ) c o s # o P 3 = M A l 2 + 口 s i n 唬s i n 口c o s 秒+ ( s i n 口s i n 秒s i I l 旯+ c o s 口c o s 名)

57、c o s ( 2 1 9 )式( 2 1 9 ) 為一般性傳動(dòng)( 修形傳動(dòng)) 的嚙合方程。對(duì)于典型傳動(dòng)，口= a o ，乇。= ：= l ，則有：妒= 2 s i n ( 繡一孬2 ) ( p ，c o s ( 破一爿2 ) + 見(jiàn)s i n ( 魂- + 1 2 ) )( 2 - 2 0 )將嚙合方程( 2 一1 9 ) 與蝸桿齒面方程( 2 - 2 0 ) 聯(lián)立并轉(zhuǎn)換到蝸輪坐標(biāo)系中，即可得到蝸輪齒面方程。只對(duì)蝸桿進(jìn)行分析，因此在這里不建立蝸輪的齒面方程。2 3 小結(jié)本章主要分析研究了蝸桿齒面的嚙合原理，根據(jù)嚙合原理對(duì)齒面加工過(guò)程進(jìn)行了分析。為數(shù)控磨削平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿奠定了理論基礎(chǔ)。為

58、以后的磨削和車(chē)削提供了理論依據(jù)。西華大學(xué)碩士學(xué)位論文3 平面二次包絡(luò)蝸桿磨削和車(chē)削原理分析3 1 平面二次包絡(luò)蝸桿數(shù)控磨削方法理論分析3 1 1 傳統(tǒng)平面二次包絡(luò)磨削分析前期開(kāi)發(fā)過(guò)的二軸二聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床可以歸為一種傳統(tǒng)的平面二次包絡(luò)磨削法，這種傳統(tǒng)的平面二次包絡(luò)( 下簡(jiǎn)稱(chēng)平面二包) 磨削方法是基于圖3 1 的加工原理實(shí)現(xiàn)的，通常是采用蝸輪蝸桿為傳動(dòng)副的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)( 圖3 1 中的4 ) 帶動(dòng)砂輪架( 圖3 1 中的6 ) 作繞圓心0 的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。機(jī)床還有多層工作臺(tái)，可移動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)調(diào)整中心距a ，調(diào)整磨削面與基圓相切以及調(diào)整砂輪架的橫向、縱向和砂輪架垂直方向的垂直運(yùn)動(dòng)。這種以蝸輪蝸桿為傳動(dòng)副的回

59、轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)方式的機(jī)床存在一些主要的問(wèn)題如下：在加工中心距較大的蝸桿時(shí)，機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)必須相對(duì)于工件向后移動(dòng)較大距離，加工較小中心距蝸桿時(shí)，機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心必須相對(duì)于工件向前移動(dòng)較大距離，在這種情況下回轉(zhuǎn)工作臺(tái)來(lái)回運(yùn)動(dòng)范圍很大，特別是加工小中心距工件時(shí)，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)必須與工件靠的很近，由于砂輪及砂輪頭較大，在這種情況下，為獲得正確的加工位置，砂輪頭必須后退較大的距離，這就造成機(jī)床結(jié)構(gòu)龐大。根據(jù)圖3 - 2 所示可以看出機(jī)床有很多運(yùn)動(dòng)層面，使機(jī)床結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，剛性差，加工精度難以保證，操作很不方便，以及一些相應(yīng)結(jié)構(gòu)問(wèn)題和剛度問(wèn)題，使得機(jī)床的總體結(jié)構(gòu)不合理，考慮到這種情況，在試驗(yàn)過(guò)程中，提出了

60、四軸四聯(lián)動(dòng)平面二次包絡(luò)蝸桿數(shù)控磨床的方案。以此來(lái)彌補(bǔ)二軸二聯(lián)動(dòng)數(shù)控磨床的上述缺點(diǎn)，同時(shí)提出了環(huán)面蝸桿加工中心距虛擬化原理。西華大學(xué)碩上學(xué)位論文1 蝸桿2 磨頭主軸3 主基圓4 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)5 砂輪工作面6 磨頭F i 9 3 1W o r mm a c h i n i n gp r i n c i p l e圖3 - 1 蝸桿加工原理IZF i g3 - 2S t r u c t u r eo f N C 2 0 5 0 - Ag r i n d i n gm a c h i n e圖3 - 2N C 2 0 5 0 - A 數(shù)控磨床結(jié)構(gòu)圖3 1 2 改進(jìn)后的平面二次包絡(luò)蝸桿磨削分析蝸桿的磨削原