在無(wú)蝸輪滾刀情況下加工蝸輪的新方法

摘要：介紹一種采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀加工渦輪的方法，同時(shí)對(duì)其加工原理、參數(shù)確定、操作方法等進(jìn)行了詳細(xì)的論述和說(shuō)明，并比較了該方法與渦輪滾刀加工的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：齒輪滾刀 渦輪 方法

1.加工原理：圓柱蝸桿傳動(dòng)，相當(dāng)于兩軸交錯(cuò)90°的螺旋齒輪傳動(dòng)。而螺旋齒輪相交90°的傳動(dòng)的嚙合條件是：法向模數(shù)相等，即mn1=mn2，法向壓力角相等αn1=αn2。且螺旋角互為余角，即β1+β2=90°。蝸桿傳動(dòng)與螺旋齒輪傳動(dòng)略有不同，它的嚙合條件是：蝸桿的軸向模數(shù)與蝸輪的端面模數(shù)相等mα1=mα2，蝸桿的軸向壓力角與蝸輪的端面壓力角相等，且蝸桿的螺旋角和螺旋升角是互為余角，即β1+λ1=90°。蝸桿的螺旋升角與蝸輪的螺旋角相等，λ1=β2，也就是蝸桿傳動(dòng)中兩軸的交錯(cuò)角為Σ=90°，即β1+β2=90°。

由以上敘述可以看出，漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)齒輪的滾刀是以法向參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值。而蝸輪滾刀則以軸向模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值，所以用標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀加工蝸輪，必須使蝸桿的法向模數(shù)等于標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀的法向模數(shù)，即mn1=mnd=mn2（1）式中mn1-蝸桿法向模數(shù)，mnd-標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀的法向模數(shù)，mn2-蝸輪的法向模數(shù)

蝸桿的法向壓力角等于標(biāo)準(zhǔn)滾刀的法向壓力角，即：αn1=αnd=αn2（2）式中αn1-蝸桿法向壓力角，αnd-標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀法向壓力角，αn2-蝸輪法向壓力角

以保證蝸輪蝸桿能正確嚙合。所以，在蝸桿分度圓直徑不變的情況下，改變?cè)O(shè)計(jì)蝸桿的參數(shù)（mn1，αn1），使之蝸輪參數(shù)（mn2，αn2）相適應(yīng)，且β1+β2=90°。就能保證蝸輪副的正確嚙合。

2.嚙合參數(shù)的確定：標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀均標(biāo)準(zhǔn)法向模數(shù)、法向壓力角、分度圓螺旋角，蝸桿的參數(shù)是取主剖面（蝸桿軸向剖面）為依據(jù)，圖紙?zhí)峁┑奈仐U參數(shù)（蝸桿特性系數(shù)q、壓力角α）蝸輪參數(shù)（模數(shù)）均為軸向（端面）參數(shù)，同時(shí)還提供蝸桿分度圓螺旋線升角λ和蝸輪分度圓螺旋角β2。上面提到保證蝸輪蝸桿正確嚙合，必須保證它們之間法向模數(shù)，法向壓力角以及蝸桿螺旋升角和蝸輪螺旋角等，即mn1=mnd=mn2，αn1=αnd=αn2，λ1=β2。

由“螺旋齒輪”計(jì)算可知

mα1=mα2=mn2/cosλ1=mn1/cosλ1=mn2/cosλ1（4）

式中mα1-蝸桿軸向模數(shù)，mα2-蝸輪端面模數(shù)，λ1-蝸桿分度圓的螺旋線升角

將蝸桿特性系數(shù)q=d1 mα2 代入（4）式可得：q=d1cosλ1mnd （5）

式中d1-蝸桿分度圓直徑

由（4）、（5）式可以看出，在蝸桿的分度圓直徑d1，和分度圓螺旋線升角λ，不變的情況下。用標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀的法向模數(shù)可以求出用標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀加工的蝸輪與之能正確嚙合的蝸桿的軸向模數(shù)mα1或蝸桿特性系數(shù)q由螺旋齒輪計(jì)算可知：tgα1=tgα2=tgαnd/cosλ1（6）

式中：αa1-蝸桿軸向壓力角，αa1-蝸輪端面壓力角

從（6）式也可以看出，在蝸桿分度圓螺旋線升角不變情況下，用標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀的法向壓力角αnd，可以求出用標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀加工的蝸輪與之能正確嚙合的蝸桿的軸向壓力角αa1。

3.加工方法：

3.1.蝸輪的加工：根據(jù)蝸輪端面模數(shù)mα2選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀法向模數(shù)mn=mα2。安裝時(shí)，齒輪滾刀架按式（3）計(jì)算的安裝角γ，滾刀機(jī)架回轉(zhuǎn)方向。當(dāng)齒輪滾刀與蝸輪同為右旋時(shí)，方向如前圖所示；當(dāng)齒輪滾刀與蝸輪滾刀同為左旋時(shí)，回轉(zhuǎn)方向相反。滾刀的中心距按標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀分度圓齒厚計(jì)算，采用徑向進(jìn)給滾動(dòng)加工，其余調(diào)整按常規(guī)

3.2.蝸桿的加工：可用C620或C630車(chē)床加工。對(duì)單頭蝸桿而言，因蝸桿分度圓螺旋線升角，（或蝸輪的分度圓螺旋角β2）較小，且余弦值cosλ1接近于1，（在加工蝸輪時(shí)，ma2=mnd/cosλ1≈mnd=ma1即端面模數(shù)與法向模數(shù)之差，很接近于理論齒輪誤差。）所以可按原設(shè)計(jì)的軸向模數(shù)進(jìn)行加工。但軸向壓力角應(yīng)按α=arctg（tgand/cosλ1）加工，其齒厚最終由蝸輪副間隙決定。

4.該方法的優(yōu)點(diǎn)及存在的問(wèn)題：

4.1.采用專(zhuān)用蝸輪滾刀加工蝸輪屬于對(duì)偶法。理論上為線接觸共軛，在齒長(zhǎng)和齒高方向上可以全部接觸，但實(shí)際中由于加工誤差，這種情況很難做到，使蝸輪副接觸不好。為了保證其接觸精度，要進(jìn)行修配。由于修配后破壞了共軛區(qū)，產(chǎn)生接觸滑移而加快磨損。而采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀加工蝸輪，由于蝸輪軸線與滾刀軸線不垂直，造成蝸輪副齒面實(shí)際接觸不再是理論上的線接觸（從實(shí)踐中看是面接觸）由潤(rùn)滑理論可知，即增加了蝸輪的承載能力又延長(zhǎng)了蝸輪的使用壽命。另外，在沒(méi)有專(zhuān)用的蝸輪滾刀情況下，此方法比飛刀加工提高了工效、降低了成本，提高了加工精度。

4.2.此方法受蝸桿分度圓螺旋升角影響較大。所以對(duì)蝸輪來(lái)說(shuō)，螺旋角較大的不適用此方法。其次是原設(shè)計(jì)的蝸輪副齒形為阿基米德螺線，而此加工辦法產(chǎn)生的齒形是漸開(kāi)線。此問(wèn)題需與用戶(hù)協(xié)商。

4.3.由于標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀直徑大多大于蝸桿直徑。因此，切制的蝸輪齒底徑均大于原設(shè)計(jì)的底徑。這樣使蝸輪在齒長(zhǎng)方向兩端齒厚減薄。雖然這種情況有利于油楔的形成減少磨損。但同時(shí)也影響蝸輪的強(qiáng)度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀直徑要小于2倍的蝸桿直徑為宜。

5.效果：多年來(lái)，我廠采用上述方法加工的蝸輪蝸桿在實(shí)際使用中，反饋良好。蝸輪副磨損減輕，接觸精度比較理想。不但使本企業(yè)降低了成本，同時(shí)也提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1].孟少農(nóng).《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》第二卷.十七章.機(jī)械工業(yè)出版社.1996.

作者簡(jiǎn)介：劉琨（1969-.女，丹東市人，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事技術(shù)管理工作。