手搖蝸輪設(shè)計(jì)【含CAD高清圖紙和說(shuō)明書(shū)】

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The hand operated worm gear is the worm drive one kind, it is adjusts on the belt conveyer car through the winding steel wire to change to the drum position, thus prevented the conveyor belt runs the leaning one kind of equipment.Keywords worm drive design calculation processing craft assemblyI徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)目 錄1 緒論1 1.1 蝸輪蝸桿的形成原理.1 1.2 蝸輪蝸桿傳動(dòng)優(yōu)缺點(diǎn).1 1.3 蝸輪蝸桿的正確22 手搖蝸輪的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核3 2.1 設(shè)計(jì)計(jì)算步驟.3 2.2蝸輪蝸桿軸強(qiáng)度的校核.53 蝸輪轉(zhuǎn)向的判定及力的分析6 3.1問(wèn)題的提出.6 3.2解決問(wèn)題的新方法.6 3.3 根據(jù)蝸桿蝸輪的旋向進(jìn)行力分析74 蝸桿傳動(dòng)的失效形式和材料的選用9 4.1 失效形式.9 4.2 材料的選擇.9 4.3 國(guó)內(nèi)外對(duì)蝸輪材料的研究現(xiàn)狀.105 手搖蝸輪傳動(dòng)自鎖可靠性的研究12 5.1 概述.12 5.2 自鎖失效原因的分析.125.2.1摩擦系數(shù)125.2.2 螺旋升角.135.2.3 壓力角對(duì)摩擦角的影響135.3 嚙合狀態(tài)的分析.155.3.1 接觸斑點(diǎn)分析.155.3.2 減速機(jī)實(shí)際情況分析.155.4.3 解決蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)的自鎖問(wèn)題采用的措施.166 蝸輪的加工17 6.1 加工原理17 6.2 嚙合參數(shù)的確定.17 6.3 加工工藝186.3.1 蝸輪加工.186.3.2 蝸輪的計(jì)算與檢測(cè).197 蝸輪殼體的加工工藝探討21 7.1 前言.21 7.2 蝸輪殼體工藝分析.21 7.3 蝸輪殼體的車(chē)削方法及工裝.21 7.4 蝸輪定位誤差分析.228 飛刀展成蝸輪的數(shù)控方法25 8.1 飛刀加工的特點(diǎn)和非數(shù)控方法的局限25 8.2 飛刀的設(shè)計(jì)和數(shù)控切制.26 8.3 在數(shù)控滾齒機(jī)上展成蝸輪.28 8.4 加工質(zhì)量分析.299 各種材質(zhì)蝸輪傳動(dòng)摩擦學(xué)系統(tǒng)分析30 9.1 用系統(tǒng)方法學(xué)30 9.2 蝸輪傳動(dòng)的摩擦學(xué)系統(tǒng)分析.309.2.1 分析.319.2.2 分析結(jié)果.3110 提高手搖蝸輪裝配的精度和效率33 10.1裝配的技術(shù)要求33 10.2下置式蝸桿減速器裝配前的檢查.3411 提高手搖傳動(dòng)效率的方法37 11.1 蝸桿的裝夾.37 11.2蝸輪的裝夾.37 11.3蝸輪、蝸桿的定位.37 11.4操作方法及輔料.38 11.5研磨應(yīng)注意的問(wèn)題.3912 潤(rùn)滑油的選用方法40 12.1 潤(rùn)滑油種類(lèi)的選擇.40 12.2 潤(rùn)滑油粘度的選擇.41 12.3 潤(rùn)滑方式的選擇.42 12.4 潤(rùn)滑油的合理使用和保養(yǎng)要點(diǎn).42結(jié)論43致謝44參考文獻(xiàn)45附錄46 附錄 1.46 附錄 2.58 461 緒論1.1 蝸輪蝸桿的形成原理蝸桿傳動(dòng)實(shí)際上是螺旋齒輪傳動(dòng)的特例在螺旋齒輪傳動(dòng)中，如傳動(dòng)比很大，小齒輪直徑做得很小，軸向長(zhǎng)度很長(zhǎng)，而螺旋角度大，則輪齒將在圓柱面上繞成完整的螺旋齒，稱(chēng)為蝸桿，大齒輪稱(chēng)為蝸輪為了改善嚙合情況，把蝸輪輪齒做成包住蝸桿的凹形圓弧曲面，蝸桿、蝸輪的軸線(xiàn)互相交叉垂直，即.蝸輪和蝸桿相似，也有左旋和右旋之分，但通常采用右旋居多按螺旋線(xiàn)的頭數(shù)又有單頭蝸桿和多頭蝸桿之分蝸桿螺旋線(xiàn)與垂直于蝸桿軸線(xiàn)平面之間的夾角稱(chēng)為導(dǎo)程角r蝸桿螺旋線(xiàn)的導(dǎo)程角r與蝸輪齒螺旋線(xiàn)大小相等、方向相同圖1-1 蝸桿傳動(dòng)原理圖、1.2 蝸輪蝸桿傳動(dòng)優(yōu)缺點(diǎn) 蝸傳遞交錯(cuò)軸(交錯(cuò)角通常采用90)間動(dòng)力或運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。蝸輪傳動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：采用一級(jí)蝸輪傳動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)很大傳動(dòng)比，結(jié)構(gòu)緊湊。在要求大傳動(dòng)比的場(chǎng)合，采用一級(jí)蝸輪傳動(dòng)往往可以代替多級(jí)齒輪傳動(dòng)。不僅減少了零件數(shù)目，而且簡(jiǎn)化了機(jī)構(gòu)。工作平穩(wěn)，噪音小。由于蝸桿齒面是連續(xù)不斷的螺旋面，而蝸輪在同一時(shí)刻處于嚙合中的齒不少于兩個(gè)，所以蝸輪、蝸桿的嚙合是連續(xù)的。因此，在制造精度與工作條件相同時(shí)，由制造誤差引起的附加動(dòng)載荷與齒輪傳動(dòng)相比小得多。因此，蝸輪傳動(dòng)在近代工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，蝸輪傳動(dòng)也有缺點(diǎn)，由于這些缺點(diǎn)，使其應(yīng)用受到限制。傳動(dòng)效率低：效率低表明動(dòng)力損失大，相當(dāng)于部分能量消耗于嚙合摩擦上，故蝸輪傳動(dòng)所能傳遞功率受到了限制。耗費(fèi)大量貴重有色金屬：蝸輪傳動(dòng)工作時(shí)，由于齒面間有相當(dāng)大的滑動(dòng)速度，容易導(dǎo)致齒面的磨損和膠合。為減小摩擦、磨損和工作溫度，以提高傳動(dòng)承載能力和效率，一方面要有良好的潤(rùn)滑另一方面，對(duì)蝸輪副提出減磨、耐磨和抗膠合性能的要求。采用鋼質(zhì)蝸桿時(shí)，要求采用青銅蝸輪輪圈1.3 蝸輪蝸桿的正確嚙合條件如上圖為使用阿基米德蝸桿的蝸桿傳動(dòng)在通過(guò)蝸桿軸線(xiàn)并與蝸輪軸線(xiàn)垂直的剖面（稱(chēng)為主平面）上，蝸桿齒廓為直線(xiàn)，相當(dāng)與齒條，蝸輪齒廓為漸開(kāi)線(xiàn)，相當(dāng)于齒輪所以，在主平面內(nèi)，就相當(dāng)于齒條齒輪傳動(dòng)由此，蝸桿傳動(dòng)的正確嚙合條件為：主平面內(nèi)蝸桿的軸向齒距與蝸輪的端面齒距應(yīng)相等即蝸輪的端面模數(shù)m2應(yīng)等于蝸桿的軸向模數(shù)m1，且均為標(biāo)準(zhǔn)值；同時(shí)蝸輪的端面壓力角a應(yīng)等于蝸桿的軸向壓力角a1,亦均為標(biāo)準(zhǔn)值即m2=m1=m，a2=a1=a，同時(shí)還須保證。2 手搖蝸輪的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核手搖蝸輪傳動(dòng)是蝸桿傳動(dòng)的一種，手搖蝸輪是通過(guò)纏繞鋼絲繩，來(lái)調(diào)整帶式輸送機(jī)張緊小車(chē)上改向滾筒的位置，從而防止輸送帶跑偏的一種裝置手搖蝸輪中，人手搖搖臂的速度大約是30rpm，減速比31,輸出功率160w,效率93%.工作環(huán)境2535攝氏度，工作平穩(wěn)，設(shè)計(jì)使用壽命10年，每年工作300天2.1 設(shè)計(jì)計(jì)算步驟）傳動(dòng)類(lèi)型的選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用下置式（蝸桿放在蝸輪的下面，嚙合處冷卻和潤(rùn)滑較好，蝸桿軸承潤(rùn)滑方便，又因?yàn)槲仐U手搖的速度不是很大，所產(chǎn)生的攪油損耗也不是很大，很常用的型式）根據(jù)減速比，選定1,2=31）蝸輪蝸桿主要參數(shù)的計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算公式： 式（2.1）其中計(jì)算載荷系數(shù)輸出轉(zhuǎn)矩齒數(shù)和變位影響系數(shù)為材料彈性影響系數(shù)，當(dāng)蝸輪材料為灰鑄鐵，蝸桿材料為鋼時(shí)，表-1蝸輪蝸桿主要參數(shù)mq512590.445500.6310556.2512667.55.5166.3890.435651.3610723.73121012.25621690.43835.9210928.81114.5612734390.4251311.98101457.75121749.38512100.4182140.16112354.18122568.19972980.412391.12113287.8123586.68a) 求值（查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)）試求，因?yàn)槲粗?，根?jù)題中條件，估算3m/s,??；b) 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，得 =1 c) 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè),試取，因?yàn)槁菪俏粗?，根?jù)減速比和，取d) 1.012e) 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè),s=2,所以許用應(yīng)力f) 根據(jù)公式，輸出轉(zhuǎn)矩 式（2.2）其中，輸入功率（kw）蝸桿轉(zhuǎn)速(kw)減速比減速器效率蝸輪輸出轉(zhuǎn)矩由式（1.1），得：845查表（），得：m=6,q=9g) 中心距 （取x=0）蝸桿分度圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 蝸輪分度圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 齒寬=0.7=50mm2.2蝸輪蝸桿軸強(qiáng)度的校核根據(jù)蝸輪蝸桿軸接觸應(yīng)力的校核公式： 式（2.3） 代入數(shù)據(jù)，得：95.4Mpa=100Mpa 滿(mǎn)足強(qiáng)度要求3 蝸輪轉(zhuǎn)向的判定及力的分析3.1問(wèn)題的提出在機(jī)械傳動(dòng)中，蝸桿傳動(dòng)用于傳遞空間交錯(cuò)軸之間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 在絕大多數(shù)情況下，兩軸在空間上是相互垂直的，軸交角為，即。由于蝸桿傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作平穩(wěn)、無(wú)噪聲、自鎖性以及能到很大的傳動(dòng)比，因此廣泛應(yīng)用于機(jī)床、汽車(chē)、儀器、起重運(yùn)輸機(jī)械、冶金機(jī)械以及其他機(jī)械制造部門(mén)。圖3-1蝸輪與蝸桿傳動(dòng)方式式向蝸桿傳動(dòng)時(shí)，蝸輪的旋向以及受力分析，因受蝸桿蝸輪兩者之間的相對(duì)位置、螺旋線(xiàn)旋向以及蝸桿的轉(zhuǎn)向三個(gè)因素的影響，在眾多教材和資料中尚無(wú)統(tǒng)一的說(shuō)法，這也往往造成一種理解上的混亂。蝸輪的轉(zhuǎn)向是這樣判定的：“如圖3-1，將蝸桿1看做螺桿，蝸輪2視為局部螺母，可利用螺桿螺母的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系來(lái)確定。設(shè)想蝸輪不動(dòng)而蝸桿按圖示方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則蝸桿應(yīng)向上移動(dòng)，但實(shí)際上蝸桿不能移動(dòng)，故只能將蝸輪上與蝸桿接觸的輪齒下推移，所以使蝸輪沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。同樣，當(dāng)蝸桿的螺紋為左旋而蝸桿沿與上述相反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，蝸輪的轉(zhuǎn)向仍為圖示方向”。通過(guò)比較和總結(jié)，推出一個(gè)簡(jiǎn)潔而又便于理解和掌握的判定方法。3.2解決問(wèn)題的新方法 該判定方法分三步：(1)螺旋線(xiàn)旋向的判定；(2)根據(jù)蝸輪蝸桿的相對(duì)位置及蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向判定蝸輪的旋向：(3)根據(jù)蝸桿、蝸輪的旋向，進(jìn)行力的分析。1 螺旋線(xiàn)旋向的判定蝸桿蝸輪有左、右旋之分，其旋向的判定同斜齒圓柱齒輪。將蝸桿和蝸輪軸線(xiàn)放于鉛垂位置，螺旋線(xiàn)左高右低為左旋，而右高左低為右旋。如圖3-2所示。圖3-2 蝸輪蝸桿的旋向2 根據(jù)蝸輪蝸桿的相對(duì)位置及蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向判定蝸輪的旋向判定方法借助“左右手螺旋法則”即由蝸桿(或蝸輪)的螺旋線(xiàn)旋向定用左手還是右手，也就是左旋用左手，右旋用右手，然后依據(jù)蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向，用手假想地握住蝸桿，讓四指指向蝸桿旋轉(zhuǎn)方向，那么此時(shí)大拇指所指方向即為蝸輪上節(jié)點(diǎn)線(xiàn)速度方向的反方向，則由此可判定蝸輪的旋向。如圖3-3(a)我們可以判斷蝸輪為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)(蝸輪上節(jié)點(diǎn)P的線(xiàn)速度Vp水平向右)。圖3-3蝸輪蝸桿旋向同樣如圖3-3(b)，在已知蝸輪的螺旋線(xiàn)旋向和旋轉(zhuǎn)方向的條件下，依據(jù)此法，反過(guò)來(lái)可以判定蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針旋轉(zhuǎn)，如圖3-3(c)在已知蝸桿和蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向的條件下，可以判定蝸桿蝸輪螺旋線(xiàn)旋向?yàn)樽笮?.3 根據(jù)蝸桿蝸輪的旋向，進(jìn)行力分析圖3-4蝸輪蝸桿受力分析如圖4所示為一下置蝸桿傳動(dòng)，蝸桿為主動(dòng)件，旋向?yàn)橛倚?，按圖示方向轉(zhuǎn)動(dòng)。作用在蝸桿齒面上的法向力Fn可分解為三個(gè)互相垂直的分力：圓周力Ft1，徑向力Fr1和軸向力Fa1。由于蝸桿與蝸輪軸交錯(cuò)角成90角，根據(jù)作用與反作用的原理，蝸桿的圓周力Ft 與蝸輪的軸向力Fa2、蝸桿的軸向力F a1與蝸輪的圓周力Fc2、蝸桿的徑向力F rl與蝸輪的徑向力Fr2分別存在著大小相等、方向相反的關(guān)系。當(dāng)蝸桿為主動(dòng)件，判斷上述六個(gè)力的方向時(shí)，應(yīng)記?。?1)蝸桿上的圓周力Ft1的方向與蝸桿齒在嚙合點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向相反；(2)蝸輪上的圓周力F c2的方向與蝸輪齒在嚙合點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向相同；(3)徑向力Fr的方向在蝸桿，蝸輪上都是由嚙合點(diǎn)分別指向軸心。舉例 試分析圖3-5所示的蝸桿傳動(dòng)中，蝸桿、蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向及所受各分力的方向：(a)已知蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向啦和螺旋線(xiàn)的旋向求蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向n1；(b)已知蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向n1和螺旋線(xiàn)的旋向求蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向n。由于此時(shí)蝸輪上嚙合點(diǎn)的線(xiàn)速度為水平向右且螺旋線(xiàn)旋向?yàn)樽笮瑧?yīng)用左手螺旋法則，大拇指向左握蝸桿，則此時(shí)四指的指向即為蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向n 即如圖所標(biāo)方向。根據(jù)蝸桿和蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行力分析，可分別得到蝸桿和蝸輪所受圓周力、軸向力和徑向力，蝸桿的螺旋線(xiàn)旋向?yàn)橛倚?，?yīng)用右手螺旋法則，四指指向蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向n 握蝸桿，則此時(shí)大拇指指向的反方向，即為蝸輪上嚙合點(diǎn)的線(xiàn)速度方向即水平向左，由此可判斷蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?，如圖3-5所示。根據(jù)蝸桿和蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行力分析，可分別得到蝸桿和蝸輪所受圓周力、軸向力和徑向力，如圖所示。圖3-5蝸輪蝸桿受力圖4.蝸桿傳動(dòng)的失效形式和材料的選用4.1 失效形式蝸桿傳動(dòng)的失效形式與蝸輪傳動(dòng)的失效形式相類(lèi)似，有疲勞點(diǎn)蝕、膠合、磨損和輪齒折斷等在一般情況下，蝸桿的強(qiáng)度總是高于蝸輪的輪齒強(qiáng)度，因此失效總是發(fā)生在蝸輪上由于在傳動(dòng)中，蝸桿和蝸輪之間的相對(duì)滑動(dòng)較大，更容易產(chǎn)生膠合和磨損4.2 材料的選擇蝸桿和蝸輪材料的合理選擇和匹配是提高承載能力（或使用壽命）和傳動(dòng)效率的重要方面選擇蝸桿和蝸輪材料應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：a) 蝸桿傳動(dòng)共扼齒面間的主要運(yùn)動(dòng)形式是滑動(dòng)為減少摩擦系數(shù)、提高效率、降低油溫，應(yīng)將軟硬材料相匹配蝸桿直徑小，一般為主動(dòng)軸；蝸輪直徑大，一般為從動(dòng)軸蝸桿傳動(dòng)多用于減速機(jī)構(gòu)，因此蝸輪應(yīng)選用耐磨和減磨性能好的材料；而蝸桿則要選擇硬度高、剛性好的材料b)材料的選擇要和蝸桿傳動(dòng)的使用條件和可能出現(xiàn)的失效形式相適應(yīng)蝸桿傳動(dòng)的主要失效形式是磨料磨損和粘者磨損所以選擇材料是，要特別注意提高抗粘著性磨損的能力，同時(shí)也要提高減磨和耐磨的性能c) 要重視材料的熱處理及其他工藝性能實(shí)踐證明，在提高蝸桿螺旋買(mǎi)內(nèi)光潔度的前提下，蝸桿螺旋面和蝸輪齒面的硬度差越大，蝸桿傳動(dòng)抗粘著性磨損和抗磨料磨損的能力越大，從而是溫度降低、效率提高因此提高蝸桿和蝸輪的硬度差，是提高動(dòng)力蝸桿傳動(dòng)承載能力及傳動(dòng)效率的重要方面對(duì)于蝸輪材料（軟材料），硬度變化不大，可用熱處理的工藝措施提高蝸桿齒面硬度所以蝸桿材料要具有良好的熱處理工藝性能，同時(shí)也要具有車(chē)削、磨削等其他良好的工藝性能d) 選擇材料要和所用的潤(rùn)滑油的性能相適應(yīng)潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑油添加劑都有自身的物理和化學(xué)性能，因此在選用蝸輪和蝸桿材料時(shí)，要注意材料和潤(rùn)滑油及添加劑之間不發(fā)生有害的物理和化學(xué)反應(yīng)，也不出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象e) 要考慮材料的來(lái)源和成本為次材料應(yīng)具備以下條件：）抗粘著性磨損好，為此在選擇材料時(shí)要注意盡量選脆性材料；盡量采用互溶性小的材料相配合；為了提高抗粘著性磨損的能力，還可采用熱處理的工藝程序，使金屬表面生成互溶性小、多相有機(jī)化合物組織）材質(zhì)軟、易跑合）材料導(dǎo)熱性能好）材料組織應(yīng)在軟質(zhì)基礎(chǔ)上，分布著硬質(zhì)點(diǎn)，同時(shí)還要具有耐磨，耐高溫，抗磁性等特性常用的幾種熱處理工藝為了實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的技術(shù)要求，采用熱處理工藝十分必要采用什么樣的熱處理方案要根據(jù)具體情況而定對(duì)于蝸輪材料（軟材料），一般采用回火或時(shí)效處理等蝸桿采用的熱處理方案是根據(jù)所用的材料的硬度要求、表面光潔度及變形量的要求確定的通常用的熱處理方式有：調(diào)質(zhì)處理、淬火處理、滲碳處理、氣體氮化等綜上所述，在手搖蝸輪中，蝸輪的材料選用HT200,冷模鑄造，蝸桿材料選用45鋼，齒面表面淬火，硬度HRC4550 4.3 國(guó)內(nèi)外對(duì)蝸輪材料的研究現(xiàn)狀蝸輪傳動(dòng)是僅次于齒輪傳動(dòng)的第二傳動(dòng)類(lèi)型，在近代工業(yè)中獲得了非常廣泛的應(yīng)用，因而國(guó)內(nèi)外每年要消耗大量貴重有色金屬青銅用于制造蝸輪輪圈。研究探索新型蝸輪材料取代青銅制作蝸輪具有非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益和重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在探索蝸輪材質(zhì)方面，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行了很多工作?？ㄆ章〔牧暇哂懈叩哪湍バ院湍ズ闲?。最近幾年，前蘇聯(lián)人用卡普隆材質(zhì)，制成了普通圓柱蝸輪和球面蝸輪，與ZQ4194材質(zhì)制作的普通圓柱蝸輪和球面蝸輪進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)(相對(duì)滑動(dòng)速度 6 ms)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，額定扭矩分別提高了03倍和2倍，減速器傳動(dòng)效率分別提高了4 6和l8 2O，取得了良好的效果。碎石送料機(jī)中蝸輪減速器用卡普隆蝸輪，在工作了4年f20000 h)后處于良好狀態(tài)，其壽命比青銅蝸輪提高了2倍。塑料蝸輪的采用，不僅可以節(jié)約貴重有色金屬青銅，同時(shí)也使機(jī)器重量大大降低。前蘇聯(lián)人還給出了卡普隆蝸輪的適用范圍。建議在以下情況下采用：傳遞功率在24 kW 之間，油溫低于90100，滑動(dòng)速度小于34 ms。國(guó)內(nèi)在這一方面也有所研究：如濟(jì)南有色金屬研究所研制出了新型蝸輪材料一稀土鋁合金，據(jù)說(shuō)性能略?xún)?yōu)于稀青銅，成本可降低三分之一。河南省周口石軸瓦廠研制出了高耐磨鋅基合金ZnA1CuMn，據(jù)說(shuō)性能優(yōu)于稀青銅，成本可以降低4O。有些研究者用尼龍6做過(guò)實(shí)驗(yàn)，據(jù)說(shuō)未取得好的效果。大同市橡膠廠用石墨、石英砂填充MC尼龍制作蝸輪，在無(wú)油潤(rùn)滑條件下工作，壽命超過(guò)了青銅蝸輪降低了成本取得了很大經(jīng)濟(jì)效益。天津微型蝸輪減速機(jī)廠部分蝸輪已開(kāi)始用非金屬制造?？傊?國(guó)內(nèi)外在探索蝸輪新材料方面已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，然而，我們卻不能安于現(xiàn)狀，這是因?yàn)椋合⊥龄X合金、高耐磨鋅基合金至今未見(jiàn)工業(yè)中應(yīng)用，效果如何，尚未可知，若效果好的話(huà)，因其仍屬有色金屬，也只能緩解一時(shí)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)著想，有前途的應(yīng)屬工程塑料因?yàn)?O世紀(jì)7O年代就有人估計(jì)，到2l世紀(jì)塑料結(jié)構(gòu)材料中的比例將上升為78 (鋼鐵l2 ，超越鋼鐵，而且價(jià)格相當(dāng)?shù)土?。卡普隆屬于工程塑料符合材料發(fā)展方向，但從目前應(yīng)用情況來(lái)看，卡普隆在蝸輪上應(yīng)用尚有一定條件況且國(guó)內(nèi)對(duì)應(yīng)材料尼龍6效果不佳。卡普隆材料應(yīng)用的條件是由其固有特性決定的，即由其固有的機(jī)械性能、摩擦學(xué)性能和熱性能決定的。因而，探索機(jī)械性能、摩擦學(xué)性能和熱性能更好的工程塑料作為蝸輪材料成為我們研究的方向?yàn)樘剿鳈C(jī)械性能、摩擦學(xué)性能和熱性能更好的工程塑料，我們首先想到了那些高性能的工程塑料，如聚酰亞胺，在高低溫條件下都具有優(yōu)良的機(jī)械性能、耐磨性能。還有在聚酰亞胺推動(dòng)下開(kāi)發(fā)問(wèn)世的聚砜、聚苯硫醚等一系列耐熱特種工程塑料。然而，這些特種工程塑料原料成本高，合成工藝繁雜，成形困難，使廣泛應(yīng)用受到了一定限制獲：礙高性能工程塑料的另一途徑是對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行填充改性，通用工程塑料通過(guò)增強(qiáng)填充改性在提高機(jī)械性能的同時(shí)，也擴(kuò)大了使用溫度范圍， 同時(shí)，也有可能提高摩擦學(xué)性能。因此，人們認(rèn)為工程塑料的增強(qiáng)和填充改性是當(dāng)前最主要的發(fā)展方向。通過(guò)把幾種各具有不同優(yōu)點(diǎn)的材料進(jìn)行人工復(fù)合，構(gòu)成復(fù)合材料，使各組分間相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，從而獲得具有力學(xué)、化學(xué)和孽擦學(xué)等方面良好綜合性能的材料。復(fù)合的目標(biāo)是使材料具有更高的機(jī)械性能摩擦學(xué)性能和耐熱性能。復(fù)合材料的基底材料我們選中了尼龍6，因?yàn)樵谄毡楣こ趟芰现?，尼龍具有最佳綜合性能，因而在世界各國(guó)應(yīng)用最為廣泛，而且資源最為豐富。增強(qiáng)材料選用玻璃纖維和鈦合金。玻璃纖維是目前應(yīng)用最多的增強(qiáng)材料玻璃纖維有很高的拉伸強(qiáng)度，可高達(dá)1 0003 000 MPa，比高強(qiáng)度鋼還高近兩倍。由于玻璃纖維在性能、工藝等方面具有良好的綜合性能，價(jià)格低廉，制取方便，因而是一種良好的增強(qiáng)體。鈦合金是一種性能優(yōu)異的高分子材料增強(qiáng)劑，可以顯著提高復(fù)合材料的強(qiáng)度和高溫性能，且具有較低磨損率。改l生固體潤(rùn)滑劑我們選用了石墨、MoS 。因?yàn)槭哂凶詽?rùn)滑性和低的摩擦系數(shù)，導(dǎo)熱率高， 比鐵高兩倍，線(xiàn)膨脹系數(shù)小，有較高耐熱性。MoS2在空氣中在一180一400之間都具有較低摩擦的自潤(rùn)滑性，熱膨脹系數(shù)小。MoS 與金屬表面摩擦?xí)r能形成具有一定粘附強(qiáng)度的轉(zhuǎn)移膜，因而能獲得良好的潤(rùn)滑性。5 手搖蝸輪傳動(dòng)自鎖可靠性的研究5.1 概述一般認(rèn)為，蝸輪傳動(dòng)時(shí)，若蝸桿的螺旋升角A與摩擦角妒滿(mǎn)足關(guān)系式A& 時(shí)，具有自鎖性，所以在機(jī)械行業(yè)中應(yīng)用廣泛。但是在實(shí)際例子中，也出現(xiàn)過(guò)因自鎖失效而導(dǎo)致事故發(fā)生的例子。自鎖的失效雖然不能否定基礎(chǔ)理論，但是卻意味著實(shí)際工作情況與理論研究存在著差異。究竟是什么原因?qū)е伦枣i的失效，哪些因素對(duì)蝸輪副的自鎖有影響，如何提高蝸輪副自鎖的可靠性，這里以實(shí)例對(duì)蝸輪副自鎖問(wèn)題進(jìn)行分析，提出了提高蝸輪副自鎖可靠性的方法。5.2 自鎖失效原因的分析以某一蝸輪減速機(jī)為例，該機(jī)在實(shí)際工作中出現(xiàn)過(guò)自鎖失效。其主要參數(shù)為：蝸桿軸向模數(shù)(m1=蝸輪端面模數(shù))=6，壓力角=15。，蝸桿特性系數(shù)q=11， =1， =50，蝸桿分度圓直徑d =66mm，齒頂圓直徑d =78mm，齒根圓直徑：516mm；軸向節(jié)距t：1885mm；螺旋升角A=511，右旋，精度等級(jí)8，材料：蝸桿20Cr，硬度HRC：4550；蝸輪ZQAL949.滿(mǎn)足當(dāng)A &條件即具有自鎖性。自鎖失效說(shuō)明上述條件不充分，分析有以下因素：5.2.1摩擦系數(shù)根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，鋼對(duì)青銅的摩擦系數(shù)見(jiàn)表5-1。表5-1 鋼對(duì)青銅的摩擦系數(shù)在機(jī)械傳動(dòng)摩擦中，除了材料的材質(zhì)以外，表面粗糙度、硬度、潤(rùn)滑條件等對(duì)摩擦系數(shù)都有不同程度的影響。如在表面粗糙度為1.6的平板上(模擬蝸桿)，改變傾角用表面粗糙度為1.2ZQAL94的滑塊(模擬蝸輪)來(lái)測(cè)取摩擦系數(shù)，其結(jié)果見(jiàn)表5-2表5-2 潤(rùn)滑條件下的摩擦系數(shù) 在潤(rùn)滑條件下所測(cè)出的數(shù)據(jù)與手冊(cè)所提供的數(shù)據(jù)差別較大，即使按其下限計(jì)算的話(huà)也將近3倍。如按設(shè)計(jì)手冊(cè)數(shù)據(jù)的下限計(jì)算，取f=0.1，則A=arctg0.1=5。24，當(dāng)A=arctg(1q)：5。1 1時(shí)，A& 滿(mǎn)足自鎖條件,卻不能自鎖，因?yàn)槲佪喌臐?rùn)滑條件很好，其輪齒部分都浸在油池中，所以在上述條件下取摩擦系數(shù)f=0.10.15顯然是不合適的。5.2.2 螺旋升角螺旋升角應(yīng)滿(mǎn)足保證自鎖和高效率的要求，前者要求螺旋升角小，后者要求螺旋升角大，這是一對(duì)矛盾。其實(shí)，螺旋升角并不是一個(gè)定值，而是隨著在齒面直徑方向嚙合部位的不同而變化的，下面以蝸桿為例進(jìn)行分析。設(shè)A=5度ll分，d=66mm，齒頂高h(yuǎn)=1.2m，齒根高h(yuǎn)=1.2m，m=18.85mm，在分度圓上，A=arctg(1q)：511；在齒頂圓上，A=arct p(d-2m) =4o24；在齒根圓上A=arctgp (d-24m) =6c37見(jiàn)圖5-1。由以上計(jì)算可見(jiàn)，蝸桿的螺旋升角A從齒頂方向向齒根方向逐漸變大，自鎖性能變差。圖5-1 螺旋升角的變化5.2.3 壓力角對(duì)摩擦角的影響根據(jù)漸開(kāi)線(xiàn)的性質(zhì)，壓力角沿齒廓是變化的。接近基圓的壓力角較小，壓力角隨廓所在半徑增大而增大。下面取分度圓壓力角等于15度和20度。兩種情況進(jìn)行討論。由P= 1rcosa 設(shè)a=15度時(shí)，其正壓力為P，設(shè)d=20時(shí)，其正壓力為P，o3為旋轉(zhuǎn)角速度， 為蝸桿在傳動(dòng)時(shí)所受的力矩：rl= r2= r= d2=33mmPl= Mrcos nl= M33cosl 5。P2=MFCOSa2= M33cos20。PlP2摩擦力隨著壓力角的增大而增大由& =arctg(fCOS)當(dāng)量摩擦角求出a=15度時(shí)， （齒頂圓壓力角）時(shí)，變化規(guī)律如圖5-2所示。圖5-2 壓力角的變化當(dāng)壓力角增大時(shí)當(dāng)量摩擦角也隨之增大。壓力角、螺旋升角和摩擦角的變化情況見(jiàn)表5-3。表5-3 壓力角、螺旋升角和摩擦角的變化規(guī)律5.3 嚙合狀態(tài)的分析5.3.1 接觸斑點(diǎn)分析按JBI6260規(guī)定，選用8級(jí)精度時(shí)，接觸斑 按齒高不小于50 ，按齒長(zhǎng)不小于50的原則。蝸桿頂工作高度：h =m=6 mm，hj=72 mm；標(biāo)準(zhǔn)安裝時(shí)，其徑向間隙=12 mm：齒工作高度：h=12 mm。在接觸斑點(diǎn)符合JBI6260，8級(jí)精度要求的情況下，有兩種特殊情況：(1)蝸桿的齒根部分與蝸輪的齒頂部分嚙合，蝸輪齒廓上的接觸斑點(diǎn)如圖5-3所示。圖5-3 渦輪齒廓上的接觸斑點(diǎn) (2)蝸桿的齒頂部分與蝸輪的齒根部分嚙臺(tái)此時(shí)蝸桿接觸斑點(diǎn)的平均高度在齒頂圓上與(1)相反此時(shí)A=4。24。 =5。11。&=658。5.3.2 減速機(jī)實(shí)際情況分析減速機(jī)分解后發(fā)現(xiàn)蝸輪齒嚙合面的齒廓接觸斑點(diǎn)在齒高和齒長(zhǎng)方向均達(dá)到5O ，但偏向蝸輪齒廓齒頂一例、見(jiàn)圖5-4圖5-4 渦輪齒廓接觸斑點(diǎn)的分布從上述可知，蝸輪齒廓的齒頂部分與蝸仟齒廓的齒根部舒相嚙合不利于自鎖，并且其斑點(diǎn)偏向于齒根一側(cè)這是因?yàn)榱慵庸ず脱b配質(zhì)量不高所致。5.4.3 為了有效的解決蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)的自鎖問(wèn)題，可采用以下措施(1)正確的選用螺旋升角。通過(guò)上述分析可見(jiàn)，在蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)中，在蝸桿齒廓上，其螺旋升角、壓力角、摩擦角是變化的。因此，為確保自鎖的可靠性、蝸桿應(yīng)盡量選用較大的特性系數(shù)，以達(dá)到降低螺旋升角的目的：一般情況下為保證自鎖。摩擦角應(yīng)大于螺旋升角1。左右：這樣就增加了一個(gè)安全系數(shù)，可以抵消其它不利因素如螺旋升角、壓力角、摩擦角的變化以及參考有關(guān)數(shù)據(jù)的偏差等所帶來(lái)的不利于自鎖的因素。(2)在受力條件允許的情況下，選用滑動(dòng)軸承作支點(diǎn)，自鎖條件為A ；對(duì)于精密加工的蝸桿傳動(dòng)采用滾動(dòng)軸承作支點(diǎn)，在A4。時(shí)自鎖，而滑動(dòng)軸承作支點(diǎn)A6。時(shí)自鎖。(3)選用壓力角為2O度的標(biāo)準(zhǔn)蝸桿，以增大當(dāng)量摩擦角：(4)提高零件的加工精度和質(zhì)量，確保正確的嚙合狀態(tài)6 蝸輪的加工6.1 加工原理為了保證蝸輪和蝸桿的正確嚙合，蝸輪通常是用于蝸桿形狀和尺寸完全相同的滾刀加工的。根據(jù)漸開(kāi)線(xiàn)螺旋齒嚙合原理可知，在一對(duì)漸開(kāi)線(xiàn)螺旋齒輪傳動(dòng)中， 只要能使兩者的法向齒距、法向模數(shù)和法向壓力角相等，就可以保證這對(duì)漸開(kāi)線(xiàn)螺旋齒輪的正確嚙合。用標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀加工蝸輪的工藝方法，就是根據(jù)漸開(kāi)線(xiàn)螺旋齒輪嚙合原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀是一法向參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)系列值的。所以這里值得注意的是，在用標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀加工蝸輪的條件下，為了使被切制的蝸輪能與蝸桿正確地嚙合，首先必須使蝸桿的法向齒距t，蝸桿的法向壓力角a等于標(biāo)準(zhǔn)滾刀的法向齒輪和法向壓力角。據(jù)此，在蝸桿分度圓直徑一定（即不改變?cè)仐U分度圓參數(shù)）的情況下可以計(jì)算出配合蝸桿的軸向齒距和軸向壓力角，用配合蝸桿參數(shù)取代原蝸桿的相應(yīng)參數(shù)就能保證蝸桿的正確嚙合（見(jiàn)圖6-1）圖6-1 標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀加工蝸輪原理圖從圖1中可以看出，為了保證齒輪滾刀切制的蝸輪分度園螺旋角B，與蝸桿分園螺旋升角 相等，必須使?jié)L刀的螺旋方向與被加工蝸輪的螺旋方向一致。所以，在安裝滾刀時(shí)，要使?jié)L刀刀架回轉(zhuǎn)一個(gè)滾刀安裝角r。從圖1中可以看出。 R=r1-r2 式（6.1）式中：R -滾刀安裝角r1 -蝸桿分圓螺旋升角r2-齒輪滾刀分圓螺旋升角6.2 嚙合參數(shù)的確定標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀是以法向模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)系列值的，工具廠生產(chǎn)的齒輪滾刀端面上都注有法向模數(shù)m ，法向壓力角d 和分圓螺旋升角 r。所以根據(jù)阿基米德定理可知：從齒輪滾刀的法向齒距t 為： t=tm 式（6.2）蝸桿皆用軸向模數(shù)表示。一般圖紙給 定軸向模數(shù)m，軸向壓角 a和分圓螺旋升角 r，從圖6-2可知，蝸桿的法向齒距t為：t2=tcosr=ms2cos r 式（6.3） 圖6-2 蝸桿分圓螺旋線(xiàn)展開(kāi)圖為了保證蝸桿能與標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀切制的蝸輪相嚙合，由圖1中的OAB和OCB可以看出，必須保證蝸桿的法向齒距等于標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀的法向齒距，即： 式（6.4）由式6.4可知，在蝸桿分園直徑de,分園螺旋升角 不變的情況下，可求出蝸輪實(shí)現(xiàn)正確嚙合的蝸桿軸向模數(shù)。為了能保證蝸桿能與標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀切制的蝸輪相嚙合，必須使蝸桿的法向壓力角與齒輪滾刀的法向壓力角相等，即： 式（6.5）從上兩公式中可以看出，用標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀加工蝸輪，只需改變蝸桿原設(shè)計(jì)的軸向模數(shù)和軸向壓力角，就可以保證其正確地嚙合。6.3 加工工藝6.3.1 蝸輪加工選用法向模數(shù)與蝸桿(圖紙上標(biāo)注的)軸向模數(shù)相同的齒輪滾刀。安裝滾刀時(shí)，滾齒機(jī)刀架回轉(zhuǎn)一個(gè)滾刀安裝角 ，滾齒機(jī)刀架回轉(zhuǎn)的方向見(jiàn)圖4。其中：齒輪滾刀螺旋升角蝸輪螺旋角用手動(dòng)進(jìn)給法滾切蝸輪時(shí)，工件的安裝、主軸轉(zhuǎn)速，分齒掛輪的計(jì)算與調(diào)整等均與滾切園柱齒輪相同，在此不再贅述了。調(diào)整刀架和安裝滾刀時(shí)，必須嚴(yán)格按照工藝要求，保證滾刀中心線(xiàn)在蝸輪中的平面內(nèi)，保證最終滾切中心距等于被切蝸輪的理論中心距，徑向進(jìn)給量的大小據(jù)實(shí)際情況，自行確定。由于齒輪滾刀直徑多數(shù)大于蝸桿直徑，因此，切制的蝸輪齒底徑R：應(yīng)大于原設(shè)計(jì)的底徑Rt，如圖5，使接觸區(qū)集中于蝸輪中截面，這樣即避免了對(duì)角接觸弊病，又有利于潤(rùn)滑油楔的生成，從而減少磨損，提高承載能力，延長(zhǎng)使用壽命。但是根據(jù)蝸輪副的幾何參數(shù)，選用齒輪滾刀時(shí)，為了使蝸輪齒長(zhǎng)方向兩端齒厚不發(fā)生過(guò)薄現(xiàn)象，應(yīng)該使?jié)L刀外徑大于蝸桿直徑。圖6-3 滾切渦輪時(shí)滾刀的安裝角度圖6-4 滾刀直徑的作用6.3.2 蝸輪的計(jì)算與檢測(cè)1 ） 公法線(xiàn)長(zhǎng)度計(jì)算公式前面論述了標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀加工蝸輪的工藝方法，就是根據(jù)漸開(kāi)線(xiàn)螺旋齒輪嚙合原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其實(shí)蝸輪與斜齒輪的公法線(xiàn)長(zhǎng)度計(jì)算及檢測(cè)方法是相同的。所不同的是蝸輪的外徑到喉徑是半徑為R的園弧面，所以我們?cè)跈z測(cè)蝸輪時(shí)，采用螺旋齒輪公法線(xiàn)長(zhǎng)度公式進(jìn)行計(jì)算和測(cè)量。完全能保證蝸輪的加工質(zhì)量。即： 式（6.6）式中： L法向公法線(xiàn)長(zhǎng)度；m 法向模數(shù)； 法向壓力角；a端面壓力角；Z蝸輪齒數(shù)；N跨齒數(shù)；inv漸開(kāi)線(xiàn)函數(shù)。一般加工時(shí)圖紙給出法向壓力角a，因此可用下面公式計(jì)算端面壓力角a 式（6.7）式中：B一蝸輪螺旋升角2） 跨測(cè)齒數(shù)計(jì)算公式 式（6.8）計(jì)算時(shí)因圖紙中給出的是端面模數(shù)m所以要把m換算成法向模數(shù)m1，即： 式（6.5）注意：測(cè)量公法線(xiàn)長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)在蝸輪喉徑處進(jìn)行測(cè)量，在其它處測(cè)量是不對(duì)的，公法線(xiàn)長(zhǎng)度公差可查表。7 蝸輪殼體的加工工藝探討7.1 前言蝸輪殼體如圖1所示。 圖7-1 蝸輪殼體7.2 蝸輪殼體工藝分析蝸輪殼體的外形主要是圓弧面，加工參數(shù)多為圓孔及其端面。同時(shí)考慮本廠設(shè)備狀況及生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性等多種情況，安排主要在普通車(chē)床上進(jìn)行加工。其加工工藝分析如下：(1)該零件是鑄件，粗加工前需進(jìn)行時(shí)效處理，消除內(nèi)應(yīng)力。(2)由于外形復(fù)雜，車(chē)削加工前需先進(jìn)行劃線(xiàn)，劃出交叉中心線(xiàn)及端面加工尺寸線(xiàn)，劃線(xiàn)時(shí)要考慮內(nèi)孔余量和尺寸均勻。(3)用普通卡盤(pán)無(wú)法滿(mǎn)足，需設(shè)計(jì)角鐵夾具用以裝夾，以B面為一個(gè)定位基準(zhǔn)，以55H7孔裝心軸作另一定位基準(zhǔn)，加工52J7孔。(4)用四爪單動(dòng)盤(pán)裝夾，按劃線(xiàn)找正側(cè)母線(xiàn)，分粗、精車(chē)加工 82孔端面及55H7孔。(5)用三爪自定卡盤(pán)夾住82 mm外圓，粗、精車(chē)70和 130兩端面至圖紙尺寸，并和基準(zhǔn)B平行。(允差005 mm)7.3 蝸輪殼體的車(chē)削方法及工裝根據(jù)零件圖及上面的工藝分析，先在通用三爪自定心卡盤(pán)上車(chē)出 82、 130兩外圓端面及55H7內(nèi)孔，然后以 82端面及55H7作為定位基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了在角鐵上用固定心軸定位加工 55J7孔的車(chē)削工裝，如圖7-2所示。圖7-2 蝸輪殼體的加工工裝1角鐵2心軸3動(dòng)支承架該工裝以角鐵(即 82端面)和55H7孔中心軸定位，能很好地保證55H7孔中心線(xiàn)的位置尺寸及公差。由于加工中工件懸臂較長(zhǎng)，為增加穩(wěn)定性及夾緊力，工裝前端采用兩只可調(diào)輔助支承對(duì)心夾緊。7.4 蝸輪定位誤差分析(1)中心距L的定位誤差分析由加工方法可知，在加工帖7J7孔時(shí)，要保證的工序尺寸是(6o008)mm。B面和帖5H7孔軸線(xiàn)是定位基準(zhǔn)，與工序基準(zhǔn)重合，因此，基準(zhǔn)不重合誤差A(yù)B=0。由于心軸制造時(shí)有垂直度誤差， 55H7孔與心軸配合有間隙，它們對(duì)中心距(6o008)mm都將產(chǎn)生影響。因此，中心距L的定位誤差是基準(zhǔn)位移誤差y與心軸制造時(shí)垂直度誤差之和，如圖7-3(a)、(b)所示。即 D=y+Htga 式（7.1）式中：y 由55H7與心軸配合間隙引起的基準(zhǔn)位移誤差，mm；a 心軸軸線(xiàn)對(duì)基準(zhǔn)面B的轉(zhuǎn)角誤差，設(shè)a=0.01。由圖3可知，當(dāng)工件孔的直徑為最大(Dmax)，心軸直徑為最小(dmin )時(shí)，定位基準(zhǔn)的位移量最小(imin=O02)，中心距尺寸也最小(Lmin )。因此 響工作精度的情況下，適當(dāng)降低中心距公差。式中：i定位基準(zhǔn)的位移量，mm；&-一批工件定位基準(zhǔn)的變動(dòng)范圍，mm。圖7-3 蝸輪殼體的定位誤差分析由于定位基準(zhǔn)存在位移誤差，且定位基準(zhǔn)可任意方向移動(dòng)， 式（7.2）式中 此結(jié)果大于中心距公差1/31/5，不能滿(mǎn)足中心距公差要求。為了達(dá)到公差要求，需提高孔與中心軸的配合精度及心軸與平面B的垂直精度，在不影響工作精度的情況下，適當(dāng)降低中心距公差。(2)中心高H的定位誤差分析在加工52J7孔時(shí)，由于B面和55H7孔軸線(xiàn)是定位基準(zhǔn)，與工序基準(zhǔn)重合，故基準(zhǔn)不重合誤差A(yù)B=0。但心軸與B面的垂直度誤差影響中心高。心軸與孔配合間隙引起的位移誤差對(duì)中心高無(wú)甚影響。因此，中心高H的定位誤差等于心軸與B面的垂直度誤差Lsina，如圖4所示。圖7-4 蝸輪殼中心高定位誤差分析a在最右時(shí)，其孔的中心應(yīng)在O位置，但加工一批工件時(shí)，其中心高已經(jīng)調(diào)好，故實(shí)際中心落在O1位置，中心高誤差為OO 。同理，當(dāng)轉(zhuǎn)角誤差a在最左時(shí)，中心高誤差為O2O2，因此AD =O1O1= O2O2=Lsin=60sin0.01。= 0.01047mm利用此加工工藝，達(dá)到了工件設(shè)計(jì)要求。 8 飛刀展成蝸輪的數(shù)控方法蝸輪、蝸桿機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于多種傳動(dòng)機(jī)械之中。然而傳動(dòng)時(shí)易磨損，導(dǎo)致傳動(dòng)失效，需要更換配件。用價(jià)格低廉的蝸輪飛刀來(lái)加工此類(lèi)配件，是相當(dāng)有效和經(jīng)濟(jì)的方法。然而傳統(tǒng)的非數(shù)控方法存在著一定的局限性，較難保證加工質(zhì)量 所以，我們研究了利用數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)床加工飛刀并用數(shù)控滾齒機(jī)展成蝸輪的數(shù)控方法，取得了較好的效果，供大家參考8.1 飛刀加工的特點(diǎn)和非數(shù)控方法的局限飛刀裝在刀桿上，相當(dāng)于一把只有一個(gè)切削齒的蝸輪滾刀，僅通過(guò)刀桿的旋轉(zhuǎn)是不會(huì)產(chǎn)生展成運(yùn)動(dòng)的，也就不能切出正確的蝸輪齒形。只有使飛刀毋蝸輪毛坯分度圓的相切方向也有運(yùn)動(dòng)，才能產(chǎn)生展成運(yùn)動(dòng)，切出正確的蝸輪齒形。但必須注意的是，飛刀在切向移動(dòng)L距離，蝸輪也要相對(duì)其移動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)6=AL靠弧度( 一蝸輪分度圓半徑)，聯(lián)動(dòng)方向不能搞反(如圖8-1)。圖8-1 飛刀加工蝸輪此外，在滾齒機(jī)上用飛刀加工蝸輪時(shí)，飛刀軸每旋轉(zhuǎn)一周，蝸輪毛坯軸轉(zhuǎn)過(guò)的齒數(shù)應(yīng)等于蝸桿的頭數(shù)，完成連續(xù)分齒運(yùn)動(dòng)，切出蝸輪的螺旋線(xiàn)形齒槽。此外，還應(yīng)注意蝸桿的頭數(shù)與蝸輪的齒數(shù)有無(wú)公因數(shù)：當(dāng)沒(méi)有公因數(shù)時(shí)，用一把飛刀經(jīng)過(guò)一次走刀就可以切出蝸輪的所有齒槽；有公因數(shù)時(shí)，則比較麻煩些，飛刀經(jīng)過(guò)一次走刀并不能切出蝸輪的所有齒槽，這時(shí)有兩種方法可以解決，一是在飛刀軸上安裝多把飛刀頭(數(shù)量等于公因數(shù)，放置間距A=np=nm， 式中n為正整數(shù)并與公因數(shù)配合)經(jīng)過(guò)一次走刀就可以切出蝸輪的所有齒槽，此方法效率較高，但刀桿結(jié)構(gòu)復(fù)雜；二是仍用一把飛刀頭，但要經(jīng)過(guò)多次移刀、走刀(次數(shù)等于公因數(shù))才能完成所有蝸輪齒槽的切削，缺點(diǎn)是效率較低，易出錯(cuò)。以往的蝸輪加工經(jīng)常存在兩方面的局限性：其一是飛刀的精度方面，對(duì)于常用的阿基米德蝸輪，加工它的阿基米德法向飛刀的齒形計(jì)算比較煩瑣，常被簡(jiǎn)化為圓弧或直線(xiàn)，在蝸輪導(dǎo)程角大于l2。的情況下，這種簡(jiǎn)化方法就更不精確了，因?yàn)槭紫犬a(chǎn)生了設(shè)計(jì)誤差。接著是非數(shù)控設(shè)備切制飛刀所產(chǎn)生的刀具制造誤差，這些誤差都將不可避免的影響蝸輪的齒形。其二，展成蝸輪常用的普通滾齒機(jī)精度較低，存在機(jī)械間隙，又涉及掛輪的計(jì)算，有時(shí)甚至無(wú)法正確的分齒。所以，要提高飛刀展成蝸輪的精度，就要避免以上兩個(gè)方面的局限，運(yùn)用精確的數(shù)控方法進(jìn)行加工。即正確設(shè)計(jì)飛刀并使用數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)切制飛刀，然后再用數(shù)控滾齒機(jī)加工蝸輪。8.2 飛刀的設(shè)計(jì)和數(shù)控切制在蝸輪、蝸桿傳動(dòng)機(jī)械中，使用最廣泛的是阿基米德螺旋線(xiàn)型蝸輪、蝸桿機(jī)構(gòu)。導(dǎo)程角5度的蝸輪加工時(shí)為改善切削條件和提高質(zhì)量，需要飛刀前刃面按照蝸輪齒面的法向安裝(非軸向)，這就是阿基米德法向飛刀。其齒形不是直線(xiàn)，而是和阿基米德蝸桿的法向截面相同的曲線(xiàn)需要煩瑣的計(jì)算，采集曲線(xiàn)上的一系列點(diǎn)坐標(biāo)作為切制飛刀的依據(jù)，其基本公式如下：這個(gè)計(jì)算可以用一個(gè)BASIC程序來(lái)實(shí)現(xiàn) 由于齒形的左右面相對(duì)稱(chēng)，故只計(jì)算一側(cè)齒形(如圖2)即可，圖3是該程序的流程圖(程序清單略)：式中：R 飛刀外圓半徑；r 蝸桿齒根圓半徑在這個(gè)程序中，為了解齒形曲線(xiàn)的彎曲程度，還對(duì)其斜率進(jìn)行了計(jì)算，即計(jì)算了過(guò)各坐標(biāo)點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)dxdy，其值的不斷變化驗(yàn)證了齒形確實(shí)是一段單凋曲線(xiàn)。通過(guò)對(duì)多個(gè)不同導(dǎo)程角的蝸輪進(jìn)行計(jì)算，證實(shí)了有關(guān)書(shū)籍關(guān)于阿基米德法向飛刀齒形曲線(xiàn)的各種替代方法的適用范圍，可以根據(jù)零件要求采用(表8-1)。表8-l 齒形精度及坐標(biāo)數(shù)據(jù)根據(jù)打印出的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和齒形的精度要求，在數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)床上編程進(jìn)行飛刀的切制，至于飛刀的材料，則是用報(bào)廢的銑刀或中心鉆的柄部(材料多為W18Cr4V，HRC=6366)。通過(guò)應(yīng)用以上方法，切削刀具的精度、硬度就都有了保證。 8.3 在數(shù)控滾齒機(jī)上展成蝸輪試制中所使用的是GLEASON 125GH型CNC(計(jì)算機(jī)數(shù)字控制)精密滾齒機(jī)。該機(jī)床的控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，精度很高， 各軸分辨率均為00002ram(DEG)可控步進(jìn)量是0O0Imm(DEG)，利用它可以找正飛刀的安裝角。并且采用計(jì)算機(jī)模擬的電子變速箱系統(tǒng)(EGB)，機(jī)床內(nèi)并沒(méi)有變速齒輪實(shí)物，其功能與普通滾齒機(jī)的掛輪系統(tǒng)類(lèi)似，但性能和精度都有很大提高，對(duì)大質(zhì)數(shù)齒輪也能正確分齒，也能把刀軸(B軸)與工件軸(c軸)間的速比控制的十分精確和穩(wěn)定，這就可以大大降低蝸輪的齒距誤差。再有，該機(jī)床配有精密的刀具外徑測(cè)量?jī)x，可精確測(cè)得飛刀尖的回轉(zhuǎn)半徑(相當(dāng)于測(cè)出了蝸輪滾刀的外徑)。再與數(shù)控系統(tǒng)配合就可以精確的控制中心距。但美中不足的是，該機(jī)床聯(lián)動(dòng)式的切向走刀功能(TANGENT)是選裝項(xiàng)目(Options)，我公司進(jìn)口時(shí)并未購(gòu)買(mǎi)。但通過(guò)仔細(xì)研究該機(jī)床的操作手冊(cè)，我們找到了一種替代的方法，即利用該機(jī)床為使?jié)L刀均勻磨損而設(shè)置的自動(dòng)竄刀功能(HOBSHIFT)和工件軸的步進(jìn)分度(最小步進(jìn)量可達(dá)0001DEG)來(lái)實(shí)現(xiàn)非聯(lián)動(dòng)式的切向走刀。即進(jìn)行連續(xù)分齒，斷續(xù)展成加工。因?yàn)槭菙?shù)控機(jī)床，所以即使是斷續(xù)展成，精度也是有保證的，而不像非數(shù)控機(jī)床那樣在進(jìn)行斷續(xù)展成加工時(shí)，容易產(chǎn)生誤差。接著，在機(jī)床上進(jìn)行了編程試驗(yàn)，驗(yàn)證了這一想法是完全可行的，并且在驗(yàn)證過(guò)程中還總結(jié)出了一些提高加工效率的數(shù)控編程技巧。譬如，在粗加工后(尚未進(jìn)行展成)，蝸輪齒槽內(nèi)約80 的材料已被切除。展成開(kāi)始的時(shí)候，飛刀可以不按切削時(shí)的慢速進(jìn)給量進(jìn)結(jié)，而是快速進(jìn)給到已粗加工好的齒槽里，在離槽底較近的地方(約0.5個(gè)模數(shù)處)，再轉(zhuǎn)切削時(shí)的慢速進(jìn)給量進(jìn)行切削，這樣就可以縮短展成加工的時(shí)間。按照以上思路，首先就要計(jì)算出切削軸與工件軸對(duì)應(yīng)的步進(jìn)量，這可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的BASIC程序來(lái)計(jì)算并打印出一系列聯(lián)動(dòng)點(diǎn)用以監(jiān)視機(jī)床的位置是否準(zhǔn)確。為了簡(jiǎn)化機(jī)床操作，提高效率，計(jì)算中對(duì)工件軸的分度步進(jìn)量進(jìn)行了取整，只需按幾下鍵就可完成展成分度 再按照這個(gè)取整值計(jì)算出相應(yīng)的切向走刀步進(jìn)量，即是數(shù)控滾齒機(jī)加工程序中的自動(dòng)竄刀量，展成時(shí)機(jī)床會(huì)按此值自動(dòng)切向走刀，不用人為干預(yù)。此外，工作中我們還設(shè)計(jì)了數(shù)控滾齒機(jī)專(zhuān)用的壓緊套式飛刀桿和蝸輪毛坯通用夾具，適用于加工模數(shù)26的蝸輪。接下來(lái)就是具體的機(jī)床操作了，主要流程見(jiàn)圖4。