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正基元齿轮 蜗杆、蜗轮及其蜗杆副

可控条件
为实现可控点啮合圆柱蜗杆副的正确啮合条件,必须控制蜗杆与滚刀几何参数之间的关系,这种关系称可控条件。目前采用的可控点接触条件有:滚刀直径d0大于蜗杆直径d1;单头滚刀代用多头滚刀即z0<z1;滚刀导程角γ0大于蜗杆导程角γ1等,这时可控条件式为:
mx0z0/mx1z1=d0tgγ0/d1tgγ1
mx1/mx0=cosγ0/cosγ1
tgax1/tgax0=cosγ0/cosγ1
a0=a+新型齿轮及其齿轮副 - 齿轮知识 - 正基元(d0-d1)
ε=|γ01|=| Δγ0|刀具轴线搬动角
ZC蜗杆副的辅助条件是ρn1n0

可控点接触圆柱蜗杆副
为了实现点接触圆柱蜗杆副,用间接展成法加工蜗轮时,所用刀具的几何参数和尺寸要按既定的目的给定,要受蜗杆副正确啮合条件的限制,按照这样原则设计的点接触圆柱蜗杆副称可控点接触圆柱蜗杆副。所谓既定目的主要是指:“实现人工油涵”和“最佳啮合略图”。

端圆环面包络圆柱蜗杆
由安兆达先生提出,用端(单或双圆弧形成的)圆环面包络形成的凹面圆柱蜗杆(图7-29示出双圆弧齿形)。属于包络型曲纹面圆柱蜗杆。用砂轮(或铣刀)加工蜗杆时,砂轮轴线与蜗杆轴线的中心距a0固定不变,轴交角∑=90° 。由于砂轮修整器金刚石回转中心有固定位置,修整砂轮时,只需将砂轮轴向移动即可,勿需再调正修正器,即可获得齿形与位置的一致性,砂轮修正工艺良好,砂轮使用寿命延长,所以该蜗杆具有工艺简单,齿形精度高,易于推广等优点。

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端圆环面包络圆柱蜗杆副
由端圆环面包络圆柱蜗杆与用直接展成法(或间接展成法)加工的蜗轮组成的蜗杆副。呈线(或点)接触。其啮合特性与ZC1,蜗杆副基本相同,但到目前为止,其应用尚少,有待进一步研究和实践。

双圆弧齿圆柱蜗杆副
是前苏联C.B.沙夫钦柯在ZC3蜗杆副基础上,提出的一种新型圆弧圆柱蜗杆副(采用了凸凹公切线式齿形)。接着文献[6]又首先提出了滚刀与车刀不同齿廓的分阶式齿形(图7-30a、b)。该蜗杆副属于车削型曲纹面圆柱蜗杆副。蜗杆在轴向平面内呈凸凹双圆弧齿廓,蜗轮用直接展成法加工。它具有良好的啮合特性:充分利用了蜗杆凸圆弧齿廓的啮合特点;凸凹齿廓的联合使用,充分而有效地利用了大变位的优点;避免了蜗轮的根切与齿顶变尖;接触线形状有利动压油膜的形成;分阶式齿形避免了弱区(图7-30c)接触;圆弧半径可取小值充分发展了圆弧齿形的优点;蜗杆与滚刀的工艺性差,蜗杆不易磨齿。

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新型齿轮及其齿轮副 - 齿轮知识 - 正基元端双圆环面包络圆柱蜗杆副
安兆达提出的新型圆柱蜗杆副。蜗杆是用端双圆环面砂轮包络而成,砂轮轴线与蜗杆轴线有固定的中心距a0,轴交角∑=90°。加工蜗杆所用砂轮修整工艺简便,可加工出高精度硬齿面蜗杆。蜗轮是用直接展成法加工。组成的蜗杆副具有良好的啮合特性;接触线形状有利于动压油膜形成,承载能力、传动效率都较高。但到目前为止尚没有用于生产,其啮合特性的理论分析,试验研究都有待进一步探讨。

偏置圆柱齿轮副
属于双曲面齿轮副的一种。该齿轮副的小齿轮是一个斜齿圆柱(螺旋)齿轮,配对的大齿轮是端面齿轮,两齿轮相对偏置安装。偏置圆柱蜗杆副是其中的一个特例(图7-31)。

曲线齿偏置圆柱蜗杆副
由曲线齿廓的圆柱蜗杆与配对的端面蜗轮组成的交错轴齿轮副(图7-32a)。目前蜗杆曲线齿形多采用C1、C3(图7-32b、c),蜗轮是用直接展成法加工而成。它具有偏置蜗杆副的一般特点。
以C3齿形的偏置圆柱蜗杆副为例,其特点为:接触线形状好,有利于共轭齿面间液体动压油膜的形成,诱导曲率半径大,同时啮合齿数多等良好的啮合特性,工艺性尚好,具有工作平稳、噪音小,承载能力大、传动效率高等优点,和ZC蜗杆副相比,可提高承载能力60%一150%、传动效率可提高10%;和ZA蜗杆副相比承载能力可提高200%~300%,效率可提高15%~20%。该蜗杆副的缺点是易出现根切,啮合特性及安装部位都不对称。为避免根切可采用非对称性齿形,或采用大压力角。

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新型齿轮及其齿轮副 - 齿轮知识 - 正基元圆弧齿偏置圆柱蜗杆副
见“曲线齿偏置圆柱蜗杆副”。

滚动摩擦蜗杆副
蜗杆与蜗轮共轭齿面间,以滚动摩擦代替滑动摩擦的蜗杆副,称滚动摩擦蜗杆副。这类蜗杆副种类很多,常用的有循环滚珠圆柱蜗杆副、滚球环面蜗杆副等。
这类蜗杆副齿面之间已不再是完整的线接触,而是间断的点接触,实际工作中是齿面弹性变形后的间断椭圆面接触。一般说来,“共轭”齿面之间的摩擦系数小,传动效率高,工作平稳、噪声;结构复杂,工艺性差,成本高。

滚珠环面蜗杆副
环面蜗杆与以精密滚珠为轮齿的配对蜗轮组成的蜗杆副图7-33。该蜗杆副精度高,可作为分度蜗轮;重合度大,同时啮合齿数多;摩擦系数小,传动效率高;工艺性比一般环面蜗杆副好;工作时径向力大;齿面不易形成油膜,润滑条件差。

循环滚珠圆柱蜗杆副
圆柱蜗杆螺旋面由循环排列的滚珠代替。与配对的蜗轮组成的蜗轮副图7-34。它可为单头、双头和多头蜗杆副。图示为单头循环滚珠圆柱蜗杆副。当蜗杆转动时,滚珠在螺旋槽内滚动,并循环移动,沿轴向的分运动推动蜗轮转动,形成了蜗杆副的啮合运动。这种蜗杆副齿面间摩擦系数小,传动效率高,但结构复杂,成本高。

封闭形线接触圆柱蜗杆副
具有特定齿形的圆柱蜗杆与配对蜗轮组成的圆柱蜗杆副(图7-35a)。其特点是:由于具有特定齿形,蜗杆副呈现封闭形(闭合)的接触线(图7-35a、b)。该蜗杆副在啮合过程中,闭合的接触线逐渐滑移缩小,最后达到点接触时,一对轮齿脱开啮合。如图a所示,一对轮齿进入啮合时闭合接触线为1,滑移顺序为1~4(图7-35a),闭合线包围的区域实际形成了一个“油腔”,啮合过程也是“油腔”的缩小过程,也是油压形成过程,故此闭合式接触线的形成也是改善共轭齿面间动压润滑条件的过程。封闭形接触线圆柱蜗杆副具有工艺性好、承载能力大、传动效率高、噪声小等优点,是改善圆柱蜗杆副传动质量的重要措施之一。
图b示出了共轭齿面形成封闭式接触线的条件。

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双重传动
利用二次接触的基本原理,可以设计成一根蜗杆同两个蜗轮相啮合的双重蜗杆副。该传动形式可以提高承载能力和传动效率,另外也可以设计成速度分解机构(图7-36)。

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β传动
是圆柱蜗杆副的变态形式,该蜗杆副充分利用了有利的啮合场,将蜗轮啮合工作区相对中间平间向啮出侧旋转了一个角度β,故称β传动(图7-37)。这种蜗杆副利用了良好接触线线段。改善了齿面间动压润滑条件,对直纹面圆柱蜗秆副尤为显著。图中推荐直纹面圆柱蜗杆副, θ=45°~50°,β1=20°,β2=15°~20°。圆弧齿圆柱蜗杆副,亦可采用β传动,推荐θ=35°~40°当x=0.5~1时β12=10°,θ=45°;当x=1~1.5时,β12=5°~10°,θ=45°~48°,其形式见图a、b。

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双节点非正交蜗杆副
是前苏联学者60年代提出的一种新型蜗杆副(图7-38)。该蜗杆副的蜗杆,可做成不同齿形的圆柱蜗杆,蜗轮是用直接展成法加工出来的,具有内齿圆和外齿圆的综合蜗轮,由于蜗轮结构所致,蜗杆副只能做成非正交轴,轴交角0<∑<90°。它相当于一个内啮合蜗杆副和一个外啮合蜗杆副的组合,在啮合过程中,瞬时有两个节点,故称双节点。
双节点蜗杆副具有如下特点:承载能力和传动效率都较圆柱蜗杆副高;蜗杆轴承受的弯矩很小或被消除;制造工艺尚好,但对安装精度较敏感。这种蜗杆副到目前为止尚没有深入试验研究和应用。指状锥面包络环面蜗杆(digita1 TK-worm)
在车削型直廓环面蜗杆蜗旋面成形的基础上,用指状锥面铣刀代替车刀,由展成法加工的环面蜗杆。由图7-39可知指状铣刀的绕轴与形成圆周连,刃边与形成圆相切。加工蜗杆时,刀具除绕自身轴线高速转动外,还随形成圆按给定传动比转动。指状锥面包络环面蜗杆具有良好的磨齿工艺。

指状锥面二次包络环面蜗杆副
新型齿轮及其齿轮副 - 齿轮知识 - 正基元由指状锥面包络环面蜗杆与其作为产形轮(滚刀)直接展成的蜗轮,组成的环面蜗杆副。轴交角通!=90°,属于双包围环面蜗杆副。它是最逼近直廓环面蜗杆副的一种形式,它继承了直廓环面蜗杆副的啮合优点,具体表现在:可实现具有高精度、硬齿面、低粗糙度的蜗杆,有效的解决了滚刀的刃磨工艺;“原始型”直廓环面蜗杆副有两条接触线,其中“静线”实际上是齿面上的一条棱线,诱导曲率最大,而该蜗杆副,这条接触线变成作用在狭窄面积上滑移的一组“动”接触线,减小了接触应力;改善了多头蜗杆的加工工艺,且不易发生根切,这些与平面二次包络环面蜗杆副相比也是优越的,通过“角度修正”,“静线”啮合宽度变大,更有利于双接触线优越性的发挥。这种环面蜗杆副适用于多头数,小传动比、大尺寸的场合。

角修正指状锥面包络环面蜗杆
指状锥面刀具展成环面蜗杆的过程,相当于产形轮和蜗杆的啮合过程,若产形轮(即指状锥面铣刀或砂轮)的绕轴和蜗轮轴线不重合,而倾斜角度△γ,这时展成的蜗杆称“角修正”指状锥面包络环面蜗杆。

曲面包络环面蜗杆
由曲面齿廓蜗轮(齿轮)为产形轮,用展成法加工的环面蜗杆。产形轮的工艺条件尚好,但蜗杆的磨齿工艺较差。

新型齿轮及其齿轮副 - 齿轮知识 - 正基元变β角平面包络环面蜗杆
用平面产形轮,展成加工环面蜗杆螺旋面时,选定一个平面,使初始角为β,然后使β角在加工蜗杆的过程中发生变化,从蜗杆入口端开始,到喉部为止,再将角度变化反回到出口端部。用这种方法加工的环面蜗杆称变β角平面包络环面蜗杆。这种修正型环面蜗杆,可有效地防止蜗杆齿顶变尖和根切。到目前为止,该蜗杆尚未推广应用,有待进一步研究。

点接触针轮环面蜗杆副
将凸形圆弧成形车刀刃面作为蜗轮轮齿的一个端面,且放置在中间平面内,在加工蜗杆时按照给定的中心距a0,传动比i0,使蜗杆绕自身轴线,车刀绕蜗轮轴线相对转动,这时车刀刃廓的轨迹面,即环面蜗杆螺旋面。而蜗轮轮齿则是直径和车刀圆弧直径有相配关系的套筒滚子。这种蜗杆和蜗轮组成的蜗杆副(图7-40),呈点接触,称点接触针轮环面蜗杆副。其主要啮合特点是:呈点接触,安装工艺良好;由共轭面间的滑动摩擦变成了滚动摩擦,提高了传动效率。大型蜗杆副更能表现其优越性。图中示意出车刀加工蜗杆的原理。

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