精密重載型變齒厚漸開線齒輪包絡環面蝸杆傳動的製作方法

2023-11-08 06:27:37

精密重載型變齒厚漸開線齒輪包絡環面蝸杆傳動的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種精密重載型變齒厚漸開線齒輪包絡環面蝸杆傳動，包括齒輪和環面蝸杆，所述齒輪採用硬齒面耐磨材料製成，齒輪的齒面為漸開面，且輪齒沿其軸向呈楔形；環面蝸杆採用中硬材料製成，且環面蝸杆的兩側齒面是分別以齒輪的相應兩側漸開螺旋齒面為母面，按齒輪與環面蝸杆之間的嚙合關係展成運動形成的包絡面。該發明傳動比範圍大、承載能力高、傳動可靠性高、易實現高精度加工，且可通過變齒厚漸開線齒輪軸向位置的移動進行齒側間隙調整和齒面磨損量補償，適用於電梯曳引機、工具機分度臺、工業機器人、雷達和火炮俯仰及迴轉系統等精密重載設備中。
【專利說明】精密重載型變齒厚漸開線齒輪包絡環面蝸杆傳動
【技術領域】
[0001]本發明屬於機械傳動領域，尤其是屬於蝸杆傳動中的精密重載蝸杆傳動。
【背景技術】
[0002]蝸杆傳動屬於交錯軸傳動，具有結構緊湊、傳動平穩、噪音低及運動誤差小等特點。長期以來，國內外通常把蝸杆傳動分為「運動傳動」和「動力傳動」兩大類，前者主要考慮的是如何提聞蝸杆傳動的「精度」;後者主要考慮的是如何使蝸杆傳動達到「重載、聞效、高壽」。然而，隨著生產力和工業技術的發展，電梯曳引機、工具機分度臺、工業機器人、雷達和火炮俯仰及迴轉系統等行業急切需要一種承載能力大、精度高、齒側間隙可調並能補償磨損量的精密重載蝸杆傳動。
[0003]目前，用於「動力傳動」的重載蝸杆傳動以圓弧齒圓柱蝸杆傳動(尼曼蝸杆傳動)和環面蝸杆傳動(直廓環面蝸杆傳動、平麵包絡環面蝸杆傳動、錐麵包絡環面蝸杆傳動及漸開麵包絡環面蝸杆傳動)為主，其具備凸凹接觸、多齒嚙合等特點，因而承載能力高；但存在加工精度低、齒側間隙不可調、齒面磨損量不能補償等不足。而且，現有蝸杆傳動的蝸輪材料都採用銅合金，其主要原因是:現有蝸杆傳動的原理為蝸杆包絡蝸輪，故蝸輪齒面為複雜曲面，只能滾切加工、無法精確磨削加工，齒面精度低，需要軟材料(銅蝸輪)與硬材料(鋼蝸杆)配對進行跑和，同時提高抗膠合能力。
[0004]用於「運動傳動」的精密蝸杆傳動有以下六種:
雙導程圓柱蝸杆傳動，它的蝸杆是由兩側齒面模數大小不等的圓柱蝸杆，其兩側螺旋齒面的導程不等，由於導程差的積累，使蝸杆的齒厚沿其軸線逐漸變化；蝸輪由相應的複合模數滾刀加工而成。調整蝸杆的軸向位置，可調整傳動副的齒側間隙或補償輪齒的磨損量。該傳動已被國內外應用於滾齒機等的精密分布機構中。該傳動的主要不足在於:a)加工蝸輪的複合模數滾刀鏟磨困難，蝸輪不可磨削，精密製造成本高；b)蝸輪蝸杆嚙合傳動時相鄰齒對的齒側間隙不相等，不能保證每對齒的齒側間隙都符合精度要求；c)蝸輪與蝸杆同時嚙合的齒對數極小、承載能力低、易磨損、精度壽命短，難以勝任高速精密運動或重載精密運動的要求。
[0005]威氏蝸杆傳動，它的蝸杆齒面是以正平面為母面，按蝸輪與蝸杆的嚙合關係作展成運動形成的包絡面，因此用簡單的方法即可實現齒面磨削，這一優點使得該蝸杆可以採用淬火鋼製造，以承受重的靜載荷和低速載荷。由於其蝸輪齒兩側面的接觸區成反對稱分布，故當將其沿齒寬中央平面剖分製造時，通過相對於蝸輪周向轉動兩半個蝸輪，便可以達到調整或補償齒側間隙的目的，適用於精密蝸杆傳動。該傳動的不足之處在於:a)由正平麵包絡形成的環面蝸杆，當傳動比較小時，蝸杆入口端的齒面將產生根切；b)由於錯位消隙的緣故，兩半個蝸輪分別於與蝸杆左右兩齒面同時接觸，蝸杆傳動齒面間的相對滑動速度較大，故導致齒面容易磨損且傳動效率低；c)若採用鍵連接蝸輪與軸，為保證起鬨半個蝸輪相對於另半個蝸輪錯位傳動，務必要將蝸輪的鍵槽隨錯位加寬，這給傳動的側隙調整帶來了不便。[0006]OTT分段式圓柱蝸杆傳動及Cone分段式環面蝸杆傳動:德國OTT公司和美國ConeDrive公司先後推出了分段式精密蝸杆傳動，其蝸杆由半截蝸杆軸和半截空心蝸杆組成的，蝸輪齒面進行合理的修形，使其能夠適應蝸杆的剖分式設計。齒側間隙調整在蝸杆軸固定、空心蝸杆受一定軸向預緊力的情況下進行，通過旋轉空心蝸杆，使得兩截蝸杆的工作面與蝸輪齒發生接觸，設置好齒側間隙，用漲緊套將兩截蝸杆固聯，齒側間隙的調整較方便，在磨損後重新調整齒側間隙也能獲得滿意的接觸狀態。該傳動的不足之處在於:a)兩段蝸杆通過漲緊套固連，其受力結構不好且調整較為不便山)正反轉時分別只有其中一段蝸杆與蝸輪正常嚙合，故其同時嚙合的齒數對是正常情況的一半、承載能力較低。
[0007]變齒厚圓柱齒輪蝸杆副，該傳動是一種以變齒厚圓柱齒輪作為蝸輪，和與之共軛的包絡環面蝸杆構成的可調整齒側間隙的一次包絡環面蝸杆副，可用於小側隙或無側隙的精密分度場合等。該傳動的不足之處在於:負載運行後蝸輪齒面和蝸杆齒面均會發生磨損，然後齒面磨損後無法進行側隙間隙補償。
[0008]側隙可調式平麵包絡環面蝸杆傳動，該傳動的蝸輪輪齒的兩側齒平面傾角不等，輪齒沿軸向呈楔形，並使左右兩側齒面的接觸線都落在輪齒偏薄的半邊，因而通過軸向移位，可以實現全部齒側間隙的合理調整，除了具有斜齒平面蝸輪多齒嚙合、承載能力和效率高的優點之外，還具有可製造精度高、齒側間隙或空回量小、磨損可補償等多優點。該傳動的不足之處在於:a)現有工具機無法完成斜齒平面蝸輪的高精度加工；b)在蝸杆齒面磨損後，蝸輪軸向調整無法精確補償，需經過跑合才能達到正確的嚙合關係。
[0009]無側隙雙滾子包絡環面蝸杆傳動，該傳動中的蝸杆是以蝸輪齒面為原始母面，經一次包絡形成的環面蝸杆，蝸輪輪齒則是兩個能夠繞其自身軸線轉動的滾子，該傳動不僅具有滾子包絡環面傳動效率高、嚙合齒數多、承載能力強/側隙可調及零側隙等優點。該傳動的不足之處在於:a)雙滾子的結構使其支撐軸較小，故承載能力較低；b)剖分蝸輪型式使其側隙調整和磨損量補償極為不方便。

【發明內容】

[0010]本發明的目的在於克服上述重載蝸杆傳動的精度不高、精密蝸杆傳動的承載能力較低等缺點，提出一種兼具承載能力高、精度高、側隙可調且磨損量能補償等優點的精密重載型變齒厚漸開線齒輪包絡環面蝸杆傳動。
[0011]本發明的目的通過下述技術方案來實現:
一種精密重載型變齒厚漸開線齒輪包絡環面蝸杆傳動，包括齒輪和環面蝸杆，所述齒輪採用硬齒面耐磨材料製成，齒輪的齒面為漸開面，且輪齒沿其軸向呈楔形；環面蝸杆採用中硬材料製成，且環面蝸杆的兩側齒面是分別以齒輪的相應兩側漸開螺旋齒面為母面，按齒輪與環面蝸杆之間的嚙合關係展成運動形成的包絡面。
[0012]進一步，所述齒輪採用軸承鋼製成，環面蝸杆採用中碳合金鋼製成。
[0013]進一步，齒輪的輪齒兩側螺旋面導程不相等，使其兩側齒面上的接觸線位於同一端。
[0014]進一步，所述齒輪的齒面硬度高於環面蝸杆的齒面硬度。
[0015]進一步，所述齒輪左右兩側齒面的接觸線均位於齒輪的薄端。
[0016]進一步，所述齒輪沿其軸線向薄齒端移動，調節齒側間隙逐漸減小至零間隙。[0017]進一步，所述齒側間隙與齒輪移動距離I之間的關係為，
【權利要求】
1.一種精密重載型變齒厚漸開線齒輪包絡環面蝸杆傳動，包括齒輪和環面蝸杆，其特徵在於:所述齒輪採用硬齒面耐磨材料製成，齒輪的齒面為漸開面，且輪齒沿其軸向呈楔形；環面蝸杆採用中硬材料製成，且環面蝸杆的兩側齒面是分別以齒輪的相應兩側漸開螺旋齒面為母面，按齒輪與環面蝸杆之間的嚙合關係展成運動形成的包絡面。
2.根據權利要求1所述的精密重載型變齒厚漸開線齒輪包絡環面蝸杆傳動，其特徵在於:所述齒輪採用軸承鋼製成，環面蝸杆採用中碳合金鋼製成。
3.根據權利要求1所述的精密重載型變齒厚漸開線齒輪包絡環面蝸杆傳動，其特徵在於:齒輪的輪齒兩側螺旋面導程不相等，使其兩側齒面上的接觸線位於同一端。
4.根據權利要求1所述的精密重載型變齒厚漸開線齒輪包絡環面蝸杆傳動，其特徵在於:所述齒輪的齒面硬度高於環面蝸杆的齒面硬度。
5.根據權利要求1所述的精密重載型變齒厚漸開線齒輪包絡環面蝸杆傳動，其特徵在於:所述齒輪左右兩側齒面的接觸線均位於齒輪的薄端。
6.根據權利要求1所述的精密重載型變齒厚漸開線齒輪包絡環面蝸杆傳動，其特徵在於:所述齒輪沿其軸線向薄齒端移動，調節齒側間隙逐漸減小至零間隙。
7.根據權利要卞6所述的精密重載型變齒厚漸開線齒輪包絡環面蝸杆傳動，其特徵在於:所述齒側間盹與齒輪移動距離/之間的關係為，
8.—種上述權利要求1至7任一項所述精密重載型變齒厚漸開線齒輪包絡環面蝸杆傳動的加工方法: 齒輪加工，首先對待加工齒輪進行滾齒加工後淬火處理，然後利用高精度磨齒機採用成形法分別磨削左右齒面，從而得到成品齒輪； 環面蝸杆加工，首先對待加工蝸杆開槽後調質處理，然後在滾齒機或專用工具機上將砂輪修整成漸開面進而模擬其包絡母面，砂輪繞齒輪的軸心h以A的角速度轉動，同時蝸杆繞其自身軸心__以I的角速度轉動，巧和 Z間按傳動副的傳動比進行關聯運動，再將磨齒後的蝸杆和與齒輪齒形一致的高精度?17磨輪進行衝磨，進而使蝸杆的齒面保持中硬度及高精度； 最後，齒輪與環面蝸杆嚙合形成蝸杆傳動副，且齒輪與環面蝸杆左右齒面對應有五對齒嚙合。
【文檔編號】F16H1/16GK103742601SQ201410011144
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月10日 優先權日:2014年1月10日
【發明者】陳永洪, 陳燕, 王進戈, 向中凡, 張均富, 柳在鑫, 鄧星橋 申請人:西華大學