专利名称：蜗杆传动副的加工工艺及加工蜗杆的磨轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种二次包络环面蜗杆传动副的加工工艺及加工蜗杆的磨轮。
现在，二次包络蜗杆传动已广泛应用于重载传动装置中，其中平面二次包络环面蜗杆传动副是这样构成的以一平面磨轮包络加工出蜗杆齿面(参见附
图1)，再以蜗杆齿面为刀具面包络加工出蜗轮，这样的一对蜗轮蜗杆构成平面二次包络蜗环面蜗杆传动副。平面二次包络环面蜗杆传动副的加工工艺参见1998年1月由四川科学技术出版社出版，杜厚金，江有渝编著的《平面二次包络环面蜗杆传动制造工艺》第八页图1-1。
分析二次包络环面蜗杆传动副的齿面几何接触形态可知，当蜗轮蜗杆啮合时，接触线在蜗轮齿面上的分布示意图参见附图2。随着啮合的继续，接触线按图2中箭头所指的方向运动。显然，在蜗轮蜗杆齿面的整个啮合过程中，蜗轮齿面与蜗杆齿面通过接触线在啮合齿面间形成的空间经历了一个从双开口的空间(参见附图4)到只有一个开口的半封闭空间(参见附图5)的过程。在整个啮合过程中，接触线按附图2的箭头所指的方向连续运动，使得蜗轮齿面与蜗杆齿面通过接触线在啮合齿面间形成的空间的体积逐渐减少，被围在该空间中的润滑油从开口处流出，由于该空间的开口面积(不论是双开口或只有一个开口的情况)大，润滑油流出开口所产生的“挤压效应”不显著，故不能保证润滑油膜的形成，这就使得蜗杆传动副的承载能力、传动效率的提高；使用寿命的延长受到了极大的限制。
已公布的中国发明专利申请(其申请号为92.1.08209.6)“回转面包络环面蜗杆副的加工工艺及其磨轮”存在二个问题，其一，该蜗杆传动副仍存在着在啮合的前半部分，啮合齿面间形成的空间仍存在一个大的开口，“挤压效应”并不显著；其二，构成磨轮磨削面的曲线段为园弧、椭圆、双曲线、抛物线，而另外的线段为直线段时，在两线段的接合处，二阶导数不连续，由二次包络环面蜗杆传动的啮合方程知，齿面将产生奇点，这是致命的缺陷。
此外，长期以来，平面二次包络环面蜗杆副的蜗杆在加工时，蜗杆齿顶的倒角都是在蜗杆螺纹切制完毕后，用车刀刀具凭经验去靠拨加工而成，这种做法破坏了蜗杆齿面靠齿顶部分的共轭面结构。
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种蜗杆传动副的加工工艺及加工蜗杆的磨轮，以达到蜗杆传动副的啮合齿面的几何接触形态有利于润滑油膜的形成。
为了实现上述发明的目的，本发明的技术方案是在现有磨轮的基础上对其有效加工面进行了改进，该磨轮有效加工面的母线由在同一平面内的线段和与该线段端点光滑连接具有单调性的非线性曲线段构成，每一连接点处二阶导数连续，以保证加工出的齿面无尖点，与线段端点光滑连接的具有单调性非线性曲线段的二阶导数值异号，以保证与线段端点连接的曲线的凹向相反，且该母线与磨轮的转轴位于同一平面内，该母线绕磨轮的转轴旋转而形成的回转面为磨轮的有效加工面。上述的每一单调性非线性曲线段可为单的一非线性曲线段，或不相同多段曲线光滑连接构成一单调性非线性曲线段；还可以是线段的一端为单一的单调性非线性曲线段，而另一端为不相同的多段曲线光滑连接构成一单调性非线性曲线段。
本发明的加工工艺是这样的在现有的平面二次包络环面蜗杆传动副的加工工艺(参见附图3)的基础上，当蜗杆螺纹切制完毕后，有关对齿面的加工就用上述的、在现有磨轮的基础上对其有效加工面进行了改进的加工蜗杆的磨轮在滚齿机上粗磨和精磨、精磨蜗杆齿面以及蜗杆刀具(用于加工蜗轮齿面)。
在附图6和附图7中，给出了实施本发明的蜗杆传动副的一种磨轮的结构图，包括磨轮本体，磨轮中心轴孔，A-A为磨轮的转轴，非线性线段ab、cd与垂直于转轴A-A的直线段bc光滑连接构成平面曲线ad，该平面曲线绕A-A轴旋转形成的回转面为磨轮的有效加工面。其中bc长-20mm，非线性曲线段ab、cd分别为截取曲线f(x)＝0.00001x4从座标原点开始的大约1.5-8.5mm长的曲线段，且从座标原点处与直线段bc相连。磨轮外园直径为200-400mm，磨轮厚度为15-30mm，磨轮中心孔的直径为750+0.03mm，磨轮的边缘厚度为2-10mm。
在附图8和附图9中，给出了实施本发明的蜗杆传动副的另一种磨轮的结构图，包括磨轮本体，磨轮中心轴孔，A-A为磨轮的转轴，非线性线ab、cd与同转轴A-A位于同一平面内的直线段bc光滑连接构成平面曲线ad，该平面曲线绕A-A轴旋转形成的回转面为磨轮的有效加工面。其中bc长4-20mm，非线性曲线段ab、cd分别为截取曲线f(x)＝0.00001x4从座标原点开始的大约1.5-8.5mm长的曲线段，且从座标原点处与直线段bc相连。磨轮外园直径200-400mm，磨轮厚度为15-30mm，磨轮中心孔的直径为750+0.03mm，磨轮的边缘厚度为2～10mm。
在附图10中，给出一种发明的蜗杆传动副的接触线在蜗轮齿面分布的示意图。具体参数为蜗轮副中心距A＝125mm，蜗杆头数Z1＝1，蜗轮齿数Z2＝40，加工蜗杆的磨轮的轴截面参见附图6和附图7，其中，直线段bc长约3-13mm，且垂直于磨轮的转轴A-A，ab、cd分别为截取曲线f(x)＝0.00001x6从座标原点开始的大约1.5-7.5mm长的非线性曲线段；附图11给出的是ab、cd分别为截取曲线f(x)＝0.00001x4从座标原点开始的大约1.5-7.5mm长的非线性曲线段，而其余参数同附图10的参数时，接触线在蜗轮齿面上的分布示意图。
图1是平面二次包络环面蜗杆传动副的蜗杆齿面由平面磨轮包络加工的示意图。
图2是二次包络环面蜗杆传动副在啮合时，接触线在蜗轮齿面上分布的示意图。
图3是平面二次包络环面蜗杆传动副加工工艺流程图。
图4是二次包络环面蜗杆传动副在啮合过程的前半部分，蜗轮蜗杆齿面通过接触线在啮合齿面间形成的双开口空间示意图。
图5是二次包络环面蜗杆传动副在啮合过程的后半部分，蜗轮蜗杆齿面通过接触线在啮合齿面间形成的单开口空间示意图。
图6为实施本发明的一种磨轮的结构图。
图7为图6的有效加工面处的放大图。
图8为实施本发明的另一种磨轮的结构图。
图9为图8的有效加工面处的放大图。
图10为一种参数的蜗杆传动副的接触线在蜗轮齿面上的分布示意图。
图11为另一种参数的蜗杆传动副的接触线在蜗轮齿面上的分布示意图。
综上所述，本发明具有以下优点1、由于包络加工蜗杆齿面及蜗杆刀具(用于加工蜗轮齿面)的磨轮的有效加工面是由简单曲面结合而成，即磨轮的有效加工面的母线由在同一平面内的线段和与该线段端点光滑连接并具有单调性的非线性曲线段构成，该母线绕磨轮的转轴旋转而形成的回转面为磨轮的有效加工面，线段两端的非线性曲线段绕磨轮转轴旋转形成的回转面构成的磨轮的有效加工面分别包络加工出蜗杆的齿根齿面与齿根面的交接处及蜗杆的齿顶齿面与齿顶面的交接处，同时，线段的回转面构成的磨轮有效加工面包络加工出蜗杆的其余齿面。显然，当用上述磨轮包络加工蜗杆齿面及蜗杆刀具，再用蜗杆刀具加工出蜗轮，这样的二次包络环面蜗杆传动副的蜗轮蜗杆相啮合时，由于蜗杆齿顶面与蜗杆齿顶面的交接处为一曲面，蜗轮齿根面与蜗轮齿根齿面的交接处也是一曲面，且这两曲面是一对共轭曲面，在啮合时一定有接触线存在；同时，也由于蜗杆的齿根面与蜗杆齿根齿面的交接处为一曲面，蜗轮齿顶面与蜗轮齿顶齿面的交接处也是一曲面，且这两曲面也是一对共轭曲面，在啮合时也一定有接触线存在(上述的两种接触线的切线与齿面的中间区域的接触线的切线夹角较大)。而在齿面的中间区域的接触线与相对速度的方向接近于直角。图10是本发明提出的二次包络环面蜗杆传动在一种参数时接触线在蜗轮齿面上的分布示意图，图11是本发明提出的二次包络环面蜗杆传动在另一种参数时接触线在蜗轮齿面上的分布示意图。啮合齿面这样的几何接触形态使得前面提到的蜗轮蜗杆啮合时，蜗轮蜗杆齿面通过接触线在啮合齿面间形成的空间由于开口部分有接触线存在，且这些接触线的切线与齿面的中间区域的接触线的切线夹角较大，故开口面积被大大的减小，当该空间的体积随啮合的继续而逐渐变小时，被围在该空间中的润滑油从被大大减小的开口处流出时，产生了非常显著的“挤压效应”，使得润滑油膜十分容易形成，极大的改善了齿面润滑状态。因此，本发明提出的二次包络环面蜗杆传动具有高承载能力、高传动效率、长使用寿命。
2、现有的平面二次包络环面蜗杆传动副加工工艺中，当蜗杆螺纹切制完备后，需用车刀凭经验去靠拨加工蜗杆齿顶的倒角，这种作法破坏了蜗杆齿面靠齿顶部分的共轭面结构。而在本发明中，被车刀车削的蜗杆齿顶部分被磨轮加工成了共轭曲面，使得蜗杆齿面靠齿顶部分的共轭面结构保持完整。
3、本发明提出的二次包络环面蜗杆传动副的加工工艺与成熟的平面二次包络环面蜗杆传动副的制造工艺相比，只是包络加工蜗杆齿面及蜗杆刀具的磨轮不同，故容易实施。
权利要求
1.一种蜗杆传动副的加工工艺，其特征在于(1)车削蜗杆，(2)用直线刀刃初切蜗杆齿面，(3)用加工蜗杆的磨轮粗磨蜗杆齿面，(4)用加工蜗杆的磨轮精磨蜗杆齿面，(5)用加工蜗杆的磨轮磨削加工蜗轮的滚刀，(6)用滚刀加工蜗轮。
2.一种加工蜗杆的磨轮，包括磨轮本体，磨轮中心轴孔，其特征在于该磨轮有效加工面的母线由在同一平面内的线段与该线段端点光滑连接并具有单调性的非线性曲线段构成，该母线与磨轮的转轴位于同一平面内，且绕磨轮的转轴旋转而形成的回转面为磨轮的有效加工面，每一连接点处二阶导数连续，与线段两端点光滑连接的具有单调性非线性曲线段的二阶导数值异号。
3.根据权利要求2所述的加工蜗杆的磨轮，其特征在于磨轮有效加工面的母线上的每一单调非线性曲线段为单一的非线性曲线段。
4.根据权利要求2所述的加工蜗杆的磨轮，其特征在于磨轮有效加工面的母线上的每一单调非线性曲线段为不相同的多段曲线光滑连接构成。
5.根据权利要求2所述的加工蜗杆的磨轮，其特征在于磨轮有效加工面的母线由线段的一端为单一的单调非线性曲线段，其另一端为不相同的多段曲线光滑连接而成一单调非线性曲线段构成。
6.根据权利要求2所述的加工蜗杆的磨轮，其特征在于两条非线性线段与垂直于转轴的直线段的两端光滑连接构成平面曲线，该平面曲线绕磨轮轴旋转形成的回转面为磨轮的有效加工面；其中直线长4-20mm，非线性曲线段分别为截取曲线f(w)＝0.00001x4从座标原点开始的大约1.5-8.5mm长的曲线段，且从座标原点处与直线段相连，磨轮外园直径200-400mm，磨轮厚度为15-30mm，磨轮中心孔的直径为750+0.03mm，磨轮的边缘厚度为2-10mm。
7.根据权利要求2所述的加工蜗杆的磨轮，其特征在于两条非线性线段与同转轴位于同一平面内的直线段的两端光滑连接构成平面曲线，该平面曲线绕磨轮轴旋转形成的回转面为磨轮的有效加工面；其中直线长4-20mm，非线性曲线段分别为截取曲线f(x)＝0.00001x4从座标原点开始的大约1.5-8.5mm长的曲线段，且从座标原点处与直线段相连。磨轮外园直径200-400mm，磨轮厚度为15-30mm，磨轮中心孔的直径为750+0.03mm，磨轮的边缘厚度为2-10mm。
全文摘要
一种蜗杆传动副的加工工艺及加工蜗杆的磨轮涉及二次包络环面蜗杆副的加工工艺及加工蜗杆的磨轮。磨轮有效加工面的母线由在同一平面内的线段和与该线段端点光滑连接并具有单调性的非线性曲线段构成,该母线与磨轮的转轴位于同一平面内,且绕磨轮的转轴旋转而形成的回转面为磨轮的有效加工面。用该磨轮为母面包络加工出的蜗杆传动副的蜗轮蜗杆在啮合时,齿面的几何接触形态十分有利于润滑油膜的形成,故该种蜗杆传动副具有高承载能力、高传动效率、长使用寿命。
文档编号B23F13/02GK1196988SQ98111819
公开日1998年10月28日 申请日期1998年1月15日 优先权日1998年1月15日
发明者韦云隆, 曹兴进, 贺惠农 申请人:重庆大学