双导程蜗杆应用与设计说明书

目录摘要 1一、双导程蜗杆的应用 2二、双导程蜗杆的工作原理 2三、双导程蜗轮蜗杆的传动特点 3（一）双导程蜗杆的缺点 4（二）双导程蜗杆的优点 4四、双导程蜗杆的啮合原理和齿形计算 5（一）双导程蜗杆的啮合原理 5（二）双导程蜗杆的啮形计算 5五、双导程蜗杆参数的测量方法 8（一）原理 8（二）方法与步骤 8双导程蜗杆的加工 9（一）双导程蜗杆的加工工艺 10（二）加工过程 10总结 14致谢 15

双导程蜗杆应用与设计孙震摘要：蜗轮蜗杆传动机构由于传动比大等特点在机械传动及伺服驱动系统中有着广泛的应用。在某些机械传动系统中,特别是伺服驱动系统中,对间隙的要求越来越严格,通常要求零间隙传动,这是因为传动间隙对开环伺服控制系统而言直接影响到启动及反向控制精度。由于双导程蜗杆传动精度高,蜗杆与蜗轮的啮合间隙可调等优点,所以得到广泛应用。关键词：应用蜗杆加工啮齿计算传动特点

一、双导程蜗杆的应用蜗轮蜗杆传动机构由于传动比大等特点在机械传动及伺服驱动系统中有着广泛的应用。在某些机械传动系统中,特别是伺服驱动系统中,对间隙的要求越来越严格,通常要求零间隙传动,这是因为传动间隙对开环伺服控制系统而言直接影响到启动及反向控制精度。近年来,机械制造技术飞速发展,随着数控技术的广泛应用,双导程蜗杆传动的应用也越来越广泛,由于双导程蜗杆传动精度高,蜗杆与蜗轮的啮合间隙可调等优点,为了改善蜗轮蜗杆传动间隙,人们想了许多办法,例如,双导程蜗杆调隙法,以及改变蜗轮蜗杆的中心距法,但后者的结构较复杂,并且要有足够的实施空间,因此使用范围受到限制。通过研究与实践,现再介绍一种可减小蜗轮蜗杆传动间隙的新方法。双导程蜗杆（俗称变厚蜗杆）常用于分度蜗轮副，例如滚齿机工作台分度传动，通过轴向微量窜动来调整（消除）啮合侧隙。（图1-1）二、双导程蜗轮蜗杆传动的工作原理双导程蜗轮蜗杆传动的工作原理与普通圆柱蜗杆传动没有本质上的不同。在沿蜗杆轴的中心剖面内，同样的蜗杆齿形相当于齿条，蜗轮相当于与它啮合的齿轮。双导程蜗轮杆传动与普通圆柱蜗轮蜗杆传动的区别在于：双导程蜗杆(包括蜗轮)的左右齿面具有不相等的导程，而同一侧齿面的导程则相等。假如沿双导程蜗杆的分度圆柱展开，其左右齿面上的螺旋线如（图2-1）所示。从图中可以看出，蜗杆的两个齿面(即左齿面与右齿面)上有两个不相等的导程T0+△T和T0-△T，导致了蜗杆的轴向齿厚沿其轴线从一端到另一端按一定的比例增大(或者减小)，而与双导程蜗杆啮合的蜗轮齿厚相等。这样，当蜗杆沿轴向移动时，它们之间的啮合侧隙也随之改变。当一对双导程蜗轮副运转很长时间后，因磨损造成齿面啮合侧隙加大而破坏了运动的平稳性。此时，将双导程蜗杆沿齿厚减簿的方向位移一段轴向距离，啮合侧隙则随之减小或完全消除，随之恢复了运动的平稳性。这就是双导程蜗杆传动的工作原理。（图2-1）三、双导程蜗杆的传动特点由于双导程蜗杆两侧齿面的导程不相等，因此两齿面具有不同的模数，且均不等于公称模数。这样左右齿面分别具有各自的节点Pz、Py，而与之相啮合的蜗轮左右齿面的节圆(即相对齿面的分度圆)也与公称值不相同。由于啮合中心距是根据公称模数来计算的，因此双导程蜗杆两侧齿面的传动相当于两对不同模数的变位蜗杆传动。大模数齿面相当于负变位，小模数齿面相当于正变位，这就是双导程蜗杆传动的实质所在。双导程蜗杆传动特点如下：(1)在蜗杆轴向移动改变啮合侧隙过程中，始终保持传动比不变。(2)由于大模数齿面相当于负变位，所以蜗轮的根切现象比普通圆柱蜗轮严重，且仅发生在大模数齿面。(3)蜗杆齿厚沿轴线方向变化的同时，齿槽沟宽也会沿轴线方向变化，即厚齿端齿槽底部宽变得很窄。(4)由于双导程蜗杆左右齿面的导程不相等，所以在公称分度圆柱上左右齿面的螺旋线升角也不相等。在加工蜗杆螺旋面时，必须分别按两齿面的导程计算挂轮。在磨削螺旋面时，还应按公称分度圆柱上左右齿面的螺旋升角分别调整砂轮的安装角度。(5)蜗轮的齿部加工，一方面要用与蜗轮啮合的蜗杆具有相同设计参数的滚刀，另一方面滚刀的安装应该和蜗杆装配的实际情形完全一致，即中心距应严格一致，滚刀齿厚薄端对蜗轮基面方向应严格一致；此外，滚刀标准牙中心要严格对准蜗轮的回转中心。双导程蜗杆传动的这些特点应体现在设计与制造的全过程中，只有这样才能获得双导程蜗杆传动的正确啮合关系和较高的接触精度。（一）双导程蜗杆的缺点蜗杆加工比较麻烦，在车削和磨削蜗杆左、右齿面时，螺纹传动链要选配不同的两套挂轮，而这两种蜗距往往是烦琐的小数，对于精确配算挂轮很费时；同样，在制造加工蜗轮的滚刀时，应根据双导程蜗杆的参数设计制造，通用性差。（二）双导程蜗杆的优点1．度精度高。于双导程涡轮蜗杆啮合间隙可调整得很小，侧隙调整可以小至0.01～0.015mm，而普通蜗轮副一般只能达0.03～0.08mm，再小就容易咬死。因此双导程蜗杆副能在较小的侧隙下工作，能大大提高数控转台的分度精度。2．齿面接触稳定。于普通蜗杆是用蜗杆沿蜗轮径向移动来调整啮合侧隙，因而改变了传动副的中心距(中心距的改变会引起齿面接触情况变差，甚至加剧磨损，不利于保持蜗轮副的精度)；而双导程蜗杆是用蜗杆轴向移动来调整啮合侧隙，不会改变传动副的中心距，可避免上述缺点。3．调整准确。导程蜗杆是用修磨调整环来控制调整量，调整准确，方便可靠；而普通蜗轮副的径向调整量较难掌握，调整时也容易产生蜗杆轴线歪斜。4.装配灵活。导程涡轮蜗杆的蜗杆支撑在支座上，只需保证支撑中心线与涡轮中截面重合，中心距公差可略微放宽，装配时，用调整环节获得合适的啮合侧隙，这是普通涡轮无法办到的。四、双导程蜗杆的啮合原理和齿形计算（一）双导程蜗杆的啮合原理

双导程蜗杆传动具有改变啮合侧隙的特点，能够始终保持正确的啮合关系；并且结构紧凑，调整方便，因而在要求连续精确分度的结构中被采用，以便调整啮合侧隙到最小程度。双导程蜗杆副啮合原理与一般的蜗杆副啮合原理相同（如图4-1）蜗杆的轴向截面仍相当于基本齿条，蜗轮则相当于同它啮合的齿轮。双导程蜗杆齿的左、右两侧面具有不同的齿距(导程)或者说齿的左、右两侧面具有不同的模数m(m=t／π)，但同一侧齿距则是相等的，因此，该蜗杆的齿厚从一端到另一端均匀地逐渐增厚或减薄，故又称变齿厚蜗杆，可用轴向移动蜗杆的方法来消除或调整蜗轮副的啮合间隙。（图4-1）（二）双导程蜗杆的齿形计算

双导程蜗杆的齿形如（图4-2）图所示，图中，、分别为蜗杆左、右侧面轴向齿距；为公称轴向齿矩；、分别为蜗杆左、右侧面齿形角；S为齿厚；C为齿槽宽。下面介绍双导程蜗杆传动的特殊参数的选择。（图4-2）双导程蜗杆齿形

1．公称模数

双导程蜗杆传动的公称模数m可看成普通蜗杆副的轴向模数，用强度计算方法求得，并选取标准值，它一般等于左、右齿面模数的平均值。

当公称模数确定后，公称齿距也随之而确定。从图4-2可知2．齿厚调整量

齿厚调整量ΔS是为了补偿制造误差和蜗轮的最大允许磨损量所形成的侧隙而选取的。一般推荐ΔS=0.3~0.5mm。对于数控回转工作台，ΔS值应偏小。当传递动力时，ΔS也可选为πmk。

3．齿厚增量系数

齿厚增量系数值为蜗杆轴向移动单位长度内的轴向齿厚变化量，即

值与m值一样，是确定其他参数的原始数据，因而在设计中首先要确定值。选择值时应考虑以下问题：(1)为了补偿一定的侧隙，蜗杆轴向移动长度与成反比。值大，可使蜗杆轴向尺寸紧凑；但值过大，则使啮合区过分偏移，同时齿顶变尖，齿槽变窄，从而使蜗轮轮齿(大模数值时)发生根切，(小模数值时)齿顶变尖。而值过小，则会增大传动机构的轴向尺寸。

(2)值与啮合节点有一定的关系，由图4-3看出，大模数齿面节点向蜗杆的齿根方向偏移，而小模数齿面节点向蜗杆的齿顶方向偏移，节点偏移量与的关系为

（4-3）式中，为蜗轮齿数。图4-4

啮合关系图（4-5）式中为齿顶高系数为了保证啮合质量,点不应超出蜗轮的齿顶高,点不应超出蜗杆的齿顶。即（4-5）式中为齿顶高系数

。

因此，根据式(4-3)和式（4-5)得

(4-6)

4．模数差与节距差

模数差Δm值为左、右齿面模数与公称模数m之差的绝对值。当已知m和值时，有

(4-7)

因而

(4-8)

(4-9)

同样，节距差Δt值、左面和右面齿距分别为

(4-10)

设计双导程蜗杆时，还要对齿槽变窄、齿顶变尖、蜗轮根切进行验算。五、双导程蜗杆参数的测量方法（一）原理在阿基米德蜗杆轴剖面内,蜗杆螺牙任意两相邻同边齿形在平行于轴心线的各个齿距相等,在平面直角坐标内,可以测得阿基米德蜗杆(下简称蜗杆)轴向齿距Pz轴向压力角α,如图5-1和图5-2所示。（图5-2）（图5-1）（图5-2）（图5-1）假定被测蜗杆未磨损部分的精度很高,那么从图(5-1)可以看出,要使轴向齿距Pz和Py测量准确,千分表在m和m′处或n和n′(即当蜗杆轴向移动Pz或Py距离的前后两处)的读数应一致。为此,可使千分表架固图(5-2)定不动,移动工作台连同蜗杆作轴向运动,使千分表在m和m′处的读数相等,并读出千分表在m和m′两点处工作台的读数(假定分别为A和B),则可求得该蜗杆的左面齿距Pz,即Pz=A-B。同理,可测得螺牙右面的齿距Py值。从图(5-2)可清楚地看出,要测得压力角αz的准确值,必须使千分表或被测蜗杆在相对移动S和h距离后,千分表前后测得的读数保持一致。当此条件得到满足时,图(5-2)中左齿面的压力角(即齿形角)αz即可按下式求：得:αz=arctgsh(5-3)同法,可测得图(5-2)中右齿面的压力角αy值。（二）方法与步骤1、首先清洗待测蜗杆,检查两轴承轴颈或顶尖孔的精度是否完好并量好尺寸。如果精度尚好,可将蜗杆轴线沿坐标镗床工作台移动方向放置,并在两轴承轴颈下用V型铁垫好,使蜗杆轴线与工作台平面平行;若有顶尖孔作定位基准则更好。2、移动工作台,用千分表沿前后两支承轴颈侧母线检查并调整蜗杆,使千分表指针读数前后保持一致,以保证蜗杆轴线与工作台的运动轨迹相平行,调整好后固定蜗杆。3、固定好坐标镗床横梁。将千分表架固定在坐标镗床主轴上,使主轴箱沿横梁水平移动,用千分表测头找出蜗杆的最高点(轴心线)所在的垂直平面,并记好读数,锁紧主轴箱,以便测量,此时千分表不能再左右移动。4、对未使用或未磨损部位的螺牙进行齿距Pz和Py的测量。移动工作台,使千分表测头进入两螺牙之间,直至测头触及分度圆处,记下千分表和工作台的读数,向上退出千分表,移动工作台进行相邻同边螺牙表面相应处,读数与先前的数值相同,再次读出工作台的读数。工作台前后两次读数差即为所测齿距Pz之值。同理,可测得螺牙另一面齿距Py值。5、测量蜗杆轴向压力角(即齿形角)α。松开主轴箱,水平移动主轴箱及工作台,将千分表水平放置,向下移动千分表使其测头置于蜗杆轴线的水平面上,并使千分表测头触及螺牙表面靠齿顶位置,记下工作台和横梁的读数及千分表读数(以蜗杆中心高处为准)。然后,背向千分表测头移动工作台,使其离开适当的距离S(S值按S≈2mtgα估算,取整数值)并将工作台固定,再水平移动主轴箱,使千分表测头触及同一螺牙表面齿根处并使千分尺的读数与齿顶测值相同,记下主轴箱水平移动值h在测出S、h两数值后,此时压力角α即可利用式(5-3)求得。同时,亦可求得另一面螺牙轴向压力角α的大小。6、确定公称模数m。根据测出的蜗杆左右齿面轴向齿距Pz和Py值,利用下式即可分别求得左、右齿面模数mz、my:mz=Pz/πmy=Py/π如果测得左、右齿面轴向压力角相等,即αz=αy,则可先按左、右齿面模数差对称分布的情况进行计算。左右两齿面平均模数可由下式求得:m=(Pz+Py)/2π=(mz+my)/2然后再用m值计算中心距a:a=(mZ2+dal-2m)/2式中dal———蜗杆外径,可用卡尺直接测得Z2———蜗轮齿数如果a=a′(实测中心距),则可确定公称模数m=m,然后再对照标准看是否与标准值一致。假若无论左、右齿面模数差还是左、右，齿面压力角均不对称分布(即不能确定公称模数时),对双导蜗杆来说,只能绕过公称模数m值来进行测绘计算,即在上述测量的基础上再测定出一距离测量基准端面尺寸为x和齿高为h处的齿厚值,然后再定出所有加工所需的尺寸,成对地更换蜗杆和蜗轮,用与实际蜗杆螺牙尺寸一样的双导程蜗轮滚刀,在与实际中心距完全相同的情况下加工蜗轮,以保证得到良好的接触精度,这样按实物测绘制造的双导程蜗轮副是可以用的。7、其他参数的确定。当公称模数m确定后,应用双导程蜗杆传动的计算式即可求出其他参数值。具体见以下实例参数列表。六.双导程蜗杆加工（一）双导程蜗杆的加工工艺双导程蜗杆零件的设计简图如图（6-1）。双导程蜗杆左右齿面的导程不等,分度圆左、右齿面螺旋升角也不等。加工蜗杆齿面时：(6-1)l、必须分别按两齿面的导程计算交换齿轮。2、车削螺旋面时不仅要核算底径处的最小槽宽尺寸，而且必须注意切槽时车削顺序的选择。3、磨削螺旋面时还应按分度圆左右齿面螺旋线升角分别调整砂轮安装角度,逐个齿面进行加工。（二）加工过程双导程蜗杆与普通蜗杆在设计结构上比较,最大的区别在于:前者的齿厚在轴向是变化的、单向螺距的数值是非标准的。因此,车、磨加工过程中依据加工设备计算确定左右齿面非标准螺距所用的交换齿轮、最小槽宽的验算及刀具设计、齿厚测量方法的确定、零件装夹方向及齿面的加工顺序的选择、热处理变形是双导程蜗杆加工中的技术关键所在。l、非标准螺距交换齿轮的计算选定由双导程蜗杆的工作原理可知,蜗杆左右齿面的螺距不等且为非标准值。故按照双导程蜗杆左右齿面螺距及选择的加工母机计算选配交换齿轮是必须的。计算公式如下:2、最小槽宽的验算及刀具设计双导程蜗杆的齿厚是按照规律递增(或递减)的,所以零件存在齿槽最小的底径槽宽尺寸,该尺寸一般设计只能标定在2-3mm,超过该范围蜗杆底径槽宽尺寸无法车削或轴向尺寸过大而影响整体结构。加工时校验该尺寸关键是判断左右齿面在加工过程中是否出现互相干涉现象,同时也是刀具选择的重要依据。首先进行轴向底径处最小槽宽以下简称最小槽宽)的验算。下面是该尺寸的校验公式。验证图（6-1）中的最小的槽宽尺寸：其次依据终加工尺寸,由图（6-2）可知单面留磨量为0.4mm时(轴向尺寸),粗车后的最小槽宽尺寸=刀楔最小宽度满足加工要求(如果该参数小于经验参数有两种方法可以解决加工问题:第一要求设计加大齿厚增量系数k,以加宽最小槽宽尺寸近而提高刀具强度;第二如果设计加大该参数有困难,为满足刀具强度且避免加工中齿面发生干涉现象的问题,在齿槽最窄的底径车出出刀用的空刀,空刀轴向尺寸不能小于2一3mm,至于能大到多少值依据具体的设计参数确定。此种工艺处理的依据是:切出空刀的齿不参与啮合)。(6-2)3、用单刃切人法加工齿面,刀具刀楔的大小影响刀具的强度、(该尺寸经验参数不能小于lmm)。依据以上的计算结果,设计图（6-3）所示的加工双导程蜗杆左齿面专用刀具,刀具材料:W18Cr4V硬度为62一65HRC;刀具的特点:刀具前角大切削变形小,切削刃端面的倒棱增强刀具强度。切削用量:。加工右齿面按图（6-3）制作相应专用车刀。的,车、磨削过程中如何控制加工尺寸是关键。在实际(6-3)测量方法的确定双导程蜗杆的齿厚是变化加工中将测量基准选择在标准齿的位置上(所谓标准齿是指在双导程蜗杆中齿厚等于标准螺距一半的齿牙)。具体工艺控制方法是:粗车外圆时按在螺纹全长中间位置车加工测量用工艺刻线即标准齿所在位置,在以后齿槽的加工中均以该线所在齿宽中心位置所标记的轮齿为测量基准。最终的精确测量由螺旋测微仪测量。（6-3）4、零件装夹方向及齿面的加工顺序的选择其实双导程蜗杆的装夹方式与普通蜗杆是一致的,只是在加工过程中按齿厚不一致需要单方向不停退刀。为提高加工效率,双导程蜗杆齿面的加工方法是:挂任意齿面交换齿轮,用直切法粗车(注意控制齿形深度)~专用车刀粗车齿面及底径~换交换齿轮,用专用车刀粗车另一面及底径。5、热处理变形量的确定由于双导程蜗杆齿厚不一样宽,齿面的散热条件不同,其淬火变形的为变形从厚齿端到薄齿端依次变大,我们的经验参数是:单面变形0.15~0.25mm。因此,在实际齿面留磨时,按依次规律相应加大工艺留量。磨削加工是保证该类零件精度要求的关键工序。我们的磨削加工安排在Y7520W螺丝磨床上进行,除相关交换齿轮的计算安装外,砂轮的安装角度的调整是关键,即依照加工齿面分度圆螺旋角,将砂轮调整至与工件螺旋方向一致,这与普通蜗杆一样,不同的是双导程蜗杆需要按左右齿面调整两次。磨削时为保证传动副的精度要求,用螺旋测微仪测量时必须按照蜗轮滚刀标记的标准齿的实测参数作为测量依据。这样经粗、精磨加工工序后,既可保证工件精度要求。按以上的加工方法进行加工后,整体双导程蜗杆副的精度由装配现场按实际跑合的接触位置进行刮研完全能满足设计的要求。闰土机械外文翻译成品某宝店

总