尼曼蜗轮3维精确建模方法研究

尼曼蜗轮副具有很多优点,在批量较小、头数较多或模数较大的情况下,尼曼蜗轮采用通用五轴加工具有现实意义,为此提出了一种尼曼蜗轮精确建模的方法。根据蜗杆蜗轮范成加工原理,首先建立砂轮的圆环面方程、砂轮蜗杆的啮合方程、蜗杆齿面方程、蜗轮蜗杆啮合方程,接着根据蜗杆齿面方程和蜗轮蜗杆啮合方程求解得蜗杆蜗轮接触点的坐标公式,然后运用数值方法解得蜗轮齿面接触点云,进而根据点云数据进行拟合,从而生成蜗轮啮合齿面。以五头尼曼蜗杆副为例,通过设定蜗杆副的基本参数,运用上述精确建模方法生成了蜗轮3维模型。该方法不仅为蜗轮齿面修形建立基础,而且其思路还可用于其它圆柱蜗杆副的建模。     

双参数修形对平面二次包络环面蜗杆副蜕变点位置的影响

根据环面蜗杆副啮合方程,解出蜕变点的位置。建立了环面蜗杆副蜕变点参数方程,分别讨论了传动比、中心距单一变化和传动比、中心距同时变化时,蜕变点与蜗轮齿面位置关系,做出了蜕变点随中心距、传动比变化的拟合曲线图,说明了它们之间的变化关系,得出蜕变点随中心距和传动比的增大,离蜗轮齿面越来越远的结论。该结论对于蜗轮齿面的加工、齿面的结构分析、蜗杆副的制造、装配及参数修正都具有重要的现实意义。     

提高蜗轮副接触精度的方法

加工普通圆柱形蜗杆时,是在车床上加工蜗杆螺牙后,再在蜗杆磨床上磨削齿形。而蜗轮是用蜗轮滚刀在滚齿机上加工齿形。由于车削蜗杆时,刀具装夹位置误差、加工方法及尺寸控制不当,会导致蜗轮传动副装配后接触不良,还需修刮蜗轮齿面,效率低、质量差。现介绍几种提高蜗杆接触精度的加工和调整方法,供参考。一、蜗杆加工普通圆柱形蜗杆的螺旋面,由于制造方法不同(车刀放置不同),可形成三种不同齿形。加工时应按图纸要求(无标注时,一般为阿基米德蜗杆)。     

用双自由度展成法加工的蜗杆齿面的几何参数

本文分别阐述了用展成车削和展成磨削两种双自由度展成原理作为精加工手段得到的圆柱蜗杆的齿面几何参数的计算方法,其中包括齿廓截形、各点的压力角、主方向和主曲率及齿形曲率的公式和算法.这些参数对于深入分析这类新型蜗杆副的啮合特性以及蜗轮滚刀的设计都是非常重要的,同时也是设计加工局部接触蜗杆副的蜗轮滚刀的原始依据.     

失配柱面蜗杆副的啮合特性及蜗轮滚刀基本蜗杆参数的优化设计

蜗杆与蜗轮齿面间的合理失配可使齿面获得较好的润滑条件,稳定的接触区和较高的滚刀使用寿命,并可免除修磨蜗杆等落后工艺。本文首先阐述了柱面失配蜗杆副各项啮合参数的意义和计算方法,蜗杆与蜗轮齿面间千涉情况的分析计算方法,从而建立了客观定量地评价蜗杆副的啮合质量的基础。本文又讨论了滚刀基本蜗杆参数的选取和计算方法,并在蜗杆副啮合质量目标函数的基础上建立了滚刀基本蜗杆参数的优化综合方法,用本文所述方法设计的蜗轮滚刀在ZK型蜗杆副中应用,取得了理想的效果。     

圆弧圆柱蜗轮蜗杆齿厚计算方法

在蜗杆传动设计计算中,蜗轮齿顶变尖是选择参数要考虑的限制条件之一;而在加工蜗轮时也必须测量和控制蜗轮的齿厚。由于圆弧圆柱蜗杆传动的蜗轮齿面是通过二次包络形成的,其齿厚的算法不能简单表示出来。本文根据建立的蜗杆蜗轮一侧齿面方程,推导出轮齿另一侧的同一齿面的坐标方程,通过求齿面点的坐标来计算轮齿的厚度,并编制成微型计算机程序,在实际加工蜗轮蜗杆中得到了很好的应用。     

环面蜗杆副疲劳强度的校核

提出了采用赫兹公式计算环面蜗杆副接触应力的方法：将蜗轮齿面沿接触线微分成无数细段,在每一段上应用赫兹公式。再对接触线进行积分,即可求出此条接触线上作用力与齿面强度的关系。根据环面蜗杆副的结构特点和空间啮合原理的研究成果,推导出了计算蜗轮齿面接触应力的计算公式。公式中含有蜗轮的齿面特征参数和几何参数,明确地表达了它们与接触应力之间的数学关系。为了解它们之间规律,改善环面蜗杆副的工作条件,提高其使用寿命,提供了科学的依据。并结合工程设计的特点,对计算公式进行了简化,建立了实用的校核环面蜗轮齿面疲劳强度和使用寿命的计算公式,从大量的计算结果中总结出有关系数,使环面蜗杆副的承载能力及使用寿命的计算校核有了一个专用的方法。应用推导出的公式成功地对蜗轮的承载能力进行与圆柱蜗杆副的对比核算。     

ZA型蜗轮的精确建模与修形

研究了ZA型蜗轮的建模与修形技术,为蜗轮五轴数控加工编程提供精确的三维模型。建立车刀、蜗杆、蜗轮的坐标系,在此基础上得出车刀坐标系到蜗杆坐标系、蜗杆坐标系到蜗轮坐标系的转换公式;推导得出车刀刃口方程,根据车刀坐标系到蜗杆坐标系转换公式可得出蜗杆齿面方程;根据齿轮啮合原理,推导得出蜗杆蜗轮啮合方程;将蜗杆齿面方程、蜗杆蜗轮啮合方程、蜗杆坐标系到蜗轮坐标系的转换公式联立即为蜗轮齿面方程;根据蜗轮副啮合区的要求,对蜗轮齿面方程计算出来的齿面点集进行法向向内偏移,使得蜗轮齿面修鼓。最终的啮合区图表明:修形蜗轮与标准蜗杆的啮合性能符合使用要求。     

双自由度直线环面蜗杆副啮合分析及试验验证

为了提高直廓环面蜗杆副的接触质量,在加工直廓环面蜗杆直线刀刃转动时,再增加一个独立的沿着刀座轴线的移动,把刀刃由单自由度的运动变为双自由度的运动,从而得到一种新的环面蜗杆加工方法以及一种新的环面蜗杆传动,称之为双自由度直线环面蜗杆传动.建立这种环面蜗杆副的啮合分析数学模型,得到直线刀刃运动螺旋参数的计算公式;研究蜗杆头数和直线刀刃运动螺旋参数对蜗杆的根切界线、边齿顶厚、齿面接触区、蜗杆上双线接触区长度和蜗轮齿面上微观啮合质量的影响规律;采用普通滚齿机加工出一对这种环面蜗杆副,进行接触区试验,验证理论计算的结果.双自由度直线环面蜗杆传动可用于蜗杆头数多达6的场合;选择合适的直线刀刃运动螺旋参数可以得到比直廓环面蜗杆传动更好的接触质量、传动性能,具有实用价值.     

变位形式的准平面二次包络环面蜗杆传动研究

准平面二次包络环面蜗杆传动按照形成蜗杆和蜗轮齿面的 2次包络的相对运动规律相同与否 ,分为标准传动和变位传动 2种传动形式。分析计算了在变位情况下各变位参数对齿面啮合性能的影响 ,计算结果表明 ,该传动在采取变位形式加工时其齿面接触线分布形态及接触性能主要取决于变位参数的选取 ,通过变位参数的合理选取能使蜗杆传动齿面接触线得到良好的分布形态