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        正基元齒輪 蝸桿、蝸輪及其蝸桿副

        可控條件
        為實現可控點嚙合圓柱蝸桿副的正確嚙合條件,必須控制蝸桿與滾刀幾何參數之間的關系,這種關系稱可控條件。目前采用的可控點接觸條件有:滾刀直徑d0大于蝸桿直徑d1;單頭滾刀代用多頭滾刀即z0<z1;滾刀導程角γ0大于蝸桿導程角γ1等,這時可控條件式為:
        mx0z0/mx1z1=d0tgγ0/d1tgγ1
        mx1/mx0=cosγ0/cosγ1
        tgax1/tgax0=cosγ0/cosγ1
        a0=a+新型齒輪及其齒輪副 - 齒輪知識 - 正基元(d0-d1)
        ε=|γ01|=| Δγ0|刀具軸線搬動角
        ZC蝸桿副的輔助條件是ρn1n0

        可控點接觸圓柱蝸桿副
        為了實現點接觸圓柱蝸桿副,用間接展成法加工蝸輪時,所用刀具的幾何參數和尺寸要按既定的目的給定,要受蝸桿副正確嚙合條件的限制,按照這樣原則設計的點接觸圓柱蝸桿副稱可控點接觸圓柱蝸桿副。所謂既定目的主要是指:“實現人工油涵”和“最佳嚙合略圖”。

        端圓環面包絡圓柱蝸桿
        由安兆達先生提出,用端(單或雙圓弧形成的)圓環面包絡形成的凹面圓柱蝸桿(圖7-29示出雙圓弧齒形)。屬于包絡型曲紋面圓柱蝸桿。用砂輪(或銑刀)加工蝸桿時,砂輪軸線與蝸桿軸線的中心距a0固定不變,軸交角∑=90° 。由于砂輪修整器金剛石回轉中心有固定位置,修整砂輪時,只需將砂輪軸向移動即可,勿需再調正修正器,即可獲得齒形與位置的一致性,砂輪修正工藝良好,砂輪使用壽命延長,所以該蝸桿具有工藝簡單,齒形精度高,易于推廣等優點。

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        端圓環面包絡圓柱蝸桿副
        由端圓環面包絡圓柱蝸桿與用直接展成法(或間接展成法)加工的蝸輪組成的蝸桿副。呈線(或點)接觸。其嚙合特性與ZC1,蝸桿副基本相同,但到目前為止,其應用尚少,有待進一步研究和實踐。

        雙圓弧齒圓柱蝸桿副
        是前蘇聯C.B.沙夫欽柯在ZC3蝸桿副基礎上,提出的一種新型圓弧圓柱蝸桿副(采用了凸凹公切線式齒形)。接著文獻[6]又首先提出了滾刀與車刀不同齒廓的分階式齒形(圖7-30a、b)。該蝸桿副屬于車削型曲紋面圓柱蝸桿副。蝸桿在軸向平面內呈凸凹雙圓弧齒廓,蝸輪用直接展成法加工。它具有良好的嚙合特性:充分利用了蝸桿凸圓弧齒廓的嚙合特點;凸凹齒廓的聯合使用,充分而有效地利用了大變位的優點;避免了蝸輪的根切與齒頂變尖;接觸線形狀有利動壓油膜的形成;分階式齒形避免了弱區(圖7-30c)接觸;圓弧半徑可取小值充分發展了圓弧齒形的優點;蝸桿與滾刀的工藝性差,蝸桿不易磨齒。

        新型齒輪及其齒輪副 - 齒輪知識 - 正基元

        新型齒輪及其齒輪副 - 齒輪知識 - 正基元端雙圓環面包絡圓柱蝸桿副
        安兆達提出的新型圓柱蝸桿副。蝸桿是用端雙圓環面砂輪包絡而成,砂輪軸線與蝸桿軸線有固定的中心距a0,軸交角∑=90°。加工蝸桿所用砂輪修整工藝簡便,可加工出高精度硬齒面蝸桿。蝸輪是用直接展成法加工。組成的蝸桿副具有良好的嚙合特性;接觸線形狀有利于動壓油膜形成,承載能力、傳動效率都較高。但到目前為止尚沒有用于生產,其嚙合特性的理論分析,試驗研究都有待進一步探討。

        偏置圓柱齒輪副
        屬于雙曲面齒輪副的一種。該齒輪副的小齒輪是一個斜齒圓柱(螺旋)齒輪,配對的大齒輪是端面齒輪,兩齒輪相對偏置安裝。偏置圓柱蝸桿副是其中的一個特例(圖7-31)。

        曲線齒偏置圓柱蝸桿副
        由曲線齒廓的圓柱蝸桿與配對的端面蝸輪組成的交錯軸齒輪副(圖7-32a)。目前蝸桿曲線齒形多采用C1、C3(圖7-32b、c),蝸輪是用直接展成法加工而成。它具有偏置蝸桿副的一般特點。
        以C3齒形的偏置圓柱蝸桿副為例,其特點為:接觸線形狀好,有利于共軛齒面間液體動壓油膜的形成,誘導曲率半徑大,同時嚙合齒數多等良好的嚙合特性,工藝性尚好,具有工作平穩、噪音小,承載能力大、傳動效率高等優點,和ZC蝸桿副相比,可提高承載能力60%一150%、傳動效率可提高10%;和ZA蝸桿副相比承載能力可提高200%~300%,效率可提高15%~20%。該蝸桿副的缺點是易出現根切,嚙合特性及安裝部位都不對稱。為避免根切可采用非對稱性齒形,或采用大壓力角。

        新型齒輪及其齒輪副 - 齒輪知識 - 正基元

        新型齒輪及其齒輪副 - 齒輪知識 - 正基元圓弧齒偏置圓柱蝸桿副
        見“曲線齒偏置圓柱蝸桿副”。

        滾動摩擦蝸桿副
        蝸桿與蝸輪共軛齒面間,以滾動摩擦代替滑動摩擦的蝸桿副,稱滾動摩擦蝸桿副。這類蝸桿副種類很多,常用的有循環滾珠圓柱蝸桿副、滾球環面蝸桿副等。
        這類蝸桿副齒面之間已不再是完整的線接觸,而是間斷的點接觸,實際工作中是齒面彈性變形后的間斷橢圓面接觸。一般說來,“共軛”齒面之間的摩擦系數小,傳動效率高,工作平穩、噪聲;結構復雜,工藝性差,成本高。

        滾珠環面蝸桿副
        環面蝸桿與以精密滾珠為輪齒的配對蝸輪組成的蝸桿副圖7-33。該蝸桿副精度高,可作為分度蝸輪;重合度大,同時嚙合齒數多;摩擦系數小,傳動效率高;工藝性比一般環面蝸桿副好;工作時徑向力大;齒面不易形成油膜,潤滑條件差。

        循環滾珠圓柱蝸桿副
        圓柱蝸桿螺旋面由循環排列的滾珠代替。與配對的蝸輪組成的蝸輪副圖7-34。它可為單頭、雙頭和多頭蝸桿副。圖示為單頭循環滾珠圓柱蝸桿副。當蝸桿轉動時,滾珠在螺旋槽內滾動,并循環移動,沿軸向的分運動推動蝸輪轉動,形成了蝸桿副的嚙合運動。這種蝸桿副齒面間摩擦系數小,傳動效率高,但結構復雜,成本高。

        封閉形線接觸圓柱蝸桿副
        具有特定齒形的圓柱蝸桿與配對蝸輪組成的圓柱蝸桿副(圖7-35a)。其特點是:由于具有特定齒形,蝸桿副呈現封閉形(閉合)的接觸線(圖7-35a、b)。該蝸桿副在嚙合過程中,閉合的接觸線逐漸滑移縮小,最后達到點接觸時,一對輪齒脫開嚙合。如圖a所示,一對輪齒進入嚙合時閉合接觸線為1,滑移順序為1~4(圖7-35a),閉合線包圍的區域實際形成了一個“油腔”,嚙合過程也是“油腔”的縮小過程,也是油壓形成過程,故此閉合式接觸線的形成也是改善共軛齒面間動壓潤滑條件的過程。封閉形接觸線圓柱蝸桿副具有工藝性好、承載能力大、傳動效率高、噪聲小等優點,是改善圓柱蝸桿副傳動質量的重要措施之一。
        圖b示出了共軛齒面形成封閉式接觸線的條件。

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        雙重傳動
        利用二次接觸的基本原理,可以設計成一根蝸桿同兩個蝸輪相嚙合的雙重蝸桿副。該傳動形式可以提高承載能力和傳動效率,另外也可以設計成速度分解機構(圖7-36)。

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        β傳動
        是圓柱蝸桿副的變態形式,該蝸桿副充分利用了有利的嚙合場,將蝸輪嚙合工作區相對中間平間向嚙出側旋轉了一個角度β,故稱β傳動(圖7-37)。這種蝸桿副利用了良好接觸線線段。改善了齒面間動壓潤滑條件,對直紋面圓柱蝸稈副尤為顯著。圖中推薦直紋面圓柱蝸桿副, θ=45°~50°,β1=20°,β2=15°~20°。圓弧齒圓柱蝸桿副,亦可采用β傳動,推薦θ=35°~40°當x=0.5~1時β12=10°,θ=45°;當x=1~1.5時,β12=5°~10°,θ=45°~48°,其形式見圖a、b。

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        雙節點非正交蝸桿副
        是前蘇聯學者60年代提出的一種新型蝸桿副(圖7-38)。該蝸桿副的蝸桿,可做成不同齒形的圓柱蝸桿,蝸輪是用直接展成法加工出來的,具有內齒圓和外齒圓的綜合蝸輪,由于蝸輪結構所致,蝸桿副只能做成非正交軸,軸交角0<∑<90°。它相當于一個內嚙合蝸桿副和一個外嚙合蝸桿副的組合,在嚙合過程中,瞬時有兩個節點,故稱雙節點。
        雙節點蝸桿副具有如下特點:承載能力和傳動效率都較圓柱蝸桿副高;蝸桿軸承受的彎矩很小或被消除;制造工藝尚好,但對安裝精度較敏感。這種蝸桿副到目前為止尚沒有深入試驗研究和應用。指狀錐面包絡環面蝸桿(digita1 TK-worm)
        在車削型直廓環面蝸桿蝸旋面成形的基礎上,用指狀錐面銑刀代替車刀,由展成法加工的環面蝸桿。由圖7-39可知指狀銑刀的繞軸與形成圓周連,刃邊與形成圓相切。加工蝸桿時,刀具除繞自身軸線高速轉動外,還隨形成圓按給定傳動比轉動。指狀錐面包絡環面蝸桿具有良好的磨齒工藝。

        指狀錐面二次包絡環面蝸桿副
        新型齒輪及其齒輪副 - 齒輪知識 - 正基元由指狀錐面包絡環面蝸桿與其作為產形輪(滾刀)直接展成的蝸輪,組成的環面蝸桿副。軸交角通!=90°,屬于雙包圍環面蝸桿副。它是最逼近直廓環面蝸桿副的一種形式,它繼承了直廓環面蝸桿副的嚙合優點,具體表現在:可實現具有高精度、硬齒面、低粗糙度的蝸桿,有效的解決了滾刀的刃磨工藝;“原始型”直廓環面蝸桿副有兩條接觸線,其中“靜線”實際上是齒面上的一條棱線,誘導曲率最大,而該蝸桿副,這條接觸線變成作用在狹窄面積上滑移的一組“動”接觸線,減小了接觸應力;改善了多頭蝸桿的加工工藝,且不易發生根切,這些與平面二次包絡環面蝸桿副相比也是優越的,通過“角度修正”,“靜線”嚙合寬度變大,更有利于雙接觸線優越性的發揮。這種環面蝸桿副適用于多頭數,小傳動比、大尺寸的場合。

        角修正指狀錐面包絡環面蝸桿
        指狀錐面刀具展成環面蝸桿的過程,相當于產形輪和蝸桿的嚙合過程,若產形輪(即指狀錐面銑刀或砂輪)的繞軸和蝸輪軸線不重合,而傾斜角度△γ,這時展成的蝸桿稱“角修正”指狀錐面包絡環面蝸桿。

        曲面包絡環面蝸桿
        由曲面齒廓蝸輪(齒輪)為產形輪,用展成法加工的環面蝸桿。產形輪的工藝條件尚好,但蝸桿的磨齒工藝較差。

        新型齒輪及其齒輪副 - 齒輪知識 - 正基元變β角平面包絡環面蝸桿
        用平面產形輪,展成加工環面蝸桿螺旋面時,選定一個平面,使初始角為β,然后使β角在加工蝸桿的過程中發生變化,從蝸桿入口端開始,到喉部為止,再將角度變化反回到出口端部。用這種方法加工的環面蝸桿稱變β角平面包絡環面蝸桿。這種修正型環面蝸桿,可有效地防止蝸桿齒頂變尖和根切。到目前為止,該蝸桿尚未推廣應用,有待進一步研究。

        點接觸針輪環面蝸桿副
        將凸形圓弧成形車刀刃面作為蝸輪輪齒的一個端面,且放置在中間平面內,在加工蝸桿時按照給定的中心距a0,傳動比i0,使蝸桿繞自身軸線,車刀繞蝸輪軸線相對轉動,這時車刀刃廓的軌跡面,即環面蝸桿螺旋面。而蝸輪輪齒則是直徑和車刀圓弧直徑有相配關系的套筒滾子。這種蝸桿和蝸輪組成的蝸桿副(圖7-40),呈點接觸,稱點接觸針輪環面蝸桿副。其主要嚙合特點是:呈點接觸,安裝工藝良好;由共軛面間的滑動摩擦變成了滾動摩擦,提高了傳動效率。大型蝸桿副更能表現其優越性。圖中示意出車刀加工蝸桿的原理。

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