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蝸桿傳動分類及加工方法

(一).蝸桿傳動的特點
用于傳遞空間兩交錯軸之間的運動和動力,通常兩軸線交錯角為90°;
蝸桿傳動的優點:
1、傳動比大(在動力傳動中,一般傳動比 i=10~80;在分度機構中,i可達1000);
2、結構緊湊、傳動平穩、噪聲低和能自鎖等。

(二).蝸桿傳動的缺點:
嚙合齒面間相對滑動速度很大,摩擦發熱大,傳動效率低,且常需耗用有色金屬,故不適用于大功率和長期連續工作的傳動。
(三).蝸桿傳動的類型
按蝸桿的形狀蝸桿傳動可分為:圓柱蝸桿傳動、環面蝸桿傳動和錐蝸桿傳動等。圓柱蝸桿傳動分為普通圓柱蝸桿傳動和圓弧圓柱蝸桿傳動:
(1).普通圓柱蝸桿可分為阿基米德蝸桿(ZA蝸桿)、漸開線蝸桿(ZI蝸桿)、法向直廓蝸桿(ZN蝸桿)和錐面包絡圓柱蝸桿(ZK蝸桿)等四種。GB10085-88推薦采用ZI蝸桿和ZK蝸桿兩種。
 阿基米德蝸桿(ZA 蝸桿) 這種蝸桿,在垂直于蝸桿軸線的平面即端面上,齒廓為阿基米德螺旋線,在包含軸線的平面上的齒廓(即軸向齒廓)為直線,其齒形角α0=20°。它可在車床上用直線刀刃的單刀(當導程角γ≤3°時)或雙刀(當γ>3°時)車削加工。安裝刀具時,切削刃的頂面必須通過蝸桿的軸線。這種蝸桿磨削困難,當導程角較大時加工不便。

 法向直廓蝸桿(ZN蝸桿) 這種蝸桿的端面齒廓為延伸漸開線,法面齒廓為直線。ZN蝸桿也是用直線刀刃的單刀或雙刀在車床上車削加工。這種蝸桿磨削起來也比較困難。

 漸開線蝸桿(ZI 蝸桿) 這種蝸桿的端面齒廓為漸開線,所以它相當于一個齒數等于蝸桿頭數、大螺旋角的漸開線圓柱斜齒輪。在主軸向截面,齒形輪廓為凸形曲線,但在切于基圓柱的軸平面內,齒廓一側為凸形曲線,另一側為直線,對于同一齒形槽,有上下兩個切于基圓柱軸平面。因此,ZI蝸桿也可用直線刀刃的車刀在車床上車削加工。刀具的齒形角應等于蝸桿的基圓柱螺旋角。這種蝸桿可以在專用機床上磨削。

 錐面包絡圓柱蝸桿(ZK蝸桿) 這是一種非線性螺旋曲面蝸桿。它不能在車床上加工,只能在銑床上銑制并在磨床上磨削。加工時,除工件作螺旋運動外,刀具同時繞其自身的軸線作回轉運動。這時,銑刀(或砂輪)回轉曲面的包絡面即為蝸桿的螺旋齒面,在軸向及法向截面上的齒廓均為曲線。這種蝸桿便于磨削,蝸桿的精度較高,應用日漸廣泛。
仔細讀過這幾種蝸桿的定義,可以知道ZA、ZN和ZI這三種蝸桿的齒形都可以用直線刀具在車床上制作。對于ZA蝸桿,其齒形槽的軸向截面的輪廓線是直線;ZN蝸桿的齒形槽法向截面的輪廓線是直線;ZI 蝸桿在切于基圓柱的軸平面內,齒廓一側為凸形曲線,另一側為直線,對于同一齒形槽,有上下兩個切于基圓柱軸平面。
這樣,對于這三種蝸桿,都可以用梯形樣板來制作刀具樣板和卡測樣板。
 對于ZA和ZN蝸桿,梯形兩腰的夾角都是40°。ZA的梯形需要軸向放置;ZN蝸桿樣板法向卡入齒形槽。梯形為平面梯形,樣板可以用薄板制作。
ZI 蝸桿的梯形樣板為立體,兩腰的夾角與蝸桿的基圓柱螺旋角相等,兩腰在與軸向平面平行的兩個平面內,兩個平面的間距為這個蝸桿的基圓柱直徑?;鶊A柱直徑可以按照蝸桿參數計算得到。
(2). 圓弧圓柱蝸桿的齒形分為兩種:其一是蝸桿軸向剖面為圓弧形齒廓,用圓弧形車刀加工,切削時,刀刃平面通過蝸桿軸線。另一種蝸桿用軸向剖面為圓弧的環面砂輪,裝置在蝸桿螺旋線的法面內,由砂輪面包絡而成,可獲很高的精度,我國正推廣后者。圓弧圓柱蝸桿傳動,在中間平面上蝸桿的齒廓為內凹弧形,與之相配的蝸輪齒廓則為凸弧形,是一種凹凸弧齒廓相嚙合的傳動,綜合曲率半徑大,承載能力高,一般較普通圓柱蝸桿傳動高50~150%;同時,由于瞬時接觸線與滑動速度交角大,有利于嚙合面間的油膜形成,摩擦小,傳動效率高,一般可達90%以上;能磨削,精度高。廣泛應用于冶金、礦山、化工、起重運輸等機械中。
(三)環面蝸桿傳動的主要特征是蝸桿包圍蝸輪,蝸桿體是一個由凹圓弧為母線所形成的回轉體。環面蝸軒傳動,一般可分為兩大類:直廓環面蝸桿傳動和平面包絡環面蝸桿傳動。
一、直廓環面蝸桿傳動(TSL型)
  齒面形成原理:與直徑為d0的成形圓相切的直母線車刀,以ω2繞蝸輪中心O2回轉,同時,蝸桿毛坯以ω1回轉,并使ω1與ω2之比為定值,這時刀刃的軌跡即為這種蝸桿的螺旋齒面(圖4-12a)。
特點:蝸桿和蝸輪的外形都是環面回轉體,可以互相包容,實現多齒接觸和雙接觸線接觸,接觸面積大;接觸線與相對滑動速度方向之間的夾角接近90°(圖4-12b),易于形成油膜潤滑,傳動效率高;齒面綜合曲率半徑亦大,其承載能力為普通圓柱蝸桿傳動的2~4倍。應用較廣泛。其缺點是工藝復雜,蝸桿齒面為不可展曲面,難以精確磨削。

二、平面包絡環面蝸桿傳動
   平面包絡環面蝸桿傳動的蝸桿,其齒面是用盤狀銑刀或平面砂輪在專用機床上,按包絡原理加工的螺旋面,此種環面蝸桿與平面齒蝸輪(即平面齒輪,齒形為梯形直線齒廓)組成的傳動,叫平面一次包絡蝸桿傳動(TVP型)。若以上述蝸桿螺旋面為母面的滾刀,按包絡原理,加工出蝸輪齒面,以此蝸輪與上述蝸桿所組成的傳動叫平面二次包絡環面蝸桿傳動(TOP型)。這種蝸桿齒面可淬硬磨削,加工精度高,傳動效率高,承載能力與TSL型相當,應用日益廣泛。
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