在無蝸輪滾刀情況下加工蝸輪的新方法

摘要：介紹一種采用標準齒輪滾刀加工渦輪的方法，同時對其加工原理、參數確定、操作方法等進行了詳細的論述和說明，并比較了該方法與渦輪滾刀加工的優缺點。

關鍵詞：齒輪滾刀 渦輪 方法

1.加工原理：圓柱蝸桿傳動，相當于兩軸交錯90°的螺旋齒輪傳動。而螺旋齒輪相交90°的傳動的嚙合條件是：法向模數相等，即mn1=mn2，法向壓力角相等αn1=αn2。且螺旋角互為余角，即β1+β2=90°。蝸桿傳動與螺旋齒輪傳動略有不同，它的嚙合條件是：蝸桿的軸向模數與蝸輪的端面模數相等mα1=mα2，蝸桿的軸向壓力角與蝸輪的端面壓力角相等，且蝸桿的螺旋角和螺旋升角是互為余角，即β1+λ1=90°。蝸桿的螺旋升角與蝸輪的螺旋角相等，λ1=β2，也就是蝸桿傳動中兩軸的交錯角為Σ=90°，即β1+β2=90°。

由以上敘述可以看出，漸開線標準齒輪的滾刀是以法向參數為標準值。而蝸輪滾刀則以軸向模數為標準值，所以用標準齒輪滾刀加工蝸輪，必須使蝸桿的法向模數等于標準齒輪滾刀的法向模數，即mn1=mnd=mn2（1）式中mn1-蝸桿法向模數，mnd-標準齒輪滾刀的法向模數，mn2-蝸輪的法向模數

蝸桿的法向壓力角等于標準滾刀的法向壓力角，即：αn1=αnd=αn2（2）式中αn1-蝸桿法向壓力角，αnd-標準齒輪滾刀法向壓力角，αn2-蝸輪法向壓力角

以保證蝸輪蝸桿能正確嚙合。所以，在蝸桿分度圓直徑不變的情況下，改變原設計蝸桿的參數（mn1，αn1），使之蝸輪參數（mn2，αn2）相適應，且β1+β2=90°。就能保證蝸輪副的正確嚙合。

2.嚙合參數的確定：標準齒輪滾刀均標準法向模數、法向壓力角、分度圓螺旋角，蝸桿的參數是取主剖面（蝸桿軸向剖面）為依據，圖紙提供的蝸桿參數（蝸桿特性系數q、壓力角α）蝸輪參數（模數）均為軸向（端面）參數，同時還提供蝸桿分度圓螺旋線升角λ和蝸輪分度圓螺旋角β2。上面提到保證蝸輪蝸桿正確嚙合，必須保證它們之間法向模數，法向壓力角以及蝸桿螺旋升角和蝸輪螺旋角等，即mn1=mnd=mn2，αn1=αnd=αn2，λ1=β2。

由“螺旋齒輪”計算可知

mα1=mα2=mn2/cosλ1=mn1/cosλ1=mn2/cosλ1（4）

式中mα1-蝸桿軸向模數，mα2-蝸輪端面模數，λ1-蝸桿分度圓的螺旋線升角

將蝸桿特性系數q=d1 mα2 代入（4）式可得：q=d1cosλ1mnd （5）

式中d1-蝸桿分度圓直徑

由（4）、（5）式可以看出，在蝸桿的分度圓直徑d1，和分度圓螺旋線升角λ，不變的情況下。用標準齒輪滾刀的法向模數可以求出用標準齒輪滾刀加工的蝸輪與之能正確嚙合的蝸桿的軸向模數mα1或蝸桿特性系數q由螺旋齒輪計算可知：tgα1=tgα2=tgαnd/cosλ1（6）

式中：αa1-蝸桿軸向壓力角，αa1-蝸輪端面壓力角

從（6）式也可以看出，在蝸桿分度圓螺旋線升角不變情況下，用標準齒輪滾刀的法向壓力角αnd，可以求出用標準齒輪滾刀加工的蝸輪與之能正確嚙合的蝸桿的軸向壓力角αa1。

3.加工方法：

3.1.蝸輪的加工：根據蝸輪端面模數mα2選用標準齒輪滾刀法向模數mn=mα2。安裝時，齒輪滾刀架按式（3）計算的安裝角γ，滾刀機架回轉方向。當齒輪滾刀與蝸輪同為右旋時，方向如前圖所示；當齒輪滾刀與蝸輪滾刀同為左旋時，回轉方向相反。滾刀的中心距按標準齒輪滾刀分度圓齒厚計算，采用徑向進給滾動加工，其余調整按常規

3.2.蝸桿的加工：可用C620或C630車床加工。對單頭蝸桿而言，因蝸桿分度圓螺旋線升角，（或蝸輪的分度圓螺旋角β2）較小，且余弦值cosλ1接近于1，（在加工蝸輪時，ma2=mnd/cosλ1≈mnd=ma1即端面模數與法向模數之差，很接近于理論齒輪誤差。）所以可按原設計的軸向模數進行加工。但軸向壓力角應按α=arctg（tgand/cosλ1）加工，其齒厚最終由蝸輪副間隙決定。

4.該方法的優點及存在的問題：

4.1.采用專用蝸輪滾刀加工蝸輪屬于對偶法。理論上為線接觸共軛，在齒長和齒高方向上可以全部接觸，但實際中由于加工誤差，這種情況很難做到，使蝸輪副接觸不好。為了保證其接觸精度，要進行修配。由于修配后破壞了共軛區，產生接觸滑移而加快磨損。而采用標準齒輪滾刀加工蝸輪，由于蝸輪軸線與滾刀軸線不垂直，造成蝸輪副齒面實際接觸不再是理論上的線接觸（從實踐中看是面接觸）由潤滑理論可知，即增加了蝸輪的承載能力又延長了蝸輪的使用壽命。另外，在沒有專用的蝸輪滾刀情況下，此方法比飛刀加工提高了工效、降低了成本，提高了加工精度。

4.2.此方法受蝸桿分度圓螺旋升角影響較大。所以對蝸輪來說，螺旋角較大的不適用此方法。其次是原設計的蝸輪副齒形為阿基米德螺線，而此加工辦法產生的齒形是漸開線。此問題需與用戶協商。

4.3.由于標準齒輪滾刀直徑大多大于蝸桿直徑。因此，切制的蝸輪齒底徑均大于原設計的底徑。這樣使蝸輪在齒長方向兩端齒厚減薄。雖然這種情況有利于油楔的形成減少磨損。但同時也影響蝸輪的強度。根據經驗，標準齒輪滾刀直徑要小于2倍的蝸桿直徑為宜。

5.效果：多年來，我廠采用上述方法加工的蝸輪蝸桿在實際使用中，反饋良好。蝸輪副磨損減輕，接觸精度比較理想。不但使本企業降低了成本，同時也提高了企業的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1].孟少農.《機械加工工藝手冊》第二卷.十七章.機械工業出版社.1996.

作者簡介：劉琨（1969-.女，丹東市人，高級工程師，現主要從事技術管理工作。