展開圖法優(yōu)化設計插齒機螺旋導軌

郭校姝

摘要：插齒機的螺旋導軌是為了滿足客戶插斜齒需要而設計的部件，當?shù)毒邔С毯苄r，螺旋導軌需要進行特殊的計算，其結(jié)構(gòu)也需要進行相應的調(diào)整。文章針對這種小導程刀具螺旋導軌的優(yōu)化設計進行了探討。

關鍵詞：插齒機；插斜齒；螺旋導軌；螺旋角；展開圖法 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG61 文章編號：1009-2374（2016）21-0037-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.21.018

插齒機插斜齒時除具備插直齒的所有運動外，還需在每沖程的運動中附加一個旋轉(zhuǎn)運動，從而實現(xiàn)斜齒插刀與被插齒輪的對嚙關系，完成斜齒工件插削。插外齒時刀具旋向與工件相反，插內(nèi)齒時旋向相同。

1 實際設計中遇到的問題

在螺旋導軌的設計中，主要依據(jù)為用戶提供的刀具參數(shù)，刀具齒數(shù)Z，刀具模數(shù)Mn，刀具螺旋角β。

螺旋導軌的設計過程：

根據(jù)客戶提供的數(shù)據(jù)計算出刀具導程T刀，所要設計的螺旋導軌導程T導要與刀具導程相等，方向相同。

繪制出展開圖如圖2，由公式可見當導程T導越小，

β導越小，α也就越小。A尺寸也會變小，當A小到不能滿足結(jié)構(gòu)要求值時，就需要對螺旋導軌的整體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化調(diào)整。

2 解決方案

上述公式中D尺寸為螺旋導軌外圓直徑，我們設計中常用的為Φ140外圓，當遇到小導程螺旋導軌設計時，我們?yōu)樵龃螃恋慕嵌龋ǔ？紤]使用Φ130外圓設計。

圖2中通常情況下取，即180°弧長，當導

程很小時，D取Φ130仍不能滿足結(jié)構(gòu)需要，就需要將B的值縮小，相應的可選取145°弧長或者其他。

3 優(yōu)化設計舉例

通常情況下，我們遇到的導程應用Φ140外圓都能夠設計出螺旋導軌，但是當導程一定時，α越大，螺旋導軌副對于沖程力傳動效果越好，主運動切削力的損耗越小，這才我們最終追求的目標。

下文以左旋刀具導程為402.5462為例，設計螺旋導軌：

3.1 使用Φ140外圓設計螺旋導軌

圖3所示右下端出現(xiàn)尖角，通過作圖，可知此設計不能滿足結(jié)構(gòu)需要。

同時α=42.4662°，過小，而理想的α角度不小于44°，可見Φ140外圓的結(jié)構(gòu)不適用于設計該導程的螺旋導軌。

3.2 使用Φ130外圓設計螺旋導軌

使用Φ130外圓設計螺旋導軌，則，左旋：

可見這種設計也是不能夠滿足需要的，但是由于插齒機刀架球頭部分的結(jié)構(gòu)尺寸需要，螺旋導軌外圓不能夠小于Φ130。不過此時α=44.5859°，接近于45°，在這里我們發(fā)現(xiàn)應用Φ130的外圓還是有設計的空間的，此時可使用上述提到的解決方法2，縮小B的長度，達到設計目的。

3.3 優(yōu)化結(jié)構(gòu)完成設計

這里提到的B的長度，通常情況下都是代表180°對應弧長，即活動的導軌截面看上去外輪廓是一個半圓。要縮小B，就是要使截面看上去是小于180°的扇形。

如圖5所示，保證安裝尺寸C的前提下，適當縮小B尺寸取B=164.1，約為145°角對應弧長。

3.4 三維驗證

優(yōu)化、設計的最后一步，就是在三維軟件中按照計算結(jié)果分別對三個相關零件建模，最終裝配在一起，建立運動馬達，觀看效果，分析是否有干涉現(xiàn)象，對優(yōu)化設計的結(jié)果進行驗證。本例中的三維模型如圖6所示，可見本次優(yōu)化設計結(jié)果正確，優(yōu)化設計過程完成。

4 結(jié)語

螺旋導軌在插斜齒的運動當中扮演著重要的角色，它在保證沖程往復運動下還提供了圓周轉(zhuǎn)動的疊加，因此在其理論計算階段必須保證它的準確性。本文上述提到的利用外圓展開圖計算α角，在實際設計也是行之有效的方法，當?shù)毒邔С淘?00mm以上時，均可直接使用Φ140外圓結(jié)構(gòu)直接用此方法計算；而當?shù)毒邔С淘?00mm以下時，就需要使用優(yōu)化的思想對設計結(jié)果進行進一步的驗證和改進了。

在機床上疊加一套螺旋導軌由于其性價比高，是目前市場上應用較為廣泛的插齒機加工斜齒輪的方法，但是由于螺旋導軌具有很強的針對性，通常用戶更換加工品種后就需要重新設計螺旋導軌，因此如果用戶只是實驗性加工或者批量很小的零件加工，我們建議選擇帶電子導套的插齒機。

參考文獻

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（責任編輯：蔣建華）