大直徑滾刀加工蝸輪的新方法

　通常我（wǒ）們在加工蝸輪時，所用標準蝸輪滾刀（以下簡稱滾刀）的基本蝸杆符合被加工（gōng）蝸輪相齧（niè）合的工作蝸杆，其主要參數如模數、壓力角、分度圓直徑、頭數（shù）、螺旋方向和（hé）螺旋升角等，與相齧蝸杆（gǎn）一致，而且在加工蝸輪時，滾刀的加（jiā）工中心距與工作中心距相（xiàng）同，這樣加工出的蝸輪在理論（lùn）上與蝸杆能夠保證正確的齧合。本文介紹利用非標準的大直徑蝸（wō）輪滾刀（即滾（gǔn）刀直徑比普通蝸輪滾刀（dāo）直徑大的滾刀，以下簡（jiǎn）稱為大直徑滾刀）加工蝸輪的新方法。

　1. 大直（zhí）徑滾刀的（de）設計

　1）確定大直徑滾刀的模數、壓力角   蝸輪與蝸杆能（néng）夠正確齧合的條件是蝸輪的端麵（miàn）模數等於蝸杆的軸向模數、蝸輪的（de）端麵（miàn）壓力角等於蝸杆的軸向壓力角。可用下述算式表示

　式中，m t2為蝸輪端麵模數；m x1為蝸杆的軸（zhóu）向模數；αt2為蝸輪的端麵壓（yā）力角；αx1為（wéi）蝸杆的軸向壓（yā）力角。

　而式中， mn2為蝸（wō）輪法向模數；mn1為蝸杆法向模數；αn2為蝸輪法向壓力（lì）角；αn1為蝸杆法向壓（yā）力角；β為蝸（wō）輪螺旋角；λ為蝸杆（gǎn）螺旋升角。

　由式（3）～（7）可以（yǐ）得出

  mn2= mn1

  αn2 = αn1     

　所以，蝸（wō）輪與蝸杆能夠正確齧合的條（tiáo）件也（yě）可以描述為：蝸輪法向模數等於蝸杆法向模（mó）數，且（qiě）蝸輪法向壓力角等於（yú）蝸杆法向（xiàng）壓力角。

　滾刀在加工蝸輪（lún）時，其法向模數和法向壓力角與蝸輪法向模（mó）數和法向壓力角是相等的。所以，為了保（bǎo）證大直徑滾刀加工的蝸輪能夠與蝸杆正確的齧合，必須保證大直徑滾刀的法向模數、法向壓力角與蝸輪的法向模數、法向壓力角相等。

　2）確定大（dà）直徑滾刀的外徑   圖1是采用（yòng）大直（zhí）徑滾刀和普通滾（gǔn）刀加工蝸輪的對比示意圖，由圖中明顯可以（yǐ）看出（chū），大直（zhí）徑滾刀（dāo）加工的蝸（wō）輪多切了一些材料。在進行接觸斑（bān）點檢測（空載（zǎi）情況下檢測）時，發現利用大直徑滾（gǔn）刀加工的蝸（wō）輪接觸非常小（見圖2），這是由於采用（yòng）大（dà）直徑滾刀加（jiā）工的蝸輪，在齒向上進行了鼓形修形造成的。但隨著負載的增（zēng）加，接（jiē）觸斑點會越來越大。蝸輪（lún）在齒向上進行鼓形修形（xíng），就如同（tóng）齒輪的修形一（yī）樣，有利於提高蝸輪的承載能力和降低杆副的傳動噪聲。但是，鼓形量過大，會嚴重影響（xiǎng）蝸輪的設計承載能力。而加工蝸輪隨著蝸輪（lún）滾刀外徑的增加，鼓形量也會增（zēng）大，所以在選（xuǎn）擇大直徑滾刀時，滾刀的外（wài）徑不能太大，一般（bān）情況下，不得超過滾刀外徑與5倍模數之和（大直徑滾刀外徑≤滾刀外徑+5倍蝸（wō）輪模數）。

  3）確定大直（zhí）徑滾（gǔn）刀的分（fèn）度（dù）圓法向齒厚  滾刀的分度圓齒厚決定著被（bèi）加工蝸輪分度（dù）圓齒槽寬。為了保證用大直（zhí）徑滾刀加工的蝸輪與蝸杆齧合側隙不發（fā）生（shēng）變化，大直徑滾刀分度圓齒厚必須和滾刀的分度圓（yuán）法向齒厚相等。

  4）確定大直徑滾刀的螺旋升角   滾刀的法向（xiàng）模（mó）數與蝸輪的法向模數相同，滾刀的頭數與相配蝸杆頭數相同，滾（gǔn）刀分度圓可以由刀具設計人員（yuán）給出，然後根據下麵的公式計算出大直徑（jìng）滾刀的（de）螺旋升（shēng）角

  λ刀=arctan（nmx刀/d刀）

  mx刀=mn刀/cosλ刀

　式（shì）中，λ刀為滾刀螺旋升角；n為滾刀頭數；d刀為滾刀分度圓直徑；m x刀為滾刀軸向模數；m n刀為滾刀法向模數。

　5）大直徑滾刀其他參數（shù）的確定   為了保證大直徑滾刀加工的蝸輪能夠與蝸杆正確齧合，大直徑滾刀還必須滿足以下條件：①大直徑滾刀與滾刀的螺旋方向相同（tóng）。②大直徑滾刀與滾刀的頭數相同（tóng）。

　③大直徑滾刀與滾刀（dāo）的基（jī）本（běn）蝸杆類型相同。

　2. 蝸輪的加工

　由公式（10）、（11）可以知道大（dà）直徑滾刀的（de）螺旋升角比滾刀小，並且隨著滾刀直徑（jìng）的增加，螺旋升角逐漸減小（xiǎo），所以，在安裝大直徑（jìng）滾刀前（qián），必須根（gēn）據滾（gǔn）刀（dāo）的（de）外徑，確定滾刀的螺旋升角λ刀，以便刀具安裝。為了保證大直徑滾刀（dāo）加工的蝸輪螺旋角與滾刀加工（gōng）的螺旋角相同，在安裝滾刀時，必須（xū）將滾刀刀架扳轉一個角度θ

θ=β－λ刀

　式中，λ刀為大直徑（jìng）滾刀螺旋升角。

　由於機床刀架精（jīng）度的影響，在使用大直徑滾（gǔn）刀加工蝸輪時，必須對首件蝸輪進行接觸斑點的檢測，根據接觸斑點的情（qíng）況，再微調滾刀安裝（zhuāng）角度，確保蝸（wō）輪的接觸斑點在蝸輪的中（zhōng）部，才能開（kāi）始正式加工蝸輪。

　3. 例證

　下麵以我廠大批量加工的一項蝸輪為例，說明大直徑滾刀與滾刀加工蝸輪的設計原理（lǐ）。基（jī）本參數如下（xià）：

　1）蝸輪參數  端麵（miàn）模數 m t2=2.5；齒數z2=30；法向壓力角αn2=20°；螺旋角β=5° 6′ 8″；中心距 a=51.5mm；螺旋方向為右旋。

　2）蝸杆副傳動類型  法向直廓。

　3）蝸杆參數  軸向模（mó）數mx1=2 . 5；頭數z1 = 1；法向壓力角（jiǎo）αn1  = 2 0°；螺旋升（shēng）角λ=5°6′8″；螺旋方（fāng）向為（wéi）右旋；法向齒厚  s n1=3.91（－0.02/－0.07）mm；分度（dù）圓直徑（jìng） d 1=28mm；齒頂圓直徑 da1=33mm。

　根據蝸杆和蝸輪參數，設計的滾（gǔn）刀參數如（rú）下：

　mx刀=2.5，αn刀=20°。滾刀分度（dù）圓直徑為28mm；滾刀齒頂圓直（zhí）徑為34.25mm；螺旋升角λ=5°5′8″；滾刀螺（luó）旋方向為右旋；頭數k=1；基本蝸杆類型為法向直廓。法向齒形如圖3所示。

　根據蝸杆和蝸輪參數，設計（jì）的大（dà）直（zhí）徑（jìng）滾（gǔn）刀參數（shù）如下：m x刀′=2.495 5，αn刀′=20°。滾刀分度（dù）圓直徑為38mm；滾刀齒頂圓直徑為44.25mm；螺旋升角λ=3° 45′ 26″；滾（gǔn）刀螺旋方向為右旋；頭（tóu）數k=1；基本蝸杆類型為法向直廓。

　由於大直徑滾刀的直（zhí）徑為44.25mm，所以在進行結構設計時，可以將滾刀設計成有內孔的結（jié）構，這樣不但可以降低刀具的製造成本，而且縮短了刀具的（de）製造周期。

　當滾刀長度（dù）相同時，對兩種滾刀所加工的（de）蝸輪進行統計發現，兩種滾刀加工的效率基本相同，但采用大直徑滾刀的耐用度更高。

　此外，通過試驗發（fā）現（xiàn）：以上兩種滾刀所加（jiā）工的蝸輪均能夠滿足產品設計要求，但采用大直徑蝸輪滾刀加工的蝸輪，在傳動噪聲和承（chéng）載能力上均好於標準（zhǔn）蝸輪滾刀（dāo）加工的蝸輪。

　4. 結語

　采用大（dà）直徑滾刀加工的蝸輪完全可以滿足使用要求，並且能夠提高蝸輪的（de）承載能力，降低（dī）蝸（wō）輪（lún）副的傳動噪聲（shēng），且在大批量生產中可以降低加工成（chéng）本。

關鍵（jiàn）詞：蝸輪

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