目錄摘要 1一、雙導程蝸桿的應用 2二、雙導程蝸桿的工作原理 2三、雙導程蝸輪蝸桿的傳動特點 3（一）雙導程蝸桿的缺點 4（二）雙導程蝸桿的優(yōu)點 4四、雙導程蝸桿的嚙合原理和齒形計算 5（一）雙導程蝸桿的嚙合原理 5（二）雙導程蝸桿的嚙形計算 5五、雙導程蝸桿參數(shù)的測量方法 8（一）原理 8（二）方法與步驟 8雙導程蝸桿的加工 9（一）雙導程蝸桿的加工工藝 10（二）加工過程 10總結(jié) 14致謝 15

雙導程蝸桿應用與設計孫震摘要：蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)由于傳動比大等特點在機械傳動及伺服驅(qū)動系統(tǒng)中有著廣泛的應用。在某些機械傳動系統(tǒng)中,特別是伺服驅(qū)動系統(tǒng)中,對間隙的要求越來越嚴格,通常要求零間隙傳動,這是因為傳動間隙對開環(huán)伺服控制系統(tǒng)而言直接影響到啟動及反向控制精度。由于雙導程蝸桿傳動精度高,蝸桿與蝸輪的嚙合間隙可調(diào)等優(yōu)點,所以得到廣泛應用。關鍵詞：應用蝸桿加工嚙齒計算傳動特點

一、雙導程蝸桿的應用蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)由于傳動比大等特點在機械傳動及伺服驅(qū)動系統(tǒng)中有著廣泛的應用。在某些機械傳動系統(tǒng)中,特別是伺服驅(qū)動系統(tǒng)中,對間隙的要求越來越嚴格,通常要求零間隙傳動,這是因為傳動間隙對開環(huán)伺服控制系統(tǒng)而言直接影響到啟動及反向控制精度。近年來,機械制造技術飛速發(fā)展,隨著數(shù)控技術的廣泛應用,雙導程蝸桿傳動的應用也越來越廣泛,由于雙導程蝸桿傳動精度高,蝸桿與蝸輪的嚙合間隙可調(diào)等優(yōu)點,為了改善蝸輪蝸桿傳動間隙,人們想了許多辦法,例如,雙導程蝸桿調(diào)隙法,以及改變蝸輪蝸桿的中心距法,但后者的結(jié)構(gòu)較復雜,并且要有足夠的實施空間,因此使用范圍受到限制。通過研究與實踐,現(xiàn)再介紹一種可減小蝸輪蝸桿傳動間隙的新方法。雙導程蝸桿（俗稱變厚蝸桿）常用于分度蝸輪副，例如滾齒機工作臺分度傳動，通過軸向微量竄動來調(diào)整（消除）嚙合側(cè)隙。（圖1-1）二、雙導程蝸輪蝸桿傳動的工作原理雙導程蝸輪蝸桿傳動的工作原理與普通圓柱蝸桿傳動沒有本質(zhì)上的不同。在沿蝸桿軸的中心剖面內(nèi)，同樣的蝸桿齒形相當于齒條，蝸輪相當于與它嚙合的齒輪。雙導程蝸輪桿傳動與普通圓柱蝸輪蝸桿傳動的區(qū)別在于：雙導程蝸桿(包括蝸輪)的左右齒面具有不相等的導程，而同一側(cè)齒面的導程則相等。假如沿雙導程蝸桿的分度圓柱展開，其左右齒面上的螺旋線如（圖2-1）所示。從圖中可以看出，蝸桿的兩個齒面(即左齒面與右齒面)上有兩個不相等的導程T0+△T和T0-△T，導致了蝸桿的軸向齒厚沿其軸線從一端到另一端按一定的比例增大(或者減小)，而與雙導程蝸桿嚙合的蝸輪齒厚相等。這樣，當蝸桿沿軸向移動時，它們之間的嚙合側(cè)隙也隨之改變。當一對雙導程蝸輪副運轉(zhuǎn)很長時間后，因磨損造成齒面嚙合側(cè)隙加大而破壞了運動的平穩(wěn)性。此時，將雙導程蝸桿沿齒厚減簿的方向位移一段軸向距離，嚙合側(cè)隙則隨之減小或完全消除，隨之恢復了運動的平穩(wěn)性。這就是雙導程蝸桿傳動的工作原理。（圖2-1）三、雙導程蝸桿的傳動特點由于雙導程蝸桿兩側(cè)齒面的導程不相等，因此兩齒面具有不同的模數(shù)，且均不等于公稱模數(shù)。這樣左右齒面分別具有各自的節(jié)點Pz、Py，而與之相嚙合的蝸輪左右齒面的節(jié)圓(即相對齒面的分度圓)也與公稱值不相同。由于嚙合中心距是根據(jù)公稱模數(shù)來計算的，因此雙導程蝸桿兩側(cè)齒面的傳動相當于兩對不同模數(shù)的變位蝸桿傳動。大模數(shù)齒面相當于負變位，小模數(shù)齒面相當于正變位，這就是雙導程蝸桿傳動的實質(zhì)所在。雙導程蝸桿傳動特點如下：(1)在蝸桿軸向移動改變嚙合側(cè)隙過程中，始終保持傳動比不變。(2)由于大模數(shù)齒面相當于負變位，所以蝸輪的根切現(xiàn)象比普通圓柱蝸輪嚴重，且僅發(fā)生在大模數(shù)齒面。(3)蝸桿齒厚沿軸線方向變化的同時，齒槽溝寬也會沿軸線方向變化，即厚齒端齒槽底部寬變得很窄。(4)由于雙導程蝸桿左右齒面的導程不相等，所以在公稱分度圓柱上左右齒面的螺旋線升角也不相等。在加工蝸桿螺旋面時，必須分別按兩齒面的導程計算掛輪。在磨削螺旋面時，還應按公稱分度圓柱上左右齒面的螺旋升角分別調(diào)整砂輪的安裝角度。(5)蝸輪的齒部加工，一方面要用與蝸輪嚙合的蝸桿具有相同設計參數(shù)的滾刀，另一方面滾刀的安裝應該和蝸桿裝配的實際情形完全一致，即中心距應嚴格一致，滾刀齒厚薄端對蝸輪基面方向應嚴格一致；此外，滾刀標準牙中心要嚴格對準蝸輪的回轉(zhuǎn)中心。雙導程蝸桿傳動的這些特點應體現(xiàn)在設計與制造的全過程中，只有這樣才能獲得雙導程蝸桿傳動的正確嚙合關系和較高的接觸精度。（一）雙導程蝸桿的缺點蝸桿加工比較麻煩，在車削和磨削蝸桿左、右齒面時，螺紋傳動鏈要選配不同的兩套掛輪，而這兩種蝸距往往是煩瑣的小數(shù)，對于精確配算掛輪很費時；同樣，在制造加工蝸輪的滾刀時，應根據(jù)雙導程蝸桿的參數(shù)設計制造，通用性差。（二）雙導程蝸桿的優(yōu)點1．度精度高。于雙導程渦輪蝸桿嚙合間隙可調(diào)整得很小，側(cè)隙調(diào)整可以小至0.01～0.015mm，而普通蝸輪副一般只能達0.03～0.08mm，再小就容易咬死。因此雙導程蝸桿副能在較小的側(cè)隙下工作，能大大提高數(shù)控轉(zhuǎn)臺的分度精度。2．齒面接觸穩(wěn)定。于普通蝸桿是用蝸桿沿蝸輪徑向移動來調(diào)整嚙合側(cè)隙，因而改變了傳動副的中心距(中心距的改變會引起齒面接觸情況變差，甚至加劇磨損，不利于保持蝸輪副的精度)；而雙導程蝸桿是用蝸桿軸向移動來調(diào)整嚙合側(cè)隙，不會改變傳動副的中心距，可避免上述缺點。3．調(diào)整準確。導程蝸桿是用修磨調(diào)整環(huán)來控制調(diào)整量，調(diào)整準確，方便可靠；而普通蝸輪副的徑向調(diào)整量較難掌握，調(diào)整時也容易產(chǎn)生蝸桿軸線歪斜。4.裝配靈活。導程渦輪蝸桿的蝸桿支撐在支座上，只需保證支撐中心線與渦輪中截面重合，中心距公差可略微放寬，裝配時，用調(diào)整環(huán)節(jié)獲得合適的嚙合側(cè)隙，這是普通渦輪無法辦到的。四、雙導程蝸桿的嚙合原理和齒形計算（一）雙導程蝸桿的嚙合原理

雙導程蝸桿傳動具有改變嚙合側(cè)隙的特點，能夠始終保持正確的嚙合關系；并且結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便，因而在要求連續(xù)精確分度的結(jié)構(gòu)中被采用，以便調(diào)整嚙合側(cè)隙到最小程度。雙導程蝸桿副嚙合原理與一般的蝸桿副嚙合原理相同（如圖4-1）蝸桿的軸向截面仍相當于基本齒條，蝸輪則相當于同它嚙合的齒輪。雙導程蝸桿齒的左、右兩側(cè)面具有不同的齒距(導程)或者說齒的左、右兩側(cè)面具有不同的模數(shù)m(m=t／π)，但同一側(cè)齒距則是相等的，因此，該蝸桿的齒厚從一端到另一端均勻地逐漸增厚或減薄，故又稱變齒厚蝸桿，可用軸向移動蝸桿的方法來消除或調(diào)整蝸輪副的嚙合間隙。（圖4-1）（二）雙導程蝸桿的齒形計算

雙導程蝸桿的齒形如（圖4-2）圖所示，圖中，、分別為蝸桿左、右側(cè)面軸向齒距；為公稱軸向齒矩；、分別為蝸桿左、右側(cè)面齒形角；S為齒厚；C為齒槽寬。下面介紹雙導程蝸桿傳動的特殊參數(shù)的選擇。（圖4-2）雙導程蝸桿齒形

1．公稱模數(shù)

雙導程蝸桿傳動的公稱模數(shù)m可看成普通蝸桿副的軸向模數(shù)，用強度計算方法求得，并選取標準值，它一般等于左、右齒面模數(shù)的平均值。

當公稱模數(shù)確定后，公稱齒距也隨之而確定。從圖4-2可知2．齒厚調(diào)整量

齒厚調(diào)整量ΔS是為了補償制造誤差和蝸輪的最大允許磨損量所形成的側(cè)隙而選取的。一般推薦ΔS=0.3~0.5mm。對于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，ΔS值應偏小。當傳遞動力時，ΔS也可選為πmk。

3．齒厚增量系數(shù)

齒厚增量系數(shù)值為蝸桿軸向移動單位長度內(nèi)的軸向齒厚變化量，即

值與m值一樣，是確定其他參數(shù)的原始數(shù)據(jù)，因而在設計中首先要確定值。選擇值時應考慮以下問題：(1)為了補償一定的側(cè)隙，蝸桿軸向移動長度與成反比。值大，可使蝸桿軸向尺寸緊湊；但值過大，則使嚙合區(qū)過分偏移，同時齒頂變尖，齒槽變窄，從而使蝸輪輪齒(大模數(shù)值時)發(fā)生根切，(小模數(shù)值時)齒頂變尖。而值過小，則會增大傳動機構(gòu)的軸向尺寸。

(2)值與嚙合節(jié)點有一定的關系，由圖4-3看出，大模數(shù)齒面節(jié)點向蝸桿的齒根方向偏移，而小模數(shù)齒面節(jié)點向蝸桿的齒頂方向偏移，節(jié)點偏移量與的關系為

（4-3）式中，為蝸輪齒數(shù)。圖4-4

嚙合關系圖（4-5）式中為齒頂高系數(shù)為了保證嚙合質(zhì)量,點不應超出蝸輪的齒頂高,點不應超出蝸桿的齒頂。即（4-5）式中為齒頂高系數(shù)

。

因此，根據(jù)式(4-3)和式（4-5)得

(4-6)

4．模數(shù)差與節(jié)距差

模數(shù)差Δm值為左、右齒面模數(shù)與公稱模數(shù)m之差的絕對值。當已知m和值時，有

(4-7)

因而

(4-8)

(4-9)

同樣，節(jié)距差Δt值、左面和右面齒距分別為

(4-10)

設計雙導程蝸桿時，還要對齒槽變窄、齒頂變尖、蝸輪根切進行驗算。五、雙導程蝸桿參數(shù)的測量方法（一）原理在阿基米德蝸桿軸剖面內(nèi),蝸桿螺牙任意兩相鄰同邊齒形在平行于軸心線的各個齒距相等,在平面直角坐標內(nèi),可以測得阿基米德蝸桿(下簡稱蝸桿)軸向齒距Pz軸向壓力角α,如圖5-1和圖5-2所示。（圖5-2）（圖5-1）（圖5-2）（圖5-1）假定被測蝸桿未磨損部分的精度很高,那么從圖(5-1)可以看出,要使軸向齒距Pz和Py測量準確,千分表在m和m′處或n和n′(即當蝸桿軸向移動Pz或Py距離的前后兩處)的讀數(shù)應一致。為此,可使千分表架固圖(5-2)定不動,移動工作臺連同蝸桿作軸向運動,使千分表在m和m′處的讀數(shù)相等,并讀出千分表在m和m′兩點處工作臺的讀數(shù)(假定分別為A和B),則可求得該蝸桿的左面齒距Pz,即Pz=A-B。同理,可測得螺牙右面的齒距Py值。從圖(5-2)可清楚地看出,要測得壓力角αz的準確值,必須使千分表或被測蝸桿在相對移動S和h距離后,千分表前后測得的讀數(shù)保持一致。當此條件得到滿足時,圖(5-2)中左齒面的壓力角(即齒形角)αz即可按下式求：得:αz=arctgsh(5-3)同法,可測得圖(5-2)中右齒面的壓力角αy值。（二）方法與步驟1、首先清洗待測蝸桿,檢查兩軸承軸頸或頂尖孔的精度是否完好并量好尺寸。如果精度尚好,可將蝸桿軸線沿坐標鏜床工作臺移動方向放置,并在兩軸承軸頸下用V型鐵墊好,使蝸桿軸線與工作臺平面平行;若有頂尖孔作定位基準則更好。2、移動工作臺,用千分表沿前后兩支承軸頸側(cè)母線檢查并調(diào)整蝸桿,使千分表指針讀數(shù)前后保持一致,以保證蝸桿軸線與工作臺的運動軌跡相平行,調(diào)整好后固定蝸桿。3、固定好坐標鏜床橫梁。將千分表架固定在坐標鏜床主軸上,使主軸箱沿橫梁水平移動,用千分表測頭找出蝸桿的最高點(軸心線)所在的垂直平面,并記好讀數(shù),鎖緊主軸箱,以便測量,此時千分表不能再左右移動。4、對未使用或未磨損部位的螺牙進行齒距Pz和Py的測量。移動工作臺,使千分表測頭進入兩螺牙之間,直至測頭觸及分度圓處,記下千分表和工作臺的讀數(shù),向上退出千分表,移動工作臺進行相鄰同邊螺牙表面相應處,讀數(shù)與先前的數(shù)值相同,再次讀出工作臺的讀數(shù)。工作臺前后兩次讀數(shù)差即為所測齒距Pz之值。同理,可測得螺牙另一面齒距Py值。5、測量蝸桿軸向壓力角(即齒形角)α。松開主軸箱,水平移動主軸箱及工作臺,將千分表水平放置,向下移動千分表使其測頭置于蝸桿軸線的水平面上,并使千分表測頭觸及螺牙表面靠齒頂位置,記下工作臺和橫梁的讀數(shù)及千分表讀數(shù)(以蝸桿中心高處為準)。然后,背向千分表測頭移動工作臺,使其離開適當?shù)木嚯xS(S值按S≈2mtgα估算,取整數(shù)值)并將工作臺固定,再水平移動主軸箱,使千分表測頭觸及同一螺牙表面齒根處并使千分尺的讀數(shù)與齒頂測值相同,記下主軸箱水平移動值h在測出S、h兩數(shù)值后,此時壓力角α即可利用式(5-3)求得。同時,亦可求得另一面螺牙軸向壓力角α的大小。6、確定公稱模數(shù)m。根據(jù)測出的蝸桿左右齒面軸向齒距Pz和Py值,利用下式即可分別求得左、右齒面模數(shù)mz、my:mz=Pz/πmy=Py/π如果測得左、右齒面軸向壓力角相等,即αz=αy,則可先按左、右齒面模數(shù)差對稱分布的情況進行計算。左右兩齒面平均模數(shù)可由下式求得:m=(Pz+Py)/2π=(mz+my)/2然后再用m值計算中心距a:a=(mZ2+dal-2m)/2式中dal———蝸桿外徑,可用卡尺直接測得Z2———蝸輪齒數(shù)如果a=a′(實測中心距),則可確定公稱模數(shù)m=m,然后再對照標準看是否與標準值一致。假若無論左、右齒面模數(shù)差還是左、右，齒面壓力角均不對稱分布(即不能確定公稱模數(shù)時),對雙導蝸桿來說,只能繞過公稱模數(shù)m值來進行測繪計算,即在上述測量的基礎上再測定出一距離測量基準端面尺寸為x和齒高為h處的齒厚值,然后再定出所有加工所需的尺寸,成對地更換蝸桿和蝸輪,用與實際蝸桿螺牙尺寸一樣的雙導程蝸輪滾刀,在與實際中心距完全相同的情況下加工蝸輪,以保證得到良好的接觸精度,這樣按實物測繪制造的雙導程蝸輪副是可以用的。7、其他參數(shù)的確定。當公稱模數(shù)m確定后,應用雙導程蝸桿傳動的計算式即可求出其他參數(shù)值。具體見以下實例參數(shù)列表。六.雙導程蝸桿加工（一）雙導程蝸桿的加工工藝雙導程蝸桿零件的設計簡圖如圖（6-1）。雙導程蝸桿左右齒面的導程不等,分度圓左、右齒面螺旋升角也不等。加工蝸桿齒面時：(6-1)l、必須分別按兩齒面的導程計算交換齒輪。2、車削螺旋面時不僅要核算底徑處的最小槽寬尺寸，而且必須注意切槽時車削順序的選擇。3、磨削螺旋面時還應按分度圓左右齒面螺旋線升角分別調(diào)整砂輪安裝角度,逐個齒面進行加工。（二）加工過程雙導程蝸桿與普通蝸桿在設計結(jié)構(gòu)上比較,最大的區(qū)別在于:前者的齒厚在軸向是變化的、單向螺距的數(shù)值是非標準的。因此,車、磨加工過程中依據(jù)加工設備計算確定左右齒面非標準螺距所用的交換齒輪、最小槽寬的驗算及刀具設計、齒厚測量方法的確定、零件裝夾方向及齒面的加工順序的選擇、熱處理變形是雙導程蝸桿加工中的技術關鍵所在。l、非標準螺距交換齒輪的計算選定由雙導程蝸桿的工作原理可知,蝸桿左右齒面的螺距不等且為非標準值。故按照雙導程蝸桿左右齒面螺距及選擇的加工母機計算選配交換齒輪是必須的。計算公式如下:2、最小槽寬的驗算及刀具設計雙導程蝸桿的齒厚是按照規(guī)律遞增(或遞減)的,所以零件存在齒槽最小的底徑槽寬尺寸,該尺寸一般設計只能標定在2-3mm,超過該范圍蝸桿底徑槽寬尺寸無法車削或軸向尺寸過大而影響整體結(jié)構(gòu)。加工時校驗該尺寸關鍵是判斷左右齒面在加工過程中是否出現(xiàn)互相干涉現(xiàn)象,同時也是刀具選擇的重要依據(jù)。首先進行軸向底徑處最小槽寬以下簡稱最小槽寬)的驗算。下面是該尺寸的校驗公式。驗證圖（6-1）中的最小的槽寬尺寸：其次依據(jù)終加工尺寸,由圖（6-2）可知單面留磨量為0.4mm時(軸向尺寸),粗車后的最小槽寬尺寸=刀楔最小寬度滿足加工要求(如果該參數(shù)小于經(jīng)驗參數(shù)有兩種方法可以解決加工問題:第一要求設計加大齒厚增量系數(shù)k,以加寬最小槽寬尺寸近而提高刀具強度;第二如果設計加大該參數(shù)有困難,為滿足刀具強度且避免加工中齒面發(fā)生干涉現(xiàn)象的問題,在齒槽最窄的底徑車出出刀用的空刀,空刀軸向尺寸不能小于2一3mm,至于能大到多少值依據(jù)具體的設計參數(shù)確定。此種工藝處理的依據(jù)是:切出空刀的齒不參與嚙合)。(6-2)3、用單刃切人法加工齒面,刀具刀楔的大小影響刀具的強度、(該尺寸經(jīng)驗參數(shù)不能小于lmm)。依據(jù)以上的計算結(jié)果,設計圖（6-3）所示的加工雙導程蝸桿左齒面專用刀具,刀具材料:W18Cr4V硬度為62一65HRC;刀具的特點:刀具前角大切削變形小,切削刃端面的倒棱增強刀具強度。切削用量:。加工右齒面按圖（6-3）制作相應專用車刀。的,車、磨削過程中如何控制加工尺寸是關鍵。在實際(6-3)測量方法的確定雙導程蝸桿的齒厚是變化加工中將測量基準選擇在標準齒的位置上(所謂標準齒是指在雙導程蝸桿中齒厚等于標準螺距一半的齒牙)。具體工藝控制方法是:粗車外圓時按在螺紋全長中間位置車加工測量用工藝刻線即標準齒所在位置,在以后齒槽的加工中均以該線所在齒寬中心位置所標記的輪齒為測量基準。最終的精確測量由螺旋測微儀測量。（6-3）4、零件裝夾方向及齒面的加工順序的選擇其實雙導程蝸桿的裝夾方式與普通蝸桿是一致的,只是在加工過程中按齒厚不一致需要單方向不停退刀。為提高加工效率,雙導程蝸桿齒面的加工方法是:掛任意齒面交換齒輪,用直切法粗車(注意控制齒形深度)~專用車刀粗車齒面及底徑~換交換齒輪,用專用車刀粗車另一面及底徑。5、熱處理變形量的確定由于雙導程蝸桿齒厚不一樣寬,齒面的散熱條件不同,其淬火變形的為變形從厚齒端到薄齒端依次變大,我們的經(jīng)驗參數(shù)是:單面變形0.15~0.25mm。因此,在實際齒面留磨時,按依次規(guī)律相應加大工藝留量。磨削加工是保證該類零件精度要求的關鍵工序。我們的磨削加工安排在Y7520W螺絲磨床上進行,除相關交換齒輪的計算安裝外,砂輪的安裝角度的調(diào)整是關鍵,即依照加工齒面分度圓螺旋角,將砂輪調(diào)整至與工件螺旋方向一致,這與普通蝸桿一樣,不同的是雙導程蝸桿需要按左右齒面調(diào)整兩次。磨削時為保證傳動副的精度要求,用螺旋測微儀測量時必須按照蝸輪滾刀標記的標準齒的實測參數(shù)作為測量依據(jù)。這樣經(jīng)粗、精磨加工工序后,既可保證工件精度要求。按以上的加工方法進行加工后,整體雙導程蝸桿副的精度由裝配現(xiàn)場按實際跑合的接觸位置進行刮研完全能滿足設計的要求。閏土機械外文翻譯成品某寶店

總