符姣姣
摘 要:簡(jiǎn)明分析了平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿的加工成型原理,并在推導(dǎo)了平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿的齒面方程,確定了三維理論接觸線的離散模型,并對(duì)在三維造型軟件中對(duì)模型進(jìn)行了仿真,介紹了對(duì)平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿測(cè)量的主要誤差評(píng)定項(xiàng)目。
關(guān)鍵詞:平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿;齒面方程;建模
中圖分類(lèi)號(hào):TH132.44 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):2095-2945(2017)29-0012-02
引言
環(huán)面蝸桿主要是指分度曲面是圓環(huán)面的蝸桿,常見(jiàn)的環(huán)面蝸桿分為以下幾種:直廓環(huán)面蝸桿、平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿、漸開(kāi)面包絡(luò)環(huán)面蝸桿和錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿。環(huán)面蝸桿副傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域的一種重要形式,是一種交錯(cuò)軸的傳動(dòng)方式,相對(duì)于傳統(tǒng)的傳動(dòng)過(guò)程,它具有傳動(dòng)比大、多齒嚙合、瞬時(shí)雙線接觸、易形成潤(rùn)滑油膜、承載能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代機(jī)械高強(qiáng)度重載中,以及冶金和兵器工業(yè)等眾多行業(yè)[1]。但是由于其成形過(guò)程需要進(jìn)行兩次包絡(luò)過(guò)程,加工工藝十分復(fù)雜,對(duì)其嚙合性能和精度的分析就比較困難,為了提高其精度,改進(jìn)其加工制造工藝,我國(guó)在1996年頒布了“平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)”國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T16445-1997,從而更好的促進(jìn)平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的推廣應(yīng)用和制造工藝和精度質(zhì)量的提高。
1 平面二包環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的加工成型原理
平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿是以斜置的平面砂輪作為工具母面,與被加工的蝸桿齒面做工藝嚙合,砂輪齒面與蝸桿齒面按給定的傳動(dòng)比繞各自的軸線轉(zhuǎn)動(dòng),蝸桿齒面便在工具砂輪的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中被包絡(luò)而成。
1.1 環(huán)面蝸桿數(shù)學(xué)模型的建立
數(shù)字化建模的基礎(chǔ)是獲得模型型面數(shù)據(jù),由獲取的型面數(shù)據(jù)模型來(lái)擬合模型型面,獲得型面數(shù)據(jù)就需要建立起數(shù)學(xué)模型。依據(jù)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)副實(shí)際加工過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)關(guān)系,采用活動(dòng)標(biāo)架法,構(gòu)建環(huán)面蝸桿的加工坐標(biāo)系和輔助坐標(biāo)系,如圖1和圖2所示:
根據(jù)共軛齒面嚙合理論,對(duì)實(shí)際加工過(guò)程中蝸桿傳動(dòng)擬合關(guān)系進(jìn)行研究,可知在第一次包絡(luò)過(guò)程中,工具砂輪齒面與蝸桿齒面的嚙合方程[2]為:
(1)
其中:(2)
(3)
聯(lián)立以上兩式可得被加工蝸桿左齒面上一點(diǎn)的坐標(biāo)關(guān)系式為:
(4)
當(dāng)公式中的參數(shù)u確定時(shí),給定?準(zhǔn)2的范圍之后,帶入以上公式,就可以求得蝸桿下齒面的一條螺旋線;給定?準(zhǔn)2的值,令u在一定范圍內(nèi)變化,就可以求得一條確定的齒面接觸線的值;令?準(zhǔn)2和u都在各自的取值范圍內(nèi)循環(huán),就可以求得整個(gè)蝸桿齒面。
1.2 環(huán)面蝸桿三維實(shí)體模型的建立
現(xiàn)在的建模與造型軟件多種多樣,如Solidworks、Pro/E等,而且他們都具有與其他軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交流的端口,本文中環(huán)面蝸桿的造型軟件選用MATLAB[3]和Pro/E,根據(jù)環(huán)面蝸桿的基本參數(shù)以及求得的齒面離散點(diǎn)來(lái)進(jìn)行實(shí)體造型。求得的齒面離散點(diǎn)保存為Pro/E能夠識(shí)別的.ibl格式,導(dǎo)入后生成螺旋線以及其他型面線,進(jìn)行型面線混合,從而得到蝸桿整體的三維實(shí)體造型圖,如圖3和圖4所示。
2 平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿的測(cè)量項(xiàng)目評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T16445-1997[4]建立了平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿的精度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定了以下幾項(xiàng)誤差的定義及代號(hào)、精度等級(jí)、齒坯要求、檢驗(yàn)與公差和圖樣標(biāo)注等,在實(shí)際中主要測(cè)量三項(xiàng)誤差:
(1)蝸桿螺旋線誤差:在蝸桿輪齒的工作齒寬范圍內(nèi),蝸桿分度圓環(huán)面上包容實(shí)際螺旋線的最近兩條公稱(chēng)螺旋線間的法向距離。
(2)齒形誤差:在蝸桿的軸向剖面上,工作齒寬范圍內(nèi),齒形工作部分,包容實(shí)際齒形線的最近兩條設(shè)計(jì)齒形線的法向距離。
(3)蝸桿圓周齒距誤差:用測(cè)頭繞蝸輪軸線作圓弧測(cè)量
時(shí),蝸桿相鄰齒面間的實(shí)際距離與公稱(chēng)距離之差。
3 結(jié)論及展望
(1)在本文中,通過(guò)坐標(biāo)變換以及矩陣變換,推導(dǎo)了平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿的齒面方程,為之后建立數(shù)學(xué)模型求其離散點(diǎn)以及螺旋線、齒面接觸線及其實(shí)體模型打下了基礎(chǔ)。
(2)三維實(shí)體模型的建立為平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿后續(xù)的測(cè)量提供了前提,既作為其可視化模型,又可以為環(huán)面蝸桿的測(cè)量分析打下基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn):
[1]Faydor L.Litvin.Gear Geometry and Applied Theory.PTR Pretice Hall,1994.
[2]吳序堂.齒輪嚙合原理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1985.
[3]龍馬高新教育.MATLAB從新手到高手[M].北京:人民郵電出版社.
[4]GB/T16445-1996.平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)精度
[S].中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).endprint