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徐州工程学院毕业设计(论文)摘要从上世纪二十年代以来，蜗杆传动机构的研制工作发展很快，蜗杆传动已广泛应用在冶金、矿山、起重运输、化工、国防等行业，达到了相当高的技术水平。蜗杆传动是传递交错轴间的动力或运动的传动机构，它主要由蜗杆和蜗轮组成。蜗杆相当于一头或多头的等导程（或变导程）螺旋，蜗轮则是变态斜齿轮（或为斜齿轮或为直齿轮）。手摇蜗轮是蜗杆传动的一种，它是通过缠绕钢丝绳来调整带式输送机小车上改向滚筒的位置，从而防止输送带跑偏的一种装置。关键词 蜗杆传动；设计计算；加工工艺；装配 AbstractSince on century 20s, the worm drive organization development work development has been very quick, the worm drive has widely applied in the metallurgy, the mine, lifts heavy objects professions and so on transportation, chemical industry, national defense, has achieved the quite high technical level.The worm drive is the transmission interlocks the power or the movement between the axis transmission system, it mainly is composed by the worm bearing adjuster and the worm gear.The worm bearing adjuster is equal in either multi-head and so on leads (or changes leads) the screw, the worm gear is the abnormal helical gear (either for helical gear or for spur gear). The hand operated worm gear is the worm drive one kind, it is adjusts on the belt conveyer car through the winding steel wire to change to the drum position, thus prevented the conveyor belt runs the leaning one kind of equipment.Keywords worm drive design calculation processing craft assemblyI徐州工程学院毕业设计(论文)目 录1 绪论1 1.1 蜗轮蜗杆的形成原理.1 1.2 蜗轮蜗杆传动优缺点.1 1.3 蜗轮蜗杆的正确22 手摇蜗轮的设计计算及校核3 2.1 设计计算步骤.3 2.2蜗轮蜗杆轴强度的校核.53 蜗轮转向的判定及力的分析6 3.1问题的提出.6 3.2解决问题的新方法.6 3.3 根据蜗杆蜗轮的旋向进行力分析74 蜗杆传动的失效形式和材料的选用9 4.1 失效形式.9 4.2 材料的选择.9 4.3 国内外对蜗轮材料的研究现状.105 手摇蜗轮传动自锁可靠性的研究12 5.1 概述.12 5.2 自锁失效原因的分析.125.2.1摩擦系数125.2.2 螺旋升角.135.2.3 压力角对摩擦角的影响135.3 啮合状态的分析.155.3.1 接触斑点分析.155.3.2 减速机实际情况分析.155.4.3 解决蜗杆转动的自锁问题采用的措施.166 蜗轮的加工17 6.1 加工原理17 6.2 啮合参数的确定.17 6.3 加工工艺186.3.1 蜗轮加工.186.3.2 蜗轮的计算与检测.197 蜗轮壳体的加工工艺探讨21 7.1 前言.21 7.2 蜗轮壳体工艺分析.21 7.3 蜗轮壳体的车削方法及工装.21 7.4 蜗轮定位误差分析.228 飞刀展成蜗轮的数控方法25 8.1 飞刀加工的特点和非数控方法的局限25 8.2 飞刀的设计和数控切制.26 8.3 在数控滚齿机上展成蜗轮.28 8.4 加工质量分析.299 各种材质蜗轮传动摩擦学系统分析30 9.1 用系统方法学30 9.2 蜗轮传动的摩擦学系统分析.309.2.1 分析.319.2.2 分析结果.3110 提高手摇蜗轮装配的精度和效率33 10.1装配的技术要求33 10.2下置式蜗杆减速器装配前的检查.3411 提高手摇传动效率的方法37 11.1 蜗杆的装夹.37 11.2蜗轮的装夹.37 11.3蜗轮、蜗杆的定位.37 11.4操作方法及辅料.38 11.5研磨应注意的问题.3912 润滑油的选用方法40 12.1 润滑油种类的选择.40 12.2 润滑油粘度的选择.41 12.3 润滑方式的选择.42 12.4 润滑油的合理使用和保养要点.42结论43致谢44参考文献45附录46 附录 1.46 附录 2.58 461 绪论1.1 蜗轮蜗杆的形成原理蜗杆传动实际上是螺旋齿轮传动的特例在螺旋齿轮传动中，如传动比很大，小齿轮直径做得很小，轴向长度很长，而螺旋角度大，则轮齿将在圆柱面上绕成完整的螺旋齿，称为蜗杆，大齿轮称为蜗轮为了改善啮合情况，把蜗轮轮齿做成包住蜗杆的凹形圆弧曲面，蜗杆、蜗轮的轴线互相交叉垂直，即.蜗轮和蜗杆相似，也有左旋和右旋之分，但通常采用右旋居多按螺旋线的头数又有单头蜗杆和多头蜗杆之分蜗杆螺旋线与垂直于蜗杆轴线平面之间的夹角称为导程角r蜗杆螺旋线的导程角r与蜗轮齿螺旋线大小相等、方向相同图1-1 蜗杆传动原理图、1.2 蜗轮蜗杆传动优缺点 蜗传递交错轴(交错角通常采用90)间动力或运动的传动机构。蜗轮传动具有以下优点：采用一级蜗轮传动就可以实现很大传动比，结构紧凑。在要求大传动比的场合，采用一级蜗轮传动往往可以代替多级齿轮传动。不仅减少了零件数目，而且简化了机构。工作平稳，噪音小。由于蜗杆齿面是连续不断的螺旋面，而蜗轮在同一时刻处于啮合中的齿不少于两个，所以蜗轮、蜗杆的啮合是连续的。因此，在制造精度与工作条件相同时，由制造误差引起的附加动载荷与齿轮传动相比小得多。因此，蜗轮传动在近代工业中得到了广泛的应用。然而，蜗轮传动也有缺点，由于这些缺点，使其应用受到限制。传动效率低：效率低表明动力损失大，相当于部分能量消耗于啮合摩擦上，故蜗轮传动所能传递功率受到了限制。耗费大量贵重有色金属：蜗轮传动工作时，由于齿面间有相当大的滑动速度，容易导致齿面的磨损和胶合。为减小摩擦、磨损和工作温度，以提高传动承载能力和效率，一方面要有良好的润滑另一方面，对蜗轮副提出减磨、耐磨和抗胶合性能的要求。采用钢质蜗杆时，要求采用青铜蜗轮轮圈1.3 蜗轮蜗杆的正确啮合条件如上图为使用阿基米德蜗杆的蜗杆传动在通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的剖面（称为主平面）上，蜗杆齿廓为直线，相当与齿条，蜗轮齿廓为渐开线，相当于齿轮所以，在主平面内，就相当于齿条齿轮传动由此，蜗杆传动的正确啮合条件为：主平面内蜗杆的轴向齿距与蜗轮的端面齿距应相等即蜗轮的端面模数m2应等于蜗杆的轴向模数m1，且均为标准值；同时蜗轮的端面压力角a应等于蜗杆的轴向压力角a1,亦均为标准值即m2=m1=m，a2=a1=a，同时还须保证。2 手摇蜗轮的设计计算及校核手摇蜗轮传动是蜗杆传动的一种，手摇蜗轮是通过缠绕钢丝绳，来调整带式输送机张紧小车上改向滚筒的位置，从而防止输送带跑偏的一种装置手摇蜗轮中，人手摇摇臂的速度大约是30rpm，减速比31,输出功率160w,效率93%.工作环境2535摄氏度，工作平稳，设计使用寿命10年，每年工作300天2.1 设计计算步骤）传动类型的选择结构设计采用下置式（蜗杆放在蜗轮的下面，啮合处冷却和润滑较好，蜗杆轴承润滑方便，又因为蜗杆手摇的速度不是很大，所产生的搅油损耗也不是很大，很常用的型式）根据减速比，选定1,2=31）蜗轮蜗杆主要参数的计算根据设计计算公式： 式（2.1）其中计算载荷系数输出转矩齿数和变位影响系数为材料弹性影响系数，当蜗轮材料为灰铸铁，蜗杆材料为钢时，表-1蜗轮蜗杆主要参数mq512590.445500.6310556.2512667.55.5166.3890.435651.3610723.73121012.25621690.43835.9210928.81114.5612734390.4251311.98101457.75121749.38512100.4182140.16112354.18122568.19972980.412391.12113287.8123586.68a) 求值（查机械设计手册）试求，因为未知，根据题中条件，估算3m/s,取；b) 查机械设计手册，得 =1 c) 查机械设计手册,试取，因为螺旋角未知，根据减速比和，取d) 1.012e) 查机械设计手册,s=2,所以许用应力f) 根据公式，输出转矩 式（2.2）其中，输入功率（kw）蜗杆转速(kw)减速比减速器效率蜗轮输出转矩由式（1.1），得：845查表（），得：m=6,q=9g) 中心距 （取x=0）蜗杆分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 蜗轮分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 齿宽=0.7=50mm2.2蜗轮蜗杆轴强度的校核根据蜗轮蜗杆轴接触应力的校核公式： 式（2.3） 代入数据，得：95.4Mpa=100Mpa 满足强度要求3 蜗轮转向的判定及力的分析3.1问题的提出在机械传动中，蜗杆传动用于传递空间交错轴之间的回转运动 在绝大多数情况下，两轴在空间上是相互垂直的，轴交角为，即。由于蜗杆传动具有结构紧凑、工作平稳、无噪声、自锁性以及能到很大的传动比，因此广泛应用于机床、汽车、仪器、起重运输机械、冶金机械以及其他机械制造部门。图3-1蜗轮与蜗杆传动方式式向蜗杆传动时，蜗轮的旋向以及受力分析，因受蜗杆蜗轮两者之间的相对位置、螺旋线旋向以及蜗杆的转向三个因素的影响，在众多教材和资料中尚无统一的说法，这也往往造成一种理解上的混乱。蜗轮的转向是这样判定的：“如图3-1，将蜗杆1看做螺杆，蜗轮2视为局部螺母，可利用螺杆螺母的相对运动关系来确定。设想蜗轮不动而蜗杆按图示方向转动，则蜗杆应向上移动，但实际上蜗杆不能移动，故只能将蜗轮上与蜗杆接触的轮齿下推移，所以使蜗轮沿顺时针方向转动。同样，当蜗杆的螺纹为左旋而蜗杆沿与上述相反方向旋转时，蜗轮的转向仍为图示方向”。通过比较和总结，推出一个简洁而又便于理解和掌握的判定方法。3.2解决问题的新方法 该判定方法分三步：(1)螺旋线旋向的判定；(2)根据蜗轮蜗杆的相对位置及蜗杆的旋转方向判定蜗轮的旋向：(3)根据蜗杆、蜗轮的旋向，进行力的分析。1 螺旋线旋向的判定蜗杆蜗轮有左、右旋之分，其旋向的判定同斜齿圆柱齿轮。将蜗杆和蜗轮轴线放于铅垂位置，螺旋线左高右低为左旋，而右高左低为右旋。如图3-2所示。图3-2 蜗轮蜗杆的旋向2 根据蜗轮蜗杆的相对位置及蜗杆的旋转方向判定蜗轮的旋向判定方法借助“左右手螺旋法则”即由蜗杆(或蜗轮)的螺旋线旋向定用左手还是右手，也就是左旋用左手，右旋用右手，然后依据蜗杆的旋转方向，用手假想地握住蜗杆，让四指指向蜗杆旋转方向，那么此时大拇指所指方向即为蜗轮上节点线速度方向的反方向，则由此可判定蜗轮的旋向。如图3-3(a)我们可以判断蜗轮为顺时针旋转(蜗轮上节点P的线速度Vp水平向右)。图3-3蜗轮蜗杆旋向同样如图3-3(b)，在已知蜗轮的螺旋线旋向和旋转方向的条件下，依据此法，反过来可以判定蜗杆的旋转方向为顺时针旋转，如图3-3(c)在已知蜗杆和蜗轮的旋转方向的条件下，可以判定蜗杆蜗轮螺旋线旋向为左旋。3.3 根据蜗杆蜗轮的旋向，进行力分析图3-4蜗轮蜗杆受力分析如图4所示为一下置蜗杆传动，蜗杆为主动件，旋向为右旋，按图示方向转动。作用在蜗杆齿面上的法向力Fn可分解为三个互相垂直的分力：圆周力Ft1，径向力Fr1和轴向力Fa1。由于蜗杆与蜗轮轴交错角成90角，根据作用与反作用的原理，蜗杆的圆周力Ft 与蜗轮的轴向力Fa2、蜗杆的轴向力F a1与蜗轮的圆周力Fc2、蜗杆的径向力F rl与蜗轮的径向力Fr2分别存在着大小相等、方向相反的关系。当蜗杆为主动件，判断上述六个力的方向时，应记住：(1)蜗杆上的圆周力Ft1的方向与蜗杆齿在啮合点的运动方向相反；(2)蜗轮上的圆周力F c2的方向与蜗轮齿在啮合点的运动方向相同；(3)径向力Fr的方向在蜗杆，蜗轮上都是由啮合点分别指向轴心。举例 试分析图3-5所示的蜗杆传动中，蜗杆、蜗轮的转动方向及所受各分力的方向：(a)已知蜗轮的旋转方向啦和螺旋线的旋向求蜗杆的旋转方向n1；(b)已知蜗杆的旋转方向n1和螺旋线的旋向求蜗轮的旋转方向n。由于此时蜗轮上啮合点的线速度为水平向右且螺旋线旋向为左旋，应用左手螺旋法则，大拇指向左握蜗杆，则此时四指的指向即为蜗杆的旋转方向n 即如图所标方向。根据蜗杆和蜗轮的旋转方向进行力分析，可分别得到蜗杆和蜗轮所受圆周力、轴向力和径向力，蜗杆的螺旋线旋向为右旋，应用右手螺旋法则，四指指向蜗杆的旋转方向n 握蜗杆，则此时大拇指指向的反方向，即为蜗轮上啮合点的线速度方向即水平向左，由此可判断蜗轮的旋转方向为顺时针方向，如图3-5所示。根据蜗杆和蜗轮的旋转方向进行力分析，可分别得到蜗杆和蜗轮所受圆周力、轴向力和径向力，如图所示。图3-5蜗轮蜗杆受力图4.蜗杆传动的失效形式和材料的选用4.1 失效形式蜗杆传动的失效形式与蜗轮传动的失效形式相类似，有疲劳点蚀、胶合、磨损和轮齿折断等在一般情况下，蜗杆的强度总是高于蜗轮的轮齿强度，因此失效总是发生在蜗轮上由于在传动中，蜗杆和蜗轮之间的相对滑动较大，更容易产生胶合和磨损4.2 材料的选择蜗杆和蜗轮材料的合理选择和匹配是提高承载能力（或使用寿命）和传动效率的重要方面选择蜗杆和蜗轮材料应注意以下几个问题：a) 蜗杆传动共扼齿面间的主要运动形式是滑动为减少摩擦系数、提高效率、降低油温，应将软硬材料相匹配蜗杆直径小，一般为主动轴；蜗轮直径大，一般为从动轴蜗杆传动多用于减速机构，因此蜗轮应选用耐磨和减磨性能好的材料；而蜗杆则要选择硬度高、刚性好的材料b)材料的选择要和蜗杆传动的使用条件和可能出现的失效形式相适应蜗杆传动的主要失效形式是磨料磨损和粘者磨损所以选择材料是，要特别注意提高抗粘着性磨损的能力，同时也要提高减磨和耐磨的性能c) 要重视材料的热处理及其他工艺性能实践证明，在提高蜗杆螺旋买内光洁度的前提下，蜗杆螺旋面和蜗轮齿面的硬度差越大，蜗杆传动抗粘着性磨损和抗磨料磨损的能力越大，从而是温度降低、效率提高因此提高蜗杆和蜗轮的硬度差，是提高动力蜗杆传动承载能力及传动效率的重要方面对于蜗轮材料（软材料），硬度变化不大，可用热处理的工艺措施提高蜗杆齿面硬度所以蜗杆材料要具有良好的热处理工艺性能，同时也要具有车削、磨削等其他良好的工艺性能d) 选择材料要和所用的润滑油的性能相适应润滑油和润滑油添加剂都有自身的物理和化学性能，因此在选用蜗轮和蜗杆材料时，要注意材料和润滑油及添加剂之间不发生有害的物理和化学反应，也不出现腐蚀现象e) 要考虑材料的来源和成本为次材料应具备以下条件：）抗粘着性磨损好，为此在选择材料时要注意尽量选脆性材料；尽量采用互溶性小的材料相配合；为了提高抗粘着性磨损的能力，还可采用热处理的工艺程序，使金属表面生成互溶性小、多相有机化合物组织）材质软、易跑合）材料导热性能好）材料组织应在软质基础上，分布着硬质点，同时还要具有耐磨，耐高温，抗磁性等特性常用的几种热处理工艺为了实现对材料的技术要求，采用热处理工艺十分必要采用什么样的热处理方案要根据具体情况而定对于蜗轮材料（软材料），一般采用回火或时效处理等蜗杆采用的热处理方案是根据所用的材料的硬度要求、表面光洁度及变形量的要求确定的通常用的热处理方式有：调质处理、淬火处理、渗碳处理、气体氮化等综上所述，在手摇蜗轮中，蜗轮的材料选用HT200,冷模铸造，蜗杆材料选用45钢，齿面表面淬火，硬度HRC4550 4.3 国内外对蜗轮材料的研究现状蜗轮传动是仅次于齿轮传动的第二传动类型，在近代工业中获得了非常广泛的应用，因而国内外每年要消耗大量贵重有色金属青铜用于制造蜗轮轮圈。研究探索新型蜗轮材料取代青铜制作蜗轮具有非常可观的经济效益和重要经济价值。在探索蜗轮材质方面，国内外已经进行了很多工作。卡普隆材料具有高的耐磨性和磨合性。最近几年，前苏联人用卡普隆材质，制成了普通圆柱蜗轮和球面蜗轮，与ZQ4194材质制作的普通圆柱蜗轮和球面蜗轮进行了对比实验(相对滑动速度 6 ms)，实验结果表明，额定扭矩分别提高了03倍和2倍，减速器传动效率分别提高了4 6和l8 2O，取得了良好的效果。碎石送料机中蜗轮减速器用卡普隆蜗轮，在工作了4年f20000 h)后处于良好状态，其寿命比青铜蜗轮提高了2倍。塑料蜗轮的采用，不仅可以节约贵重有色金属青铜，同时也使机器重量大大降低。前苏联人还给出了卡普隆蜗轮的适用范围。建议在以下情况下采用：传递功率在24 kW 之间，油温低于90100，滑动速度小于34 ms。国内在这一方面也有所研究：如济南有色金属研究所研制出了新型蜗轮材料一稀土铝合金，据说性能略优于稀青铜，成本可降低三分之一。河南省周口石轴瓦厂研制出了高耐磨锌基合金ZnA1CuMn，据说性能优于稀青铜，成本可以降低4O。有些研究者用尼龙6做过实验，据说未取得好的效果。大同市橡胶厂用石墨、石英砂填充MC尼龙制作蜗轮，在无油润滑条件下工作，寿命超过了青铜蜗轮降低了成本取得了很大经济效益。天津微型蜗轮减速机厂部分蜗轮已开始用非金属制造。总之， 国内外在探索蜗轮新材料方面已经取得了很大进展，然而，我们却不能安于现状，这是因为：稀土铝合金、高耐磨锌基合金至今未见工业中应用，效果如何，尚未可知，若效果好的话，因其仍属有色金属，也只能缓解一时，从长远着想，有前途的应属工程塑料因为2O世纪7O年代就有人估计，到2l世纪塑料结构材料中的比例将上升为78 (钢铁l2 ，超越钢铁，而且价格相当低廉。卡普隆属于工程塑料符合材料发展方向，但从目前应用情况来看，卡普隆在蜗轮上应用尚有一定条件况且国内对应材料尼龙6效果不佳。卡普隆材料应用的条件是由其固有特性决定的，即由其固有的机械性能、摩擦学性能和热性能决定的。因而，探索机械性能、摩擦学性能和热性能更好的工程塑料作为蜗轮材料成为我们研究的方向为探索机械性能、摩擦学性能和热性能更好的工程塑料，我们首先想到了那些高性能的工程塑料，如聚酰亚胺，在高低温条件下都具有优良的机械性能、耐磨性能。还有在聚酰亚胺推动下开发问世的聚砜、聚苯硫醚等一系列耐热特种工程塑料。然而，这些特种工程塑料原料成本高，合成工艺繁杂，成形困难，使广泛应用受到了一定限制获：碍高性能工程塑料的另一途径是对现有产品进行填充改性，通用工程塑料通过增强填充改性在提高机械性能的同时，也扩大了使用温度范围， 同时，也有可能提高摩擦学性能。因此，人们认为工程塑料的增强和填充改性是当前最主要的发展方向。通过把几种各具有不同优点的材料进行人工复合，构成复合材料，使各组分间相互取长补短，从而获得具有力学、化学和孽擦学等方面良好综合性能的材料。复合的目标是使材料具有更高的机械性能摩擦学性能和耐热性能。复合材料的基底材料我们选中了尼龙6，因为在普遍工程塑料之中，尼龙具有最佳综合性能，因而在世界各国应用最为广泛，而且资源最为丰富。增强材料选用玻璃纤维和钛合金。玻璃纤维是目前应用最多的增强材料玻璃纤维有很高的拉伸强度，可高达1 0003 000 MPa，比高强度钢还高近两倍。由于玻璃纤维在性能、工艺等方面具有良好的综合性能，价格低廉，制取方便，因而是一种良好的增强体。钛合金是一种性能优异的高分子材料增强剂，可以显著提高复合材料的强度和高温性能，且具有较低磨损率。改l生固体润滑剂我们选用了石墨、MoS 。因为石墨具有自润滑性和低的摩擦系数，导热率高， 比铁高两倍，线膨胀系数小，有较高耐热性。MoS2在空气中在一180一400之间都具有较低摩擦的自润滑性，热膨胀系数小。MoS 与金属表面摩擦时能形成具有一定粘附强度的转移膜，因而能获得良好的润滑性。5 手摇蜗轮传动自锁可靠性的研究5.1 概述一般认为，蜗轮传动时，若蜗杆的螺旋升角A与摩擦角妒满足关系式A& 时，具有自锁性，所以在机械行业中应用广泛。但是在实际例子中，也出现过因自锁失效而导致事故发生的例子。自锁的失效虽然不能否定基础理论，但是却意味着实际工作情况与理论研究存在着差异。究竟是什么原因导致自锁的失效，哪些因素对蜗轮副的自锁有影响，如何提高蜗轮副自锁的可靠性，这里以实例对蜗轮副自锁问题进行分析，提出了提高蜗轮副自锁可靠性的方法。5.2 自锁失效原因的分析以某一蜗轮减速机为例，该机在实际工作中出现过自锁失效。其主要参数为：蜗杆轴向模数(m1=蜗轮端面模数)=6，压力角=15。，蜗杆特性系数q=11， =1， =50，蜗杆分度圆直径d =66mm，齿顶圆直径d =78mm，齿根圆直径：516mm；轴向节距t：1885mm；螺旋升角A=511，右旋，精度等级8，材料：蜗杆20Cr，硬度HRC：4550；蜗轮ZQAL949.满足当A &条件即具有自锁性。自锁失效说明上述条件不充分，分析有以下因素：5.2.1摩擦系数根据机械设计手册，钢对青铜的摩擦系数见表5-1。表5-1 钢对青铜的摩擦系数在机械传动摩擦中，除了材料的材质以外，表面粗糙度、硬度、润滑条件等对摩擦系数都有不同程度的影响。如在表面粗糙度为1.6的平板上(模拟蜗杆)，改变倾角用表面粗糙度为1.2ZQAL94的滑块(模拟蜗轮)来测取摩擦系数，其结果见表5-2表5-2 润滑条件下的摩擦系数 在润滑条件下所测出的数据与手册所提供的数据差别较大，即使按其下限计算的话也将近3倍。如按设计手册数据的下限计算，取f=0.1，则A=arctg0.1=5。24，当A=arctg(1q)：5。1 1时，A& 满足自锁条件,却不能自锁，因为蜗轮的润滑条件很好，其轮齿部分都浸在油池中，所以在上述条件下取摩擦系数f=0.10.15显然是不合适的。5.2.2 螺旋升角螺旋升角应满足保证自锁和高效率的要求，前者要求螺旋升角小，后者要求螺旋升角大，这是一对矛盾。其实，螺旋升角并不是一个定值，而是随着在齿面直径方向啮合部位的不同而变化的，下面以蜗杆为例进行分析。设A=5度ll分，d=66mm，齿顶高h=1.2m，齿根高h=1.2m，m=18.85mm，在分度圆上，A=arctg(1q)：511；在齿顶圆上，A=arct p(d-2m) =4o24；在齿根圆上A=arctgp (d-24m) =6c37见图5-1。由以上计算可见，蜗杆的螺旋升角A从齿顶方向向齿根方向逐渐变大，自锁性能变差。图5-1 螺旋升角的变化5.2.3 压力角对摩擦角的影响根据渐开线的性质，压力角沿齿廓是变化的。接近基圆的压力角较小，压力角随廓所在半径增大而增大。下面取分度圆压力角等于15度和20度。两种情况进行讨论。由P= 1rcosa 设a=15度时，其正压力为P，设d=20时，其正压力为P，o3为旋转角速度， 为蜗杆在传动时所受的力矩：rl= r2= r= d2=33mmPl= Mrcos nl= M33cosl 5。P2=MFCOSa2= M33cos20。PlP2摩擦力随着压力角的增大而增大由& =arctg(fCOS)当量摩擦角求出a=15度时， （齿顶圆压力角）时，变化规律如图5-2所示。图5-2 压力角的变化当压力角增大时当量摩擦角也随之增大。压力角、螺旋升角和摩擦角的变化情况见表5-3。表5-3 压力角、螺旋升角和摩擦角的变化规律5.3 啮合状态的分析5.3.1 接触斑点分析按JBI6260规定，选用8级精度时，接触斑 按齿高不小于50 ，按齿长不小于50的原则。蜗杆顶工作高度：h =m=6 mm，hj=72 mm；标准安装时，其径向间隙=12 mm：齿工作高度：h=12 mm。在接触斑点符合JBI6260，8级精度要求的情况下，有两种特殊情况：(1)蜗杆的齿根部分与蜗轮的齿顶部分啮合，蜗轮齿廓上的接触斑点如图5-3所示。图5-3 涡轮齿廓上的接触斑点 (2)蜗杆的齿顶部分与蜗轮的齿根部分啮台此时蜗杆接触斑点的平均高度在齿顶圆上与(1)相反此时A=4。24。 =5。11。&=658。5.3.2 减速机实际情况分析减速机分解后发现蜗轮齿啮合面的齿廓接触斑点在齿高和齿长方向均达到5O ，但偏向蜗轮齿廓齿顶一例、见图5-4图5-4 涡轮齿廓接触斑点的分布从上述可知，蜗轮齿廓的齿顶部分与蜗仟齿廓的齿根部舒相啮合不利于自锁，并且其斑点偏向于齿根一侧这是因为零件加工和装配质量不高所致。5.4.3 为了有效的解决蜗杆转动的自锁问题，可采用以下措施(1)正确的选用螺旋升角。通过上述分析可见，在蜗杆转动中，在蜗杆齿廓上，其螺旋升角、压力角、摩擦角是变化的。因此，为确保自锁的可靠性、蜗杆应尽量选用较大的特性系数，以达到降低螺旋升角的目的：一般情况下为保证自锁。摩擦角应大于螺旋升角1。左右：这样就增加了一个安全系数，可以抵消其它不利因素如螺旋升角、压力角、摩擦角的变化以及参考有关数据的偏差等所带来的不利于自锁的因素。(2)在受力条件允许的情况下，选用滑动轴承作支点，自锁条件为A ；对于精密加工的蜗杆传动采用滚动轴承作支点，在A4。时自锁，而滑动轴承作支点A6。时自锁。(3)选用压力角为2O度的标准蜗杆，以增大当量摩擦角：(4)提高零件的加工精度和质量，确保正确的啮合状态6 蜗轮的加工6.1 加工原理为了保证蜗轮和蜗杆的正确啮合，蜗轮通常是用于蜗杆形状和尺寸完全相同的滚刀加工的。根据渐开线螺旋齿啮合原理可知，在一对渐开线螺旋齿轮传动中， 只要能使两者的法向齿距、法向模数和法向压力角相等，就可以保证这对渐开线螺旋齿轮的正确啮合。用标准齿轮滚刀加工蜗轮的工艺方法，就是根据渐开线螺旋齿轮啮合原理来实现的。标准齿轮滚刀是一法向参数为标准系列值的。所以这里值得注意的是，在用标准齿轮滚刀加工蜗轮的条件下，为了使被切制的蜗轮能与蜗杆正确地啮合，首先必须使蜗杆的法向齿距t，蜗杆的法向压力角a等于标准滚刀的法向齿轮和法向压力角。据此，在蜗杆分度圆直径一定（即不改变原蜗杆分度圆参数）的情况下可以计算出配合蜗杆的轴向齿距和轴向压力角，用配合蜗杆参数取代原蜗杆的相应参数就能保证蜗杆的正确啮合（见图6-1）图6-1 标准齿轮滚刀加工蜗轮原理图从图1中可以看出，为了保证齿轮滚刀切制的蜗轮分度园螺旋角B，与蜗杆分园螺旋升角 相等，必须使滚刀的螺旋方向与被加工蜗轮的螺旋方向一致。所以，在安装滚刀时，要使滚刀刀架回转一个滚刀安装角r。从图1中可以看出。 R=r1-r2 式（6.1）式中：R -滚刀安装角r1 -蜗杆分圆螺旋升角r2-齿轮滚刀分圆螺旋升角6.2 啮合参数的确定标准齿轮滚刀是以法向模数为标准系列值的，工具厂生产的齿轮滚刀端面上都注有法向模数m ，法向压力角d 和分圆螺旋升角 r。所以根据阿基米德定理可知：从齿轮滚刀的法向齿距t 为： t=tm 式（6.2）蜗杆皆用轴向模数表示。一般图纸给 定轴向模数m，轴向压角 a和分圆螺旋升角 r，从图6-2可知，蜗杆的法向齿距t为：t2=tcosr=ms2cos r 式（6.3） 图6-2 蜗杆分圆螺旋线展开图为了保证蜗杆能与标准齿轮滚刀切制的蜗轮相啮合，由图1中的OAB和OCB可以看出，必须保证蜗杆的法向齿距等于标准齿轮滚刀的法向齿距，即： 式（6.4）由式6.4可知，在蜗杆分园直径de,分园螺旋升角 不变的情况下，可求出蜗轮实现正确啮合的蜗杆轴向模数。为了能保证蜗杆能与标准齿轮滚刀切制的蜗轮相啮合，必须使蜗杆的法向压力角与齿轮滚刀的法向压力角相等，即： 式（6.5）从上两公式中可以看出，用标准齿轮滚刀加工蜗轮，只需改变蜗杆原设计的轴向模数和轴向压力角，就可以保证其正确地啮合。6.3 加工工艺6.3.1 蜗轮加工选用法向模数与蜗杆(图纸上标注的)轴向模数相同的齿轮滚刀。安装滚刀时，滚齿机刀架回转一个滚刀安装角 ，滚齿机刀架回转的方向见图4。其中：齿轮滚刀螺旋升角蜗轮螺旋角用手动进给法滚切蜗轮时，工件的安装、主轴转速，分齿挂轮的计算与调整等均与滚切园柱齿轮相同，在此不再赘述了。调整刀架和安装滚刀时，必须严格按照工艺要求，保证滚刀中心线在蜗轮中的平面内，保证最终滚切中心距等于被切蜗轮的理论中心距，径向进给量的大小据实际情况，自行确定。由于齿轮滚刀直径多数大于蜗杆直径，因此，切制的蜗轮齿底径R：应大于原设计的底径Rt，如图5，使接触区集中于蜗轮中截面，这样即避免了对角接触弊病，又有利于润滑油楔的生成，从而减少磨损，提高承载能力，延长使用寿命。但是根据蜗轮副的几何参数，选用齿轮滚刀时，为了使蜗轮齿长方向两端齿厚不发生过薄现象，应该使滚刀外径大于蜗杆直径。图6-3 滚切涡轮时滚刀的安装角度图6-4 滚刀直径的作用6.3.2 蜗轮的计算与检测1 ） 公法线长度计算公式前面论述了标准齿轮滚刀加工蜗轮的工艺方法，就是根据渐开线螺旋齿轮啮合原理来实现的，其实蜗轮与斜齿轮的公法线长度计算及检测方法是相同的。所不同的是蜗轮的外径到喉径是半径为R的园弧面，所以我们在检测蜗轮时，采用螺旋齿轮公法线长度公式进行计算和测量。完全能保证蜗轮的加工质量。即： 式（6.6）式中： L法向公法线长度；m 法向模数； 法向压力角；a端面压力角；Z蜗轮齿数；N跨齿数；inv渐开线函数。一般加工时图纸给出法向压力角a，因此可用下面公式计算端面压力角a 式（6.7）式中：B一蜗轮螺旋升角2） 跨测齿数计算公式 式（6.8）计算时因图纸中给出的是端面模数m所以要把m换算成法向模数m1，即： 式（6.5）注意：测量公法线长度时，应在蜗轮喉径处进行测量，在其它处测量是不对的，公法线长度公差可查表。7 蜗轮壳体的加工工艺探讨7.1 前言蜗轮壳体如图1所示。 图7-1 蜗轮壳体7.2 蜗轮壳体工艺分析蜗轮壳体的外形主要是圆弧面，加工参数多为圆孔及其端面。同时考虑本厂设备状况及生产效率和经济性等多种情况，安排主要在普通车床上进行加工。其加工工艺分析如下：(1)该零件是铸件，粗加工前需进行时效处理，消除内应力。(2)由于外形复杂，车削加工前需先进行划线，划出交叉中心线及端面加工尺寸线，划线时要考虑内孔余量和尺寸均匀。(3)用普通卡盘无法满足，需设计角铁夹具用以装夹，以B面为一个定位基准，以55H7孔装心轴作另一定位基准，加工52J7孔。(4)用四爪单动盘装夹，按划线找正侧母线，分粗、精车加工 82孔端面及55H7孔。(5)用三爪自定卡盘夹住82 mm外圆，粗、精车70和 130两端面至图纸尺寸，并和基准B平行。(允差005 mm)7.3 蜗轮壳体的车削方法及工装根据零件图及上面的工艺分析，先在通用三爪自定心卡盘上车出 82、 130两外圆端面及55H7内孔，然后以 82端面及55H7作为定位基准，设计了在角铁上用固定心轴定位加工 55J7孔的车削工装，如图7-2所示。图7-2 蜗轮壳体的加工工装1角铁2心轴3动支承架该工装以角铁(即 82端面)和55H7孔中心轴定位，能很好地保证55H7孔中心线的位置尺寸及公差。由于加工中工件悬臂较长，为增加稳定性及夹紧力，工装前端采用两只可调辅助支承对心夹紧。7.4 蜗轮定位误差分析(1)中心距L的定位误差分析由加工方法可知，在加工帖7J7孔时，要保证的工序尺寸是(6o008)mm。B面和帖5H7孔轴线是定位基准，与工序基准重合，因此，基准不重合误差AB=0。由于心轴制造时有垂直度误差， 55H7孔与心轴配合有间隙，它们对中心距(6o008)mm都将产生影响。因此，中心距L的定位误差是基准位移误差y与心轴制造时垂直度误差之和，如图7-3(a)、(b)所示。即 D=y+Htga 式（7.1）式中：y 由55H7与心轴配合间隙引起的基准位移误差，mm；a 心轴轴线对基准面B的转角误差，设a=0.01。由图3可知，当工件孔的直径为最大(Dmax)，心轴直径为最小(dmin )时，定位基准的位移量最小(imin=O02)，中心距尺寸也最小(Lmin )。因此 响工作精度的情况下，适当降低中心距公差。式中：i定位基准的位移量，mm；&-一批工件定位基准的变动范围，mm。图7-3 蜗轮壳体的定位误差分析由于定位基准存在位移误差，且定位基准可任意方向移动， 式（7.2）式中 此结果大于中心距公差1/31/5，不能满足中心距公差要求。为了达到公差要求，需提高孔与中心轴的配合精度及心轴与平面B的垂直精度，在不影响工作精度的情况下，适当降低中心距公差。(2)中心高H的定位误差分析在加工52J7孔时，由于B面和55H7孔轴线是定位基准，与工序基准重合，故基准不重合误差AB=0。但心轴与B面的垂直度误差影响中心高。心轴与孔配合间隙引起的位移误差对中心高无甚影响。因此，中心高H的定位误差等于心轴与B面的垂直度误差Lsina，如图4所示。图7-4 蜗轮壳中心高定位误差分析a在最右时，其孔的中心应在O位置，但加工一批工件时，其中心高已经调好，故实际中心落在O1位置，中心高误差为OO 。同理，当转角误差a在最左时，中心高误差为O2O2，因此AD =O1O1= O2O2=Lsin=60sin0.01。= 0.01047mm利用此加工工艺，达到了工件设计要求。 8 飞刀展成蜗轮的数控方法蜗轮、蜗杆机构广泛应用于多种传动机械之中。然而传动时易磨损，导致传动失效，需要更换配件。用价格低廉的蜗轮飞刀来加工此类配件，是相当有效和经济的方法。然而传统的非数控方法存在着一定的局限性，较难保证加工质量 所以，我们研究了利用数控线切割机床加工飞刀并用数控滚齿机展成蜗轮的数控方法，取得了较好的效果，供大家参考8.1 飞刀加工的特点和非数控方法的局限飞刀装在刀杆上，相当于一把只有一个切削齿的蜗轮滚刀，仅通过刀杆的旋转是不会产生展成运动的，也就不能切出正确的蜗轮齿形。只有使飞刀毋蜗轮毛坯分度圆的相切方向也有运动，才能产生展成运动，切出正确的蜗轮齿形。但必须注意的是，飞刀在切向移动L距离，蜗轮也要相对其移动方向转动6=AL靠弧度( 一蜗轮分度圆半径)，联动方向不能搞反(如图8-1)。图8-1 飞刀加工蜗轮此外，在滚齿机上用飞刀加工蜗轮时，飞刀轴每旋转一周，蜗轮毛坯轴转过的齿数应等于蜗杆的头数，完成连续分齿运动，切出蜗轮的螺旋线形齿槽。此外，还应注意蜗杆的头数与蜗轮的齿数有无公因数：当没有公因数时，用一把飞刀经过一次走刀就可以切出蜗轮的所有齿槽；有公因数时，则比较麻烦些，飞刀经过一次走刀并不能切出蜗轮的所有齿槽，这时有两种方法可以解决，一是在飞刀轴上安装多把飞刀头(数量等于公因数，放置间距A=np=nm， 式中n为正整数并与公因数配合)经过一次走刀就可以切出蜗轮的所有齿槽，此方法效率较高，但刀杆结构复杂；二是仍用一把飞刀头，但要经过多次移刀、走刀(次数等于公因数)才能完成所有蜗轮齿槽的切削，缺点是效率较低，易出错。以往的蜗轮加工经常存在两方面的局限性：其一是飞刀的精度方面，对于常用的阿基米德蜗轮，加工它的阿基米德法向飞刀的齿形计算比较烦琐，常被简化为圆弧或直线，在蜗轮导程角大于l2。的情况下，这种简化方法就更不精确了，因为首先产生了设计误差。接着是非数控设备切制飞刀所产生的刀具制造误差，这些误差都将不可避免的影响蜗轮的齿形。其二，展成蜗轮常用的普通滚齿机精度较低，存在机械间隙，又涉及挂轮的计算，有时甚至无法正确的分齿。所以，要提高飞刀展成蜗轮的精度，就要避免以上两个方面的局限，运用精确的数控方法进行加工。即正确设计飞刀并使用数控线切割机切制飞刀，然后再用数控滚齿机加工蜗轮。8.2 飞刀的设计和数控切制在蜗轮、蜗杆传动机械中，使用最广泛的是阿基米德螺旋线型蜗轮、蜗杆机构。导程角5度的蜗轮加工时为改善切削条件和提高质量，需要飞刀前刃面按照蜗轮齿面的法向安装(非轴向)，这就是阿基米德法向飞刀。其齿形不是直线，而是和阿基米德蜗杆的法向截面相同的曲线需要烦琐的计算，采集曲线上的一系列点坐标作为切制飞刀的依据，其基本公式如下：这个计算可以用一个BASIC程序来实现 由于齿形的左右面相对称，故只计算一侧齿形(如图2)即可，图3是该程序的流程图(程序清单略)：式中：R 飞刀外圆半径；r 蜗杆齿根圆半径在这个程序中，为了解齿形曲线的弯曲程度，还对其斜率进行了计算，即计算了过各坐标点的导数dxdy，其值的不断变化验证了齿形确实是一段单凋曲线。通过对多个不同导程角的蜗轮进行计算，证实了有关书籍关于阿基米德法向飞刀齿形曲线的各种替代方法的适用范围，可以根据零件要求采用(表8-1)。表8-l 齿形精度及坐标数据根据打印出的坐标数据和齿形的精度要求，在数控线切割机床上编程进行飞刀的切制，至于飞刀的材料，则是用报废的铣刀或中心钻的柄部(材料多为W18Cr4V，HRC=6366)。通过应用以上方法，切削刀具的精度、硬度就都有了保证。 8.3 在数控滚齿机上展成蜗轮试制中所使用的是GLEASON 125GH型CNC(计算机数字控制)精密滚齿机。该机床的控制系统采用闭环控制，精度很高， 各轴分辨率均为00002ram(DEG)可控步进量是0O0Imm(DEG)，利用它可以找正飞刀的安装角。并且采用计算机模拟的电子变速箱系统(EGB)，机床内并没有变速齿轮实物，其功能与普通滚齿机的挂轮系统类似，但性能和精度都有很大提高，对大质数齿轮也能正确分齿，也能把刀轴(B轴)与工件轴(c轴)间的速比控制的十分精确和稳定，这就可以大大降低蜗轮的齿距误差。再有，该机床配有精密的刀具外径测量仪，可精确测得飞刀尖的回转半径(相当于测出了蜗轮滚刀的外径)。再与数控系统配合就可以精确的控制中心距。但美中不足的是，该机床联动式的切向走刀功能(TANGENT)是选装项目(Options)，我公司进口时并未购买。但通过仔细研究该机床的操作手册，我们找到了一种替代的方法，即利用该机床为使滚刀均匀磨损而设置的自动窜刀功能(HOBSHIFT)和工件轴的步进分度(最小步进量可达0001DEG)来实现非联动式的切向走刀。即进行连续分齿，断续展成加工。因为是数控机床，所以即使是断续展成，精度也是有保证的，而不像非数控机床那样在进行断续展成加工时，容易产生误差。接着，在机床上进行了编程试验，验证了这一想法是完全可行的，并且在验证过程中还总结出了一些提高加工效率的数控编程技巧。譬如，在粗加工后(尚未进行展成)，蜗轮齿槽内约80 的材料已被切除。展成开始的时候，飞刀可以不按切削时的慢速进给量进结，而是快速进给到已粗加工好的齿槽里，在离槽底较近的地方(约0.5个模数处)，再转切削时的慢速进给量进行切削，这样就可以缩短展成加工的时间。按照以上思路，首先就要计算出切削轴与工件轴对应的步进量，这可以用一个简单的BASIC程序来计算并打印出一系列联动点用以监视机床的位置是否准确。为了简化机床操作，提高效率，计算中对工件轴的分度步进量进行了取整，只需按几下键就可完成展成分度 再按照这个取整值计算出相应的切向走刀步进量，即是数控滚齿机加工程序中的自动窜刀量，展成时机床会按此值自动切向走刀，不用人为干预。此外，工作中我们还设计了数控滚齿机专用的压紧套式飞刀杆和蜗轮毛坯通用夹具，适用于加工模数26的蜗轮。接下来就是具体的机床操作了，主要流程见图4。图4 数控展成加工流程由于数控滚齿机的刚性好、转速高(Smax =1500rmin)，在实际的生产中，用300rmin的转速切削一个模数35，齿数31，螺旋角32。的铝青铜蜗轮仅用了30min。8.4 加工质量分析用以上断续展成方法加工的蜗轮会在齿面上出现明显的刀纹，但此现象并不会影响蜗轮齿距、中心距、分度圆大小等重要指标，随着展成次数的增加，齿面质量会逐步提高。而且，新制的蜗轮蜗杆都要装配起来，进行2448h的齿面磨合，以改善齿面达到最佳啮合状态。在这个数控方法中影响蜗轮质量的主要因素是飞刀安装角和轮坯找正不精确，自制的刀杆、夹具也不像机床原装件那样精良，这些都是以后应该改进的地方。而飞刀设计环节及数控线切割机切制环节都可以保证飞刀按照同模数A级或AA级蜗轮滚刀的技术条件检验，齿形、齿厚等指标达到要求。至于数控滚齿机展成环节则毫无疑问的能够保证齿距、中心距的尺寸误差要求。所以，用数控方法加工的蜗轮一般可以达到7级精度。 9 各种材质蜗轮传动摩擦学系统分析用系数分析方法来处理摩擦学问题。其中“数据表”方法是比较适合于工程应用的分析和解决摩擦学问题的形式。9.1 用系统方法学材料副的摩擦和磨损并不是材料固有的特性，而是与系统有关并有相互作用的特性。由此可得出， “一元论”地简单处理摩擦学问题会导致严重错误，因为有很多重要参数或影响因素可能被遗漏或忽视了。因此，应以系数分析方法来处理摩擦学问题。其中“数据表”方法是比较适合于工程应用的分析和解决摩擦学问题的形式。两个形成“摩擦学相互作用表面” 的配对零件，可用正确选择的系统包括把他们与周围假想地分开。所有系统的元件都在这个包括之内。而且是系统结构的一部分。这个结构包括系统的元素，它们有关的性能和它们的相互关系，形式上可用集S= A,P，R来表示。工作变量的输入通过系统的结构变换成有用的输出。同时， 由于元素间的摩擦学相互作用，产生损耗输出。用摩擦损耗和磨损损耗来概括。输入变换成输出的方式决定了系统的技术功能。摩擦机械系统分析检查表的主要内容如下：11 摩擦系统的技术性能摩擦系统的技术性能包括运动、信息、能量、材料的传递。12 工作变量运动的形式：载荷、速度、温度、时间、材料流。13 摩擦系统结构元素： (1)摩擦元素； (2)摩擦元素； (3)润滑剂； (4)大气。元素性能： (1)、(2)、(3)、(4)有关的几何性能和材料性能。元素间的关系：如图9-1。图9-1 各元素之间的关系14 摩擦学特点摩擦引起的系统结构变化；摩擦引起的能量损耗；摩擦引起的材料损耗。9.2 蜗轮传动的摩擦学系统分析把我们所选材质XW和ZQSnl01ZnA1CuMn及MC尼龙材质蜗轮传动的摩擦学特征进行比较。对磨偶件皆为45#蜗杆。9.2.1 分析理论上。从系统观点来看。一个给定的摩擦副的摩擦和磨损既取决于工作量变换。也取决于系统的结构可用下式表示： f=f(X，S) 式（9.1）式中：f-摩擦系数； X-工作变量；S- 系统的结构。 W=W(X，S) 式（9.2）式中：W 磨损率； X-工作变量； S- 系统的结构。所以，下列各变量至少应被认为是潜在的影响变量：工作变量X：M 一载荷；V- 滑动速度：t一温度；T-滑动时间。系统结构Js= A，P，RA：系统元素(1)蜗轮； (2)蜗杆； (3)润滑剂； (4)大气。p： (1)、(2)、(3)、(4)的有关特性；R： (1)、(2)、(3)、(4)之间的摩擦相互作用。我们在保证工作变量相同的情况下。改变系统结构、元素(1)的材质，来比较各系统的摩擦学性能。摩擦学系统数据见附表摩擦系统数据表。9.2.2 分析结果由数据可知，XW、ZnA1CuMn与45 钢组成蜗轮副当量摩擦系数，温升均低于ZQSnl01 XW最低，MC尼龙最高。各种材质齿面磨损情况均低于ZQSnl01蜗轮齿面，其中以XW为最佳。MC尼龙对齿面有降解现象。ZW对偶面有MOS：石墨转移膜形成。根据以上结果。应用XW和ZnA1CuMn时系统摩擦学特性均优于采JIZQSnlO-1的情况。对蜗轮副来讲。采用ZW的系统是最佳摩擦学系统。10 提高手摇蜗轮装配的精度和效率众所周知 ，机械产品是由许多零件组合而成。装配是机械制造 当中的最后一道工序 ，也是产品的最终完成阶段 。装配工作做得好坏对产品的质量起着决定性的作 用 。按照规定的技术要求 ，将合 格的零件结合成组件和部件或将若干零件 、组件和部件连接 固定 成为机器的过程就称为装配。凡是装配完成的机器，必须满足规定的 装配精度。产品的装配精度一般包 括零件、部件之间的距离精度、相 互位置精度、配合精度 、运动精度、接触精度等。同时对特殊要求的零件还要做平衡试验、密封 、试验等 。 为 了达到一定的装配精度 ，通过尺寸链分析，由于封闭环的公差等于组成环公差之和 ，装配精度 取决于零件的制造公差，但零件的 制造精度过高，生产成本将提高。 为正确处理装配精度与零件制造精 度两者的关系，形成 了以下不同的 装配方法：装配精度完全取决于零 件制造精度的装配方法称为完全互 换法；装配精度不完全取决于零件 制造精度的装配方法称为选配法、 修配法和调整法。在装配过程中， 依照产品的特点和技术要求以及现 有的条件规定用什么方法保证装配 质量的前提下，必须同时满足高生 产率和经济性的要求。为 了达到这 个要求就必须制订 合理的装 配工艺。 在机械产品装配中，减速器的装配工艺有一定的典型性。蜗杆减速器的装配工艺包括机体的装配工艺、蜗轮组件的装配 、蜗杆组件的装配、机体总装配、研齿 、试车、装联轴器和油漆等工作。 10.1装配的技术要求(1)保证蜗杆轴线与蜗轮轴线相互垂直。 (2)蜗杆轴心线应在蜗轮轮齿的对称平面内。 (3)要具有正确的啮合中心距。 图10-1 蜗杆传动机构不正确的啮合情况(4)要有适当的啮合侧隙和正确的啮合接触面。 (5)对于不同用途的蜗杆，传动机构有不同的技术要求。用于分度机构中的蜗杆传动应尽量减少传动副在运动中的空行程角度；用于传递动力的蜗杆传动机构则应以提高其接触精度为主，使之增加耐磨性、承载能力和传递较大的转矩。 装配蜗杆传动过程中，可能产生三种误差：蜗杆轴线与蜗轮轴线的角度误差，如图10-1a所示；中心距 误差，如图10-1b所示 ；蜗轮对称中间平面与蜗杆轴线的偏移，如图l0-1c所示。 10.2下置式蜗杆减速器装配前的检查(1)为了确保蜗杆传动副的装配技术要求 ，使蜗轮与蜗杆轴线在同一平面上互相垂直 ，先要对蜗杆孔轴线与蜗轮孔轴线的中心距误差和垂直度误差进行检验。在对箱体孔中心距检验时 ，按图10-2所示的方法进行测量。将箱体清理干净，用三个千斤顶支撑箱体在一个平面上，分别将测量心棒1和2插入箱体孔中，调整千斤顶使其中一个心棒与平板平行 (用百分表在该心棒的两端点上检验)，再用两组量块以相对测量法测量两心棒至平板的距离，即可算出中心距a。 图10-2 减速器箱体中心距的检验 (2)测量轴线间的垂直度误差如图10-3所示 ，检验时将心棒1和2插入箱体孔中，在心棒2的一端套一根百分表摆杆，用螺钉固定，旋转心棒2，百分表上的读数差即是轴线的垂直度误差。蜗杆组件装配 图10-3减速器箱体轴心线垂直度的检验(1)清洗、清理蜗杆上的毛刺、铁锈、油污等并测量轴承内孔与轴径，轴承外径与箱体孔的实际尺寸(2)滚动轴承的装配 根据轴承的类型与配合性质 ，采用不同的方法进行装配。当轴承内圈与轴配合较紧，而轴承外圈与箱体孔配合较松时，可先将轴承装在轴上，然后把轴承与轴一起装入箱体中；当轴承内圈与轴配合较松时，而轴承外圈与箱体孔配合较紧，可先将轴承压入壳体中，然后再将轴装入壳体 中；当轴承内圈与轴配合较紧 ，而轴承外圈与箱体孔配合也较紧时 ，把 轴承 同时压入轴和壳体中。 蜗杆组件装配 (1)清洗、清理蜗杆上的毛刺、铁锈、油污等并测量轴承内孔与轴径，轴承外径与箱体孔的实际尺寸。 (2)滚动轴承的装配 根据轴承的类型与配合性质 ，采用不同的方法进行装配。当轴承内圈与轴配合较紧，而轴承外圈与箱体孔配合较松时，可先将轴承装在轴上，然后把轴承与轴一起装入箱体中；当轴承内圈与轴配合较松时，而轴承外圈与箱体孔配合较紧，可先将轴承压入壳体中，然后再将轴装入壳体 中；当轴承内圈与轴配合较紧 ，而轴承外圈与箱体孔配合也较紧时 ，把 轴承 同时压入轴和壳体中。 (3)对于圆锥滚子轴承 ，因其外圈可分离，可以分别把内圈装到轴上，外圈装在箱体中，然后再调整游隙。轴承与轴或壳体配合过盈量小时 ，可用击压法平稳、均匀用锤子将间接件直接打入或用压力机压入。当过盈量较大时用温差法，即将轴承用介质加温，然后与轴配合。 (4)装配滚动轴承时应注意标有轴承型号的一端应向外，轴承端面与轴肩或孔的支承面紧贴 ，装配过程中要严格清洁。装配之后用手转动轴承检查有无卡阻现象，并检查轴承在工作时噪声的大小。 蜗轮组件的装配 (1)将蜗轮齿圈压装在轮毂上并用螺钉加以紧固。 (2)将蜗轮装在轴上，检查蜗轮的径向圆跳动和端面圆跳动误差。测量方法如图4所示，将齿轮轴支撑在V形架或两顶尖上，使轴和平板平行 ，把圆柱规放在蜗轮的轮齿间，将百分表测量头抵在圆柱规上，从百分表上得到一个读数，然后转动蜗轮 ，每隔34个齿再重复进行一次测量，百分表的最大读数与最小读数之差就是蜗轮分度圆上的径向圆跳动误差。检查端面圆跳动误差，可用顶尖将轴顶在中间，使百分表测量头抵在蜗轮端面上，蜗轮轴旋转一周范围内，百分表的最大读数和最小读数之差就为蜗轮端面圆跳动误差。图10-4 蜗轮径向圆跳动和端面圆跳动 误差的测量机体总装配 (1)将减速器箱体清洗干净，然后将蜗杆组件装入箱体中，蜗杆轴线的位置是由箱体安装孔所确定的，调整轴承端盖垫圈的厚度控制蜗杆轴向间隙。 (2)将蜗轮组件装入箱体中，蜗轮的中央对称面应与蜗杆轴线重合，蜗轮中央面的位置通过改变轴承盖垫圈厚度或其他方式进行调整。 (3)齿侧间隙检查，用塞尺、铅丝或铅片检查，铅丝直径不得小于最小侧隙系数值的四倍。侧隙的大小等于齿形两侧经过挤压后铅丝厚度之和。百分表测量齿侧间隙，在蜗杆轴上固定一带量角器的刻度盘，把百分表测量抵在蜗轮齿面上 ，用手转动蜗杆，在百分表指针不动的条件下，用刻度盘相对于固定指针的最大空程角来判断侧隙的大小。 (4)检查齿面接触率 将蜗轮、蜗杆装入箱体后 ，首先要用涂色法来检查蜗杆与蜗轮的相互位置以及啮合的接触点。用紫色和红铅油或红丹粉着色在蜗杆螺旋面上，给以轻微阻力，转动蜗杆，根据蜗轮轮齿上的痕迹判断啮合质量。 (5)试车 根据图样要求，空载试车2h后，负载试车，试车时减速机内注入润滑油 ，工作时油温不能超过35 C，轴承温度不能超过40C。试车检查轮面的表面粗糙度 ，有无拉伤现象，噪声如何，传动是否平稳，有无漏油现象等等。直到达到技术要求 ，然后交检、涂漆。11 提高手摇传动效率的方法蜗杆传动具有传动比大、结构紧凑等优点，在机械传动中被广泛应用。然而蜗杆蜗轮啮合面间有相对滑动，运转不够灵活，传动精度差是蜗杆传动普遍存在的问题。针对这种情况，今采用在车床上成对研磨蜗轮蜗杆的方法可提高蜗杆传动的效率。 11.1蜗杆的装夹 先车好一顶尖装夹在三爪自定心卡盘上，蜗杆上装好鸡心卡，蜗杆装鸡心卡的一端顶在顶尖上，车床尾座处用活动顶尖将蜗杆顶住。(见图11-1)图11-1蜗杆的装夹11.2蜗轮的装夹图11-2涡轮的装夹将刀架上旋转刀台卸下，利用刀台上的压紧定位轴，装上定位套、调整垫片、平面轴承、盖板、螺母。定位套的内孔与刀台上的压紧定位轴为间隙配合，定位套的外圆与蜗轮内孔为间隙配合，作用是蜗轮定心。调整垫片的作用是保证蜗轮中间端面与蜗杆轴心所在面一致，其厚度是根据车床具体情况而定。平面轴承可根据蜗轮内孔的大小来定，上下各一个。盖板与螺母各一件。安装时压紧力以轴向无传动且蜗轮转动自如最佳(见图11-2)11.3蜗轮、蜗杆的定位在车床上成对研磨蜗轮、蜗杆，确定蜗轮蜗杆的相对位置是至关重要的，在研磨时图11-3涡轮蜗杆中心距的测量蜗轮和蜗杆要正好啮合。(如图11-3)A代表蜗轮、蜗杆的理论中心距，我们可以利用块规(千分垫)来确定这个中心距尺寸A。方法是用块规确定蜗杆外圆和定位套外圆之间的距离，块规(千分垫)尺寸等于A减去蜗杆外圆半径再减去定位套半径。将块规放在如图位置，利用中滑板进刀摇把，使蜗杆、块规、定位套三者接触，记好中滑板进刀摇把刻度。装上蜗轮，按记好的刻度进行研磨。11.4操作方法及辅料研磨速度为4050mmin，以蜗杆外圆70mm为例，则转速就是200300rmin。蜗杆旋转方向按使用方向，双向使用的蜗杆传动则需要正、反转各研磨一次。研磨同时按(图11-4)所示箭头方向往复移动装夹蜗轮的刀架，移动距离是左右各一个蜗杆轴向齿距。图11-4 涡轮蜗杆加工装夹研磨分粗研磨和精研磨，研磨粉的类别和粗细的选择可按蜗轮、蜗杆材料及精度要求确定。研磨介质可用煤油加十分之一N32全损耗系统用油，煤油的作用是增加切削力，全损耗系统用油是用来防止研磨粉压入齿面。11.5研磨应注意的问题(1)如果蜗轮、蜗杆加工不精而未到尺寸，啮合时两轴
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