论斜齿轮与蜗杆配合方法和工艺探析

1、匕小寸g十dthvi i配合方法和工艺探析discussion on coordinated methods and technique of bevel wheel and worm张生明（浙江豪中豪健康产品有限公司 浙江 温州325400 ）摘 要本文针对按摩椅产品主机械传动结构abstract in view of the weak points of the cooperation中蜗轮与蜗杆配合的缺点,提出了 -种新的 between worm wheel and worm in massage chair, this 传动配合方法，即：斜齿轮与蜗杆的传动配 paper puts f

2、onvard a new transmission cooperation合。从理论和实践两个方面分别阐述斜齿轮与method: transmission cooperation of bevel wheel and蜗杆传动配合中两种零件的加工与润滑问题。worm. the processing and lubricat ion of two kinds of貝体讨论了蜗杆的加工丁艺、斜齿轮的螺旋角accessories are expatiated. the processing technology,放大比例、斜齿轮模具加工余命.斜齿轮法helical angle enlarged pro

3、portion of bevel wheel, nr)uldzhang sheng-ming(zhejiang haozhonghao health product co., ltd.z wenzhouzhejiang 325400； china)向齿厚补偿量及斜齿轮与蜗杆配合工艺等。 并通过实践验证斜齿轮与蜗杆配合的优点。 矢键词按摩椅；斜齿轮；蜗杆；人机工效学 中图分类号th113； r319 文献标志码a 文章编号1674-1633（2009） 12-0024-03processing allowance of bevel wheel are introduced the advanta

4、ges of cooperation between bevel wheel and worm are validated.key words： massage chair; l)cvel wheel: worm; ergonomics0前言随着我国社会老龄化的到来，医疗康复按摩椅被引进到 医疗、医护、理疗、丿隶复、助残等服务领域，这加速了按摩 器具产品的智能化、多功能化发展趋势，其中医疗康复按摩 椅系列产品就成为按摩器具产品中最为突出的一种系列。医 疗康复按摩椅功能的关键是产品人性化和押能化，其中人机 工程是产品人性化和智能化的核心所在。因此，绝大多数按 摩椅产品急需提升其人机工效学设计水平

5、，并要求其运作平 稳，噪音小，结构紧凑。目前市场上此类产品由于大多数采用蜗轮与蜗杆配合， 从结构和制造技术层面看，在运作平稳性、噪音控制、结构 紧凑性和舒适度等方面问题较多。虽然冇部分产品也开始采 用斜齿轮姻杆配合，但同样存在上述技术质量问题，分析其 原因是运行结构中的斜齿轮与蜗杆加工方法与精度不足。木文就这一问题进行分析研究，并结合实际设计中的经 验和产品检测结果对该非同系配合的结构进行分析，其目的 是通过对采用斜齿轮与蜗杆配合结构分析和工艺改进，为按 摩椅产品机械传动结构的设计人员提供一个加工实践经验方 面的借鉴。1斜齿轮与蜗杆配合的特点分析渐开线蜗杆（zi蜗杆）的端面齿嘲为渐开线，它相当

6、于一 个少齿数（齿数等于蜗杆头数）、大螺旋角的渐开线圆柱斜 齿轮。zi蜗杆町用两把直线刀刃的车刀在车床上车削加工而 成。刀刃顶面应与基圆柱相切，其中一把刀具高于蜗杆轴线， 另-把刀具则低于蜗杆轴线。刀具的齿形角应等于蜗杆的娠 圆柱螺旋角。传统蜗杆与蜗轮配合的优点在于：在交错轴工=90°时 传动比大、结构紧凑、传动平稳、噪音小，在一定的工作条 件下可以自锁，有安全保护作用,j ;其缺点在于：蜗轮加工 效率低、成本高，且加工一致性弟。而本文推荐的斜齿轮与蜗杆配合结构中，斜齿轮的优点 在于：传动比大、结构简单、加工方便、工业化生产-致性 好工。如能采用斜齿轮代替蜗轮，则可很好地弥补二者的不

7、足， 实现低成本和简化工艺、并能提高机构的机械传动效率。2蜗杆输入分析日期:2009-05-07作者:zsm_4556修回日期：2009-06-15蜗杆作为主动传动件可分为间接和直接二种方式。间接 输入方式包括皮带传动，链条传动、齿轮传动等；直接输入2009年第24卷12research work方式包括电机伸出轴端自带蜗杆等。电机伸出轴端自带蜗杆 可以实现小功率电机输出较大的传动力矩，更能在冇限的雜 体内实现较人扭力传递，这为斜齿轮与蜗杆配合的使用范怪 提供了广阔的空间。3斜齿轮与蜗杆配合方法为了实现上述较为理想的传动配合。我们分别对蜗杆和 斜齿轮的加工工艺以及理论数据作如下分析。3.1蜗杆

8、的加工工艺按照蜗杆的传统加工方法，根据模数m、齿数z2、头数 1、齿顶园直径&、齿根园宜径血、螺旋升角0、跨齿数n、 对应中心距a、传动比i等相关参数进行加工。主要的加工 手段为车制加工，或者同濟削加工结合在一起加工。为了简 化工艺、降低成本，采用蜗杆(渐开线蜗杆zi)新型加工方法， 飞刀加固定滚压加工法。加工步骤如下：(1) 确定滚压轮。材料一般用crl2mov是高碳倂莱氏体 钢，含碳量比cc2钢低。由于添加了少量钳和锐，使碳化物 细小分布较均匀，因而改善了钢的热加工性能，提高了冲击 韧性和耐磨性。通过屯火花设备的加工与表面镜面处理， 达到使用要求。(2) 确定蜗杆基材的彼度。材质一

9、般用40cr,调质 235hbs或正火。(3) 飞刀加工。其中两个参数应该注意留余量，轴向 齿厚按公式sx = 0. 4 jim，留+0. 08+0. 05mm的余量, 齿顶岡直径，留余量-0. 15-0.2伽，其它尺寸保持在标准规 定的值内，如图1所示。4 i曲不釣畳事山丄(4)滚压加工。为了增加表而光洁度和杜绝加工件“起毛”， 需要将滚圧轮的运转速度调整到10'20r/min (按材料情况确 定)，且不断注入切削液，保证整个滚压过程中工件与滚压 轮表面温度的变化恒定，如图2所示。3.2斜齿轮的加工工艺3. 2. 1螺旋角的放人比例根据对应上边蜗杆相同螺旋角加 工的斜齿轮，在与蜗杆配

10、合时会出现接触干涉现彖，如图3所示。配合传动中会发 生明显的噪音利振动，且接触点的位宣不在理想的位置(斜 齿轮齿而轴向中部区域)。多年的工作实践证明，当把斜齿 轮的螺旋角略加放人一点，两者配合的噪音少振动会逐渐减 小。同时，通过与温州某研究所的长期合作经验并结合本人 的反复测虽以后发现，当螺旋角按照4%。的比例放大时，斜 齿轮与蜗杆的配合恰好在理想的位置上，如图4所示，蜗杆 与斜齿轮的运作也非常平稳。st 4卄會轮号吋杆畸飆卅対4应第第饥上3. 2.2斜齿轮模具加工余量斜齿轮用工程材料pom通过模具注塑而成，由于pom 是-种坚韧有弹性的材料，即使在低温下仍有很好的抗蠕变 特性、几何稳定性和抗

11、冲击特性。poh既冇均聚物材料也冇 共聚物材料。均聚物材料貝有很好的延展强度、抗疲劳強度, 但不易于加工。共聚物材料冇很好的热稳定性、化学稳定性 并且易于加工。无论均聚物材料还是共聚物材料，都是结晶 性材料并但不易吸收水分。pom的高结晶程度导致它冇相当 高的收缩率，可高达到2%、3.5%。对于各种不同的增强型材 料有不同的收缩率。因此、模具在加工时的加工余量将按照 材料的收缩率放大，由小到大调整，并与蜗杆配合后根拥2009年第24卷12 ； vol.24no.i2© 1q94-2013 china academic journal electronic publishing hou

12、se. all rights reserved.research work噪音大小逐步调整加工余量，直至配合噪音达到要求。3.2.3斜齿轮法向齿厚补偿量蜗杆旋转推动斜齿轮齿面位 移，带动整个斜齿轮围绕其轴回转作功，齿面上将产生摩擦力与推力f2,如图5所示。 由于pom材料的冲击强度108kj/m2,压缩强度127mp131, 配合传动时斜齿轮齿面因受力产生形变，蜗杆螺旋面与斜齿 轮齿而之间会产生间隙和噪音。根拥机械设计手册中的牺 杆轴向的推力公式得知,fx = -f2 = 2000k/（d2+2x2m）,其中, t?为蜗轮轴工作转距，为蜗轮分度园直径，x2为蜗轮变位 系数。m为模数；可以计算出

13、所能产生的形变力和形变量。 此外，根据gb10089-1988规定蜗杆传动侧隙的最小法向侧 隙值中的h为标准确定配合要求。蜗杆斜齿轮配合传动装 配在按摩椅的传动机构中，在按摩过程中，不管按摩力在哪 个方向，哪个时间段，都有力传到斜齿轮齿而上，使得斜齿 轮的齿面上因受摩擦力ii和推力i、产生间隙。因此，必须 设定一定的补偿量來弥补这个间隙。寿命，保证设备正常运转。首先，将斜齿轮和蜗杆安装在 减速箱内，减速箱最好是相对密闭的壳体，而不是开放式结 构。其次，针对两种零件的材料特性，选用合适的润滑脂, 如塑胶齿轮润滑脂pg80、锂基3#等。最后，须将润滑脂尽 量地填充满整个减速箱内。按此方法，不但能有

14、效地充分润 滑蜗杆和斜齿轮，而且还可使相对运动产生的噪音完全屏蔽 在减速箱内。起到了润滑、消音、散热、延长使用寿命的效 果。通过耐久性老化试验及对多年來产品使用的调查回访发 现，产品的使用寿命和稳定性有了很大提高。5调整后的结果采用上述新的蜗杆工艺方法，提高了蜗杆加工的一次性 合格率，并从原來的83%提高到96%左右。斜齿轮采用了 注蜩工艺，产品参数的一致性提高了，人批量工业化生产得 以有效实现。不但使齿轮箱的噪音有了明显降低，产品稳定 性也冇了很大改善，而冃.降低了两组零件的加工成本。fi通过与外协单位的技术合作和木人大量的试验，得 出如下结论：当斜齿轮在模具加工时的法向齿厚sx增加 0.0

15、50.1mm作为补偿时，传动非常平稳且不易产生侧隙。如 图6所示。4斜齿轮与蜗杆配合工艺由于与蜗杆配合时，斜齿轮的齿而上会由于蜗杆的旋转 而产生摩擦。因此，在机械摩擦负相对运动的表面间加入润 滑剂以降低摩擦阻力和能源消耗，减少表面濟损，延长使用6适用范围与使用效果按摩椅中的机械手动作是仿按摩师的按摩动作，如：揉 捏、指压、舒展、震动、仰卧、抬腿、拉伸等动作或其中几 种动作的组合来实现整套按摩过稈，从而达到促进血液循环、 改善疲劳、防治颈椎、腰椎疾病，改善睡眠。以往，按摩椅中采用涡轮、蜗杆的配合，其工作时机械 手的噪音在60db （20cm）。公司按摩椅中通过采用蜗杆与斜 齿轮的配合后，使按摩椅机械手的工作噪音由以往的60db 降低到现在的52db （20cm内）。既优化了按摩效果，又提高 了舒适性。经过多年來大量的工作积累，医疗康复按摩椅机械传动 机构上采用上述技术和工艺以后，使产品的工艺性和综合质 量有了明显提高，产甜的竞争力得以充分体现，公司产甜远 销美国、英国、法国、德国、西班牙等90多个国家，技术 优势己经转化为企业的经济效益。参考文献1汪恺.机械设计标准应用手册（第三卷）m.北京:机械工业出版 社,1997.