螺旋伞齿轮加工工装研究

螺旋伞齿轮加工工装研究　汪德强，魏镜搜，王庭有，蔡晓明　（昆明理工大学机电＿Ｔ－程学院，－Ｚ－南昆明６５００９３）　摘　要：介绍了螺旋伞齿轮加工工装系统，该系统是在安装在普通立式铣床的回转中心工作台和万　能分度头的基础上进行改装设计而成，并确定了该工装系统的各个参数以及校核，为中小型企业设备改　造提供理论依据。通过对现有设备进行改造，实现了一种经济实用的螺旋伞齿轮加工方法。　关键词：螺旋伞齿轮；加工；工装；研究　中图分类号：ＴＧ　７５４．３　文献标志码：Ａ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｆ　Ｆｉｘｔｕｒｅ　ｏｆ　Ｂｅｖｅｌ　Ｇｅａｒ　ＷＡＮＧ　Ｄｅｑｉａｎｇ，ＷＥＩ　Ｊｉｎｇｔａｏ，ＷＡＮＧ　Ｔｉｎｇｙｏｕ，ＣＡＩ　Ｘｉａｏｍｉｎｇ　（Ｆａｃｕｌｔｙ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　６５００９３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ａ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｆｉｘｔｕｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｓｐｉｒａｌ　ｂｅｖｅｌ　ｇｅａｒｓ．Ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｉｎｓｔａｌｌｅｄ　ｔｏ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｍｏｄｉｆｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ　ｏｆ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｃｅｎｔｒｅ　ａｎｄ　ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　ｄｉｖｉｄｉｎｇ　ｈｅａｄ　ｏｆ　ａｎ　ｏｒｄｉｎａｒｙ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｍｉｌｌｉｎｇ　ｍａ—　ｃｈｉｎｅ，ａｎｄ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｏｏｌｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｅｒｅ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ　ａｎｄ　ｃｈｅｃｋｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅ　ｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｒｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｓｍａｌｌ　ａｎｄ　ｍｅｄｉｕｍ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｒｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｉｔ　ｉｓ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｔｈａｔ　ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ａｎｄ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｓｐｉｒａｌ　ｂｅｖｅｌ　ｇｅａｒｓ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｂｅｖｅｌ　ｇｅａｒ，Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｆｉｘｔｕｒｅ，Ｒｅｓｅａｒｃｈ　螺旋伞锥齿轮的设计和加工制造很复杂，其加　工属于高技术的专业性加工。设备能力不足是影响　中小企业生产的不利因素之一，扩大现有设备的工　艺范围或对设备改装，往往成为解决该问题的重要　方法。为了降低生产成本，充分挖掘现有设备的潜　能，在无专用切齿机的情况下，研究了螺旋伞齿轮加　工工装。利用立式铣床来加工小批量的螺旋伞齿轮　是一种经济而实用的方法。　的展成原理切齿。切齿时，刀盘旋转，即形成了假想　平顶齿轮，当工件与假想平顶齿轮做无侧隙的纯滚　动时，就可将工件上的１个齿槽切成，然后逐次分度　即可切成工件的所有齿槽。所以，为了保证被切齿　轮的节锥面能在平顶齿轮的节锥面上做纯滚动，切　齿过程中，工件一方面要绕自身轴线自转，另一方面　还要绕平顶齿轮轴线（夹具回转中心）做公转。　１．２原理传动比计算　平顶齿轮啮合原理，其传动比的计算和节锥大　小的纯滚动摩擦轮一样，两轮接触点的圆周速度应　该相等。　１螺旋伞齿轮加工　１．１　加工原理　利用这种夹具加工螺旋伞齿轮与普通的螺旋伞　齿轮铣齿机的工作原理完全相同，即利用平顶齿轮　加工传动原理图如图１所示。　［２］曲跃伦．浅谈焊缝超声波探伤之现状及提高控制可靠性　的措施［Ｊ］．山西电子技术，２００３（６）：１２—１３．　［３］王云昌，江波．焊接超声波检测定性分析的探讨Ｉ－Ｊ］．江　西电力，２００４（５）：５６．　［７］文红．大型气轮机实心转子超声波检测研究［Ｊ］．大型铸　锻件，２０００（４）：１２．　［８］仲维畅．超声波探伤技术的局限性和可靠性Ｉ－Ｊ］．无损检　测，１９９６（３）：３５－３６．　［４２刘亚江．焊接组织性能与质量控制［Ｍ］．北京：化学工业　出版社，２００５．　作者简介：陆奕波（１９７５一），男，工程师，主要从事焊接加工及　［５］孟庆森，王文先，吴志生．金属材料焊接基础［Ｍ］．北京：　机械工业出版社，２００６．　机械制造等方面的工作。　收稿日期：２０１１年３月１０日　［６］王辉，刘蔚倩，陈忠江．钢制压力容器焊缝内裂纹的超声　波检测技术Ｉ－Ｊ］．焊接，２００４（４）：６５．　责任编辑李超　《新技术新工艺》・数字技术与机械￣ｎｍ－ｒ艺装备２０１１年　第７期　・３３・　表１蜗轮蜗杆传动系统参数　图１加工传动原理图　计算公式如下：　１×２丌ｒ一　２×２丌Ｒ　蜗轮蜗杆的校核　由于初级传动中的磨损最多，而且所受的强度　Ｒ—Ｌ　ｓｉｎ（９０一　）一Ｌ　ｃｏｓｙ　（２）　最大，因此只校核初级传动的蜗轮蜗杆。　蜗杆的扭转强度条件为：　ｒ－ｒ一　ｒ＝Ｌ　ｓｉｎｑ￣　（３）　一　一／＇／１差；ｔ　ｉｎ一专　（４）　可得：　１≤　］　（６）　式中，ｎ　、　为工件和假想齿轮的转速；ｒ、Ｒ为工件　和假想齿轮的半径；ｉ。　为假想齿轮到工件的传动比；　Ｌ　为节锥距；　为工件的齿根角；　为工件的节锥　角。　≥＾、ａ／　Ｔ　＿９（ｍｍ）（７）　式中，ｒ　为扭转切应力，ＭＰａ；Ｔ为轴所受的扭矩，　Ｎ・ｍｍ；Ｔ≈９　５５０　Ｏ００Ｐ／ｎ；ＷＴ为轴的抗扭矩系　数，ｍｍ。，ＷＴ一０．２ｄ。；　为轴的转速，ｒ／ｍｉｎ；Ｐ为轴　假想齿轮与工件的传动比：　ｉ　２１￣－　（５）　传递的功率，ｋＷ；ｄ为计算横截面处的直径，ｍｍ；　［ｒ　］为许用扭转切应力，ＭＰａ。　蜗轮校核齿根弯曲疲劳强度，传动中心距为：　０厂———　一　２工装总体分析　螺旋伞齿轮加工工装中，主要用蜗轮蜗杆传动　和变换齿轮传动，蜗轮蜗杆用于定制减速，变换齿轮　用于动态地改变工件的转速方向和传动比。　２．１传动比的估算　√ｋＴ２　４　）　式中，载荷系数是一１．４２４；蜗轮转矩Ｔ。一１９　９７４　Ｎ・ｍｍ；弹性影响系数ｚ　一１６２　ＭＰａ专；接触影响系　数ｚ。一２．６；许用接触应力［　Ｈ］一２５４．６　ＭＰａ；　一１５　＞９计算得：ａ一５０＞４１，满足条件。　螺旋伞齿轮的转速　工件≤１０　ｒ／ｍｉｎ，该工装是　通过四级蜗轮蜗杆和两级变换齿轮传动，每一级的　蜗轮蜗杆传动比为ｉ　一８～８Ｏ，各个参数优化后可取　３　变换齿轮　换位齿轮传动与蜗杆传动不一样，当然参数也　就有所不同了，它的作用主要是保证工件不同的锥　ｉ　一５，底盘的蜗杆传动的传动比ｉ底盘一１０，待各个参　数修正后，才能得到各个传动比的具体值，总传动比　约为１　０００左右，电动机转速　电动机一２　８４０　ｒ／ｍｉｎ，　电动机功率Ｐ电动机一１．５　ｋＷ，转矩Ｔ电动机一２．２　Ｎ・　ｍｍ，才能保证工件转速不小于１０　ｒ／ｍｉｎ。　２．２蜗轮蜗杆参数的确定　角，使其在加工时能够顺利进行。简言之，就是使该　工装活动化、柔性化。挂轮形状相同而齿数不同（２０　～ｌＯＯ齿）。工装传动系统如图２所示。　ｉ—　ｌｉ２　３ｉ０ｉ４一ｉ１　２ｉ２１　ｓ１　ｎ一一　以中心距作为参考来选取蜗轮蜗杆的标准化参　数，再返回去用已确定的参数标准化中心距。该工　（９）　（１Ｏ）　　一　一　装不是刀具的传动系统，而是工件自转和公转的传　动系统，蜗轮蜗杆的齿顶高系数　一１，顶隙系数　Ｃ　一０．２，变位系数ｚ一０，蜗杆的法向齿形角ａ　一　】　ｓｉｎｇ）　（ｃＯｓ（　—ｙ）　＿ｙ）￣＿得出：　．ＺｂＺ　ｄ—　～　一Ｚ　ｌ　Ｚ２：一一　　２０。，蜗杆头数Ｚ　一６，４５钢采用渐开线右旋蜗杆　一３０　／　ｓｌｎｑｏ　ｓｉｎ　ｑｏ（ＺＩ），蜗轮用铸锡磷青铜ＺＣｕＳｎＰ１，蜗轮蜗杆的具　５７ｃＯｓ（，ｃＯｓ　（Ｄ—（Ｄｙ　…）　体参数取值如表１所示。　式中，　为工件的节锥角；ｙ２为工件的齿根角；ｙ为　根锥角；ｉ　，ｉ２，ｉ。，ｉ　，ｉ。分别是１，２，３，４级蜗杆和挂　・３４・　《新技术新工艺　・数字技术与机械加Ｔ－ｌ－艺装备　２０１１年　第７期　轮的传动比；ｉ。　为第３级蜗杆到工件的传动比。　形导轨上移动，以调整工件的安装角度。　５．２工装的传动系统　夹具底盘是通过Ｔ形槽，用螺栓紧固在铣床工　作台上。本体与底座用轴连接，本体绕轴相对底座　转动，蜗杆６与蜗杆１１简用四交齿轮ａ、ｂ、Ｃ、ｄ联系　起来，当蜗杆１１转动时，由于底座固定不动，本体就　会带动工件一起绕夹具回转中心回转；同时，通过交　换齿轮带动蜗杆６，蜗杆２工件自转。上述二回转　运动的合成就形成了切齿过程的滚动过程，切齿时　的滚动运动可手动。当离合器脱开时，可通过手轮　进行加工；如需机动，则可将离合器合上，由双速电　图２　Ｔ装传动系统图　动机输入动力，经蜗杆１２与蜗轮１３、１４与蜗轮１５　４工件的速度　该工装系统是通过四级蜗杆传动和两级齿轮传　动（换位齿轮），齿轮传动的传动比可以调整。　由式１１可知：　．—一——　两对蜗轮付传动蜗杆ｌ１。　５．３工件的分度　为了给工件分度，先用轴套及平键将齿轮７与　分度盘件８连成一体，然后空套在蜗杆件６上，只要　将定位销９从分度盘的孔中拔出，就可转动蜗杆６，　３０ｃｏｓＴ￣　使工件分度。　电动机的转速ｒｉ　ｎｇ动机一２　８４０（ｒ／ｍｉｎ）　工装的总传动比ｉ—ｉ　ｉ　ｉ。ｉ。ｉ　６　结语　可以选变速电动机运用于此系统。单件小批量　（１２）　（１３）　生产时，可采用单刀号单面切削法加工，此时只需要　一转速　工件一　线速度　工件一　（ｒ／ｒａｉｎ）　（ｍ／ｍｉｎ）精切双面刀盘即可完成对大小齿轮的粗、精加工。　的技术要求高。　刀位调整比较复杂，对工装制作和装配以及操作者　该装置可以解决中小型企业生产所需，符合目　前所倡导的修旧利旧、充分挖潜的工作思路，同时，　节约了生产成本，赢得了较好的经济效益。　５工装的结构形式　工装结构图如图３所示。　参考文献　Ｅｌ７齿轮手册编委会．齿轮手册ＥＭ］．北京：机械工业出版　社，２００２．　Ｅ２］李玮华．螺旋伞齿轮半展成法加工的切削夹具ＥＪ］．石家　庄职业技术学院学报，２ＯＯｌ，１３（４）：１９—２０．　［３］孙恒，傅则绍．机械原理［Ｍ］．北京：高等教育出版社，　２ＯＯ１．　［４］李梁，武良臣．弧齿锥齿轮数控加工技术ＥＭ］．北京：中　国矿业大学出版社，２００５．　［５］敖莉萍．加工螺旋伞齿轮的专用夹具Ｉ－ｊ］．攀枝花学院学　报，２００５，２２（４）：１２０—１２１．　１．夹具本体；２、１３、１５、１６．蜗轮；３．主轴套；４．底座；５．轴；６、　１１、１２、１４．蜗杆；７．齿轮；８．分度盘；９．定位销；１０．离合器　作者简介：汪德强（１９８２一），男，硕士研究生，主要从事矿山机　图３工装结构图　电控制方面的研究工作。　收稿日期：２０１１年４月２９日　５．１　刀具与工件的安装　加工时，铣刀盘安装在立式铣床的主轴上随同　主轴做旋转运动，而工件则通过心轴装夹在夹具带　有蜗轮２的主轴上，主轴套３可在夹具本体１的环　责任编辑李超　《新技术新工艺》・数字技术与机械加工工艺装备　２０１１年　第７期　・３５・