普通圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计

普通圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计（共2篇）

普通圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计 篇1

蜗杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体，结构形式见图<蜗杆的结构形式>，其中图a所示的结构无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法;图b所示的结构则有退刀槽，螺旋部分可以车制，也可以铣制，但这种结构的刚度比前一种差，

普通圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计

。当蜗杆螺旋部分的直径较大时，可以将蜗杆与轴分开制作。

图<蜗杆的结构形式>

常用的蜗轮结构形式有以下几种:

1)齿圈式(图a) 这种结构由青铜齿圈及铸铁轮芯所组成。齿圈与轮芯多用H7/r6配合，并加装4～6个紧定螺钉(或用螺钉拧紧后将头部锯掉),以增强联接的可靠性。螺钉直径取作(1.2～1.5)m,m为蜗轮的模数。螺钉拧入深度为(0.3～0.4)B,B为蜗轮宽度。

为了便于钻孔，应将螺孔中心线由配合缝向材料较硬的轮芯部分偏移2～3mm，

这种结构多用于尺寸不太大或工作温度变化较小的地方，以免热胀冷缩影响配合的质量。

2)螺栓联接式(图b) 可用普通螺栓联接，或用铰制孔用螺栓联接，螺栓的尺寸和数目可参考蜗轮的结构尺寸而定，然后作适当的校核。这种结构装拆比较方便，多用于尺寸较大或易磨损的蜗轮。

3)整体浇注式(图c) 主要用于铸铁蜗轮或尺寸很小的青铜蜗轮。

4)拼铸式(图d) 这是在铸铁轮芯上加铸青铜齿圈，然后切齿。只用于成批制造的蜗轮。

图<蜗轮的结构形式>

蜗轮的几何尺寸可按表<普通圆柱蜗杆传动基本几何尺寸计算关系式>、表<蜗轮宽度顶圆直径及蜗杆齿宽的计算公式>中的计算公式及图<普通圆柱蜗杆传动的基本几何尺寸>、图<普通圆柱蜗杆传动>所示的结构尺寸来确定;轮芯部分的结构尺寸可参考齿轮的结构尺寸。

图<普通圆柱蜗杆传动的基本几何尺寸>图<普通圆柱蜗杆传动>

普通圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计 篇2

但在蜗轮蜗杆传动设计中,需要应用许多设计规则、公式,处理大量图表数据,选取相应的结构参数,然后经过大量的重复计算,才能绘制图形。若采用传统的设计方法,则需要人工查阅大量的设计手册资料,进行繁琐的包含许多重复性的计算工作,极大地降低了工作效率。

本文利用Siemens NX软件探讨蜗轮蜗杆传动机构的三维造型设计。

1 根据已知条件建立参数化表达式

假定:中心距a、模数m、蜗杆齿数Za、蜗轮齿数Zb、压力角u、导程角γ、变位系数b。

根据蜗轮蜗杆相互啮合的相关公式,整理得到:

蜗杆分度圆直径da=m×Za/tan(γ);

蜗杆齿顶圆直径da1=da+2m;

蜗杆齿根圆直径df1=da-2.4m;

蜗杆节圆直径db=da+2m×b;

蜗轮分度圆直径d1=m×Zb;

蜗轮喉圆直径da2=d1+2m(1+b);

蜗轮齿根圆直径df2=d1-2m(1.2-b);

蜗轮节圆直径d2=d1;

蜗轮外圆直径de2:根据Za的数值来定;

蜗轮齿宽b2:根据Za的数值来定,

蜗轮齿顶圆弧半径:ra2=da/2-m;

蜗轮齿根圆弧半径:rf2=da1/2+0.2m;

蜗杆轴向齿距:p1=mπ;

蜗杆轴向齿厚:sh=p1/2;

蜗杆导程:p2=Za×p1。

根据蜗轮蜗杆传动关系,蜗轮蜗杆变位后,蜗杆尺寸不变,只是节圆不与分度圆重合;蜗轮径向尺寸及齿厚改变,节圆不变,始终与分度圆重合[1]。

然后利用NX软件的表达式功能,将上述建立的表达式输入进去(见图1)。

2 建立蜗杆参数化模型

所有参数表达式输入后,就可以开始建模了。建模方式既可各自建立蜗轮、蜗杆的模型,然后利用软件装配功能组合起来,也可以直接将蜗轮蜗杆按传动关系构建在同一图形中。本文采用后者,并选取蜗轮的圆心做为坐标原点。

建立蜗杆参数化模型首先建立蜗杆的外形尺寸。

利用NX软件的草图功能,建立蜗杆的外轮廓线,此时蜗杆的轴心是偏移坐标轴x轴a尺寸。再运用旋转功能建立蜗杆的三维旋转体。接着根据蜗杆的形成原理与螺旋相同这一特性,创建出蜗杆的螺旋曲线。

圆柱蜗杆轴线和连心线构成的平面称为中间平面,在此平面上,蜗轮蜗杆的啮合相当于齿轮与齿条的啮合,在此平面内分度圆端面齿距pt2=πmt2等于与其配对的蜗杆轴向齿距px1=πmx1,故蜗轮的端面模数mt2与蜗杆的轴向模数mx1相等;蜗轮的端面压力角αt2与蜗杆的轴向压力角αx1相等[2]。由此,就可以很容易地构建出蜗杆的轴向齿槽的截面图,运用扫琼功能得到了蜗杆的齿槽。此时要注意的是选取螺旋曲线所附的圆柱面的法向为定位方法,这样才能保证构建出的蜗杆的齿槽的正确性,而不会出现扭曲变形现象。由于是双头齿,再运用旋转特征做出蜗杆另一个轴向齿槽体,采用布尔运算后,再对细节部分进行处理,比如倒角、开键槽等,蜗杆的三维造型就完成了(见图2)。

在NX软件的草图中,所有标注尺寸均使用输入的公式代码编号,而不是具体数值,这一方法的好处是如果有某些数据要修改,比如模数、齿数等,只要在表达式中修改相应变量,就可以直接得到全新的模型。

3 建立蜗轮参数化模型

蜗轮造型有两种方法,一种是先构造出蜗轮的最大外轮廓体,再减去所有的蜗轮齿槽体;另一种是先构造出蜗轮只到齿根处的旋转体,再加上所有的蜗轮齿,形成最后的蜗轮模型。两种方法各有千秋,可根据个人喜好来定。

本文根据蜗轮蜗杆的传动关系,及其在中间平面的特性,选择后一种方法,目的是可直接应用前面蜗杆造型时所产生的螺旋线。

在中间平面上蜗轮的齿廓为渐开线。渐开线的形成原理如图3所示,一直线BK在一圆O上作纯滚动,其上K点的轨迹就是渐开线。其中轨迹曲线AK为渐开线,圆O为基圆,rb为基圆半径,BK为渐开线发生线,θk为渐开线上K点的展角,αk为渐开线K点的压力角。

根据渐开线形成的原理,以O点为坐标原点,得出渐开线极坐标方程为:

为了便于在NX中画出渐开线,将其写成直角坐标方程:

将方程组输入NX软件的表达式中,运用规律曲线功能建立渐开线曲线段,与齿顶圆、齿根圆组成蜗轮在中间平面上的蜗轮齿截面轮廓,运用扫琼功能建立蜗轮的单个的齿型体模型,通过关联复制功能,复制出所有蜗轮齿型体模型,再运用布尔运算,组合成蜗轮的三维模型。接着细化局部、倒角等之后,就完成了蜗轮参数化模型的建立(见图4)。也同时完成了构建蜗轮蜗杆相互啮合模型(见图5)。

此外,利用NX软件的干涉检查功能进一步纠正设计过程出现的干涉缺陷等问题。

图4蜗轮的参数化模型

4 结论

在蜗轮蜗杆机构的三维造型过程中,充分利用软件的表达式功能编制出相应的参数化方程组来进行设计,只需调整部分参数,就能够自动更新生成相应的模型结构,满足不同产品规格的设计需要,方便快捷。

摘要：论述了运用Siemens NX软件进行蜗轮蜗杆传动机构三维造型设计的方法。根据已知条件,利用软件的表达式功能编制出相应的参数化方程组,构建了蜗轮蜗杆的参数化模型,并完成了蜗轮蜗杆相互啮合模型。

关键词：参数化方程组,蜗轮蜗杆,三维造型设计

参考文献

[1]朱琦,李彩云.机床设计基础[M].北京:机械工业出版社,2007.