01Översikt
En snäckväxeldrift består av en
mask och ett snäckhjul, används för att överföra rörelse och kraft mellan korsande axlar, vanligtvis med en skärningsvinkel på 90 grader. I vanliga snäckväxlar är snäckan den drivande komponenten.
Till utseendet liknar snäckan en bult, medan snäckhjulet är mycket likt ett spiralformigt cylindriskt kugghjul.
Under drift glider snäckhjulets tänder och rullar längs snäckans spiralformade yta.
En mask är ett kugghjul med en eller flera spiralformade tänder som griper in i ett snäckhjul för att bilda ett kugghjulspar med korsade axlar. Dess stigningsyta kan vara cylindrisk, konisk eller toroidformad.
Det finns fyra typer: Arkimedeansk mask, evolvent mask, normal rak-profilmask och konisk omslutande cylindrisk mask.
Liksom trådar är maskar uppdelade i höger-hands- och vänsterhandstyper-, som kallas höger-handsmaskar respektive vänster-handsmaskar.
För att förbättra kontakten mellan tänderna görs snäckhjulet till en bågform längs tandens breddriktning, så att det delvis omsluter masken. Detta resulterar i linjekontakt mellan snäckan och snäckhjulet under ingrepp, snarare än punktkontakt.
02Fördelar med snäckdrev
✦ Stort enstegsutväxlingsförhållande, vanligtvis i=10~100. I indexeringsmekanismer för kraftöverföring kan den nå över 1500.
✦ Nätet är linjekontakt, vilket gör att det tål större kraft.
✦ Kompakt struktur, smidig transmission och lågt ljud.
✦ När snäckans ledningsvinkel är mindre än motsvarande friktionsvinkel mellan kugghjulen har den själv-låsande egenskaper i motsatt riktning, vilket innebär att snäckan kan driva snäckhjulet, men snäckhjulet kan inte driva snäckan.
03Nackdelar med snäckdrev
✦ Eftersom de två axlarna är vinkelräta och nodlinjehastigheterna för de två växlarna är vinkelräta, är den relativa glidhastigheten mycket hög, vilket leder till värmealstring och slitage.
✦ Låg effektivitet, i allmänhet 0,7~0,8; snäckväxlar med själv-låsande egenskaper har ännu lägre verkningsgrad, vanligtvis mindre än 0,5.
04Beräkningsformler för snäckväxlar och maskar
1. Överföringsförhållande=Antal snäckväxlar ÷ Antal snäckgängor
2. Mittavstånd=(snäckhjulets stigningsdiameter + snäckans stigningsdiameter) ÷ 2
3. Snäckväxel ytterdiameter=(antal tänder + 2) × modul
4. Snäckhjulsdelning Diameter=Modul × Antal tänder
5. Maskens stigningsdiameter=Snäckens ytterdiameter - 2 × modul
6. Maskledning=π × Modul × Antal trådar
7. Helix Angle (Lead Angle) tgB=(Modul × Antal trådar) ÷ Worm Pitch Diameter
8. Maskavledning=π × Modul × Antal trådar
9. Modul=Delningscirkeldiameter/antal tänder
Antal masktrådar: Enkel-gängad mask (endast en spirallinje på masken, vilket betyder att masken roterar ett varv och snäckhjulet roterar en tand); Dubbel-gängad mask (två spiralformade linjer på masken, vilket betyder att masken roterar ett varv och snäckhjulet roterar två tänder).
Modulen hänvisar till storleken på den spiralformade linjen på skruven; ju större modulen är, desto större spirallinje på skruven.
Diameterkoefficienten avser skruvens tjocklek.
Modul: Ett kugghjuls stigningscirkel är grunden för att designa och beräkna måtten på olika delar av kugghjulet. Omkretsen av kugghjulets stigningscirkel=πd=zp, så stigningscirkelns diameter är
d = z p/π
Eftersom π är ett irrationellt tal i formeln ovan är det obekvämt att använda det som referens för positionering av delningscirkeln. För att underlätta beräkning, tillverkning och inspektion definieras förhållandet p/π artificiellt som några enkla värden, och detta förhållande kallas modulen, representerad av m.
05Typer av snäckdrev
Beroende på formen på snäckan kan snäckväxeldrivningar delas in i cylindriska snäckväxlar, ringformade snäckväxlar och koniska snäckväxlar. Bland dem är cylindriska snäckväxlar de mest använda. Vanliga cylindriska snäckväxlar bearbetas mestadels på en svarv med hjälp av ett skärverktyg med rak skäregg. Beroende på verktygets monteringsposition och vilken typ av verktyg som används kan fyra typer av snäckväxlar med olika kuggprofiler i tvärsnittet -vinkelrätt mot axeln erhållas: evolvent snäckväxel (ZI-typ), Arkimedeansk snäckväxel (ZA-typ), normal rak-profilsnäckväxel (ZN) och konisk enveloping (ZN) och konisk snäckväxel (ZI-typ).
Evolvent snäckväxel (ZI-typ) – Skäreggsplanet tangerar snäckväxelns bascylinder och ändtänderna är evolventa, lämpliga för högre hastigheter och större effekt.
Arkimedesk snäckväxel (ZA-typ) – Kuggprofilen i planet vinkelrät mot axeln är en arkimedisk spiral, och kuggprofilen i planet som passerar genom axeln är en rät linje. Den är lätt att tillverka men har lägre noggrannhet (axiell rak-profilsnäckväxel).
Normal rak-profilsnäckväxel (ZN) – Kan slipas med en modifierad slipskiva, vilket gör bearbetningen relativt enkel. Det används ofta för fler-snäckväxlar och transmissionseffektiviteten kan nå 0,9.
Koniskt omslutande cylindrisk snäckväxel (ZK) – Detta är en icke-linjär spiralformad snäckväxel. Den kan inte bearbetas på en svarv och kan endast fräsas på en fräsmaskin och slipas på en slipmaskin. Denna typ av snäckväxel är lätt att slipa, vilket resulterar i högre noggrannhet, och dess tillämpning blir allt mer utbredd.
06Bearbetningsteknik för metallsnäckväxlar
1. Bestämning av ämnets material
⑴ Utmärkt bearbetbarhet, vilket resulterar i bra ytfinish och liten kvarvarande inre belastning, med mindre slitage på skärverktygen.
⑵ Draghållfasthet i allmänhet inte mindre än 588 MPa.
⑶ Bra värmebehandlingsegenskaper, bra härdbarhet, inte benägen att släcka sprickor, enhetlig struktur, liten värmebehandlingsdeformation och kan erhålla hög hårdhet, vilket säkerställer slitstyrkan och dimensionsstabiliteten hos snäckväxeln.
⑷ Enhetlig materialhårdhet och metallografisk struktur som uppfyller standarderna. Vanligt använda material inkluderar: T10A, T12A, 45, 9Mn2V, CrMn, etc. Bland dem har 9Mn2V bättre bearbetningsförmåga och stabilitet, men dålig härdbarhet; dess fördel är liten deformation efter värmebehandling, lämplig för tillverkning av hög-precisionsdelar, men den är benägen att spricka och har dåliga slipegenskaper. Ju högre hårdhet snäckdrevet är, desto mer slitstarkt-är det, men det är svårare att slipa under tillverkningen. 2. Val av bearbetningsdatumytor
Snäckväxlars utgångsytor: Strukturellt finns snäckväxlar i två former: monterade snäckväxlar och inbyggda snäckväxlar. Monterade snäckväxlar använder det inre hålet som referensyta för bearbetning. Därför bör det inre hålet precisionsbearbetas först, och sedan bearbetas ytterdiametern och stödtapparna med det inre hålet som referensyta. Gängbearbetningen använder också det inre hålet som referensyta, vilket kräver en dorn. I allmänhet är den inre borrningsnoggrannheten för precisionsindexerande snäckväxlar mycket hög, och vissa kräver slipning för att säkerställa noggrannheten.
Det inre hålet hos generella-precisionsindexerande snäckväxlar bör ha en noggrannhet på minst grad 1, en ytjämnhet på minst 0,12 och en ändyta på minst 0,005 mm. Vid bearbetning av snäckväxeln på en dorn bör den radiella utloppet av de två ändarna först kontrolleras för att säkerställa att det ligger inom den specificerade toleransen. Detta bör kontrolleras vid varje efterföljande process. Under monteringen av snäckväxeln bör även den radiella utdragningen av de två ändarnas anslag kontrolleras. Dornnoggrannheten måste vara lika med eller högre än noggrannheten för axeln som passar ihop med det monterade snäckväxeln.
Inbyggda snäckväxlar använder mitthålet som referensyta för bearbetningen. Kraven på mitthålet är mycket höga; den bör ha en avsmalning för att säkerställa jämnhet och kontaktyta. Mitthålet bör kontrolleras och korrigeras före varje process. Stödtapparna ska säkerställa koaxialitet med mitthålet och sin egen geometriska noggrannhet. Innan halv-finbearbetning och efterbearbetning, bör den radiella och axiella löpningen av stödtapparna kontrolleras för att säkerställa att de ligger inom toleransen.
När man väljer den grova referenspunkten är det främsta övervägandet hur man säkerställer att varje bearbetad yta har tillräcklig bearbetningsmån, så att dimensionerna och positionerna mellan den obearbetade referensytan och den bearbetade ytan uppfyller ritningskraven.
Valet av grovt datum bör uppfylla följande krav:
(1) Den grova referenspunkten bör väljas från den bearbetade ytan. Detta för att säkerställa noggrannheten i det relativa positionsförhållandet mellan den bearbetade ytan och den obearbetade ytan. Om det finns flera ytor på arbetsstycket som inte kräver bearbetning, ska den yta som har högsta krav på relativ positionsnoggrannhet med den bearbetade ytan väljas som grov referenspunkt. Detta för att säkerställa enhetlig väggtjocklek, symmetrisk form och färre klämoperationer.
(2) Välj den viktiga ytan med enhetliga krav på bearbetningstillägg som grovt datum.
(3) Ytan med den minsta bearbetningstillåten bör väljas som grovt nollpunkt. Detta säkerställer att ytan har tillräcklig bearbetningsmån. (4) Så mycket som möjligt bör en plan, slät yta med en tillräckligt stor yta väljas som grovt datum för att säkerställa korrekt positionering och tillförlitlig fastspänning. Ytor med grindar, stigare, blixtar eller grader bör inte väljas som grova referenser; vid behov krävs förbearbetning.
(5) Det grova datumet bör undvikas från att användas upprepade gånger, eftersom de flesta ytorna på det grova datumet är grova och oregelbundna, och upprepad användning gör det svårt att garantera positionsnoggrannheten mellan de yttre ytorna.
Enligt principen för grovt datumval kan fastspänning av den yttre cirkeln och bearbetning av större delen av ytan i en spännoperation säkerställa koaxialiteten hos den yttre cirkeln och det inre hålet, såväl som ändytans vinkelräthet mot axeln.
Metal Worm Gear Machining Process Route
(1) Icke-härdad sammansatt snäckväxel
Materialförberedelse-Normalisering-Grovsvarvning-(Anlöpning)-Halv-avslutande svarvning av ytterdiameter, grovsvarvning av spiralyta-Artificiell åldring-Slutsvarvning (slutslipning) av inre hål och ändkant{{}SemiKnyt{9}cutting{}} svarvning av spiralformad yta-Slipning (trimning av ofullständiga tänder)-Halv-avslutslipning av ytterdiameter-Slipning av spiralyta-Låg-åldring vid låg-temperatur-Lappning av ytterdiameter i mitten{11}slipning{11}8} spiralformad yta
(2) Förkolad och härdad integrerad snäckväxel
Smide-Glödgning-Grovsvarvning-Normalisering-Halv-finishsvarvning av ytterdiameter och spiralformad yta-Filing (klippning av ofullständiga tänder)-Kolning-Färdigsvarvning av ytterdiameter-Behöver inte{{0}glödga tänder)-Kolning-Färdigsvarvning av ytterdiameter-behövs-borttagning av bildelar och krävning anlöpning-Lappning av mitthål-Svarvning av fästtrådar-Fräsning av spår-Halv-finishlipning av ytterdiameter-Halv-finishlipning av spiralyta{{16}{}Låg{{}}temperaturslipning av spiral hål-Avsluta slipning av ytterring och ändyta-Avsluta slipning av spiralformad yta
Blankning: Enligt bestämmelserna ska ämnet smidas för att få en bra metallfiberstruktur.
Grovsvarvning: Säkerställ koaxialitet och lämna en lämplig mängd för finbearbetning.
Värmebehandling och anlöpningsbehandling HRC28-32, halvfinishsvarvning, varje del lämnar 0,5 mm för slutsvarvning, snäckväxeldelen och de två ändarna av avlastningsspåret svarvs enligt de specifikationer som krävs, skärning av snäckhjul, grovskärning, oavsett om man använder skiktmetod eller skärmetod, etc. är alla acceptabla.
Mät tillägget vid den mellersta diametern, tillägget för halv{0}}bearbetning ger en bra grund för finishbearbetning. Låg-bearbetning krävs på alla tre ytorna, och skärverktyget måste vara vasst med en bra eggojämnhet. Varje yta måste efterbehandlas individuellt. Precisionssvarvning av alla delar krävs för att säkerställa koncentricitet.
Vanliga cylindriska snäckväxlar, när de bearbetas på en svarv med en rak skäregg, kan klassificeras i arkimediska snäckväxlar (ZA), evolventa snäckväxlar (ZI) och normala raka-profilsnäckväxlar (ZN), beroende på skärverktygets monteringsposition. ZA Arkimediska snäckväxlar: Skärverktygets plan passerar genom snäckdrevets axel, och snäckhjulet som skärs med en skäreggsvinkel på 2 =40 grader har en rak kuggprofil i axialplanet, och kuggprofilen i normalsnittet är en konvex kurva. Tandprofilkurvan på ändytan är en arkimedesk spiral, därav namnet arkimedesk maskväxel. Denna typ av snäckväxel är relativt lätt att bearbeta och mäta, så den används ofta.
Det är dock svårt att bearbeta när framvinkeln är för stor. Det är svårt att slipa en exakt tandprofil med en slipskiva, så transmissionsnoggrannheten och effektiviteten är låg. ZI evolventa snäckväxlar: Skärverktygets skäreggplan är tangent till snäckdrevets bascylinder. Det resulterande snäckdrevet har en konvex profilkurva i axialplanet, och kuggprofilen på ändytan vinkelrät mot axeln är en evolvent kurva, därav namnet evolvent snäckväxel. Den här typen av snäckväxel kan slipas, så den har högre transmissionsnoggrannhet och effektivitet, och är lämplig för massproduktion och hög-kraft, hög-precisionstransmission.
ZN normala raka-profilsnäckväxlar: När snäckdrevets ledningsvinkel är stor, för att få en rimlig spånvinkel och avlastningsvinkel för skärverktyget, placeras skärverktygets plan på normalplanet för snäckdrevets spiral under bearbetning. Det resulterande snäckdrevet har en rak kuggprofil i normalsektionen, därav namnet normal rak-profilsnäckväxel. Tandprofilkurvan på ändytan vinkelrät mot axeln är en förlängd evolventkurva, därför kallas den också en förlängd evolvent snäckväxel. Den här typen av snäckväxlar har bättre skärprestanda, underlättar bearbetning av flerstartssnäckväxlar och kan slipas med en slipskiva. Det används ofta i multi-precisionssnäckväxellådor i verktygsmaskiner. Med utvecklingen av teknik och produktkrav uppstod behovet av ytterligare ökad skärhastighet, och svarvmetoden stötte på en flaskhals, vilket ledde till utvecklingen av virvelvindsfräsning. Denna metod använder ett roterande skärverktyg för att öka skärhastigheten (upp till 400 meter per minut), medan arbetsstycket inte behöver rotera med hög hastighet.
Det finns två metoder för virvling av snäckväxel: intern virvling och extern virvling.
Intern virvling: Arbetsstyckets omkrets tangerar skärverktygets omkrets internt (snäckdrevet är inuti skärhuvudet). Noggrannheten kan nå DIN7 Ra0.8.
Extern virvling: Arbetsstyckets omkrets tangerar skärverktygets omkrets externt (snäckväxeln är utanför skärhuvudet). Noggrannheten kan nå DIN6 Ra0.4.
