【正文】 2 超環(huán)面行星蝸桿傳動數(shù)控轉(zhuǎn)臺的設(shè)計(jì) 摘要 ： 多年以來國產(chǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺都有著 剛性不足，在旋轉(zhuǎn)過程中承載能力差的弱點(diǎn)。 主要是因?yàn)閭鲃渔湹淖詈笠画h(huán)的蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)品質(zhì)低劣，與國際上高品質(zhì)的蝸桿蝸輪副相去甚遠(yuǎn)。 本文以超環(huán)面行星蝸桿傳動作為傳動的最后一環(huán)，它的傳動比大，傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。從而在輸出相同扭矩和傳動比的情況下體積小，同時(shí)通過大的傳動比來提高數(shù)控轉(zhuǎn)臺的剛度和承載能力。通過此設(shè)計(jì)我們發(fā)現(xiàn)數(shù)控轉(zhuǎn)臺所能承載的扭矩大大提高。 關(guān)鍵詞 ： 超環(huán)面行星蝸桿傳動，廓面方程，傳動效率， The design of Supertoroidal drive NC rotary table Abstract： Over the years, the NC rotary table has insufficient rigidity of the bearing during rotation of the weakness of poor. Mainly because the transmission chain of the last part of the worm gear institutions of inferior quality, and highquality international vice far cry from the Worm..In this paper, supertoroidal drive as part of the final drive, and its transmission ratio, transmission efficiency, pact structure. Thus the output torque and gear ratio the same case of small size, while driving through the large NC rotary table than to increase the stiffness and load capacity. With this design we found that the NC rotary table bearing torque can be greatly increased. Key words： Supertoroidal drive； Profile equation； Transmission efficiency； 目錄 摘要 ............................................................ 1 Abstract ........................................................ 1 第一章 引言 .................................................... 2 概述 ................................................................. 2 超環(huán)面行 星蝸桿傳動的發(fā)展概況 ......................................... 2 本文主要研究的內(nèi)容 ................................................... 3 第二章 減速器的方案設(shè)計(jì) ........................................ 4 三級齒輪傳動 ......................................................... 4 蝸桿傳動 ............................................................. 4 行星齒輪傳動 ......................................................... 4 超環(huán)面行星蝸桿傳動 ................................................... 5 電動機(jī)的選擇 ............................................... 5 第三章 超環(huán)面行星蝸桿傳動的基本原理、結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算 .............. 9 超環(huán)面行星蝸桿傳動機(jī)構(gòu)的傳動比計(jì)算 ................................... 9 3 超環(huán)面行星蝸桿傳動各計(jì)算圓直徑的確定 ................................. 9 超環(huán)面行星蝸桿傳動中各傳動輪齒數(shù)與喉徑螺旋升角的確定 ................ 10 超環(huán)面行星蝸桿傳動的行星個數(shù)的確定 .................................. 11 與設(shè)計(jì)相關(guān)的技術(shù)參數(shù) ................................................ 13 第四章 超環(huán)面行星蝸桿傳動 傳動效率的研究計(jì)算 ..................... 15 概述 ................................................................ 15 嚙合效率 ............................................................ 15 摩擦系數(shù)的 計(jì) 算 ..................................................... 16 第五章超環(huán)面行星蝸桿傳動的嚙合原理研究 .......................... 19 坐標(biāo)系的建立 ........................................................ 19 坐標(biāo)變換 ............................................................ 20 滾動體與行星蝸輪 .............................................. 20 行星蝸輪與中心蝸桿嚙合 ......................................... 20 行星蝸輪與內(nèi)超環(huán)面齒輪嚙合 ..................................... 21 嚙合方程 ............................................................ 22 行星蝸輪齒面方程 ............................................... 22 嚙合方程 ....................................................... 22 行星蝸輪齒面Σ (2)（母面）上的瞬時(shí)接觸線方程 ................... 24 中心蝸桿齒面Σ (1)和內(nèi)超環(huán)面齒輪齒面Σ (3)方程 ................... 25 中心蝸桿和內(nèi)超環(huán)面齒輪的螺 旋線方程 ................................. 25 第六章 滾動軸承壽命的校核 ...................................... 27 基本概念 ............................................................ 27 壽命的計(jì)算方法 ...................................................... 27 軸向力的計(jì)算 ................................................... 28 超環(huán)面行星蝸桿傳動力的分析 .......................................... 28 輸入與輸出的力矩關(guān)系 ........................................... 29 行星蝸輪與中心蝸桿里的關(guān)系 ..................................... 29 行星蝸輪與內(nèi)超環(huán)面齒輪之間的力的關(guān)系 ........................... 30 角接觸軸承的壽命計(jì)算： .............................................. 31 圓柱滾子軸承壽命的計(jì)算 .............................................. 32 軸及其滾子的校核 .................................................... 32 中心蝸桿剛度條件 ............................................... 32 中心蝸桿軸許用應(yīng)力條件 ......................................... 32 滾動體的接觸強(qiáng)度條件 ........................................... 33 4 結(jié)論與展望 ..................................................... 34 參考文獻(xiàn)： ..................................................... 35 致謝： ......................................................... 36 附錄一：英文翻譯 ............................................... 37 附錄二 : 英文翻譯原文 ........................................... 47 第一章 引言 隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，加工中心的需求也在增加，特別是四軸、五軸聯(lián)動的加工中心。作為數(shù)控機(jī)床的主要功能部件，數(shù)控轉(zhuǎn)臺在整個機(jī)床工具行業(yè)中的作用越來越重要。 我湘潭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院近期夠買的一臺國產(chǎn) 4軸 4聯(lián)動數(shù)控銑床配置的作為機(jī)床第四軸的數(shù)控轉(zhuǎn)臺就是 TK13系列中的 TK13250型號。在使用中已經(jīng)充分暴露其剛性不足，在旋轉(zhuǎn)過程中承載能力差的弱點(diǎn)。這幾乎是國產(chǎn)數(shù)控轉(zhuǎn)臺的通病。生產(chǎn)廠家在其說明書已經(jīng)明確的規(guī)定，轉(zhuǎn)臺處于非剎緊狀態(tài)時(shí)只能承受較低的切削扭矩的零件加工。因此，數(shù)控機(jī)床雖有多軸聯(lián)動的功能，卻很難再轉(zhuǎn)臺參與聯(lián)動的過程中進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的切削加工，極大地限制了數(shù)控機(jī)床的使用范圍。 上述弊端的存在，主要是因?yàn)閭鲃渔湹淖詈笠画h(huán)的蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)品質(zhì)低劣，與國際上高品質(zhì)的蝸桿蝸 輪副相去甚遠(yuǎn)。精度、強(qiáng)度、壽命等均不在一個檔次 ，所以要突破傳統(tǒng)的蝸桿蝸輪傳動模式，以環(huán)面蝸桿、行星滾子齒輪為傳動鏈來改進(jìn) 超環(huán)面行星蝸桿傳動 (Tropical Drive)，是 1966年由美國 later系統(tǒng)公司的M .R .Kushner提出的發(fā)明專利，它由中心蝸桿、行星蝸輪、面內(nèi)齒輪、行星架以及滾動體等組成。該機(jī)構(gòu)工作時(shí)，動由中心蝸桿軸并帶動行星蝸輪旋轉(zhuǎn)，當(dāng)超環(huán)面內(nèi)齒輪不動時(shí)，行星蝸輪作環(huán)狀的螺旋運(yùn)動的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、承載能力、嚙合強(qiáng)度和加工工藝等，并成功地制造出這種傳動 的減速器，傳動效率為 90%左右，最高時(shí)可達(dá) 95%。對這種傳動的關(guān)鍵技術(shù)，即傳動結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部件內(nèi)齒蝸輪（超環(huán)面內(nèi)齒輪）的加工方法與加工工藝，亞琛工業(yè)大學(xué)的學(xué)者們提出了采用燒結(jié)、電塑、精鑄和旋風(fēng)銑削等方法來實(shí)現(xiàn)。但結(jié)果表明，除了旋風(fēng)銑削比較容易實(shí)現(xiàn)外，其它幾種方法費(fèi)用昂貴而且工藝性較差。 我國從八十年代中期也陸續(xù)出現(xiàn)了對超環(huán)面行星蝸桿傳動的研究報(bào)告，主要研究工作可分為兩個方面，一是對這種傳動的嚙合理論研究，另一方面是對傳動的結(jié)構(gòu)、加工工藝、效率、載荷計(jì)算和實(shí)驗(yàn)等的研究。早期的嚙合理論研究只停留在繁雜的公式上，沒有從理論上探討各個嚙合參數(shù)對超環(huán)面行星蝸桿傳動特性的影響，也沒有進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和分析。 20世紀(jì)末，福州大學(xué)姚立綱對傳動的嚙合理論進(jìn)行了比較深入的研究，通過 5 在轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中的嚙合分析，論證了當(dāng)行星輪輪齒為球體時(shí)，行星輪與超環(huán)面內(nèi)齒輪、行星輪與蝸桿的接觸線是過球面頂點(diǎn)的大圓，齒面沒有根切界線，二界曲線退化為滾珠的頂點(diǎn)。同時(shí)還探討了不同滾動體形狀對超環(huán)面行星蝸桿傳動嚙合特性的影響。對超環(huán)面行星蝸桿傳動的設(shè)計(jì)、制造和載荷計(jì)算等方面的研究，一般都集中在對超環(huán)面內(nèi)齒輪的加工方法與加工工藝的研究。陳定方等人通過對滾齒機(jī)的改裝 ，加工出了這種傳動的超環(huán)面內(nèi)齒輪并完成了樣機(jī)的制造，但由于加工精度等原因，樣機(jī)“工作原理無誤，惜于制造精度不高，而未進(jìn)行任何臺架實(shí)驗(yàn)”。姚立綱提出了采用飛刀粗切超環(huán)面內(nèi)齒輪齒形，然后再精確磨削的包絡(luò)加工方法，采用兩片超環(huán)面內(nèi)齒輪同時(shí)切齒，保證了加工與裝配精度，并成功地制造出了樣機(jī)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)，傳動效率可達(dá) 85%。姚立綱還對這種傳動結(jié)構(gòu)參數(shù)選法，經(jīng)實(shí)際安裝和運(yùn)行表明均載效果良好。燕山大學(xué)的許立忠等人在國家自然科學(xué)基金的資助下對超環(huán)面行星蝸桿傳動的效率和承載情況進(jìn)行了研究，證明了這種傳動的嚙合由于以滾動摩擦為主而具 有較高的嚙合效率，一般可達(dá) 97