論斜齒輪與蝸桿配合方法和工藝探析

1、匕小寸g十dthvi i配合方法和工藝探析discussion on coordinated methods and technique of bevel wheel and worm張生明（浙江豪中豪健康產(chǎn)品有限公司 浙江 溫州325400 ）摘 要本文針對按摩椅產(chǎn)品主機械傳動結構abstract in view of the weak points of the cooperation中蝸輪與蝸桿配合的缺點,提出了 -種新的 between worm wheel and worm in massage chair, this 傳動配合方法，即：斜齒輪與蝸桿的傳動配 paper puts f

2、onvard a new transmission cooperation合。從理論和實踐兩個方面分別闡述斜齒輪與method: transmission cooperation of bevel wheel and蝸桿傳動配合中兩種零件的加工與潤滑問題。worm. the processing and lubricat ion of two kinds of貝體討論了蝸桿的加工丁藝、斜齒輪的螺旋角accessories are expatiated. the processing technology,放大比例、斜齒輪模具加工余命.斜齒輪法helical angle enlarged pro

3、portion of bevel wheel, nr)uldzhang sheng-ming(zhejiang haozhonghao health product co., ltd.z wenzhouzhejiang 325400； china)向齒厚補償量及斜齒輪與蝸桿配合工藝等。 并通過實踐驗證斜齒輪與蝸桿配合的優(yōu)點。 矢鍵詞按摩椅；斜齒輪；蝸桿；人機工效學 中圖分類號th113； r319 文獻標志碼a 文章編號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前言隨著我國社會老齡化的到來，醫(yī)療康復按摩椅被引進到 醫(yī)療、醫(yī)護、理療、丿隸復、助殘等服務領域，這加速了按摩 器具產(chǎn)品的智能化、多功能化發(fā)展趨勢，其中醫(yī)療康復按摩 椅系列產(chǎn)品就成為按摩器具產(chǎn)品中最為突出的一種系列。醫(yī) 療康復按摩椅功能的關鍵是產(chǎn)品人性化和押能化，其中人機 工程是產(chǎn)品人性化和智能化的核心所在。因此，絕大多數(shù)按 摩椅產(chǎn)品急需提升其人機工效學設計水平

5、，并要求其運作平 穩(wěn)，噪音小，結構緊湊。目前市場上此類產(chǎn)品由于大多數(shù)采用蝸輪與蝸桿配合， 從結構和制造技術層面看，在運作平穩(wěn)性、噪音控制、結構 緊湊性和舒適度等方面問題較多。雖然冇部分產(chǎn)品也開始采 用斜齒輪姻桿配合，但同樣存在上述技術質量問題，分析其 原因是運行結構中的斜齒輪與蝸桿加工方法與精度不足。木文就這一問題進行分析研究，并結合實際設計中的經(jīng) 驗和產(chǎn)品檢測結果對該非同系配合的結構進行分析，其目的 是通過對采用斜齒輪與蝸桿配合結構分析和工藝改進，為按 摩椅產(chǎn)品機械傳動結構的設計人員提供一個加工實踐經(jīng)驗方 面的借鑒。1斜齒輪與蝸桿配合的特點分析漸開線蝸桿（zi蝸桿）的端面齒嘲為漸開線，它相當

6、于一 個少齒數(shù)（齒數(shù)等于蝸桿頭數(shù)）、大螺旋角的漸開線圓柱斜 齒輪。zi蝸桿町用兩把直線刀刃的車刀在車床上車削加工而 成。刀刃頂面應與基圓柱相切，其中一把刀具高于蝸桿軸線， 另-把刀具則低于蝸桿軸線。刀具的齒形角應等于蝸桿的娠 圓柱螺旋角。傳統(tǒng)蝸桿與蝸輪配合的優(yōu)點在于：在交錯軸工=90°時 傳動比大、結構緊湊、傳動平穩(wěn)、噪音小，在一定的工作條 件下可以自鎖，有安全保護作用,j ;其缺點在于：蝸輪加工 效率低、成本高，且加工一致性弟。而本文推薦的斜齒輪與蝸桿配合結構中，斜齒輪的優(yōu)點 在于：傳動比大、結構簡單、加工方便、工業(yè)化生產(chǎn)-致性 好工。如能采用斜齒輪代替蝸輪，則可很好地彌補二者的不

7、足， 實現(xiàn)低成本和簡化工藝、并能提高機構的機械傳動效率。2蝸桿輸入分析日期:2009-05-07作者:zsm_4556修回日期：2009-06-15蝸桿作為主動傳動件可分為間接和直接二種方式。間接 輸入方式包括皮帶傳動，鏈條傳動、齒輪傳動等；直接輸入2009年第24卷12research work方式包括電機伸出軸端自帶蝸桿等。電機伸出軸端自帶蝸桿 可以實現(xiàn)小功率電機輸出較大的傳動力矩，更能在冇限的雜 體內(nèi)實現(xiàn)較人扭力傳遞，這為斜齒輪與蝸桿配合的使用范怪 提供了廣闊的空間。3斜齒輪與蝸桿配合方法為了實現(xiàn)上述較為理想的傳動配合。我們分別對蝸桿和 斜齒輪的加工工藝以及理論數(shù)據(jù)作如下分析。3.1蝸桿

8、的加工工藝按照蝸桿的傳統(tǒng)加工方法，根據(jù)模數(shù)m、齒數(shù)z2、頭數(shù) 1、齒頂園直徑&、齒根園宜徑血、螺旋升角0、跨齒數(shù)n、 對應中心距a、傳動比i等相關參數(shù)進行加工。主要的加工 手段為車制加工，或者同濟削加工結合在一起加工。為了簡 化工藝、降低成本，采用蝸桿(漸開線蝸桿zi)新型加工方法， 飛刀加固定滾壓加工法。加工步驟如下：(1) 確定滾壓輪。材料一般用crl2mov是高碳倂萊氏體 鋼，含碳量比cc2鋼低。由于添加了少量鉗和銳，使碳化物 細小分布較均勻，因而改善了鋼的熱加工性能，提高了沖擊 韌性和耐磨性。通過屯火花設備的加工與表面鏡面處理， 達到使用要求。(2) 確定蝸桿基材的彼度。材質一

9、般用40cr,調(diào)質 235hbs或正火。(3) 飛刀加工。其中兩個參數(shù)應該注意留余量，軸向 齒厚按公式sx = 0. 4 jim，留+0. 08+0. 05mm的余量, 齒頂岡直徑，留余量-0. 15-0.2伽，其它尺寸保持在標準規(guī) 定的值內(nèi)，如圖1所示。4 i曲不釣畳事山丄(4)滾壓加工。為了增加表而光潔度和杜絕加工件“起毛”， 需要將滾圧輪的運轉速度調(diào)整到10'20r/min (按材料情況確 定)，且不斷注入切削液，保證整個滾壓過程中工件與滾壓 輪表面溫度的變化恒定，如圖2所示。3.2斜齒輪的加工工藝3. 2. 1螺旋角的放人比例根據(jù)對應上邊蝸桿相同螺旋角加 工的斜齒輪，在與蝸桿配

10、合時會出現(xiàn)接觸干涉現(xiàn)彖，如圖3所示。配合傳動中會發(fā) 生明顯的噪音利振動，且接觸點的位宣不在理想的位置(斜 齒輪齒而軸向中部區(qū)域)。多年的工作實踐證明，當把斜齒 輪的螺旋角略加放人一點，兩者配合的噪音少振動會逐漸減 小。同時，通過與溫州某研究所的長期合作經(jīng)驗并結合本人 的反復測雖以后發(fā)現(xiàn)，當螺旋角按照4%。的比例放大時，斜 齒輪與蝸桿的配合恰好在理想的位置上，如圖4所示，蝸桿 與斜齒輪的運作也非常平穩(wěn)。st 4卄會輪號吋桿畸飆卅対4應第第饑上3. 2.2斜齒輪模具加工余量斜齒輪用工程材料pom通過模具注塑而成，由于pom 是-種堅韌有彈性的材料，即使在低溫下仍有很好的抗蠕變 特性、幾何穩(wěn)定性和抗

11、沖擊特性。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強度、抗疲勞強度, 但不易于加工。共聚物材料冇很好的熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性 并且易于加工。無論均聚物材料還是共聚物材料，都是結晶 性材料并但不易吸收水分。pom的高結晶程度導致它冇相當 高的收縮率，可高達到2%、3.5%。對于各種不同的增強型材 料有不同的收縮率。因此、模具在加工時的加工余量將按照 材料的收縮率放大，由小到大調(diào)整，并與蝸桿配合后根擁2009年第24卷12 ； vol.24no.i2© 1q94-2013 china academic journal electronic publishing hou

12、se. all rights reserved.research work噪音大小逐步調(diào)整加工余量，直至配合噪音達到要求。3.2.3斜齒輪法向齒厚補償量蝸桿旋轉推動斜齒輪齒面位 移，帶動整個斜齒輪圍繞其軸回轉作功，齒面上將產(chǎn)生摩擦力與推力f2,如圖5所示。 由于pom材料的沖擊強度108kj/m2,壓縮強度127mp131, 配合傳動時斜齒輪齒面因受力產(chǎn)生形變，蝸桿螺旋面與斜齒 輪齒而之間會產(chǎn)生間隙和噪音。根擁機械設計手冊中的犧 桿軸向的推力公式得知,fx = -f2 = 2000k/（d2+2x2m）,其中, t?為蝸輪軸工作轉距，為蝸輪分度園直徑，x2為蝸輪變位 系數(shù)。m為模數(shù)；可以計算出

13、所能產(chǎn)生的形變力和形變量。 此外，根據(jù)gb10089-1988規(guī)定蝸桿傳動側隙的最小法向側 隙值中的h為標準確定配合要求。蝸桿斜齒輪配合傳動裝 配在按摩椅的傳動機構中，在按摩過程中，不管按摩力在哪 個方向，哪個時間段，都有力傳到斜齒輪齒而上，使得斜齒 輪的齒面上因受摩擦力ii和推力i、產(chǎn)生間隙。因此，必須 設定一定的補償量來彌補這個間隙。壽命，保證設備正常運轉。首先，將斜齒輪和蝸桿安裝在 減速箱內(nèi)，減速箱最好是相對密閉的殼體，而不是開放式結 構。其次，針對兩種零件的材料特性，選用合適的潤滑脂, 如塑膠齒輪潤滑脂pg80、鋰基3#等。最后，須將潤滑脂盡 量地填充滿整個減速箱內(nèi)。按此方法，不但能有

14、效地充分潤 滑蝸桿和斜齒輪，而且還可使相對運動產(chǎn)生的噪音完全屏蔽 在減速箱內(nèi)。起到了潤滑、消音、散熱、延長使用壽命的效 果。通過耐久性老化試驗及對多年來產(chǎn)品使用的調(diào)查回訪發(fā) 現(xiàn)，產(chǎn)品的使用壽命和穩(wěn)定性有了很大提高。5調(diào)整后的結果采用上述新的蝸桿工藝方法，提高了蝸桿加工的一次性 合格率，并從原來的83%提高到96%左右。斜齒輪采用了 注蜩工藝，產(chǎn)品參數(shù)的一致性提高了，人批量工業(yè)化生產(chǎn)得 以有效實現(xiàn)。不但使齒輪箱的噪音有了明顯降低，產(chǎn)品穩(wěn)定 性也冇了很大改善，而冃.降低了兩組零件的加工成本。fi通過與外協(xié)單位的技術合作和木人大量的試驗，得 出如下結論：當斜齒輪在模具加工時的法向齒厚sx增加 0.0

15、50.1mm作為補償時，傳動非常平穩(wěn)且不易產(chǎn)生側隙。如 圖6所示。4斜齒輪與蝸桿配合工藝由于與蝸桿配合時，斜齒輪的齒而上會由于蝸桿的旋轉 而產(chǎn)生摩擦。因此，在機械摩擦負相對運動的表面間加入潤 滑劑以降低摩擦阻力和能源消耗，減少表面濟損，延長使用6適用范圍與使用效果按摩椅中的機械手動作是仿按摩師的按摩動作，如：揉 捏、指壓、舒展、震動、仰臥、抬腿、拉伸等動作或其中幾 種動作的組合來實現(xiàn)整套按摩過稈，從而達到促進血液循環(huán)、 改善疲勞、防治頸椎、腰椎疾病，改善睡眠。以往，按摩椅中采用渦輪、蝸桿的配合，其工作時機械 手的噪音在60db （20cm）。公司按摩椅中通過采用蝸桿與斜 齒輪的配合后，使按摩椅機械手的工作噪音由以往的60db 降低到現(xiàn)在的52db （20cm內(nèi)）。既優(yōu)化了按摩效果，又提高 了舒適性。經(jīng)過多年來大量的工作積累，醫(yī)療康復按摩椅機械傳動 機構上采用上述技術和工藝以后，使產(chǎn)品的工藝性和綜合質 量有了明顯提高，產(chǎn)甜的競爭力得以充分體現(xiàn)，公司產(chǎn)甜遠 銷美國、英國、法國、德國、西班牙等90多個國家，技術 優(yōu)勢己經(jīng)轉化為企業(yè)的經(jīng)濟效益。參考文獻1汪愷.機械設計標準應用手冊（第三卷）m.北京:機械工業(yè)出版 社,1997.