CN106050643B - 一种精磨成型的五螺杆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种精磨成型的五螺杆，包括一根主动螺杆和四根结构相同的从动螺杆，所述主动螺杆在中间，四根从动螺杆围绕主动螺杆沿圆周方向均匀分布，主动螺杆和从动螺杆的转动方向相反，组成平行轴外啮合的螺杆副，一个右旋，另一个左旋，形成共轭关系。由于本发明的螺杆型面为光滑过渡连接，因而其加工方法可以采取数控螺杆转子磨床精磨齿面，型面加工效率提高3倍以上，提高了型面的表面精度，减小齿形分度误差，使得五螺杆泵的运行噪音和振动减小20~30%，提高螺杆寿命50%以上。

Description

一种精磨成型的五螺杆
技术领域
本发明属于螺杆泵技术领域，涉及一种五螺杆泵技术，更具体地说，它涉及一种精磨成型的五螺杆。
背景技术
五螺杆泵因其低压大流量、可靠性高，目前在舰船上作为滑油泵和窜油泵得到大量应用。但是现有的五螺杆泵在噪音和振动指标上已无法满足舰船发展的需求。由于现在五螺杆泵的螺杆采用D型齿形，决定了五螺杆螺旋型面最终的加工方法为仿形车削，无法采用精磨成型，导致其螺旋型面的粗糙度和齿形分度误差达不到最优要求，从而影响到整个五螺杆泵的噪音和振动指标。
发明内容
本发明的主要目的在于针对上述问题，提供了一种精磨成型的五螺杆。
一种精磨成型的五螺杆，包括一根主动螺杆1和四根结构相同的从动螺杆2，所述主动螺杆1在中间，四根从动螺杆2围绕主动螺杆1沿圆周方向均匀分布，主动螺杆1和从动螺杆2的转动方向相反，组成平行轴外啮合的螺杆副，一个右旋，另一个左旋，形成共轭关系。
进一步限定的技术方案如下：
所述主动螺杆1和从动螺杆2的头数一致且为双头，导程相等。
所述主动螺杆1为凹齿形，从动螺杆2为凸齿形，主动螺杆1齿形由齿根圆c1d1、齿顶圆a1f1、密封齿形曲线a1b1c1和传力齿形曲线d1e1f1组成，所述密封齿形曲线a1b1c1由外摆线a1b1和长幅外摆线b1c1组成，传力齿形曲线d1e1f1由长幅外摆线d1e1和渐开线e1f1组成；所述从动螺杆2齿形由齿根圆c2d2、齿顶圆a2f2、密封齿形曲线a2b2c2和传力齿形曲线d2e2f2组成，所述密封齿形曲线a2b2c2由外摆线a2b2和长幅外摆线b2c2组成，传力齿形曲线d2e2f2由长幅外摆线d2e2和渐开线e2f2组成；所述主动螺杆1与从动螺杆2齿形的每一段曲线均分别对应一致。
所述主动螺杆1齿形外摆线a1b1和长幅外摆线b1c1在交点处近似光滑过渡连接，长幅外摆线b1c1、齿根圆c1d1、长幅外摆线d1e1和渐开线e1f1在交点处光滑过渡连接；所述从动螺杆2齿形外摆线a2b2和长幅外摆线b2c2在交点处近似光滑过渡连接，长幅外摆线b2c2、齿根圆c2d2、长幅外摆线d2e2和渐开线e2f2在交点处光滑过渡连接。
所述主动螺杆1和从动螺杆2的齿顶圆直径da、分度圆直径dj和齿根圆直径df分别对应相等。
所述主动螺杆1的齿根圆中心角τ1和从动螺杆2的齿顶圆中心角τ2相等，取10~15°。
所述主动螺杆1和从动螺杆2的金加工工艺顺序是：采用合金结构钢棒料下料后锻坯、正火、粗车各级外圆、数控车床精车各级外圆和齿形、齿面表面硬化、数控螺杆转子磨床精磨齿面，经过成型磨削加工后，型面粗糙度达到Ra0.8μm以下，齿形的分度误差控制在20″以内。
本发明的显著效果体现在以下方面：
（1）本发明五螺杆的齿形采用密封齿形和传力齿形组合而成，整个齿形的连接近似光滑过渡，不存在大的尖角，因此精加工工序可以采用成型磨削加工。
（2）本发明的五螺杆型面硬化后精加工工序采用成型磨削加工，提高了表面精度，减小了齿形分度误差，因此在螺杆运行中更加稳定，噪音和振动比仿形车削精加工的螺杆小20~30%，螺杆的寿命提高50%以上。
（3）本发明的五螺杆型面采用成型磨削精加工，加工效率比仿形车削精加工提高3倍以上。
附图说明
图1为本发明的三维啮合及齿形啮合示意图；
图2为本发明主动螺杆齿形及三维示意图；
图3为本发明从动螺杆齿形及三维示意图；
图4为本发明主动螺杆磨削示意图；
图5为本发明从动螺杆磨削示意图；
图6为原D型五螺杆的齿形啮合图；
图7为原D型五螺杆主动螺杆齿形图；
图8为原D型五螺杆从动螺杆齿形图。
上图中序号：主动螺杆1、从动螺杆2、主动螺杆磨削砂轮3、从动螺杆磨削砂轮4、原D型五螺杆主动螺杆5、原D型五螺杆从动螺杆6。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。
实施例
参见图6，原D型五螺杆主动螺杆5和从动螺杆6齿形均为双头不对称齿形。参见图7，原D型五螺杆主动螺杆5齿形由长幅外摆线a3b3、长幅外摆线b3c3、齿根圆c3d3、长幅外摆线d3e3、渐开线e3f3和短幅外摆线f3g3组成。参见图8，原D型五螺杆从动螺杆6齿形由长幅外摆线a4b4、长幅外摆线b4c4、齿根圆c4d4、长幅外摆线d4e4、渐开线e4f4和短幅外摆线f4g4组成。原D型五螺杆主动螺杆5齿根圆中心角τ3和从动螺杆6的齿顶圆中心角τ4相等，一般取30°。
由于原D型五螺杆主动螺杆5齿形在长幅外摆线a3b3和长幅外摆线b3c3处、从动螺杆6齿形在长幅外摆线a4b4和长幅外摆线b4c4处存在大的尖角决定了其螺杆型面的加工工艺，一般为：粗车→半精车→精车→表面硬化→研磨。半精车和精车采用仿形车削加工，对加工者的技艺水平要求高，在仿形车削的过程中需要不断用比对样板进行型面的比对，精车完之后才能进行表面硬化处理，螺杆型面表面硬化过后无法在进行仿形精车加工修整，因此最后为了消除螺杆型面粗糙度和齿形分度误差影响螺杆的传动性能，还需要进行研磨。整个螺杆型面的加工过程效率低下，最终成型的螺杆型面粗糙度不佳和齿形分度误差大影响到整个五螺杆泵的性能指标，特别是噪音和振动指标。
参见图1、图2和图3，一种精磨成型的五螺杆，包括一根主动螺杆1和四根结构相同的从动螺杆2，所述主动螺杆1在中间，四根从动螺杆2围绕主动螺杆1沿圆周方向均匀分布，主动螺杆1和从动螺杆2的转动方向相反，组成平行轴外啮合的螺杆副，一个右旋，另一个左旋，形成共轭关系。
所述主动螺杆1和从动螺杆2的头数一致且为双头，导程相等。
所述主动螺杆1为凹齿形，从动螺杆2为凸齿形，主动螺杆1齿形由齿根圆c1d1、齿顶圆a1f1、密封齿形曲线a1b1c1和传力齿形曲线d1e1f1组成，所述密封齿形曲线a1b1c1由外摆线a1b1和长幅外摆线b1c1组成，传力齿形曲线d1e1f1由长幅外摆线d1e1和渐开线e1f1组成；所述从动螺杆2齿形由齿根圆c2d2、齿顶圆a2f2、密封齿形曲线a2b2c2和传力齿形曲线d2e2f2组成，所述密封齿形曲线a2b2c2由外摆线a2b2和长幅外摆线b2c2组成，传力齿形曲线d2e2f2由长幅外摆线d2e2和渐开线e2f2组成；所述主动螺杆1与从动螺杆2齿形的每一段曲线均分别对应一致。
所述主动螺杆1齿形外摆线a1b1和长幅外摆线b1c1在交点处近似光滑过渡连接，长幅外摆线b1c1、齿根圆c1d1、长幅外摆线d1e1和渐开线e1f1在交点处光滑过渡连接；所述从动螺杆2齿形外摆线a2b2和长幅外摆线b2c2在交点处近似光滑过渡连接，长幅外摆线b2c2、齿根圆c2d2、长幅外摆线d2e2和渐开线e2f2在交点处光滑过渡连接。
所述主动螺杆1和从动螺杆2的齿顶圆直径da、分度圆直径dj和齿根圆直径df分别对应相等。
所述主动螺杆1的齿根圆中心角τ1和从动螺杆2的齿顶圆中心角τ2相等，取10~15°。本实施例取τ1=τ2=13°。
主动螺杆1和从动螺杆2中的密封齿形a1b1c1和a2b2c2相互共轭，起到密封作用。传力齿形d1e1f1和d2e2f2相互啮合，起到传递力矩作用，主动螺杆1通过传力齿形d1e1f1驱动四根从动螺杆2啮合转动，将力矩传动到从动螺杆2上。
主动螺杆1齿形外摆线a1b1和长幅外摆线b1c1在交点处近似光滑过渡连接，从动螺杆2齿形外摆线a2b2和长幅外摆线b2c2在交点处近似光滑过渡连接；主动螺杆1齿形长幅外摆线d1e1和渐开线e1f1在交点处光滑过渡连接，从动螺杆2齿形长幅外摆线d2e2和渐开线e2f2在交点处光滑过渡连接，因此在主动螺杆1和从动螺杆2的啮合转动过程中能够平稳地传递力矩。
参见图4和图5，所述主动螺杆1和从动螺杆2的金加工工艺顺序是：采用合金结构钢棒料下料后锻坯、正火、粗车各级外圆、数控车床精车各级外圆和齿形、齿面表面硬化、数控螺杆转子磨床精磨齿面，经过成型磨削加工后，型面粗糙度达到Ra0.8μm以下，齿形的分度误差控制在20″以内。螺杆副在运行过程中更加稳定，噪音和振动比仿形车削精加工的螺杆小20~30%，提高螺杆的寿命50%以上，而且加工效率比仿形车削精加工提高3倍以上。
本实施例中，材料使用合金结构钢40Cr棒料进行加工,齿面高频淬火硬度为HRC50～55,淬硬层深度为1.0～1.5mm,精磨型面后型面粗糙度达到Ra0.5μm，齿形的分度误差17″。砂轮3、砂轮4均由数控螺杆转子磨床配置的数控编程砂轮修整器根据齿形曲线数据进行整形。
以上内容并非对本发明的结构、形状作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种精磨成型的五螺杆，包括一根主动螺杆（1）和四根结构相同的从动螺杆（2），其特征是，所述主动螺杆（1）在中间，四根从动螺杆（2）围绕主动螺杆（1）沿圆周方向均匀分布，主动螺杆（1）和从动螺杆（2）的转动方向相反，组成平行轴外啮合的螺杆副，一个右旋，另一个左旋，形成共轭关系；
所述主动螺杆（1）为凹齿形，从动螺杆（2）为凸齿形，主动螺杆（1）齿形由齿根圆c1d1、齿顶圆a1f1、密封齿形曲线a1b1c1和传力齿形曲线d1e1f1组成，所述密封齿形曲线a1b1c1由外摆线a1b1和长幅外摆线b1c1组成，传力齿形曲线d1e1f1由长幅外摆线d1e1和渐开线e1f1组成；所述从动螺杆（2）齿形由齿根圆c2d2、齿顶圆a2f2、密封齿形曲线a2b2c2和传力齿形曲线d2e2f2组成，所述密封齿形曲线a2b2c2由外摆线a2b2和长幅外摆线b2c2组成，传力齿形曲线d2e2f2由长幅外摆线d2e2和渐开线e2f2组成；所述主动螺杆（1）与从动螺杆（2）齿形的每一段曲线均分别对应一致；
所述主动螺杆（1）齿形外摆线a1b1和长幅外摆线b1c1在交点处近似光滑过渡连接，长幅外摆线b1c1、齿根圆c1d1、长幅外摆线d1e1和渐开线e1f1在交点处光滑过渡连接；所述从动螺杆（2）齿形外摆线a2b2和长幅外摆线b2c2在交点处近似光滑过渡连接，长幅外摆线b2c2、齿根圆c2d2、长幅外摆线d2e2和渐开线e2f2在交点处光滑过渡连接。
2.根据权利要求1所述的一种精磨成型的五螺杆，其特征是，所述主动螺杆（1）和从动螺杆（2）的头数一致且为双头，导程相等。
3.根据权利要求1所述的一种精磨成型的五螺杆，其特征是，所述主动螺杆（1）和从动螺杆（2）的齿顶圆直径da、分度圆直径dj和齿根圆直径df分别对应相等。
4.根据权利要求1所述的一种精磨成型的五螺杆，其特征是，所述主动螺杆（1）的齿根圆中心角τ1和从动螺杆（2）的齿顶圆中心角τ2相等，取10~15°。
5.根据权利要求1所述的一种精磨成型的五螺杆，其特征是，所述主动螺杆（1）和从动螺杆（2）的金加工工艺顺序是：采用合金结构钢棒料下料后锻坯、正火、粗车各级外圆、数控车床精车各级外圆和齿形、齿面表面硬化、数控螺杆转子磨床精磨齿面，经过成型磨削加工后，型面粗糙度达到Ra0.8μm以下，齿形的分度误差控制在20″以内。
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