Panoramica
Una trasmissione a vite senza fine è composta da
una vite senza fine e una ruota elicoidale, utilizzate per trasmettere movimento e potenza tra alberi che si intersecano, tipicamente con un angolo di intersezione di 90 gradi. Nelle trasmissioni a vite senza fine in generale, la vite senza fine è il componente motore.
Dal suo aspetto, la vite senza fine ricorda un bullone, mentre la ruota elicoidale sembra un ingranaggio cilindrico elicoidale.
Durante il funzionamento, i denti della ruota elicoidale scivolano e rotolano lungo la superficie elicoidale della vite senza fine.
Una vite senza fine è un ingranaggio con uno o più denti elicoidali che ingrana con la ruota elicoidale per formare una coppia di ingranaggi ad albero intersecante. La sua superficie primitiva può essere cilindrica, conica o toroidale.
Esistono quattro tipi: verme di Archimede, verme ad evolvente, verme normale a profilo diritto-e verme cilindrico racchiuso conico-.
Come i thread, i worm possono essere destri-o mancini-, detti rispettivamente worm-destrorsi e worm mancini-mano.
Per migliorare il contatto dei denti, la ruota elicoidale viene realizzata a forma di arco lungo la direzione della larghezza del dente, racchiudendo parte della vite senza fine. Ciò significa che l'ingranaggio a vite senza fine ingrana tramite il contatto lineare, non il contatto puntuale.
Svantaggi degli azionamenti a vite senza fine:
✦ Poiché i due alberi sono perpendicolari e le velocità della linea primitiva dei due ingranaggi sono perpendicolari, la velocità di scorrimento relativa è molto elevata, con conseguente generazione di calore e usura.
✦ Bassa efficienza, tipicamente tra 0,7 e 0,8; gli ingranaggi a vite senza fine con meccanismi auto-bloccanti hanno un'efficienza ancora inferiore, generalmente inferiore a 0,5.
04. Formule di calcolo per ingranaggi a vite senza fine e viti senza fine
1. Rapporto di trasmissione=Numero di denti dell'ingranaggio a vite senza fine ÷ Numero di filetti della vite senza fine
2. Distanza centrale=(Diametro passo dell'ingranaggio a vite senza fine + Diametro passo della vite senza fine) ÷ 2
3. Diametro primitivo dell'ingranaggio a vite senza fine=(numero di denti + 2) × modulo
4. Diametro primitivo dell'ingranaggio a vite senza fine=Modulo × Numero di denti
5. Diametro passo della vite senza fine=Diametro esterno della vite senza fine - 2 × Modulo
6. Conduttore del worm=π × Modulo × Numero di thread
7. Angolo dell'elica (angolo di attacco) tanB=(modulo × numero di fili) ÷ diametro del passo della vite senza fine
8. Conduttore del worm=π × Modulo × Numero di thread
9. Modulo=Diametro del cerchio primitivo/Numero di denti
Numero di fili in una vite senza fine: vite senza fine- a filettatura singola (solo un'elica sulla vite senza fine, ovvero un giro della vite senza fine corrisponde a una rotazione del dente dell'ingranaggio della vite senza fine); Vite senza fine a doppia-filettatura (due eliche sulla vite senza fine, ovvero un giro della vite senza fine corrisponde a due rotazioni dei denti dell'ingranaggio della vite senza fine). Il modulo si riferisce alla dimensione dell'elica presente sulla vite; più grande è il modulo, più grande è l'elica.
Il coefficiente del diametro si riferisce allo spessore della vite.
Modulo: Il cerchio primitivo di un ingranaggio è il riferimento per la progettazione e il calcolo delle dimensioni delle sue varie parti. La circonferenza del cerchio primitivo=πd=zp, quindi il diametro del cerchio primitivo è d=zp/π. Poiché π è un numero irrazionale nella formula precedente, non è conveniente posizionare il cerchio primitivo come riferimento. Per facilitare il calcolo, la produzione e l'ispezione, il rapporto p/π è definito artificialmente come un semplice valore numerico e questo rapporto è chiamato modulo, indicato con m.
05 Tipi di riduttori a vite senza fine
In base alla forma della vite senza fine, le viti senza fine possono essere suddivise in ingranaggi a vite senza fine cilindrici, ingranaggi a vite senza fine toroidali e ingranaggi a vite senza fine conici. Tra questi, gli ingranaggi a vite senza fine cilindrici sono i più utilizzati.
Gli ingranaggi a vite senza fine cilindrici ordinari vengono generalmente lavorati su un tornio utilizzando un utensile da taglio con un tagliente generatrice diritto. A seconda della posizione di montaggio dell'utensile e del tipo di utensile utilizzato, si possono ottenere quattro tipi di ingranaggi a vite senza fine con diversi profili dei denti nella sezione trasversale-perpendicolare all'asse: ingranaggio a vite senza fine ad evolvente (tipo ZI), ingranaggio a vite senza fine di Archimede (tipo ZA), ingranaggio a vite senza fine a profilo diritto-normale (tipo ZN) e ingranaggio a vite senza fine cilindrico conico-avvolgente (tipo ZK).
Ingranaggio a vite senza fine ad evolvente (tipo ZI) – Il piano del tagliente è tangente al cilindro di base della vite senza fine e i denti della faccia terminale sono ad evolvente. Adatto per velocità più elevate e potenza più elevata.
Ingranaggio a vite senza fine di Archimede (tipo ZA) – Il profilo del dente perpendicolare al piano dell'asse è una spirale di Archimede, mentre il profilo del dente nel piano passante per l'asse è una linea retta. Semplice da lavorare, ma con minore precisione. (Ingranaggio a vite senza fine-assiale con profilo dritto).
Ingranaggio a vite senza fine a profilo-diritto normale (tipo ZN) – Può essere rettificato con una mola modificata, relativamente semplice da lavorare, spesso utilizzato per ingranaggi a vite senza fine a più-principii, con un'efficienza di trasmissione fino a 0,9.
Verme cilindrico avvolgente conico (ZK) – Questo è un verme elicoidale non-lineare. Non può essere lavorato al tornio; può essere fresato solo su fresatrice e rettificato su rettificatrice. Questo tipo di vite senza fine è facile da macinare, ha un'elevata precisione ed è sempre più utilizzato.
06 Processo di lavorazione delle viti senza fine metalliche
1. Determinazione del materiale del pezzo grezzo
⑴ Eccellente lavorabilità, ottenendo una buona finitura superficiale e un basso stress interno residuo, riducendo al minimo l'usura dell'utensile.
⑵ La resistenza alla trazione non è generalmente inferiore a 588 MPa.
⑶ Buona lavorabilità del trattamento termico, buona temprabilità, non facilmente fessurabile durante la tempra, microstruttura uniforme, piccola deformazione del trattamento termico ed elevata durezza, garantendo così la resistenza all'usura e la stabilità dimensionale della vite senza fine.
⑷ Durezza del materiale uniforme e struttura metallografica conforme agli standard. I materiali comunemente utilizzati includono: T10A, T12A, 45, 9Mn2V, CrMn, ecc.. 9Mn2V ha buona lavorabilità e stabilità, ma scarsa temprabilità. Il suo vantaggio è la piccola deformazione dopo il trattamento termico, che lo rende adatto alla produzione di parti di alta-precisione, ma è soggetto a fessurazioni e ha una scarsa lavorabilità. Una maggiore durezza della vite senza fine aumenta la resistenza all'usura, ma è difficile da rettificare durante la produzione.
2. Selezione del dato di posizionamento della lavorazione
Dato di posizionamento dei vermi: strutturalmente, i vermi sono disponibili in due forme: vermi adattati e vermi integrali. Le viti senza fine montate utilizzano il foro interno come riferimento di lavorazione, pertanto, il foro interno deve essere prima lavorato con precisione, quindi il diametro esterno e il perno di supporto devono essere lavorati utilizzando il foro interno come riferimento. Anche la lavorazione della filettatura utilizza il foro interno come riferimento, richiedendo quindi un mandrino. In generale, i requisiti di precisione del foro interno per le viti senza fine di indicizzazione di precisione sono molto elevati e alcuni richiedono la rettifica per garantire la precisione.
In generale, la precisione del foro interno di una vite senza fine di indicizzazione di precisione non deve essere inferiore al Grado 1, la rugosità superficiale non inferiore a 0,12 e l'eccentricità della faccia terminale del foro interno non inferiore a 0,005 mm. Quando si lavora un ingranaggio a vite senza fine montato su un mandrino, è necessario controllare innanzitutto l'eccentricità radiale degli spallamenti su entrambe le estremità per assicurarsi che rientri nella tolleranza specificata. Questo controllo deve essere eseguito dopo ogni operazione successiva. Allo stesso modo, durante il montaggio dell'ingranaggio a vite senza fine, è necessario controllare l'eccentricità radiale degli spallamenti su entrambe le estremità. La precisione del mandrino deve essere uguale o superiore alla precisione dell'accoppiamento dell'albero con l'ingranaggio a vite senza fine.
L'ingranaggio a vite senza fine integrato utilizza il foro centrale come riferimento di lavorazione. I requisiti per il foro centrale sono molto elevati; dovrebbe avere un'estremità rastremata per garantire la finitura superficiale e l'area di contatto. Il foro centrale deve essere controllato e corretto prima di ogni operazione. Il perno di supporto deve garantire la coassialità con il foro centrale e la propria precisione geometrica. Prima delle operazioni di semi-finitura e finitura, è necessario controllare l'eccentricità radiale, l'eccentricità radiale e l'eccentricità assiale della faccia terminale del perno di supporto per garantire che rientrino nella tolleranza.
Quando si seleziona un Riferimento grezzo, l'attenzione dovrebbe essere rivolta a garantire una tolleranza sufficiente per ciascuna superficie lavorata in modo che le dimensioni e le posizioni tra il Riferimento non lavorato e la superficie lavorata siano conformi ai requisiti del disegno.
La selezione di un dato approssimativo dovrebbe soddisfare i seguenti requisiti:
(1) Il dato approssimativo dovrebbe essere basato sulla superficie lavorata. Questo per garantire l'accuratezza della relazione di posizione tra le superfici lavorate e quelle non lavorate. Se il pezzo ha diverse superfici che non richiedono lavorazione, la superficie con il requisito di precisione di posizionamento più elevato rispetto alla superficie lavorata deve essere selezionata come Riferimento grezzo. L'obiettivo è ottenere uno spessore di parete uniforme, una forma simmetrica e un minor numero di operazioni di bloccaggio.
⑵ Selezionare una superficie importante con sovrametallo di lavorazione uniforme come riferimento grezzo.
⑶ Selezionare la superficie con il sovrametallo di lavorazione più piccolo come riferimento grezzo. Ciò garantisce che la superficie abbia un sovrametallo di lavorazione sufficiente.
⑷ Scegliere una superficie piana e liscia con un'area sufficientemente ampia come riferimento grezzo per garantire un posizionamento accurato e un bloccaggio affidabile. Le superfici con cancelli, alzate, bave o bordi irregolari non devono essere selezionate come riferimenti grezzi e devono essere pre-lavorate se necessario.
⑸ Evitare di riutilizzare il Datum grezzo, poiché la maggior parte delle superfici del Datum grezzo sono irregolari e l'uso ripetuto rende difficile garantire la precisione di posizionamento tra le superfici esterne.
Seguendo i principi di selezione del dato grezzo, il bloccaggio del cerchio esterno e la lavorazione della maggior parte della superficie in un'unica operazione di bloccaggio garantiscono la coassialità del cerchio esterno e del foro interno, nonché la perpendicolarità della faccia terminale rispetto all'asse.
Percorso del processo di lavorazione degli ingranaggi a vite senza fine in metallo
⑴ Ingranaggio a vite senza fine integrale non temprato
Preparazione del materiale – Normalizzazione – Tornitura di sgrossatura – (Rinventura) – Tornitura semi-finitura del diametro esterno, tornitura sgrossatura della superficie elicoidale – Invecchiamento artificiale – Tornitura di finitura (rettifica fine) della faccia dell'estremità interna – Inserimento della sede chiavetta – Tornitura semi-finitura della superficie elicoidale – Bloccaggio (riparazione di denti incompleti) – Rettifica semi-finitura del diametro esterno – Rettifica fine della superficie elicoidale – Invecchiamento a bassa-temperatura – Rettifica del foro centrale – Fine rettifica del diametro esterno – Rettifica fine della superficie elicoidale
⑵ Ingranaggio a vite senza fine integrale carburato e bonificato
Forgiatura – Ricottura – Tornitura di sgrossatura – Normalizzazione – Tornitura semi-finitura del diametro esterno e della superficie elicoidale – Bloccaggio (riparazione di denti incompleti) – Cementazione – Tornitura di finitura del diametro esterno (rimozione di parti che non richiedono cementazione) – Tempra e rinvenimento – Rettifica del foro centrale – Tornitura della filettatura di fissaggio – Scanalatura di fresatura – Rettifica semi-finitura del diametro esterno – Rettifica semi-finitura della superficie elicoidale – Invecchiamento a bassa-temperatura – Rettifica del foro centrale – Rettifica fine dell'anello esterno e della faccia terminale – Rettifica fine della superficie elicoidale
Tranciatura del materiale: secondo i requisiti standard, il pezzo grezzo deve essere sottoposto a un trattamento di forgiatura per ottenere una buona struttura fibrosa metallica.
Tornitura di sgrossatura: garantire la coassialità e consentire un sovrametallo di finitura adeguato.
Trattamento termico (HRC28-32), tornitura di semi-finitura: consentire un margine di finitura di 0,5 mm per ciascuna parte durante la tornitura di semifinitura. Ruotare la sezione della vite senza fine e le scanalature di scarico su entrambe le estremità secondo le specifiche richieste. È accettabile una rotazione brusca della vite senza fine, utilizzando metodi di stratificazione o di taglio del fondo.
Misura la tolleranza a metà-diametro. Il margine di tornitura di semi-finitura fornisce una buona base per una buona finitura.
Finitura a bassa-velocità di tornitura su tre lati secondo le specifiche richieste: l'utensile deve essere affilato e la ruvidità del tagliente deve essere buona, garantendo una finitura liscia su ciascun lato. Completare la tornitura di tutte le parti secondo le specifiche richieste per garantire la coassialità.
Se una comune vite senza fine cilindrica viene lavorata su un tornio utilizzando un tagliente diritto, a seconda della posizione di installazione dell'utensile, la vite senza fine risultante può essere classificata come una vite senza fine di Archimede (ZA), una vite senza fine ad evolvente (ZI) o una normale vite senza fine a profilo dritto (ZN), ecc. ZA Verme di Archimede: il piano del tagliente dell'utensile del tornio passa attraverso l'asse della vite senza fine e la vite senza fine viene tagliata con un angolo del tagliente di 2 =40 gradi . Il verme risultante ha un profilo del dente dritto nel piano assiale e la sezione normale del profilo del dente è una curva convessa verso l'esterno. La curva del profilo del dente sulla faccia terminale è una spirale di Archimede, da cui il nome verme di Archimede. Questo tipo di vite senza fine è relativamente facile da lavorare e misurare e quindi ampiamente utilizzato.
Tuttavia, la lavorazione diventa difficile quando l'angolo di attacco è troppo grande. È difficile rettificare profili dei denti precisi con una mola, con conseguente minore precisione ed efficienza della trasmissione.
ZI Vite senza fine evolvente: il piano del tagliente dell'utensile del tornio è tangente al cilindro di base della vite senza fine. La vite senza fine risultante ha una curva del profilo convesso nel piano assiale e il profilo del dente sulla faccia terminale perpendicolare all'asse è un evolvente, da qui il nome vite senza fine evolvente. Questo tipo di vite senza fine può essere rettificato, garantendo una maggiore precisione ed efficienza della trasmissione, adatto per la produzione di massa e trasmissioni di precisione ad alta-potenza e alta-velocità.
Vite senza fine a profilo rettilineo normale ZN: quando l'angolo di attacco della vite senza fine è ampio, per ottenere angoli di spoglia e di spoglia ragionevoli per l'utensile da taglio, il piano del tagliente dell'utensile da taglio viene posizionato sul piano normale dell'elica della vite senza fine durante la tornitura. La vite così tagliata presenta un profilo del dente dritto sulla sezione normale, da qui il nome vite senza fine a profilo dritto normale. La curva del profilo del dente sulla faccia terminale perpendicolare all'asse è un'evolvente estesa, quindi è anche chiamata vite senza fine ad evolvente estesa. Questo tipo di vite senza fine ha buone prestazioni di taglio, è utile per la lavorazione di viti senza fine a più-principii e può essere rettificata con mole, comunemente utilizzate nelle trasmissioni a vite senza fine di precisione a più-principii sulle macchine utensili. Con i progressi nella tecnologia e nei requisiti dei prodotti, sono necessari ulteriori aumenti della velocità di taglio, creando un collo di bottiglia nei metodi di tornitura, portando allo sviluppo della fresatura a vortice. Ciò comporta l’utilizzo di un utensile da taglio rotante per aumentare la velocità di taglio (fino a 400 metri al minuto), mentre il pezzo non ha bisogno di ruotare ad alta velocità.
I metodi di fresatura vorticosa per i vermi si dividono in due tipologie: vorticosa interna e fresatura esterna.
Ciclone interno: La circonferenza del pezzo è tangente internamente alla circonferenza del dente della fresa (ingranaggio a vite senza fine all'interno della testa della fresa). Precisione fino a DIN7 Ra0.8. Ciclone esterno: la circonferenza del pezzo è tangente esternamente alla circonferenza del dente della fresa (ingranaggio a vite senza fine all'esterno della testa della fresa). Precisione fino a DIN6 Ra0.4.
