5-6-车蜗杆
气动执行机构
阀门气动执行机构的原理及应用（参考学习资料）二期中工艺系统中采用了大量的气动执行机构阀门，借去苏阀学习的机会向专家们请教了一些关于阀门气动操作机构的知识，在此简单介绍一下。
一.气动执行机构的结构气动执行机构主要分成两大类：薄膜式与活塞式。
薄膜式与活塞式执行机构均可分成有弹簧和无弹簧的两种。
有弹簧的执行结构较之无弹簧的执行机构输出推力小，价格低。
而活塞式较之薄膜式输出力大，但价格较高。
当前国产的气动执行机构有气动薄膜式（有弹簧）、气动活塞式（无弹簧）及气动长行程活塞式。
1．气动薄膜式（有弹簧）执行机构气动薄膜式（有弹簧）执行机构分为正作用和反作用两种。
当气动执行器的输入信号压力（来自调节器或阀门定位器）增大时，推杆向下动作的叫正作用执行机构，如图1所示，我国的型号为ZMA型；反之叫反作用执行机构，如图2所示，我国型号为ZMB型。
这两种类型结构基本相同，均由上膜盖、波纹膜片、下膜盖、推杆、支架、压缩弹簧、弹簧座、调节件、标尺等组成。
正作用机构的信号压力时通过输入波纹膜片上方的薄膜气室。
而反作用机构则通过波纹膜片下方的薄膜气室，由于输出推杆也从下方引出，因此还多了一个装有“O”型密封环5及填块6。
两者之间通过更换个别零件，便能相互改装。
气动薄膜（有弹簧）执行机构的输出信号是直线位移，输出特性是比例式，即输出位移与输入信号成比例关系。
动作原理如下：信号压力，通常为0.2－1.0bar或0.4-2bar，通入薄膜气室时，在薄膜上产生一个推力，使推杆部件移动。
与此同时，弹簧被压缩，直到弹簧的反作用力与信号压力在薄膜上产生的力平衡。
信号压力越大，在薄膜上产生的推力也越大，则与之平衡的弹簧反力也越大，于是弹簧压缩量也越大即推杆的位移量越大，它与输入薄膜气室信号压力成比例。
推杆的位移，即为气动薄膜执行机构的直线输入位移，其输出位移的范围为执行机构的行程。
气动薄膜执行机构主要零件结构及作用如下：1.膜盖：由灰铁铸成（有些小执行机构也有用压制玻璃管代替），与波纹膜片构成薄膜气室。
蜗轮蜗杆设计
蜗轮蜗杆设计LT第一章 蜗杆传动的类型和特点蜗杆传动由蜗杆、蜗轮和机架组成，用来传递空间两交错轴的运动和动力。
如图1-1所示。
通常两轴交错角为90°,蜗杆为主动件。
1.1 蜗杆传动的类型如图1-2所示，根据蜗杆的形状，蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传动（图a ），环面蜗杆传动（图b ）,和锥面蜗杆传动(图c)。
圆柱蜗杆传动，按蜗杆轴面齿型又可分为普通蜗杆传动和圆弧齿圆柱蜗杆传动。
普通蜗杆传动多用直母线刀刃的车刀在车床上切制，可分为阿基米德蜗杆（ZA 型）、渐开蜗杆（ZI 型）和法面直齿廓蜗杆（ZH 型）等几种。
如图1-3所示，车制阿基米德蜗杆时刀刃顶平面通过蜗杆轴线。
该蜗杆轴向齿廓为直线，端面齿廓为阿基米德螺旋线。
阿基米德蜗杆易车削难磨削，通常在无需磨削加工情况下被采用，广泛用于转速较低的场合。
如图1-4所示，车制渐开线蜗杆时，刀刃顶平面与基圆柱相切，两把刀具分别切出左、右侧螺旋面。
该蜗杆轴向齿廓为外凸曲线，端面齿廓为渐开线。
渐开线蜗杆可在专用机床上磨削，制造精度较高，可用于转速较高功率较大的传动。
蜗杆传动类型很多，本章仅讨论目前应用最为广泛的阿基米德蜗杆传动。
a) b) c)图1-2蜗杆传动的类型图1-1蜗杆传动1.2 蜗杆传动的特点(1)传动比大，结构紧凑。
单级传动比一般为10～40(<80)，只传动运动时（如分度机构），传动比可达1000。
(2)传动平稳，噪声小。
由于蜗杆上的齿是连续的螺旋齿，蜗轮轮齿和蜗杆是逐渐进入啮合又逐渐退出啮合的，故传动平稳，噪声小。
(3) 有自锁性。
当蜗杆导程角小于当量摩擦角时，蜗轮不能带动蜗杆转动，呈自锁状态。
手动葫芦和浇铸机械常采用蜗杆传动满足自锁要求。
(4)传动效率低。
蜗杆蜗轮啮合处有较大的相对滑动，摩擦剧烈、发热量大，故效率低。
一般η＝0.7～0.9，具有自锁性能的蜗杆效率仅0.4。
(5)蜗轮造价较高。
为了减摩和耐磨，蜗轮常用青铜制造，材料成本较高。
蜗杆轴加工
4、螺纹车削方法
1)直进法车削螺纹 2)ຫໍສະໝຸດ 进法车螺纹 3)左、右切削法车螺纹
螺纹车刀要求及安装
1、车刀的刀尖角等于螺纹牙型角α=60°； 2、其前角γ。=0°才能保证工件螺纹的牙型角，否 则牙型角将产生误差；只有粗加工时或螺纹精度要 求不高时，其前角可取 γ。=5°～20°； 3、安装螺纹车刀时刀尖对准工件中心，并用样板 对刀，以保证刀尖角的角平分线与工件的轴线相垂 直，车出的牙型角才不会偏斜。
环节三、完成任务
任务：某工厂批量生产下图所示轴零件，请为该工 件选择合适的铣削加工设备及装夹方式。
环节四、课堂小结与任务布置
小结：
铣削加工工艺范围、铣床、铣刀、铣削 加工方式及工艺特点。
课后任务：
P137 题4。
学习任务3
磨削加工认知及其应用
能力目标
能够针对不同的零件特点，正确选择磨削 加工方法
a圆柱平面铣刀 b端铣刀 c立铣刀、 d两面刃 e三面刃铣刀 f锯片铣刀、 gT形槽铣刀 h角度铣刀 I凸半圆 j凹半圆铣刀
加工复杂形成面用铣刀
四、铣削方式
铣削方式按铣刀不同可分为端铣和周铣。 端铣时切削力变化小，铣削过程平稳，加工质量 较周铣高，生产率高，但端铣适应性差，主要用于平 面铣削。 周铣能用多种铣刀铣削各种成形面，适应性广。
按不同的进给方向，又有纵磨法和横磨法之分。
① 纵磨法
原理：
磨削时工件随工作台作直线往复纵向进给运动， 工件每往复一次(或单行程)，砂轮横向进给一次 。
特点：
纵磨法每次的切入量少，磨削力小，散热条件 好，但效率较低。
② 横磨法
原理：
工件不作纵向进给运动，砂轮以缓慢的速度连续或断 续地向工件作径向进给运动，直至磨去全部余量为止。
数控加工六头蜗杆
图１
程 序 注 释 主程 序 程 序 号 正 转 ８ ｒ ｉ 一 号 刀一 号 刀补 ０／ ｎ第 ａ ｒ 快 速 点 定 位 至 ｘ５ｚ０点 ５ ．ｌ
（ ） 条 螺 旋 线 是按 照 统一 粗 车 ， ３六 统一 精 车进 行 加 工 的 ， 工 艺 上 在 能 保 证 它 的 尺 寸 公差 和 位 置公 差 。
Ｚ．； ０５ ８ Ｍ９ ０ ０ ； ８Ｐ ０ ２
Ｚ ．８ ００ ；
Ｚ轴 向进 给 方 向移 动 一 个 螺 距 车 削第 ２条 螺 旋 线
Ｚ轴 向左 赶 刀 ０５ ｍ ． ａ ｒ
Ｍ９ ０ ０ ； ８Ｐ ０ ２
Ｚ ．８ １ ； ０ Ｍ９ ０ ０ ； ８Ｐ ０ ２
向左 赶 刀车 削第 ２条 螺 旋 线
冒
第 一 刀 第 ：
第三刀
线 蜗 杆 的 加 工 工 艺 方 法 ， 具 的 各 个 角 度 ， 削 用 量 ， 工 参 数 都 要 求 刀 切 加 做到准确合理。 ３ 数 控加 工程 序 数控加工六头蜗杆它有以下特点 ：
（ ） 控 加 工 六 头 蜗 杆 分 线 时 准确 ， 以保 证 分 线精 度 。 １数 可 （ ） 工 过 程 中背 吃 刀量 一 致 ， 右 切 削 进 刀 时进 刀 准 确 ， 避 免 ２加 左 能 因切 削 量 大 产 生 扎 刀 现 象 。 主 程 序 ００１ ００ Ｍ０ ８ ０ ０ ； ３￥ ０Ｔ １ １ Ｇ ５ １； ＯＸ ５Ｚ ０
以 加 工ｍｘ ３螺 纹 大 径 ｄ ４ ， ６的 六头 蜗 杆 为例 ＝ ＝ ８ｚ ＝
主要参数
螺 纹 大 径 螺 纹 中径 螺 纹 小 径
螺 距 导 程
计 算 数 值 （ 位 ： ｌ） 单 ｒＴ ｌ ｆ１
第六章 汽轮机主要零件结构与振动
图6-48 叶片组的切向A型振动
图6-49叶片组的切向 B0型振动
（2）轴向振动 叶片组的轴向振动往往 与叶轮的轴向振动耦合在 一起，必然伴随这叶片的 扭转振动。 2.叶片组的扭转振动 在叶片扭转振动发生时， 围带与叶片保持便捷连续， 围带必然产生弯曲振动。 所以叶片组的扭转振动分 为组内各叶片的牛转子振 动和叶片组的扭转振动。
图6-15 铸造隔板
1—外缘；2—静叶片；3—隔板体
2、隔板套 隔板套用于固定隔板。现代高参数大功率汽轮机往往将 相邻的几级隔板状在同一隔板套中，隔板套在固定于汽缸 上。隔板套结构的分级基本上是由汽轮机抽汽情况决定的， 相邻隔板套之间有抽汽，这样可充分利用隔板套之间的环 状汽流通道，而无须借加大轴向尺寸的办法取得必要的抽 汽通流面积。 隔板套分为上下两半，而只通过中分面法兰用螺栓和定 位螺栓连接在一起。隔板套在汽缸内的支承和定位采用悬 挂销（搭子）和键的结构。隔板套通过其下半部分两侧的 搭子支承在下汽缸上，其上下中心位置由其底部的定位销 或平键定位。为保证隔板套的自由膨胀，装配时隔板套与 汽缸凹槽之间留有1~2mm的间隙。
图6—18 油膜的工作原理
（a）有相对运动，无施加垂直方向载荷作态； （b）无相对运动，有垂直方向荷载状态； （c）既有相对运动，也有垂直方向载荷状态； （d）两平面间构成楔形，有相对运动和垂直方向的载荷状态
（二）径向支承轴承 1及油楔中的压力分布（周向） （b）油楔中的压力分布（轴向） l—轴承长度；d—轴颈直径
2π n fd = = in 2π / i
2、高频激振力：（由喷嘴的尾迹扰动产生）
2π n fg = = Zn 2π / Z
对于部分进汽的 级，激振力的频率为 Z fg = n e
蜗轮蜗杆画法
蜗轮蜗杆画法
四、蜗轮蜗杆画法
蜗轮蜗杆用于两轴垂直交叉时的传动，蜗杆为主动件、蜗轮为从动件，蜗杆常用单头或双头(蜗杆上齿数称
为头数，相当螺杆上螺纹线数)，也就是说蜗杆转一圈或两圈，蜗轮转过一个齿或两个齿。
因此，用蜗杆蜗轮传
动，可得到较大的传动比，所以广泛应用于传动比较大的机械传动中。
1(蜗杆画法
与圆柱齿轮画法相同。
为表明蜗杆牙型，可采用局部剖视，见图6-20。
图6-20 蜗杆画法
2(蜗轮画法
蜗轮实际上相当于一个斜齿轮，只是把齿顶加工成凹入的环面。
在圆的视图上只画蜗轮外圆(粗实线)和分
度圆(点画线)，齿顶圆和齿根圆不必画。
在剖视图上，轮齿部分画法与圆柱齿轮相同，其余部分按实际投影画
出，见图6-21。
图6-21 蜗轮画法
3(蜗轮蜗杆啮合画法
画外形图如图6-22a，在蜗杆投影为圆的视图上，蜗杆与蜗轮投影重合部分，只画蜗杆，不画蜗轮;在蜗
轮投影为圆的视图上，蜗轮分度圆与蜗杆节线相切。
在剖视图中，蜗轮被蜗杆遮住的部分可画成虚线或省略不
画，见图6-22b。
图6-22 蜗杆蜗轮啮合画法。
蜗轮蜗杆
北京联合大学专用
潘存云教授研制
2. 模数 和压力角 模数m和压力角 和压力角α 模数m取标准值，与齿轮模数系列不同。 模数m取标准值，与齿轮模数系列不同。 蜗杆模数m值 GB10088蜗杆模数 值 GB10088-88
第一系列 第二系列 1, 1.25, 1.6, 2, 2.5 , 3.15, 4, 5, 6.3 8 10, 12.5, 16, 20, 25, 31.5, 40 1.5, 3, 3.5, 4.5, 5.5 6, 7, 12, 14
β1
γ1 t
d2
北京联合大学专用 潘存云教授研制
表12－1 蜗杆分度圆直径与其模数的匹配标准系列 mm － m 1 1.25 d1 18 20 22.4 1.6 20 28 (18) 22.4 (28) 35.5 2.5 m d1 (22.4) 28 (35.5) 45 (28) 35.5 (45) 56 (31.5) m d1 40 (50) 71 (40) 50 (63) 90 (50) 63 m 6.3 d1 (80) 112 (63) 80 (100) 140 (71) 90 …
压力角: 压力角 α=20° ° 动力传动，推荐： 动力传动，推荐：α=25° ° 分度传动， 分度传动，推荐用 α=15° °
北京联合大学专用 潘存云教授研制
蜗轮蜗杆轮齿旋向相同. 蜗轮蜗杆轮齿旋向相同 蜗轮右旋 蜗杆右旋 β 90° 若 ∑ ＝90° ＝β1+β2 t β1 90° ∵ γ1+β1 ＝90° β ∑ β2 ∴ γ 1＝β 2 s=e的圆柱称为蜗杆的分度圆柱 的圆柱称为蜗杆的分度圆柱。 s=e的圆柱称为蜗杆的分度圆柱。 为了减少加工蜗轮滚刀的数量，规定d 为了减少加工蜗轮滚刀的数量，规定d1 只能取标准值。 只能取标准值。 e s d1
第六章 蜗杆传动设计
常用的蜗轮材料为铸造锡青铜（ZCuSn10P1、 ZCuSn5Pb5Zn5），铸造铝铁青铜 （ZCuAl1010Fe3）及灰铸铁（HT150、HT200） 等。锡青铜耐磨性最好，但价格较高，用于滑 动速度大于3m/s的重要传动；铝铁青铜的耐磨 性较锡青铜差一些，但价格便宜，一般用于滑 动速度小于4m/s的传动；如果滑动速度不高 （小于2m/s），对效率要求也不高时，可以采 用灰铸铁。为了防止变形，常对蜗轮进行时效 处理。 v1 2 2 相对滑动速度为： v s v1 v2
3、蜗杆头数z1 蜗杆头数z1可根据要求的传动比和 效率来选定。单头蜗杆传动的传动比可 以较大，但效率较低。如果要提高效率， 应增加蜗杆的头数。但蜗杆头数过多， 又会给加工带来困难。所以，通常蜗杆 头数取为1、2、4、6。
4、导程角γ 蜗杆的直径系数q和蜗杆头数z1选定之后，蜗 杆分度圆柱上的导程角γ也就确定了，如图7－8 z1 pa z1m z1m z1 pz 所示。 tan d1 d1 d1 d1 q 显然有： 其中：p z 为蜗杆的导程， pa 为蜗杆的轴向齿距
因此，在相同的尺寸下，其承载能 力可提高1.5～3倍（小值适于小中心距， 大值适于大中心距）；若传递同样的功 率，中心距可减小20％～40％。它的缺 点是：制造工艺复杂，不可展齿面难以 实现磨削，故不宜获得精度很高的传动。 只有批量生产时，才能发挥其优越性， 其应用现在已日益增加。
3．锥蜗杆传动 锥蜗杆传动中的蜗杆为一等导程的 锥形螺旋，涡轮则与一曲线齿圆锥齿轮 相似（如图6－2c）。 由于普通圆柱蜗杆传动加工制造简 单，用的最为广泛，所以我们主要介绍 以阿基米德蜗杆为代表的普通圆柱蜗杆 传动。
★必须指出：蜗杆传动的传动比不 等于蜗轮蜗杆的直径之比，也不等于蜗 杆与蜗轮的分度圆直径之比。 ★一般圆柱蜗杆传动减速装置的传 动比的公称值按下列选择：5、7.5、10、 12.5、15、20、25、30、40、50、60、 70、80。其中10、20、40和80为基本 传动比，应优先选用。
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蜗杆粗车刀
蜗杆精车刀
蜗杆车刀的角度
a)刀尖角：粗车刀刀尖角小于蜗杆牙型角；精车刀刀尖角应等于蜗杆牙型角。 b)刀头宽度：刀头宽度应小于齿根槽宽。 c)纵向前角：粗车刀一般为15º左右；精车刀为了保证牙型角正确，前角应等于0º。 d)纵向后角：一般为6º～8º。 e)两侧刀刃后角：考虑蜗杆旋向和导程角。右旋车刀：左侧后角为（3º～5º）＋γ， 右侧后角为（3º～5º）—γ。左旋车刀则相反。 f)刀尖适当倒圆。
在装夹蜗杆车刀时，必须根据不同的蜗杆 齿形采用不同的装刀方法。
1、 水平装刀法
精车轴向直廓蜗杆时，为了保证齿形正确，必 须使蜗杆车刀两侧切削刃组成的平面与蜗杆轴线 在同一水平面内，这种装刀法称为水平装刀法， 如图5—26a所示车轴向直廓蜗杆时，用水平装刀 法。
在装夹车刀时一般用样板找正装夹。装夹模数较 大的蜗杆车刀，容易把车刀装歪。可采用万能量 角器来找正车刀刀尖角位置(见下图)。
课程：车工工艺
§5-6车蜗杆
主讲： 适用班级：
图5—24所示的蜗杆和蜗轮组成的蜗杆副常用 于减速传动机构中，以传递两轴在空间成90° 的交错运动，如车床溜板箱内的蜗杆副。蜗杆
的齿形角是在通过蜗杆轴线的平面内，轴线垂 直面与齿侧之间的夹角见表5—14。蜗杆一般 可分为米制蜗杆（α=20°）和英制蜗杆 （α=14.5°）两种。本书仅介绍我国常用的米 制蜗杆的车削方法。
用水平装刀法车削蜗杆时，由于其中一侧 切削刃的前角变得很小，切削不顺利，所 以在粗车轴向直廓蜗杆时，也常采用垂直 装刀法。
2、 法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）
法向直廓蜗杆的齿形在垂ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ于蜗杆齿面的 法平面内是直线，在垂直于蜗杆轴线的端 平面内是延伸渐开线，因此，又称为延伸 渐开线蜗杆，如图5—26b所示。
机械中最常用的是阿基米德蜗杆（即轴向 直廓蜗杆），这种蜗杆的加工比较简单。 若图样上没有特别标明蜗杆的齿形，则均 为轴向直廓蜗杆。
2、垂直装刀法
车削法向直廓蜗杆时，必须使车刀两侧切 削刃组成的平面与蜗杆齿面垂直，这种装 刀方法称为垂直装刀法，如图5—23b所示。
由于蜗杆的导程角比较大，为了改善切削 条件和达到垂直装刀法的要求，可采用图 5—27所示的可回转刀柄。刀柄头部可相对 于刀柄回转一个所需的导程角，头部旋转 后用两只紧固螺钉紧固。这种刀柄开有弹 性槽，车削时不易产生扎刀现象。
三、车蜗杆时的车刀与装刀方法
蜗杆车刀与梯形螺纹车刀相似，但蜗杆车刀两侧 切削刃之间的夹角应磨成两倍齿形角。因蜗杆的 导程较大，所以在刃磨蜗杆车刀时，更应考虑导 程角对车刀前角和后角的影响，另外蜗杆的精度 较高,所以一般低速车削，用高速钢车刀。高速车 削时采用硬质合金车刀。
1．高速钢车刀蜗杆车刀及几何角度
一、蜗杆基本要素及其尺寸计算 蜗杆基本要素的名称、代号及计算公式见
表5—14。
二、蜗杆的齿形
蜗杆的齿形是指蜗杆齿廓形状。常见蜗杆 的齿形有轴向直廓蜗杆和法向直廓蜗杆两 种。
1、 轴向直廓蜗杆（ZA蜗杆）
轴向直廓蜗杆的齿形在通过蜗杆轴线的平 面内是直线，在垂直于蜗杆轴线的端平面 内是阿基米德螺旋线，因此，又称为阿基 米德蜗杆，如图5—26a所示。