Aperçu
Un entraînement à vis sans fin se compose de
une vis sans fin et une roue à vis sans fin, utilisées pour transmettre le mouvement et la puissance entre des arbres qui se croisent, généralement avec un angle d'intersection de 90 degrés. Dans les entraînements à vis sans fin, la vis sans fin est l'élément d'entraînement.
De par son apparence, la vis sans fin ressemble à un boulon, tandis que la roue à vis sans fin ressemble à un engrenage cylindrique hélicoïdal.
Pendant le fonctionnement, les dents de la roue à vis sans fin glissent et roulent le long de la surface hélicoïdale de la vis sans fin.
Une vis sans fin est un engrenage avec une ou plusieurs dents hélicoïdales qui engrènent avec la roue à vis sans fin pour former une paire d'engrenages à arbre sécant. Sa surface de pas peut être cylindrique, conique ou toroïdale.
Il en existe quatre types : le ver archimédien, le ver en développante, le ver à profil droit normal- et le ver cylindrique fermé conique-.
Comme les fils, les vers peuvent être droitiers-ou gauchers-, appelés respectivement vers droitiers-et vers gauches-.
Pour améliorer le contact des dents, la roue à vis sans fin prend la forme d'un arc dans le sens de la largeur de la dent, entourant une partie de la vis sans fin. Cela signifie que l'engrenage à vis sans fin s'engrène via un contact linéaire et non par un contact ponctuel.
Inconvénients des entraînements à vis sans fin :
✦ Étant donné que les deux arbres sont perpendiculaires et que les vitesses de ligne de pas des deux engrenages sont perpendiculaires, la vitesse de glissement relative est très élevée, entraînant une génération de chaleur et une usure.
✦ Faible rendement, généralement compris entre 0,7 et 0,8 ; les engrenages à vis sans fin dotés de mécanismes autobloquants-ont un rendement encore plus faible, généralement inférieur à 0,5.
04. Formules de calcul pour les engrenages à vis sans fin et les vis sans fin
1. Rapport de transmission=Nombre de dents d'engrenage à vis sans fin ÷ Nombre de filetages à vis sans fin
2. Distance centrale=(diamètre de pas d'engrenage à vis sans fin + diamètre de pas de vis sans fin) ÷ 2
3. Diamètre de pas d'engrenage à vis sans fin=(Nombre de dents + 2) × Module
4. Diamètre du pas de l'engrenage à vis sans fin=Module × Nombre de dents
5. Diamètre du pas de la vis sans fin=Diamètre extérieur de la vis sans fin - 2 × Module
6. Fil de vis sans fin=π × Module × Nombre de threads
7. Angle d'hélice (angle d'attaque) tanB=(module × nombre de filetages) ÷ diamètre de pas de vis sans fin
8. Fil de vis sans fin=π × Module × Nombre de threads
9. Module=Diamètre du cercle primitif / Nombre de dents
Nombre de filetages dans une vis sans fin : vis sans fin à un seul-filetage (une seule hélice sur la vis sans fin, c'est-à-dire qu'un tour de la vis sans fin correspond à une rotation de dent de l'engrenage à vis sans fin) ; Vis sans fin à double-filetage (deux hélices sur la vis sans fin, c'est-à-dire qu'un tour de vis sans fin correspond à deux rotations de dents de l'engrenage à vis sans fin). Le module fait référence à la taille de l'hélice sur la vis ; plus le module est grand, plus l'hélice est grande.
Le coefficient de diamètre fait référence à l'épaisseur de la vis.
Module : Le cercle primitif d'un engrenage est la référence pour concevoir et calculer les dimensions de ses différentes pièces. La circonférence du cercle primitif=πd=zp, donc le diamètre du cercle primitif est d=zp/π. Puisque π est un nombre irrationnel dans la formule ci-dessus, il n’est pas pratique pour positionner le cercle primitif comme référence. Pour faciliter le calcul, la fabrication et l'inspection, le rapport p/π est artificiellement défini comme une simple valeur numérique, et ce rapport est appelé module, noté m.
05 types d'entraînements à vis sans fin
Selon la forme de la vis sans fin, les vis sans fin peuvent être divisées en entraînements à engrenages à vis sans fin cylindriques, entraînements à engrenages à vis sans fin toroïdaux et entraînements à engrenages à vis sans fin coniques. Parmi eux, les entraînements à vis sans fin cylindriques sont les plus utilisés.
Les engrenages à vis sans fin cylindriques ordinaires sont généralement usinés sur un tour à l'aide d'un outil de coupe doté d'un tranchant de génératrice droite. En fonction de la position de montage de l'outil et du type d'outil utilisé, quatre types d'engrenages à vis sans fin avec des profils de dents différents dans la section transversale - perpendiculaire à l'axe peuvent être obtenus : engrenage à vis sans fin en développante (type ZI), engrenage à vis sans fin d'Archimède (type ZA), engrenage à vis sans fin à profil droit normal - (type ZN) et engrenage à vis sans fin cylindrique enveloppant conique - (type ZK).
Engrenage à vis sans fin en développante (type ZI) – Le plan du tranchant est tangent au cylindre de base de la vis sans fin et les dents de la face d'extrémité sont en développante. Convient aux vitesses plus élevées et aux puissances plus élevées.
Engrenage à vis sans fin d'Archimède (type ZA) – Le profil des dents perpendiculaire au plan de l'axe est une spirale d'Archimède, tandis que le profil des dents dans le plan passant par l'axe est une ligne droite. Simple à usiner, mais avec une précision moindre. (Engrenage à vis sans fin à profil axial droit-).
Engrenage à vis sans fin à profil droit normal-(type ZN) - Peut être rectifié avec une meule modifiée, relativement simple à usiner, souvent utilisée pour les engrenages à vis sans fin à plusieurs-démarrages, avec une efficacité de transmission allant jusqu'à 0,9.
Ver cylindrique enveloppant conique (ZK) – Il s'agit d'un ver hélicoïdal non-linéaire. Il ne peut pas être usiné sur un tour ; il ne peut être broyé que sur une fraiseuse et meulé sur une rectifieuse. Ce type de vis sans fin est facile à broyer, présente une grande précision et est de plus en plus largement utilisé.
06 Processus d'usinage des vers métalliques
1. Détermination du matériau du blanc
⑴ Excellente usinabilité, permettant d'obtenir un bon état de surface et une faible contrainte interne résiduelle, minimisant ainsi l'usure de l'outil.
⑵ La résistance à la traction n'est généralement pas inférieure à 588 MPa.
⑶ Bonne aptitude au traitement thermique, bonne trempabilité, pas facilement fissuré pendant la trempe, microstructure uniforme, petite déformation par traitement thermique et dureté élevée, assurant ainsi la résistance à l'usure et la stabilité dimensionnelle de la vis sans fin.
⑷ Dureté du matériau uniforme et structure métallographique conformes aux normes. Les matériaux couramment utilisés comprennent : T10A, T12A, 45, 9Mn2V, CrMn, etc.. 9Le Mn2V a une bonne aptitude au traitement et une bonne stabilité, mais une mauvaise trempabilité. Son avantage est une faible déformation après traitement thermique, ce qui le rend adapté à la fabrication de pièces de haute -précision, mais il est sujet aux fissures et a une mauvaise aptitude au traitement par meulage. Une dureté plus élevée de la vis sans fin augmente la résistance à l'usure, mais elle est difficile à broyer pendant la fabrication.
2. Sélection de la référence de positionnement d'usinage
Données de positionnement des vers : structurellement, les vers se présentent sous deux formes : les vers ajustés et les vers intégraux. Les vis sans fin ajustées utilisent le trou intérieur comme référence d'usinage, par conséquent, le trou intérieur doit d'abord être usiné avec précision, puis le diamètre extérieur et le tourillon de support doivent être usinés en utilisant le trou intérieur comme référence. L'usinage de filetage utilise également le trou intérieur comme référence, nécessitant ainsi un mandrin. Généralement, les exigences de précision du trou intérieur pour les vis sans fin d'indexation de précision sont très élevées, et certaines nécessitent un meulage pour garantir la précision.
Généralement, la précision du trou intérieur d'une vis sans fin d'indexation de précision ne doit pas être inférieure au niveau 1, la rugosité de la surface ne doit pas être inférieure à 0,12 et le faux-rond de la face d'extrémité du trou intérieur ne doit pas être inférieur à 0,005 mm. Lors de l'usinage d'un engrenage à vis sans fin monté sur un mandrin, le faux-rond radial des épaulements aux deux extrémités doit d'abord être vérifié pour s'assurer qu'il se situe dans la tolérance spécifiée. Ce contrôle doit être effectué après chaque opération ultérieure. De même, lors du montage de l'engrenage à vis sans fin, le faux-rond radial des épaulements aux deux extrémités doit être vérifié. La précision du mandrin doit être égale ou supérieure à la précision de l'arbre accouplé à l'engrenage à vis sans fin.
L'engrenage à vis sans fin intégré utilise le trou central comme référence d'usinage. Les exigences concernant le trou central sont très élevées ; il doit avoir une extrémité effilée pour garantir la finition de la surface et la zone de contact. Le trou central doit être vérifié et corrigé avant chaque opération. Le tourillon de support doit garantir la coaxialité avec le trou central et sa propre précision géométrique. Avant les opérations de semi-finition et de finition, le faux-rond radial, le faux-rond radial et le faux-rond axial de la face d'extrémité du tourillon de support doivent être vérifiés pour s'assurer qu'ils sont dans les limites de tolérance.
Lors de la sélection d'une référence brute, l'accent doit être mis sur la garantie d'une tolérance suffisante pour chaque surface usinée afin que les dimensions et les positions entre la référence non usinée et la surface usinée soient conformes aux exigences du dessin.
La sélection d’une donnée approximative doit répondre aux exigences suivantes :
(1) La référence brute doit être basée sur la surface usinée. Ceci permet de garantir la précision de la relation de position entre les surfaces usinées et non usinées. Si la pièce à usiner comporte plusieurs surfaces qui ne nécessitent pas d'usinage, la surface présentant la plus grande exigence de précision de position par rapport à la surface usinée doit être sélectionnée comme référence brute. L'objectif est d'obtenir une épaisseur de paroi uniforme, une forme symétrique et moins d'opérations de serrage.
⑵ Sélectionnez une surface importante avec une surépaisseur d'usinage uniforme comme référence approximative.
⑶ Sélectionnez la surface avec la plus petite surépaisseur d'usinage comme référence brute. Cela garantit que la surface présente une surépaisseur d'usinage suffisante.
⑷ Choisissez une surface plane et lisse avec une surface suffisamment grande comme référence approximative pour garantir un positionnement précis et un serrage fiable. Les surfaces comportant des portes, des contremarches, des bavures ou des bords rugueux ne doivent pas être sélectionnées comme références brutes et doivent être pré-usinées si nécessaire.
⑸ Évitez de réutiliser la référence brute, car la plupart des surfaces de référence rugueuses sont irrégulières et une utilisation répétée rend difficile la garantie de la précision de position entre les surfaces extérieures.
Suivant les principes de sélection de la référence brute, le serrage du cercle extérieur et l'usinage de la majeure partie de la surface en une seule opération de serrage garantissent la coaxialité du cercle extérieur et du trou intérieur, ainsi que la perpendiculaire de la face d'extrémité par rapport à l'axe.
Itinéraire du processus d'usinage des engrenages à vis sans fin en métal
⑴ Engrenage à vis sans fin intégré non durci
Préparation du matériau – Normalisation – Tournage d'ébauche – (Revenu) – Tournage semi--finition du diamètre extérieur, tournage grossier de la surface hélicoïdale – Vieillissement artificiel – Tournage de finition (meulage fin) de la face d'extrémité intérieure – Insertion de rainure – Tournage semi--finition de la surface hélicoïdale – Serrage (réparation des dents incomplètes) – Meulage semi--finition du diamètre extérieur – Meulage fin de la surface hélicoïdale – Vieillissement à basse-température – Meulage du trou central – Meulage fin du diamètre extérieur – Meulage fin de la surface hélicoïdale
⑵ Engrenage à vis sans fin intégré cémenté et trempé
Forgeage – Recuit – Tournage d'ébauche – Normalisation – Tournage semi--du diamètre extérieur et de la surface hélicoïdale – Serrage (réparation des dents incomplètes) – Cémentation – Tournage de finition du diamètre extérieur (enlèvement de pièces ne nécessitant pas de carburation) – Trempe et revenu – Meulage du trou central – Tournage du filetage de fixation – Rainure de fraisage – Rectification semi--finition du diamètre extérieur – Rectification semi--finition de la surface hélicoïdale – Vieillissement à basse-température – Meulage du trou central – Meulage fin de la bague extérieure et de la face d'extrémité – Meulage fin de la surface hélicoïdale
Découpage de matériau : selon les exigences standard, le flan doit subir un traitement de forgeage pour obtenir une bonne structure fibreuse métallique.
Tournage d'ébauche : Assurer la coaxialité et prévoir une surépaisseur de finition appropriée.
Traitement thermique (HRC28-32), tournage semi- : prévoir une surépaisseur de finition de 0,5 mm pour chaque pièce lors du tournage semi-finition. Tournez la section de vis sans fin et les rainures de dégagement aux deux extrémités selon les spécifications requises. Un retournement grossier de la vis sans fin, en utilisant des méthodes de stratification ou de coupe par le bas, est acceptable.
Mesurez la tolérance au milieu-diamètre. La surépaisseur de tournage semi--fournit une bonne base pour une bonne finition.
Tournage de finition à faible-vitesse sur trois côtés selon les spécifications requises : l'outil doit être affûté et la rugosité de l'arête de coupe doit être bonne, garantissant une finition lisse de chaque côté. Terminez de tourner toutes les pièces selon les spécifications requises pour assurer la coaxialité.
Si une vis sans fin cylindrique commune est usinée sur un tour à l'aide d'un tranchant droit, en fonction de la position d'installation de l'outil, la vis sans fin résultante peut être classée comme une vis sans fin d'Archimède (ZA), une vis sans fin en développante (ZI) ou une vis sans fin à profil droit normal (ZN), etc. Ver d'Archimède ZA : Le plan de coupe de l'outil de tour passe par l'axe de la vis sans fin et la vis sans fin est coupée avec un angle de coupe de 2 =40 degré. La vis sans fin résultante a un profil de dent droit dans le plan axial, et la section normale du profil de dent est une courbe convexe vers l'extérieur. La courbe du profil de la dent sur la face d'extrémité est une spirale d'Archimède, d'où le nom de ver d'Archimède. Ce type de vis sans fin est relativement facile à usiner et à mesurer, et donc largement utilisé.
Cependant, l'usinage devient difficile lorsque l'angle d'attaque est trop grand. Il est difficile de meuler des profils de dents précis avec une meule, ce qui entraîne une précision et une efficacité de transmission inférieures.
Vis sans fin ZI Involute : Le plan de coupe de l'outil de tour est tangent au cylindre de base de la vis sans fin. La vis sans fin résultante a une courbe de profil convexe dans le plan axial, et le profil de la dent sur la face d'extrémité perpendiculaire à l'axe est une développante, d'où le nom de vis sans fin en développante. Ce type de vis sans fin peut être broyé, ce qui entraîne une précision et une efficacité de transmission plus élevées, adaptées à la production de masse et à une transmission de précision à haute -puissance et haute-vitesse.
Ver à profil droit normal ZN : lorsque l'angle d'attaque de la vis sans fin est grand, pour obtenir des angles de coupe et de dégagement raisonnables pour l'outil de coupe, le plan du tranchant de l'outil de coupe est placé sur le plan normal de l'hélice de la vis sans fin pendant le tournage. Le ver ainsi coupé présente un profil de dent droit sur la section normale, d'où le nom de ver à profil droit normal. La courbe du profil de la dent sur la face d'extrémité perpendiculaire à l'axe est une développante étendue, c'est pourquoi elle est également appelée vis sans fin à développante étendue. Ce type de vis sans fin a de bonnes performances de coupe, est bénéfique pour l'usinage de vis sans fin à démarrages multiples et peut être rectifié avec des meules, couramment utilisées dans les entraînements à vis sans fin de précision à démarrages multiples sur les machines-outils. Avec les progrès technologiques et les exigences des produits, des augmentations supplémentaires de la vitesse de coupe sont nécessaires, créant un goulot d'étranglement dans les méthodes de tournage, conduisant au développement du fraisage par tourbillonnage. Cela implique l'utilisation d'un outil de coupe rotatif pour augmenter la vitesse de coupe (jusqu'à 400 mètres par minute), alors que la pièce n'a pas besoin de tourner à grande vitesse.
Les méthodes de fraisage par tourbillonnage pour les vers sont divisées en deux types : le tourbillonnage interne et le fraisage externe.
Cyclone interne : la circonférence de la pièce à usiner est tangente intérieurement à la circonférence de la dent de la fraise (engrenage à vis sans fin à l'intérieur de la tête de coupe). Précision jusqu'à DIN7 Ra0.8. Cyclone externe : la circonférence de la pièce est tangente extérieurement à la circonférence de la dent de la fraise (engrenage à vis sans fin à l'extérieur de la tête de coupe). Précision jusqu'à DIN6 Ra0.4.
