專利名稱：錐齒輪及錐齒輪的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及齒輪及其加工工藝，尤其是錐齒輪及錐齒輪的加工方法。
背景技術(shù)：
錐齒輪用于傳遞兩相交鈾的運動和動力，其傳動可看成是兩個錐頂共點的圓錐體 相互作純滾動。根據(jù)齒輪的大小、使用環(huán)境的不同，可以為實心式、輪輻式、腹板式等形式； 軸孔可以與錐齒輪兩端平齊，也可以沿錐齒輪軸向設(shè)置軸孔延長段。錐齒輪沿齒寬方向的 齒廓大小與其距錐頂?shù)木嚯x成正比，大的一端為大端、小的一端為小端。錐齒輪的結(jié)構(gòu)參數(shù) 包括頂錐、分度圓錐、背錐、內(nèi)錐等，其中頂錐又稱面錐，并由面錐錐面構(gòu)成齒頂面。以直齒圓錐齒輪為例，錐齒輪在設(shè)計時，其齒廓曲線為空間的球面漸開線，由于球 面無法展開為平面，給設(shè)計計算及制造帶來不便。為此引入了背錐這一結(jié)構(gòu)，具體的說，過 分度圓錐母線的大端端點A作垂直于分度圓錐母線的直線，該直線與分度圓錐軸線相交于 點0，以分度圓錐軸線為軸線，OA為母線作圓錐，該圓錐即為背錐。背錐母線與球面切于錐 齒輪大端的分度圓上，并與分度圓錐母線以直角相接。在上述點A附近，背錐錐面和球面非 常接近，且錐距與大端模數(shù)的比值越大，兩者越接近，即背錐的齒形與大端球面的因形越接 近。因此根據(jù)設(shè)計手冊和教科書的設(shè)計慣例，通常近似地用背錐上的齒形來代替大端球面 上的理論齒形，背錐面可以展開成平面，從而解決了錐齒輪的設(shè)計制造問題。內(nèi)錐與面錐錐頂朝向相反、錐面相交，內(nèi)錐的設(shè)置則是為了避免相互嚙合的兩個 錐齒輪之間相互干涉，為相配合錐齒輪的小端提供避讓空間。因此，相應(yīng)的，錐齒輪的外輪廓面包括面錐錐面、背錐錐面、內(nèi)錐錐面，面錐錐面與 背錐錐面相交且相交的棱邊構(gòu)成錐齒輪的大端齒頂圓，面錐錐面與內(nèi)錐錐面相交且相交的 棱邊構(gòu)成錐齒輪的小端齒頂圓。現(xiàn)有的圓錐齒輪除了少量小型齒輪，如與齒輪軸為一體的錐齒輪，可以采用精鍛 成型以外，通常通過鑄造、鍛造形成齒坯，然后通過車削加工錐齒輪的外輪廓面，完成外輪 廓面加工后通過插齒、銑齒等方法完成齒成型，最后經(jīng)熱處理后完成齒輪加工。由于面錐錐面、背錐錐面均為斜面，在加工過程中無法作為定位面，只能通過軸孔 固定定位，而為了加工軸孔，則需要提供外圓定位面，因此現(xiàn)有的齒坯粗坯通常為圓環(huán)或圓 盤。以如圖1所示的汽車差速器從動錐齒輪為例，具體的加工步驟為1)通過圓環(huán)狀齒坯的 外圓柱面將齒坯固定于機床，然后車軸孔和后端面；2)卸下齒坯并翻轉(zhuǎn)齒坯，然后重新通 過齒坯的外圓柱面將齒坯固定于機床，車內(nèi)錐；3)卸下齒坯，通過軸孔將齒坯重新固定于 機床，車背錐；4)卸下齒坯并翻轉(zhuǎn)齒坯，然后重新通過軸孔將齒坯固定于機床，車面錐；5) 齒成型；6)熱處理。上述外輪廓面的車削加工過程中，每一步均需要對齒坯進行固定、定位，因此步驟 多、操作繁瑣。由于面錐、背錐的加工需要翻轉(zhuǎn)齒坯，大端齒頂圓處為兩次加工的終點交匯 處，無法在車削過程中在大端齒頂圓處形成圓弧過渡；內(nèi)錐成型于面錐之前，由于刀具角度 問題，面錐成型時也無法同時在小端齒頂圓處形成圓弧過渡。因此在面錐形成后，大、小端齒頂圓處容易在操作過程中由于碰撞等崩裂形成不良品，同時大、小端齒頂圓處較鋒利，容 易劃傷操作人員，尤其是位于最外側(cè)的大端齒頂圓處。由于大、小端齒頂圓處應(yīng)力集中，在 后續(xù)的齒成型過程中，大、小端齒頂圓處同樣容易產(chǎn)生毛刺及形成崩裂不良品，不利于后續(xù) 加工，因此在錐齒輪的整個加工過程中通常還增加了大量針對毛刺、崩裂的返工打磨步驟， 雖然能夠通過打磨消除部分不良品，但同時打磨容易在小端齒頂圓處形成倒毛刺，影響錐 齒輪的使用。因此，現(xiàn)有錐齒輪的成品率通常低于80%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種節(jié)省材料、加工方便、成品率高的錐齒輪 及錐齒輪的加工方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是錐齒輪，其外輪廓面通過車削成型 包括面錐的錐面，所述外輪廓面還包括與面錐同軸并相交的外圓的柱面，所述外圓直徑與 面錐錐底圓直徑相等并構(gòu)成錐齒輪的最大外徑，所述面錐錐面與外圓柱面相交的棱邊構(gòu)成 錐齒輪的大端齒頂圓。本方案沒有采用現(xiàn)有錐齒輪背錐的設(shè)計，克服了長期以來錐齒輪的設(shè)計定勢，也 可以說是克服了本領(lǐng)域技術(shù)人員的技術(shù)偏見，提供了一種新的設(shè)計思路。本方案的錐齒輪 由于外圓的設(shè)置，其成品的體積是大于同規(guī)格的現(xiàn)有錐齒輪的，因此對于本領(lǐng)域技術(shù)人員 而言必定認為其材料用量是增加的。雖然成品體積有所增加，但實際上由于外圓由始至終 均存在，齒坯外輪廓面能夠加工成與成品錐齒輪外形相適應(yīng)的形狀，即包括面錐、外圓，相 較于現(xiàn)有圓環(huán)狀齒坯，面錐加工余量小，沿車削路徑，加工余量一致，與現(xiàn)有三角形切削區(qū) 域相比，車削循環(huán)少，加工效率極高、精度高，其齒坯實際上節(jié)省了大量的材料。而且通過外 圓的設(shè)置，在放置、搬運時，均能通過外圓柱面接觸，避免了尖銳部位的存在，在整個齒輪加 工過程中能夠有效防止大端齒頂圓的崩裂不良。在本方案中取消了現(xiàn)有背錐的設(shè)置。但進一步的，為了節(jié)省材料、方便加工，保證 與現(xiàn)有錐齒輪外形的相似，避免改動與錐齒輪相配合的齒輪箱等結(jié)構(gòu)，所述外輪廓面包括 與面錐同軸且錐底相對的假背錐的錐面，所述外圓柱面的軸向兩端分別與假背錐和面錐的 錐面相交；所述外圓柱面的軸向高度與車削機床的卡盤夾持寬度相適應(yīng)。這里的假背錐僅 僅是為了保證本方案錐齒輪與現(xiàn)有錐齒輪形狀的相似，而并不是用于錐齒輪的近似設(shè)計和 制造。進一步的，為了避免崩裂對大端齒頂圓以下齒成型區(qū)域的影響，錐齒輪的大端齒 根位于外圓柱面內(nèi)。進一步的，所述外輪廓面包括法向與面錐軸向平行的圓環(huán)狀后端面，所述后端面 相對外圓位于假背錐軸向上的另一側(cè)，所述后端面與假背錐錐面相交且相交處通過圓角過渡。為了進一步的防止大端齒頂圓處的崩裂不良，所述面錐錐面與外圓柱面的相交處 通過圓角過渡。進一步的，所述外輪廓面包括與面錐同軸的內(nèi)錐的錐面，所述內(nèi)錐與面錐錐頂朝 向相反，所述內(nèi)錐錐面與面錐錐面相交且相交處通過圓角過渡，所述內(nèi)錐錐面與面錐錐面 相交的棱邊構(gòu)成錐齒輪的小端齒頂圓。
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面錐錐面同外圓柱面和內(nèi)錐錐面相交處均通過圓角過渡，有效避免大、小端齒頂 圓處的應(yīng)力集中，避免在后續(xù)的銑齒過程中形成崩裂不良品。同時上述各圓角過渡的設(shè)置 還能有效避免尖銳部位劃傷操作人員。而從形狀上看，本方案的錐齒輪并不能對加工過程有所改善，尤其是在同時設(shè)置 面錐、外圓、假背錐時。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，按現(xiàn)有加工方法及加工思路的教導(dǎo)，均 會認為該外圓是在完成面錐、假背錐的加工之后通過打磨形成的，需要額外增加外圓的成 型步驟，因此必然導(dǎo)致加工步驟的增加、加工效率的降低。但實際上，由于外圓的增加，避開 “背錐與節(jié)錐垂直”這一設(shè)計準則，能夠方便的對現(xiàn)有加工步驟的順序進行調(diào)整，從而大大 提高加工效率。本發(fā)明錐齒輪的加工方法，包括如下步驟1)錐齒輪的外輪廓面包括面錐錐面、 與面錐同軸的外圓的柱面，外圓柱面和面錐錐面相交且相交處棱邊構(gòu)成錐齒輪的大端齒頂 圓；通過鍛造或鑄造制作形狀與錐齒輪形狀相適應(yīng)的齒坯，所述齒坯的外輪廓面包括與面 錐錐面對應(yīng)的錐面和與外圓柱面對應(yīng)的柱面；2)通過齒坯外輪廓面中與外圓柱面對應(yīng)的 柱面將齒坯固定于機床，且齒坯外輪廓面中與面錐錐面對應(yīng)的錐面朝向固定側(cè)；3)車削成 型相對面錐位于外圓另一側(cè)的錐齒輪外輪廓面；4)車削成型錐齒輪的軸孔；5)卸下齒坯并 翻轉(zhuǎn)齒坯，然后通過軸孔將齒坯重新固定于機床，且齒坯外輪廓面中與面錐錐面對應(yīng)的錐 面朝向加工側(cè)；6)依次車削成型錐齒輪的面錐錐面、面錐錐面與外圓柱面相交處的圓角過 渡、外圓柱面；7)齒成型；8)熱處理?，F(xiàn)有的錐齒輪加工工藝加工軸孔、后端面及內(nèi)錐時必須依靠齒坯外圓柱面定位夾 緊，而現(xiàn)有錐齒輪，其背錐是與齒輪的節(jié)錐垂直、與內(nèi)錐平行的，因此軸孔、后端面及內(nèi)錐必 須在加工背錐之前加工，而加工軸孔、后端面與內(nèi)錐分處齒輪的兩面，因此二者必須分開加 工，這就至使加工時必須增加一個翻面的動作。另外，加工背錐時，夾具需要依靠內(nèi)錐與面 錐之間的一個過渡平面定位，而此平面在加工面錐后不存在或變短因而不能以此定位，因 此背錐必須在面錐成形之前加工，所以在此處又增加了 一個翻面動作。而本發(fā)明的錐齒輪由于避開“背錐與節(jié)錐垂直”這一設(shè)計準則，外輪廓面各組成 部分的加工順序能夠合理優(yōu)化，整個加工過程中，僅需固定兩次、翻轉(zhuǎn)一次，步驟少、操作簡 單，從而直接減少齒輪翻面及重新裝夾次，極大地提高齒輪質(zhì)量及加工效率，能降低導(dǎo)致崩 裂不良的幾率。在設(shè)置有假背錐時，進一步的，所述錐齒輪相對面錐位于外圓另一側(cè)的外輪廓面 包括假背錐的錐面，所述假背錐與面錐同軸且錐底相對，所述外圓柱面的兩端分別與假背 錐和面錐的錐面相交；所述齒坯的外輪廓面包括與假背錐錐面對應(yīng)的錐面；所述假背錐成 型于所述步驟3)。作為一種優(yōu)選方案，所述錐齒輪相對面錐位于外圓另一側(cè)的外輪廓面包括相交的 假背錐錐面和圓環(huán)狀后端面；所述假背錐與面錐同軸且錐底相對，所述外圓柱面的兩端分 別與假背錐和面錐的錐面相交；所述后端面法向與面錐軸向平行，所述后端面相對外圓位 于假背錐軸向上的另一側(cè)；所述齒坯的外輪廓面包括與假背錐錐面對應(yīng)的錐面和與后端面 對應(yīng)的圓環(huán)面；所述步驟3)依次車削成型后端面、假背錐錐面與后端面相交處的圓角過 渡、假背錐錐面。在設(shè)置有內(nèi)錐時，進一步的，所述錐齒輪外輪廓面包括內(nèi)錐的錐面，所述內(nèi)錐與面錐錐頂朝向相反，所述內(nèi)錐錐面與面錐錐面相交且相交處棱邊構(gòu)成錐齒輪的小端齒頂圓； 在所述步驟6)之后、步驟7)之前車削成型內(nèi)錐錐面，并成型面錐錐面與內(nèi)錐錐面相交處的 圓角過渡。本發(fā)明的錐齒輪及其加工方法，通過錐齒輪外輪廓面的改變，提高了加工效率、成 品率，降低生產(chǎn)成本，取得了本領(lǐng)域技術(shù)人員所預(yù)料不到的技術(shù)效果，克服了長期以來錐齒 輪的設(shè)計定勢，提供了一種新的設(shè)計和加工思路，并取得了比現(xiàn)有技術(shù)更好的加工效果。


圖1是現(xiàn)有圓錐齒輪的軸向剖視圖；圖2是本發(fā)明圓錐齒輪的軸向剖視圖；圖3是本發(fā)明錐齒輪及現(xiàn)有錐齒輪的比較圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。如圖2所示，本發(fā)明的錐齒輪，其外輪廓面通過車削成型包括面錐1的錐面，所述 外輪廓面還包括與面錐1同軸并相交的外圓3的柱面，所述外圓3直徑與面錐1錐底圓直 徑相等并構(gòu)成錐齒輪的最大外徑，所述面錐1錐面與外圓3柱面相交的棱邊構(gòu)成錐齒輪的 大端齒頂圓。上述最大直徑即錐齒輪的理論外徑。本方案的錐齒輪沒有采用現(xiàn)有錐齒輪背錐的設(shè)計，克服了長期以來錐齒輪的設(shè)計 定勢，也可以說是克服了本領(lǐng)域技術(shù)人員的技術(shù)偏見，提供了一種新的設(shè)計思路。本方案的 錐齒輪由于外圓3的設(shè)置，其成品的體積是大于同規(guī)格的現(xiàn)有錐齒輪的，因此對于本領(lǐng)域 技術(shù)人員而言必定認為其材料用量是增加的。雖然成品體積有所增加，但實際上由于外圓 3由始至終均存在，齒坯外輪廓面能夠加工成與成品錐齒輪外形相適應(yīng)的形狀，即包括面錐 1、外圓3，相較于現(xiàn)有圓環(huán)狀粗坯，面錐1加工余量小，沿車削路徑，加工余量一致，與現(xiàn)有 三角形切削區(qū)域相比，車削循環(huán)少，加工效率極高、精度高，其齒坯制作中實際上節(jié)省了大 量的材料。而且通過外圓3的設(shè)置，在放置、搬運時，均能通過外圓3柱面接觸，避免了尖銳 部位的存在，在整個齒輪加工過程中能夠有效防止大端齒頂圓的崩裂不良。在本方案中取消了現(xiàn)有背錐的設(shè)置。但進一步的，為了節(jié)省材料、方便加工，保證 與現(xiàn)有錐齒輪外形的相似，避免改動與錐齒輪相配合的齒輪箱等結(jié)構(gòu)，所述外輪廓面包括 與面錐1同軸且錐底相對的假背錐2的錐面，所述外圓3柱面的軸向兩端分別與假背錐2 和面錐1的錐面相交；所述外圓3柱面的軸向高度與車削機床的卡盤夾持寬度相適應(yīng)。這 里的假背錐2僅僅是為了保證本方案錐齒輪與現(xiàn)有錐齒輪形狀的相似，而并不是用于錐齒 輪的近似設(shè)計和制造，因此應(yīng)當僅理解為錐齒輪背部的錐，將其稱之為假背錐2是為了方 便稱呼和理解，其錐頂角可以與現(xiàn)有錐齒輪的背錐相同、也可以不相同。進一步的，為了保證齒的整個外側(cè)均為平面，避免崩裂對大端齒頂圓以下齒成型 區(qū)域的影響，錐齒輪的大端齒根位于外圓3柱面內(nèi)。根據(jù)錐齒輪的不同，相對面錐1位于外圓3另一側(cè)的錐齒輪外輪廓面可以是任意 的，但必然包括一個法向與錐齒輪軸線平行的面作為加工面錐1時的基準面。最好的，所述 外輪廓面包括法向與面錐1軸向平行的圓環(huán)狀后端面5，所述后端面5相對外圓3位于假背錐2軸向上的另一側(cè)，所述后端面5與假背錐2錐面相交且相交處通過圓角過渡。采用上 述后端面5作為加工面錐1時的基準面，加工方便，后端面5與面錐1軸向距離最近，因此 定位精度高；同時，后端面5的設(shè)置及后端面5與假背錐2之間圓角過渡的設(shè)置，在放置、搬 運時，還能通過后端面5接觸，減少崩裂不良品，該放置方式的穩(wěn)定性更好。為了進一步的防止大端齒頂圓處的崩裂不良，所述面錐1錐面與外圓3柱面的相 交處通過圓角過渡。通過假背錐2或工裝的設(shè)置使外圓3與機床脫離，面錐1錐面與外圓3 柱面可在通過一個步驟加工完成，因此該圓角過渡能夠直接車削成型，無需增加加工步驟。內(nèi)錐在錐齒輪的設(shè)計中并不是必須的，如一大一小兩個相配合的錐齒輪，可僅在 大輪上設(shè)置內(nèi)錐。為了在設(shè)置有內(nèi)錐時，避免小端齒頂圓處的崩裂，所述外輪廓面包括與面 錐1同軸的內(nèi)錐4的錐面，所述內(nèi)錐4與面錐2錐頂朝向相反，所述內(nèi)錐4錐面與面錐1錐 面相交且相交處通過圓角過渡，所述內(nèi)錐4錐面與面錐1錐面相交的棱邊構(gòu)成錐齒輪的小 端齒頂圓。面錐1錐面同外圓3柱面和內(nèi)錐4錐面相交處均通過圓角過渡，有效避免大、小端 齒頂圓處的應(yīng)力集中，避免在后續(xù)的銑齒過程中形成崩裂不良品。崩裂不良品的減少，能有 效減少返工打磨步驟，徹底避免由于打磨產(chǎn)生的倒毛刺。上述各圓角過渡能有效避免尖銳 部位劃傷操作人員。從形狀上看，本方案的錐齒輪并不能對加工過程有所改善，尤其是在同時設(shè)置面 錐1、外圓3、假背錐2時。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，按現(xiàn)有加工方法及加工思路的教導(dǎo)， 均會認為該外圓3是在完成面錐1、假背錐2的加工之后通過打磨形成的，需要額外增加外 圓3的成型步驟，因此必然導(dǎo)致加工步驟的增加、加工效率的降低。但實際上，由于外圓3 的增加，避開“背錐與節(jié)錐垂直”這一設(shè)計準則，能夠方便的對現(xiàn)有加工步驟的順序進行調(diào) 整，從而大大提高加工效率。具體的，錐齒輪的加工方法，包括如下步驟1)錐齒輪的外輪廓面包括面錐1錐 面、與面錐1同軸的外圓3的柱面，外圓3柱面和面錐1錐面相交且相交處棱邊構(gòu)成錐齒輪 的大端齒頂圓；通過鍛造或鑄造制作形狀與錐齒輪形狀相適應(yīng)的齒坯，所述齒坯的外輪廓 面包括與面錐1錐面對應(yīng)的錐面和與外圓3柱面對應(yīng)的柱面；2)通過齒坯外輪廓面中與外 圓3柱面對應(yīng)的柱面將齒坯固定于機床，且齒坯外輪廓面中與面錐1錐面對應(yīng)的錐面朝向 固定側(cè)；3)車削成型相對面錐1位于外圓3另一側(cè)的錐齒輪外輪廓面；4)車削成型錐齒輪 的軸孔；5)卸下齒坯并翻轉(zhuǎn)齒坯，然后通過軸孔將齒坯重新固定于機床，且齒坯外輪廓面 中與面錐1錐面對應(yīng)的錐面朝向加工側(cè)；6)依次車削成型錐齒輪的面錐1錐面、面錐1錐 面與外圓3柱面相交處的圓角過渡、外圓3柱面；7)齒成型；8)熱處理。上述的固定側(cè)即靠近機床卡盤的一側(cè)，加工側(cè)即靠近加工刀具的一側(cè)?，F(xiàn)有的錐齒輪加工工藝加工軸孔、后端面5及內(nèi)錐4時必須依靠齒坯外圓柱定位 夾緊，而現(xiàn)有錐齒輪，其背錐是與齒輪的節(jié)錐垂直、與內(nèi)錐4平行的，因此軸孔、后端面5及 內(nèi)錐4必須在加工背錐之前加工，而加工軸孔、后端面5與內(nèi)錐4分處齒輪的兩面，因此二 者必須分開加工，這就至使加工時必須增加一個翻面的動作。另外，加工背錐時，夾具需要 依靠內(nèi)錐4與面錐1之間的一個過渡平面定位，而此平面在加工面錐1后不存在或變短因 而不能以此定位，因此背錐必須在面錐1成形之前加工，所以在此處又增加了一個翻面動 作。
而本方案的錐齒輪由于避開“背錐與節(jié)錐垂直”這一設(shè)計準則，采用在保證理論外 徑的基礎(chǔ)上增加外圓3的設(shè)計。因此無需考慮背錐是與齒輪的節(jié)錐垂直、與內(nèi)錐4平行的， 外輪廓面各組成部分的加工順序能夠合理優(yōu)化，將外輪廓面的所有組成分為左側(cè)外輪廓面 和右側(cè)外輪廓面，整個加工過程中，僅需固定兩次、翻轉(zhuǎn)一次，就能分別完成左側(cè)外輪廓面、 右側(cè)外輪廓面的加工，從而直接減少齒輪翻面及重新裝夾次，極大地提高齒輪質(zhì)量及加工 效率。在加工左側(cè)外輪廓面時，通過齒坯與外圓3柱面對應(yīng)的柱面固定，以相對外圓3位 于面錐1另一側(cè)的錐齒輪端面作為定位基準，如以內(nèi)錐4與面錐1之間的一個過渡平面定 位；在加工右側(cè)外輪廓面時，通過軸孔固定，保證兩側(cè)外輪廓面的同軸，以相對面錐1位于 外圓3另一側(cè)的錐齒輪端面作為定位基準，如以后端面5定位。在設(shè)置有假背錐2時，所述錐齒輪相對面錐1位于外圓3另一側(cè)的外輪廓面包括 假背錐2的錐面，所述假背錐2與面錐1同軸且錐底相對，所述外圓3柱面的兩端分別與假 背錐2和面錐1的錐面相交；所述齒坯的外輪廓面包括與假背錐2錐面對應(yīng)的錐面；所述假 背錐2成型于所述步驟3)。在設(shè)置有假背錐2、后端面5時，所述錐齒輪相對面錐1位于外圓3另一側(cè)的外輪 廓面包括相交的假背錐2錐面和圓環(huán)狀后端面5 ；所述假背錐2與面錐1同軸且錐底相對， 所述外圓3柱面的兩端分別與假背錐2和面錐1的錐面相交；所述后端面5法向與面錐1 軸向平行，所述后端面5相對外圓3位于假背錐2軸向上的另一側(cè)；所述齒坯的外輪廓面包 括與假背錐2錐面對應(yīng)的錐面和與后端面5對應(yīng)的圓環(huán)面；所述步驟3)依次車削成型后端 面5、假背錐2錐面與后端面5相交處的圓角過渡、假背錐2錐面。后端面5、假背錐2錐面 與后端面5相交處的圓角過渡、假背錐2錐面一刀成型，加工效率高。在設(shè)置有內(nèi)錐4時，所述錐齒輪外輪廓面包括內(nèi)錐4的錐面，所述內(nèi)錐4與面錐2 錐頂朝向相反，所述內(nèi)錐4錐面與面錐1錐面相交且相交處棱邊構(gòu)成錐齒輪的小端齒頂圓； 在所述步驟6)之后、步驟7)之前車削成型內(nèi)錐4錐面，并成型面錐1錐面與內(nèi)錐4錐面相 交處的圓角過渡。內(nèi)錐4成型與面錐1之后，克服了內(nèi)錐4成型與面錐1之前時，由于刀具 角度問題，面錐1成型時無法同時在小端齒頂圓處形成圓弧過渡的問題。內(nèi)錐4可以直接 通過車削成型，當為了節(jié)省材料、方便加工，最好的，在齒坯上設(shè)置與內(nèi)錐4對應(yīng)的錐面。與現(xiàn)有錐齒輪相比，本方案錐齒輪的設(shè)計理論和齒的成型理論均不會發(fā)生變化。 具體的講，在設(shè)計時，同樣可以通過輔助線的形式借助背錐進行設(shè)計；齒成型后的測量，可 以通過計算獲得的或者在計算機輔助設(shè)計時測量的特征尺寸進行代替、或者通過數(shù)控機床 直接進行測量。實施例用于汽車差速器的從動錐齒輪，額定扭矩為400N m，主減速比為41/8，結(jié)構(gòu)如圖 2所示，錐齒輪中心為軸孔，錐齒輪外輪廓面通過車削而成包括面錐1錐面、假背錐2錐面、 內(nèi)錐4錐面、外圓3柱面、后端面5。所述假背錐2與面錐1同軸且錐底相對，所述外圓3柱 面的軸向兩端分別與假背錐2和面錐1的錐面相交；所述內(nèi)錐4與面錐2錐頂朝向相反，所 述內(nèi)錐4錐面與面錐1錐面相交；所述后端面5為圓環(huán)狀其法向與面錐1軸向平行，所述后 端面5相對外圓3位于假背錐2軸向上的另一側(cè)。外圓3柱面的軸向高度與車削機床的卡 盤夾持寬度相適應(yīng)，且錐齒輪的大端齒根位于外圓3柱面內(nèi)。所述外圓3直徑與面錐1錐
9底圓直徑相等并構(gòu)成錐齒輪的最大外徑，所述面錐1錐面與外圓3柱面相交的棱邊構(gòu)成錐 齒輪的大端齒頂圓，內(nèi)錐4錐面與面錐1錐面相交的棱邊構(gòu)成錐齒輪的小端齒頂圓。假背 錐2錐面與后端面5相交處、面錐1錐面與外圓3柱面相交處、內(nèi)錐4錐面與面錐1錐面相 交處均通過圓角過渡。加工方法包括如下步驟1)錐齒輪的外輪廓面包括面錐1錐面、外圓3柱面、假背 錐2錐面、圓環(huán)狀后端面5、內(nèi)錐4錐面；通過鍛造或鑄造制作形狀與錐齒輪形狀相適應(yīng)的 齒坯，所述齒坯的外輪廓面包括與面錐1錐面對應(yīng)的錐面、與外圓3柱面對應(yīng)的柱面、與假 背錐2錐面對應(yīng)的錐面、與后端面5對應(yīng)的圓環(huán)面、與內(nèi)錐4錐面對應(yīng)的錐面；2)通過齒坯 外輪廓面中與外圓3柱面對應(yīng)的柱面將齒坯固定于機床，且齒坯與假背錐2錐面對應(yīng)的錐 面朝向加工側(cè)；3)依次車削成型后端面5、假背錐2錐面與后端面5相交處的圓角過渡、假 背錐2錐面；4)車削成型錐齒輪的軸孔；5)卸下齒坯并翻轉(zhuǎn)齒坯，然后通過軸孔將齒坯重 新固定于機床，且齒坯外輪廓面中與面錐1錐面對應(yīng)的錐面朝向加工側(cè)；6)依次車削成型 錐齒輪的面錐1錐面、面錐1錐面與外圓3柱面相交處的圓角過渡、外圓3柱面；車削成型 內(nèi)錐4錐面，并成型面錐1錐面與內(nèi)錐4錐面相交處的圓角過渡；7)齒成型；8)熱處理。具體的講，本實施例的左側(cè)外輪廓面包括假背錐2錐面、后端面5、軸孔內(nèi)表面 ’左 側(cè)外輪廓面包括外圓3柱面、面錐1錐面、內(nèi)錐4錐面。在加工左側(cè)外輪廓面時，通過齒坯 與外圓3柱面對應(yīng)的柱面固定，以內(nèi)錐4與面錐1之間的一個過渡平面定位，該過渡平臺在 面錐1錐面與內(nèi)錐4錐面相交處圓角過渡成型后消失；在加工右側(cè)外輪廓面時，通過軸孔固 定，保證兩側(cè)外輪廓面的同軸，以后端面5定位。根據(jù)工程試驗結(jié)果，成品率由現(xiàn)有的80%提高至90%以上，每件錐齒輪的平均加 工時間由8分鐘減少至2. 5分鐘，材料利用率由56. 提高至73. 2%。與現(xiàn)有錐齒輪的比較圖如圖3所示，圖3中虛線7表示的為現(xiàn)有錐齒輪的輪廓線。采用與現(xiàn)有錐齒輪相同材料、熱處理工藝制成的樣品進行了疲勞測試，試驗輸入 轉(zhuǎn)速為958r/min，輸入扭轉(zhuǎn)為400N m，結(jié)果如表1所示，完全符合相關(guān)標準的要求。表1、實施例中錐齒輪的疲勞試驗結(jié)果
權(quán)利要求
錐齒輪，其外輪廓面通過車削成型包括面錐(1)的錐面，其特征在于所述外輪廓面還包括與面錐(1)同軸并相交的外圓(3)的柱面，所述外圓(3)直徑與面錐(1)錐底圓直徑相等并構(gòu)成錐齒輪的最大外徑，所述面錐(1)錐面與外圓(3)柱面相交的棱邊構(gòu)成錐齒輪的大端齒頂圓。
2.如權(quán)利要求1所述的錐齒輪，其特征在于所述外輪廓面包括與面錐(1)同軸且錐 底相對的假背錐(2)的錐面，所述外圓(3)柱面的軸向兩端分別與假背錐(2)和面錐(1) 的錐面相交；所述外圓(3)柱面的軸向高度與車削機床的卡盤夾持寬度相適應(yīng)。
3.如權(quán)利要求2所述的錐齒輪，其特征在于錐齒輪的大端齒根位于外圓(3)柱面內(nèi)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的錐齒輪，其特征在于所述外輪廓面包括法向與面錐(1)軸 向平行的圓環(huán)狀后端面(5)，所述后端面(5)相對外圓(3)位于假背錐(2)軸向上的另一 側(cè)，所述后端面(5)與假背錐(2)錐面相交且相交處通過圓角過渡。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的錐齒輪，其特征在于所述面錐⑴錐面與外圓(3)柱 面的相交處通過圓角過渡。
6.如權(quán)利要求1、2或3所述的錐齒輪，其特征在于所述外輪廓面包括與面錐(1)同軸 的內(nèi)錐⑷的錐面，所述內(nèi)錐⑷與面錐⑵錐頂朝向相反，所述內(nèi)錐⑷錐面與面錐(1) 錐面相交且相交處通過圓角過渡，所述內(nèi)錐(4)錐面與面錐(1)錐面相交的棱邊構(gòu)成錐齒 輪的小端齒頂圓。
7.錐齒輪的加工方法，包括如下步驟1)錐齒輪的外輪廓面包括面錐(1)錐面、與面錐(1)同軸的外圓(3)的柱面，外圓(3) 柱面和面錐(1)錐面相交且相交處棱邊構(gòu)成錐齒輪的大端齒頂圓；通過鍛造或鑄造制作形 狀與錐齒輪形狀相適應(yīng)的齒坯，所述齒坯的外輪廓面包括與面錐(1)錐面對應(yīng)的錐面和與 外圓(3)柱面對應(yīng)的柱面；2)通過齒坯外輪廓面中與外圓(3)柱面對應(yīng)的柱面將齒坯固定于機床，且齒坯外輪廓 面中與面錐(1)錐面對應(yīng)的錐面朝向固定側(cè)；3)車削成型相對面錐(1)位于外圓(3)另一側(cè)的錐齒輪外輪廓面；4)車削成型錐齒輪的軸孔；5)卸下齒坯并翻轉(zhuǎn)齒坯，然后通過軸孔將齒坯重新固定于機床，且齒坯外輪廓面中與 面錐(1)錐面對應(yīng)的錐面朝向加工側(cè)；6)依次車削成型錐齒輪的面錐(1)錐面、面錐(1)錐面與外圓(3)柱面相交處的圓角 過渡、外圓⑶柱面；7)齒成型；8)熱處理。
8.如權(quán)利要求7所述的錐齒輪的加工方法，其特征在于所述錐齒輪相對面錐(1)位 于外圓(3)另一側(cè)的外輪廓面包括假背錐(2)的錐面，所述假背錐(2)與面錐(1)同軸且 錐底相對，所述外圓⑶柱面的兩端分別與假背錐⑵和面錐⑴的錐面相交；所述齒坯的 外輪廓面包括與假背錐(2)錐面對應(yīng)的錐面；所述假背錐(2)成型于所述步驟3)。
9.如權(quán)利要求7或8所述的錐齒輪的加工方法，其特征在于所述錐齒輪相對面錐(1) 位于外圓(3)另一側(cè)的外輪廓面包括相交的假背錐(2)錐面和圓環(huán)狀后端面(5)；所述假 背錐(2)與面錐(1)同軸且錐底相對，所述外圓(3)柱面的兩端分別與假背錐(2)和面錐(1)的錐面相交；所述后端面(5)法向與面錐(1)軸向平行，所述后端面(5)相對外圓(3) 位于假背錐(2)軸向上的另一側(cè)；所述齒坯的外輪廓面包括與假背錐(2)錐面對應(yīng)的錐面 和與后端面(5)對應(yīng)的圓環(huán)面；所述步驟3)依次車削成型后端面(5)、假背錐(2)錐面與 后端面(5)相交處的圓角過渡、假背錐(2)錐面。
10.如權(quán)利要求7或8所述的錐齒輪的加工方法，其特征在于所述錐齒輪外輪廓面包 括內(nèi)錐⑷的錐面，所述內(nèi)錐⑷與面錐⑵錐頂朝向相反，所述內(nèi)錐⑷錐面與面錐⑴ 錐面相交且相交處棱邊構(gòu)成錐齒輪的小端齒頂圓；在所述步驟6)之后、步驟7)之前車削成 型內(nèi)錐(4)錐面，并成型面錐(1)錐面與內(nèi)錐(4)錐面相交處的圓角過渡。
全文摘要
本發(fā)明涉及齒輪及其加工工藝，提供了一種節(jié)省材料、加工方便、成品率高的錐齒輪及錐齒輪的加工方法，該錐齒輪的外輪廓面包括與面錐1同軸并相交的外圓3的柱面，外圓3直徑與面錐1錐底圓直徑相等并構(gòu)成錐齒輪的最大外徑，面錐1錐面與外圓3柱面相交的棱邊構(gòu)成錐齒輪的大端齒頂圓。加工方法為1)通過鍛造或鑄造制作形狀與錐齒輪形狀相適應(yīng)的齒坯；2)通過與外圓對應(yīng)的齒坯柱面將其固定于機床；3)車相對面錐位于外圓另一側(cè)的錐齒輪外輪廓面；4)車錐齒輪軸孔；5)卸下齒坯并翻轉(zhuǎn)，通過軸孔將齒坯重新固定于機床；6)依次車錐齒輪的面錐、面錐與外圓的圓角過渡、外圓；7)齒成型；8)熱處理。適用于各類錐齒輪及其加工。
文檔編號B23P23/04GK101852284SQ20101020662
公開日2010年10月6日 申請日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日
發(fā)明者嚴智毅, 彭文華, 楊忠學, 楊霞, 汪紅明, 洪桓桓, 肖強, 鄧杰, 郭凱, 龍思源 申請人:四川建安工業(yè)有限責任公司