專利名稱:用于漸開線齒輪的成形滾軋方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本公開總體上涉及一種用于漸開線齒輪的成形滾軋方法。
背景技術(shù):
根據(jù)已知的用于形成齒輪的方法,其上形成預(yù)定齒廓的模具被擠壓至圓筒形坯料以形成具有預(yù)定構(gòu)形的齒輪。在這些情形下,例如,應(yīng)用用于成形滾軋的圓形模具,該圓形模具具有能夠與待制造的齒輪相接合的齒廓。一般地,兩個用于成形滾軋的圓形模具轉(zhuǎn)動以及移動從而靠近工件,以將模具擠壓至工件。用于成形滾軋的圓形模具被逐漸擠壓,從而移動至最終位置以便形成齒輪。在通過使用用于成形滾軋的圓形模具形成齒輪的情況中,首先,用于成形滾軋的圓形模具的齒的齒頂部與工件的表面相接觸。通過圓形模具的齒的齒頂部的接觸,在工件表面上形成間歇擠壓凹口。通過將用于成形滾軋的圓形模具逐漸擠壓至工件,用于成形滾軋的圓形模具的齒推入到工件中,從而形成齒輪的槽底部。另一方面,在與槽底部相鄰的部分處,工件坯料凸起,從而形成齒輪的齒部。當(dāng)用于成形滾軋的圓形模具相對于工件被擠壓至預(yù)定位置時,形成了齒輪的期望構(gòu)形。圖2示出了在已知的漸開線齒輪的制造過程中模具20開始接觸工件10的狀態(tài) (即模具20的接觸狀態(tài))。模具20通過驅(qū)動機(jī)構(gòu)的致動而轉(zhuǎn)動。工件10通過模具20被驅(qū)動。一般地,另一個模具20布置于工件10的相對側(cè),并且工件10由一對模具20、20擠壓。在圖2所示的狀態(tài)中,模具20的齒頂部21壓入到工件10中,從而形成凹口 11。通過在對模具20進(jìn)行轉(zhuǎn)動的同時將模具20的軸線X2移向工件10的軸線XI,模具20的齒頂部 21逐漸并且接續(xù)地壓入到凹口 11中,使得凹口 11的尺寸被更寬并且更深地擴(kuò)大。工件10 的定位于凹口 11處的基材在凹口 11的兩側(cè)凸起,從而形成齒輪齒。圖3示出了模具20的齒頂部21以一定程度推入或壓入到工件10中的成形滾軋期間的中間狀態(tài)。模具20在進(jìn)行轉(zhuǎn)動的同時移動為更靠近工件10、壓入到工件10中從而形成凹口 11,并且,同時地,模具20的齒頂部21在徑向方向上對工件10進(jìn)行擠壓從而在模具20移離工件10時使凹口 11形成為更深并且在圓周方向上將凹口 11擴(kuò)展為更寬,使得凹口 11的相鄰部塑性變形,從而形成齒輪齒。圖4示出了完成了將模具20壓入到工件10中的狀態(tài)。通過成形滾軋而形成的齒輪W的每個齒12與模具20的齒22相接合而不具有間隙。在這些情形下,齒輪W的齒深對應(yīng)于模具20的齒深。齒輪W包括具有半徑rgl的基圓Cl,而模具20包括具有半徑rg2的基圓C2。每一個齒12包括漸開線齒廓,并且模具20的節(jié)圓Cp2與齒輪W的節(jié)圓Cpl在節(jié)點P處相切。節(jié)點P對應(yīng)于連接齒輪W的中心Xl和模具20的中心X2的線與齒輪W的基圓Cl和模具20的基圓C2的公切線L的交點。由從齒輪W的中心Xl或模具20的中心X2 畫至公切線L的垂直線與連接齒輪W的中心Xl和模具20的中心X2的線形成的角對應(yīng)于嚙合壓力角aw。嚙合壓力角是在將兩個漸開線齒輪嚙合時限定的,因此,嚙合壓力角在齒輪的中心之間的距離變化時變化。另一方面,每個齒輪包括壓力角,所述壓力角是在節(jié)點與齒輪的基準(zhǔn)圓重合時限定的。對于每個齒輪或每個模具,限定基準(zhǔn)圓作為用于確定包括齒數(shù)、模數(shù)、壓力角、螺旋角或齒頂修正系數(shù)等的用于設(shè)計齒輪或模具的參數(shù)的基準(zhǔn)。在下文中,“壓力角”表示在基準(zhǔn)圓上限定的壓力角。圖5是示出了工件10的構(gòu)形的改變的解釋性視圖。圖5中的d0表示成形滾軋過程之前的工件10的表面。表示為區(qū)域A2的部分通過成形滾軋被擠壓,并且從受壓區(qū)域A2 移動的基材將會具有區(qū)域Al的體積,從而形成齒頂部。圖5中的dl示出了齒頂圓。圖5 中的d2示出了齒根圓。通常,基于待制造的齒輪W的構(gòu)形對模具20的齒輪構(gòu)形進(jìn)行設(shè)計。例如,形成模具20的技術(shù)參數(shù)包括齒數(shù)、模數(shù)、壓力角、螺旋角或齒頂修正系數(shù)等。一般地,在這些情形下,最有可能會應(yīng)用齒輪W的模數(shù)、壓力角和螺旋角,因為它們用于確定模具20的構(gòu)形,并且,當(dāng)需要時,對齒頂修正系數(shù)進(jìn)行微調(diào)整。因此,減少了用于設(shè)計模具20的工時和人力, 并且容易獲得用于形成具有期望構(gòu)形的齒輪W的模具20。一般地,模具20的直徑與齒輪W 的直徑不同,并且模具20的齒輪齒的數(shù)目將會大于齒輪W的齒輪齒的數(shù)目。為了使?jié)u開線齒輪彼此適當(dāng)?shù)亟雍?,相?yīng)的漸開線齒輪的基節(jié)必須彼此一致?;?jié)對應(yīng)于沿著特定齒的齒廓與和該特定齒相鄰的另一個齒的齒廓之間的公垂線測量的節(jié)距。即,即使兩個齒輪的齒的構(gòu)形和齒數(shù)彼此不同,但是只要齒之間的進(jìn)給距離相同,則這兩個齒輪仍適當(dāng)?shù)乇舜私雍?。一般地,使用齒輪的模數(shù)m和壓力角α如下限定基節(jié)。P= JI · m · COS α (等式 1)因此,通常,模具20的模數(shù)m和壓力角α能夠與齒輪W的模數(shù)m和壓力角α不同。但是,在已知的方法和構(gòu)造中,并不認(rèn)為相對于齒輪W的模數(shù)和壓力角對模具20的模數(shù)m和壓力角α的程度進(jìn)行設(shè)定是非常重要的。根據(jù)已知的成形滾軋方法,假設(shè)當(dāng)成形滾軋完成時模具與齒輪的嚙合狀態(tài)來對模具的構(gòu)形進(jìn)行設(shè)計。因此,例如,當(dāng)通過將模具壓入到工件中而形成齒輪的槽底部時,存在對于齒的每個接觸、模具的齒與工件的接觸位置在工件的圓周方向上變動的缺點。換句話說,在齒輪完全形成的狀態(tài)下,齒輪與模具在相應(yīng)的節(jié)圓處彼此相切,從而適當(dāng)?shù)亟雍稀R话愕?,對于設(shè)計模具,考慮模具的基準(zhǔn)圓上的節(jié)距、以及節(jié)圓上的節(jié)距,但是,當(dāng)設(shè)計模具時,并不特別地考慮齒頂節(jié)距(即相鄰齒的齒頂部之間的節(jié)距)。因此,在成形滾軋過程的初始階段在工件上形成的凹口的位置是不穩(wěn)定的。而且,根據(jù)情況,存在每次當(dāng)模具的齒頂部接觸工件時,凹口的位置在圓周方向上偏離的缺點。在這些情形下,除了凹口部的構(gòu)形以不適當(dāng)?shù)男螤钚纬芍?,由于工件的基材不必要地塑性變形,齒輪的精度下降并且可能會形成具有較差的機(jī)械特性的齒輪。為了解決前述缺點,例如,JPH1-37800U(即,稱為專利參考文獻(xiàn)1)公開了一種模具,其順序地設(shè)置有加工齒,所述加工齒包括接觸部、半成部、完成部以及導(dǎo)出部。利用專利參考文獻(xiàn)1中所公開的模具的構(gòu)造,每個部分的齒頂部的構(gòu)形、以及齒部之間的距離是改變的。因此,當(dāng)將模具壓入到工件中時,模具的齒頂部能夠被擠壓至期望位置,從而以適當(dāng)?shù)臉?gòu)形形成凹口。除了專利參考文獻(xiàn)1中的公開,例如,根據(jù)已知的方法,響應(yīng)于模具的軸向中心與工件的軸向中心之間距離的變短,對模具進(jìn)行更換,從而執(zhí)行成形滾軋。根據(jù)該方法,盡管形成了具有一定程度的精度的齒輪,但是模具的更換操作需要工時和人力。如上文所解釋地,已知的方法在使用圓形模具執(zhí)行成形滾軋時容許模具的被擠壓位置改變,并且構(gòu)造為在成形滾軋過程期間改變齒的構(gòu)形,以便補(bǔ)償模具的被擠壓位置的改變。因此,齒輪的制造操作將會是復(fù)雜的,并且增加了工時和制造成本。因此,存在對一種用于漸開線齒輪的成形滾軋方法的需要,該成形滾軋方法用于有效地形成漸開線齒輪,而不對工件施加過度塑性變形。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于前述情況,本公開提供一種用于漸開線齒輪的成形滾軋方法,其包括工件, 所述工件包括具有預(yù)定半徑的圓筒形外周表面;以及具有漸開線齒廓的圓形模具,所述圓形模具包括齒頂節(jié)距,該齒頂節(jié)距對應(yīng)于通過所述工件的外圓周的長度除以所述漸開線齒輪的齒數(shù)來限定的節(jié)距。當(dāng)成形滾軋所述漸開線齒輪時,所述圓形模具在轉(zhuǎn)動的同時擠壓至所述工件。根據(jù)本公開的構(gòu)造,應(yīng)用了包括具有預(yù)定半徑的圓筒形外周表面的工件以及具有漸開線齒廓的圓形模具,圓形模具包括齒頂節(jié)距,該齒頂節(jié)距對應(yīng)于通過工件的外圓周的長度除以漸開線齒輪的齒數(shù)來限定的節(jié)距,并且,在使圓形模具轉(zhuǎn)動的同時,工件與圓形模具擠壓至彼此。根據(jù)前述構(gòu)造,圓形模具的齒頂部接觸工件的外周表面上的位置,該位置與通過成形滾軋在加工工件的初始階段形成于工件的外周表面上的期望齒廓的節(jié)距一致, 并且,凹口在圓形模具的齒頂部接觸的位置處逐漸形成為更深。當(dāng)圓形模具的另一個齒輪齒隨后接續(xù)地接觸工件的外周表面上的另一個位置時,以前述方式形成的凹口用作引導(dǎo)凹槽。因此,就算圓形模具的齒輪齒的另一個齒的齒頂部接觸與預(yù)期位置略微不同的位置,凹口的構(gòu)形仍是穩(wěn)定的。模具在工件上首先形成的凹口的位置是關(guān)鍵的。通過使用此處公開的注重該關(guān)鍵點的方法,使用圓形模具以高操作效率通過成形滾軋形成了具有準(zhǔn)確構(gòu)形的漸開線齒輪。根據(jù)本公開的另一個方面,所述圓形模具的齒廓包括壓力角,該壓力角大于所述漸開線齒輪的壓力角。為了適當(dāng)?shù)貒Ш蠞u開線齒輪,每個齒輪滿足等式1中限定的條件。根據(jù)本公開的構(gòu)形,在滿足等式1中規(guī)定的條件的同時,所述圓形模具的壓力角被確定為大于待通過成形滾軋來形成的漸開線齒輪的壓力角。因此,相比于已知模具的齒頂部的構(gòu)形,圓形模具的齒頂部的構(gòu)形將會略微更尖。具體而言,根據(jù)本公開的構(gòu)造,齒輪齒的頂部的尺寸減小。根據(jù)本公開的構(gòu)造,由于待生產(chǎn)的漸開線齒輪的構(gòu)形是預(yù)定的,因此構(gòu)造為與待形成的漸開線齒輪相接合的圓形模具的齒廓的構(gòu)形被限制于預(yù)定范圍內(nèi)。而且,待形成的漸開線齒輪的齒深與圓形模具的齒深基本相同。因此,具有更大壓力角的圓形模具的齒在轉(zhuǎn)動方向上的驅(qū)動側(cè)包括齒面并且在轉(zhuǎn)動方向上的從動側(cè)包括齒面,它們布置為更靠近于所述齒的齒項部,因此,當(dāng)在沿著轉(zhuǎn)動軸線的方向上觀察所生產(chǎn)的齒輪時,齒輪的齒頂部的構(gòu)形變尖。通過應(yīng)用具有成更尖構(gòu)形的齒頂部的圓形模具,相對于工件的每單位接觸尺寸的擠壓載荷增加。因此,凹口能夠在成形滾軋的初始階段以推力可靠地形成于工件表面的最佳位置上。因此,當(dāng)凹口接受第二次擠壓成形時,圓形模具的齒容易被導(dǎo)入到凹口中,從而更準(zhǔn)確地執(zhí)行二次擠壓。而且,根據(jù)本公開的構(gòu)造,由于整體上模具的擠壓載荷減小,因此容易利用尺寸更小并且加工性能稍差的成形滾軋設(shè)備生產(chǎn)齒輪,因而減少了制造成本。而且,通過增加圓形模具的壓力角,齒根部的厚度將會相對于齒頂部的齒厚更大。根據(jù)前述構(gòu)造,施加于齒頂部的外力易于傳遞至齒根部,從而減小齒頂部或齒的整個范圍處的應(yīng)力集中。因此,抑制了齒頂部的破裂以及齒根部的疲勞斷裂,從而提高了圓形模具的使用壽命。
通過下文參照附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述,本公開的前述以及其它的特征和特性將變得更明顯,在所述附圖中圖1是示出了此處所公開的成形滾軋期間的工件和圓形模具的構(gòu)造的解釋性視圖;圖2是示出了根據(jù)已知方法的成形滾軋過程期間工件和模具的初始狀態(tài)的解釋性視圖;圖3是示出了根據(jù)已知方法的成形滾軋過程期間工件和模具的中期狀態(tài)的解釋性視圖;圖4是示出了根據(jù)已知方法的成形滾軋過程期間工件和模具的后期狀態(tài)的解釋性視圖;以及圖5是示出了根據(jù)已知方法的工件的構(gòu)形的改變的解釋性視圖。
具體實施例方式在下文中,將參照附圖的圖示對用于漸開線齒輪的成形滾軋方法的實施方式進(jìn)行解釋。根據(jù)實施方式的用于漸開線齒輪的成形滾軋方法涉及這樣一種用于形成齒輪的方法,該方法通過在使用包括圓筒形構(gòu)形在內(nèi)的工件來成形滾軋漸開線齒輪(即,下文稱為齒輪)時對圓形模具(即,下文稱為模具)相對于工件的接觸進(jìn)行優(yōu)化、并且隨后進(jìn)一步通過將模具適當(dāng)?shù)貕喝氲焦ぜ校哂懈呔惹以跈C(jī)械特性上是優(yōu)良的。如圖1所示,使用模具20實施工件10的成形滾軋。圖1中的下半部分示出了模具20開始對工件10進(jìn)行擠壓的狀態(tài)。圖1中的上半部分示出了成形滾軋過程完成的狀態(tài)。 形成在工件10上的凹口 11的節(jié)距Pl通過以下公式獲得P1 = 2 π · rO/Zl,其中,將工件 10的初始半徑限定為初始半徑ro并且將齒數(shù)限定為齒數(shù)Zl。工件10由成形滾軋設(shè)備可轉(zhuǎn)動地支承,從而能夠繞軸線Xl轉(zhuǎn)動。工件10可以被支承為對自身進(jìn)行驅(qū)動或者可以被支承為自由轉(zhuǎn)動。根據(jù)實施方式中所公開的構(gòu)造,由于凹口 11通過模具20形成于工件10的適當(dāng)位置處、并且模具20的齒頂部21在成形滾軋過程期間并未不必要地使工件10轉(zhuǎn)動,因此工件10被支承為自由轉(zhuǎn)動的構(gòu)造是足夠的。對于待形成的齒輪W,預(yù)定例如第一模數(shù)ml、第一壓力角α 1以及齒輪齒的數(shù)目Zl 等的各種技術(shù)參數(shù)。第一模數(shù)ml通過以下公式獲得ml = 2rl/Zl,其中,將齒輪W的基準(zhǔn)圓的半徑限定為半徑rl并且將齒輪齒的數(shù)目限定為齒輪齒數(shù)Z1。而且,假如將基準(zhǔn)圓上的周節(jié)限定為周節(jié)π -ml并且將壓力角限定為壓力角α 1, 則能夠基于前述等式1通過以下公式獲得齒輪W的基節(jié)PO :Ρ0= π · ml ^osa 1(等式 11)。另一方面,基于待形成的齒輪W的技術(shù)參數(shù)確定模具20的構(gòu)形。根據(jù)實施方式,模具20的齒頂節(jié)距(S卩,相鄰齒的齒頂部之間的節(jié)距)P2被確定為與凹口 11、11之間的節(jié)距Pl相同。根據(jù)前述構(gòu)造,凹口 11通過初始擠壓操作形成于最佳位置處。一旦凹口 11形成,則在下一個齒頂部與工件10相接觸時通過凹口 11對齒頂部21進(jìn)行引導(dǎo)。在對齒頂節(jié)距P2進(jìn)行了確定之后,對模數(shù)m2和第二壓力角α 2進(jìn)行確定。模具 20的基節(jié)PO被確定為滿足前述等式11。模具20的基節(jié)PO被確定為與齒輪W的基節(jié)相同。 假如基準(zhǔn)圓上的周節(jié)被確定為周節(jié)η · m2并且第二壓力角被確定為第二壓力角α 2,則模具20的基節(jié)PO被如下限定P0 = Ji · m2 · cos α 2 (等式12)。艮口,建立了以下關(guān)系ml · cos α 1 = m2 · cos α 2。根據(jù)實施方式的構(gòu)造,凹口 11需要通過模具20的齒頂部21可靠地形成在工件10 上。因此,齒頂部21可以形成為具有尖頂。通過使齒頂部21形成為具有尖頂,齒頂部21 接觸工件10的表面時的每單位面積的壓力增大。因此,齒頂部21可靠地推入或壓入到工件的表面中,從而防止了模具20的齒頂部21的位置相對于工件10的表面偏離。而且,當(dāng)齒頂部21在轉(zhuǎn)動的同時與工件10的表面相接觸時,通常地,在轉(zhuǎn)動方向上位于前側(cè)的、齒頂部21的拐角部首先接觸工件10。S卩,齒頂部21在相對于模具20的齒22的齒厚方向的中心位置沿轉(zhuǎn)動方向偏離至前向側(cè)的位置處接觸工件10的表面。當(dāng)齒頂部21的齒厚更大時,相對于齒22的齒厚方向的中心位置,齒頂部21的接觸位置的偏離可能會過度地增加, 使得齒頂部21與工件10的表面的與具體而言由齒頂部21在先形成的凹口 11不同的部分接觸的可能性增加。為了避免前述可能性,根據(jù)實施方式的模具20,第二壓力角α 2的角度被確定為更大,以便減小齒頂部21的厚度。模具20的基節(jié)如前所述地被預(yù)定。因此,相鄰齒之間的距離(間距)得到了大致預(yù)定。而且,由于預(yù)定了齒輪W的齒深,因此模具20的齒深被確定為預(yù)定值。在前述條件下增加第二壓力角α2的角度意味著基準(zhǔn)圓上的齒的傾斜(偏斜) 度減小。因此,越靠近齒頂部21,齒面就越靠近齒厚的中心。換句話說,當(dāng)?shù)诙毫铅?2 的角度增加時,齒22的梢端的厚度減小。圖1示意性地示出了模具20的第二壓力角α 2和齒輪W的第一壓力角α 1,它們分別在基準(zhǔn)圓上與滾動齒條30相切。圖1還示出了工件10的節(jié)圓Cpl和模具20的節(jié)圓 Cp2。節(jié)圓Cpl和節(jié)圓Cp2在作用線L上的節(jié)點P上彼此相切。將由節(jié)點P形成的壓力角限定為嚙合壓力角aw。如圖1所示,嚙合壓力角a w與基準(zhǔn)圓上的第一壓力角al和第二壓力角a2不同。在這些情形下,存在對于增加模具20的第二壓力角a 2的限制。S卩,當(dāng)?shù)诙毫莂 2的角度過度地增加時,設(shè)置于轉(zhuǎn)動方向上驅(qū)動側(cè)的齒面與設(shè)置于轉(zhuǎn)動方向上從動側(cè)的齒面在未保證必要的齒深水平的狀態(tài)下彼此相交。因此,當(dāng)設(shè)置于轉(zhuǎn)動方向上驅(qū)動側(cè)的齒面與設(shè)置于轉(zhuǎn)動方向上從動側(cè)的齒面的相交點定位于齒頂圓上時,第二壓力角a 2的角度被確定為最大。根據(jù)已知的成形滾軋方法,對于設(shè)計模具,并未考慮齒頂節(jié)距。只要由于成形滾軋方法將大程度的塑性變形施加至工件坯料而獲得了最終產(chǎn)品(即齒輪),就認(rèn)為制造過程中的缺點得到折中解決。根據(jù)實施方式的構(gòu)造,旨在解決成形滾軋過程的根本問題。根據(jù)實施方式的方法,通過成形滾軋以各種構(gòu)形和尺寸形成的齒輪形成為具有高精度以及優(yōu)良的機(jī)械特性。而且,根據(jù)實施方式的構(gòu)造,由于工件以可自由轉(zhuǎn)動支承的方式被充分地支承并且施加于模具的擠壓力減小,因此制造裝置的結(jié)構(gòu)得到了簡化并且減少了制造成本。實施方式的成形滾軋方法可應(yīng)用于包括正齒輪和螺旋齒輪在內(nèi)的漸開線齒輪。當(dāng)漸開線齒輪包括螺旋角β時,代替模數(shù)m,應(yīng)用的是端面模數(shù)mt,代替壓力角α,應(yīng)用的是端面壓力角α t(即,在將螺旋齒輪作為漸開線齒輪應(yīng)用的情況中),以便獲得與正齒輪作為漸開線齒輪應(yīng)用的情況類似的效果以及優(yōu)點。在這些情形下,基節(jié)P如下示出。P= Ji · mt · cos α t (等式 2)此處,建立了以下等式mt = m/cos β,tan α t = tan α /cos β。根據(jù)實施方式的成形滾軋方法,通過將螺旋角β設(shè)定為滿足等式2的參數(shù),能夠制造螺旋齒輪。根據(jù)實施方式的用于形成漸開線齒輪的成形滾軋方法可應(yīng)用于這樣的制造過程, 所述制造過程用于制造可應(yīng)用于任何部件的漸開線齒輪。
權(quán)利要求
1.一種用于漸開線齒輪的成形滾軋方法,包括工件(10),所述工件(10)包括具有預(yù)定半徑的圓筒形外周表面;以及具有漸開線齒廓的圓形模具(20),所述圓形模具00)包括齒頂節(jié)距,所述齒頂節(jié)距對應(yīng)于由所述工件(10)的外圓周的長度除以所述漸開線齒輪的齒數(shù)來限定的節(jié)距;其中當(dāng)成形滾軋所述漸開線齒輪時,所述圓形模具00)在轉(zhuǎn)動的同時被擠壓至所述工件 (10)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于漸開線齒輪的成形滾軋方法,其中,所述圓形模具00)的齒廓包括壓力角,該壓力角大于所述漸開線齒輪的壓力角。
全文摘要
一種用于漸開線齒輪的成形滾軋方法,其包括工件(10),所述工件(10)包括具有預(yù)定半徑的圓筒形外周表面;以及具有漸開線齒廓的圓形模具(20),所述圓形模具(20)包括齒頂節(jié)距,該齒頂節(jié)距對應(yīng)于通過所述工件(10)的外圓周的長度除以所述漸開線齒輪的齒數(shù)來限定的節(jié)距。當(dāng)成形滾軋所述漸開線齒輪時,所述圓形模具(20)在轉(zhuǎn)動的同時擠壓至所述工件(10)。
文檔編號B21H5/00GK102294419SQ20111016575
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月15日
發(fā)明者栗田信明, 永田英理 申請人:愛信精機(jī)株式會社