專利名稱:用于多齒分度裝置，特別是用于多齒分度盤的彈性端齒盤組的制作方法
本發(fā)明涉及一種用于多齒精密分度的彈性齒端齒盤組。
彈性齒多齒分度技術是在剛性齒多齒分度的基礎上發(fā)展起來的一項精密分度技術。
圖1(a)為現(xiàn)有的彈性齒端齒盤圖。
圖1(b)為現(xiàn)有的彈性齒端齒盤嚙合圖。
圖1(c)為現(xiàn)有的彈性齒端齒盤的齒形圖。
一九六七年，彈性齒分度臺在我國首次研制成功?，F(xiàn)有的用于多齒分度裝置，特別是多齒分度盤的彈性齒端齒盤組，是由具有徑向延伸端面齒的至少兩個圓環(huán)形端齒盤組成的。端面齒采用如圖1(e)所示的對稱齒形，在彈性齒端齒盤組中的每個盤及互相嚙合的每對盤上的端面齒都具有相同的齒寬、齒數(shù)及齒和齒槽的形狀。每個齒盤上的端面齒槽的底部開有軸向彈性槽，齒寬S與槽深t之比一般為1∶4到1∶8，齒形角α一般可取60°、45°、90°等，其中以60°最為常用，軸向彈性槽的寬度a一般為0.3-1毫米，齒向長度b通常在4～30毫米內(nèi)選擇。彈性齒多齒分度臺的分度最小間隔視其齒數(shù)而定，齒數(shù)為N時，最小分度值為
φmin＝ 360/(N) (1)在只有一對齒圈的分度臺上，只能分出φi＝ (i)/(N) 360(i＝1、2、…N)(2)這個角度，齒盤的材料一般采用優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼或合金鋼，并進行調(diào)質(zhì)、時效或齒面氮化等熱處理工藝。彈性齒多齒分度臺在工作時需施加較大的軸向力，其加力裝置可以是機械式的，氣動的及液壓的各種機構，包括動盤和定盤在內(nèi)的端齒盤組工作時，由能自動調(diào)心的加力裝置，通過動盤沿齒盤的齒圈軸線方向施以軸向嚙合力。由于齒形角α使嚙合面上產(chǎn)生一切向分力，這個力能使彈性齒產(chǎn)生彈性變形，變形的大小視每一嚙合齒組嚙合面間的相對誤差大小而正比地變化。當動盤齒圈與定盤齒圈上參與嚙合的齒已嚙合完畢，嚙合運動停止。從而獲得了一個分度定位位置。為了獲得另一個分度定位位置，則必須使動盤沿軸向升起一定高度后，與定盤脫嚙，再將動盤相對定盤轉(zhuǎn)過i(i＝1，2，…N-1)個齒，然后動盤落下，在這個新位置上重新與定盤嚙合。這一嚙合定位-脫齒-轉(zhuǎn)位-再嚙合定位的過程就完成了一次分度。
目前，現(xiàn)有的彈性齒多齒分度臺的分度精度已提高到0.2秒以內(nèi)。這也是美國Mooro特種工具公司在六十年代對剛性齒多齒分度臺已達到的精度。
現(xiàn)有的彈性齒是在每個齒槽的底部開有軸向彈性槽，使每個端面齒都形成一個懸臂梁。當兩個端齒盤嚙合時，如上所述，齒將產(chǎn)生彈性變形，同時也產(chǎn)生相應的彈性回復力。力與齒的彈性變形量成正比，故這一力也與齒圈上各嚙合齒之間的相對位置誤差的大小成正比。由于圓周上幾何分度誤差的封閉性，產(chǎn)生于圓周上的各齒彈性恢復力也趨于封閉。因此，彈性齒多齒分度臺對個別齒位置的較大加工誤差是不敏感的，這種不敏感性也可稱之為彈性補償作用。正是這種特性體現(xiàn)了彈性齒多齒分度技術的優(yōu)點。我們可以從理論上來分析彈性齒的這個優(yōu)點。
我們假設把彈性齒多齒分度臺的一個齒盤固定不動(稱為定盤)，另一個齒盤靠軸向嚙合運動及嚙合力使兩個齒盤嚙合定位。我們?nèi)粼邶X盤一側(cè)劃一軸向直線作為基準0線，假定定盤與動盤的0位線可以絕對對準。那么，我們定義第n個齒的幾何對稱軸線與這0位線之間實際夾角與理論夾角之差為幾何分度誤差;定盤記作ón′，動盤記作ón″。記第n齒的側(cè)向彎曲剛度，定盤為Kn′，動盤為Kn″，若嚙合能最終達到所有嚙合齒之間都無側(cè)隙(即“無隙嚙合”)，則動盤必定受到一個由各齒的變形形成的彈性回復力的合力矩M的作用M＝rΣn = 1N]]>(K′nδ′n+K″nδ″n) (3)式中r為齒節(jié)圓半徑。
因為嚙合后的齒盤處于靜止狀態(tài)，M＝0，故rΣn = 1N]]>(K′nδ′n+K″nδ″n)＝0 (4)
假如此時有條件Kn′＝Kn″＝K(n＝1，2，…，N)成立，則M＝rNK(Σn = 1N]]>δ′n+Σn = 1N]]>δ″n)＝0 (5)因為r、n、K都是不為0的正數(shù)，根據(jù)我們所設的任意性，必有Σn = 1N]]>δ′n＝Σn = 1N]]>δ″n＝0 (6)上式正是圓周分度誤差封閉的原理。這樣，我們從理論上證明了，當齒剛度一致及達到無隙嚙合時，在某一個嚙合定位位置上，彈性齒多齒分度臺的定位與齒的幾何位置誤差無關，且不產(chǎn)生造成分度臺誤差運動的扭矩。因此在上述條件下工作的彈性齒多齒分度臺，分度誤差為0。
由于齒加工中不僅必然帶來齒的幾何位置誤差，也必然造成齒剛度有誤差。所以，實際的彈性齒多齒分度臺總是存在誤差的。但現(xiàn)有的彈性齒結構，使兩個齒盤在嚙合時，齒與齒之間的相對誤差會產(chǎn)生傳遞。這種傳遞使原相對誤差較小的齒的相對誤差增大，而且，這種影響隨著接觸的齒數(shù)的增加而增加，加上摩擦力的迭加影響，使得保證全部齒都同時兩側(cè)接觸所需的嚙合力增大到難以實現(xiàn)的地步。因而，現(xiàn)有的彈性齒結構，并不能保證無隙嚙合的條件，這樣，上述理論分析就不能成立。所以，現(xiàn)有彈性齒多齒分度臺仍需極精細的研磨，而其分度精度也不高于剛性齒多齒分度臺。
為了提高彈性齒多齒分度臺的精度，通常的解決途徑是極精細地加工和研磨，以盡量減少δn′和δn″，這樣勢必增加加工制造周期和費用。
本發(fā)明的目的在于對現(xiàn)有彈性齒的結構進行改進，使齒盤上所有的齒在嚙合時都能獨立地彈性變形，不會產(chǎn)生誤差傳遞。這樣，所有的齒都能達到無隙嚙合，前述的理論前提就有了保證，從而保證了彈性齒多齒分度臺獲得高精度的條件。
本發(fā)明的具體解決方案如下在用于多齒分度裝置，特別是多齒分度盤的彈性齒端齒盤組上，由具有徑向延伸端面齒的至少兩個圓環(huán)形端齒盤組成。每個盤及與之相嚙合的每對盤上的端面齒，有著相同的齒寬、齒數(shù)及齒和齒槽的形狀，每個齒盤上都開有軸向彈性槽。其中一個盤的軸向彈性槽位于端齒槽的底部，本發(fā)明的特征在于，將與之相嚙合的另一個端齒盤上的軸向彈性槽開在每個端齒上。
本發(fā)明對現(xiàn)有的彈性齒端齒盤所作的改進之優(yōu)點在于兩個齒盤的齒一對一地嚙合時，每對嚙合齒間的相對分度誤差不會向相鄰齒傳遞，這樣個別誤差大的嚙合齒對在嚙合時產(chǎn)生的變形由這對齒獨立承擔。我們把每對齒獨立彈性變形的效應稱為切向彈性效應。因而不存在各齒對互相影響和摩擦力疊加的問題，從而使彈性齒多齒分度盤能達到無隙嚙合的狀態(tài)。本發(fā)明彈性齒的這個優(yōu)點也可從理論分析中得出彈性齒的理論證實，只要符合嚙合達到各齒無側(cè)隙和兩個齒盤的所有齒側(cè)向彎曲剛度一致的條件，則其分度誤差為零。實際上兩個齒盤的所有齒側(cè)向彎曲剛度是不一致的。這樣Kn′與Kn″(n＝1、2……N)不為常數(shù)，此時我們總可找到一個
K，使Kn′＝
K+δKn′Kn″＝
K+δKn″ (7)成立，將(7)式代入(3)式，則有M＝Nr
K(Σn = 1N]]>δn′+Σn = 1N]]>δn″)+r(Σn = 1N]]>δn′δKn′+Σn = 1N]]>δn″δKn″) (8)因為如上所證Σn = 1N]]>δn′＝Σn = 1N]]>δn″＝0
所以M＝r(Σn = 1N]]>δKn′δn′+Σn = 1N]]>δKn″δn″) (9)本發(fā)明彈性齒多齒分度盤可達到無隙嚙合。則我們從(9)式中可以看出，由于δKn′，δKn″及δn′·δn″都是隨機小量，且齒數(shù)N一般較大，根據(jù)大數(shù)定律，這些隨機小量一般是正態(tài)分布，則M為二階無窮小。因此分度誤差是一個二階小量，從而保證了彈性齒多齒分度盤的高精度。
總之，本發(fā)明的效果在于能使彈性齒多齒分度盤的精度進一步提高，同時又能降低加工費用和制造周期。
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
圖2(a)為本發(fā)明彈性齒端齒盤圖。
圖2(b)為本發(fā)明彈性齒端齒盤嚙合圖。
圖2(c)為本發(fā)明彈性齒端齒盤齒形圖。
本發(fā)明的最好結構如圖2所示。端面齒為圖2(c)所示的對稱形。盤〔1〕為現(xiàn)有結構的端齒盤。其軸向彈性槽位于端齒槽的底部。盤〔2〕為本發(fā)明端齒盤，其軸向彈性槽〔3〕位于端齒上，并且該槽的中心線位于齒的中心線上，此位置使齒盤具有最佳彈性平均作用。齒形角α約為60°，齒頂可修成圓弧形。在盤〔2〕上齒槽的底部開有一軸向槽〔4〕，所開的軸向槽能產(chǎn)生我們稱之為的軸向彈性效應。在嚙合著的兩個齒盤有齒高誤差時，假定齒較高的一對齒無隙嚙合后，在一定的嚙合力作用下，有軸向槽的齒的兩側(cè)能微微地張開或合攏，使其它齒對也進入無隙嚙合狀態(tài)。
本發(fā)明彈性齒端齒盤組的工作過程與現(xiàn)有技術相同，也是由加載裝置通過動齒盤沿軸線方向施加軸向力，使動盤與定盤嚙合，獲得一個分度定位位置，然后把動盤沿軸向升起，與定盤脫嚙，再使動盤轉(zhuǎn)過幾個齒后下降下來，在新的分度定位位置上與定盤重新嚙合來完成一次分度的。
發(fā)明人用一般分度頭加工圖2所示的各單個齒盤，在不研齒的情況下，分度精度為3秒(單個齒盤的角誤差累積值在360秒左右)。在短期研磨后，其角分度誤差很快提高到±0.1秒。該實施例表明本發(fā)明彈性齒端齒盤確比現(xiàn)有的彈性端齒盤更容易達到高的精度。
權利要求
1.用于多齒分度裝置，特別是用于多齒分度盤的彈性端齒盤組，由具有徑向延伸端面齒的至少兩個園環(huán)形端齒盤組成，每個盤及與之相嚙合的每對盤上的端面齒，有著相同的齒寬、齒數(shù)及齒和齒槽的形狀，每個齒盤上都開有軸向彈性槽[3]，其中盤[1]的軸向彈性槽位于端齒槽的底部，本發(fā)明的特征在于盤[2]的軸向彈性槽位于端齒上。
2.根據(jù)權利要求
1所述的端齒盤組，其特征是盤〔2〕的軸向彈性槽的中心線位于齒的中心線上。
3.根據(jù)權利要求
1或2所述的端齒盤組，其特征是在盤〔2〕上齒槽的底部開有一軸向槽〔4〕。
專利摘要
一種用于多齒精密分度的彈性端齒盤組，由 具有徑向延伸端面齒的至少兩個圓環(huán)形端齒盤組 成。每個盤及與之相嚙合的每對盤上的端面齒都 有相同的齒寬、齒數(shù)及齒和齒槽的形狀。相互嚙 合的一對盤中有一個盤的軸向彈性槽開在端齒槽 底部，另一個則開在每個端齒上，并在該盤上齒 槽底部開一軸向槽。本發(fā)明彈性端齒盤組可使嚙 合著的每個齒都能自由變形，并在所有齒的高度 略有不同時，使所有齒都同時接觸，從而進一步 提高彈性端齒盤的分度精度。
文檔編號B23Q16/00GK85100894SQ85100894
公開日1985年9月10日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者雷天覺, 沈重重 申請人:機械工業(yè)部北京機械工業(yè)自動化研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan