專利名稱：擺線齒槽圓柱齒輪及其加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的齒輪，特別是一種擺線齒槽圓柱齒輪及其加工方法，適用于中、高速機(jī)械傳動(dòng)。
本發(fā)明所述的擺線齒槽圓柱齒輪及其加工方法，在現(xiàn)有技術(shù)中尚未發(fā)現(xiàn)。
本發(fā)明的目的是提供一種傳動(dòng)平穩(wěn)、受力合理、承載量大、精度高而又易加工的擺線齒槽圓柱齒輪。
本發(fā)明是以下列方式實(shí)現(xiàn)的擺線齒槽圓柱齒輪，其齒槽是近似圓弧的延長(zhǎng)外擺線，齒槽切線與齒輪軸線的夾角為齒線斜角β，則從齒槽頂點(diǎn)移向齒輪端面的各點(diǎn)上β值是不相等的;在齒槽頂點(diǎn)(周向)處β值為零;沿齒槽頂點(diǎn)向兩端面移動(dòng)，方向相反的β值是逐漸增大，在齒槽兩端面處β值為最大，其絕對(duì)值β是可以相等，也可以不相等;一對(duì)相嚙合的擺線齒槽圓柱齒輪，是用參數(shù)相同、運(yùn)動(dòng)方向相反的兩個(gè)左、右對(duì)稱刀盤，用展成法加工而成。齒槽呈擺線形排列，齒廓面仍為漸開線形。
加工擺線齒槽圓柱齒輪所使用的刀具，是用圓形刀盤一側(cè)端面安裝數(shù)組刀齒(一般用3組)，每組含有2～3個(gè)刀齒(一般用3個(gè))，其中第一個(gè)為粗切刀齒，第二、三個(gè)為半精切和精切刀齒工作時(shí)，粗切刀齒先在工件齒坯上切出擺線形槽，接著第一個(gè)半精切刀齒以其內(nèi)側(cè)刃切出工件齒槽凸面，而第二個(gè)精切刀齒以其外側(cè)刃切出齒槽凹面，這兩個(gè)齒分別稱其為內(nèi)刀齒和外刀齒。每組只有兩個(gè)刀齒時(shí)則不含粗切刀齒工作時(shí)，第一個(gè)刀齒以其內(nèi)側(cè)刃先在工件齒坯上切出擺線形槽凸面，而第二個(gè)刀齒以其外側(cè)刃切出齒槽凹面，這兩個(gè)刀齒分別稱為內(nèi)刀齒和外刀齒;工件齒槽底部由兩個(gè)內(nèi)外刀齒頂刃共同完成;各組性質(zhì)相同的刀齒必須均勻安裝于刀盤上半徑相等的圓周上，各組性質(zhì)不同的刀齒間的夾角和半徑必須是對(duì)應(yīng)相等的，但又是可調(diào)的。
擺線齒槽圓柱齒輪加工方法如下根據(jù)齒輪嚙合原理，用展成法加工，本發(fā)明之刀盤刀齒在加工中所代表的是假想的擺線齒條-產(chǎn)形齒條。在刀盤上平行于刀盤端面且與齒輪節(jié)圓柱相切的平面，稱為齒條節(jié)平面。加工步驟是(1)刀盤軸線與工件軸線垂直安裝;(2)刀盤作切削旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);(3)擺線齒輪毛坯(工件)作與刀盤相應(yīng)的分度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);(4)齒坯沿產(chǎn)形齒條節(jié)平面作純滾動(dòng)-展成運(yùn)動(dòng);(5)刀盤相對(duì)于齒槽深度的垂直進(jìn)給。上述運(yùn)動(dòng)中(2)、(3)、(4)所表示的是加工擺線齒槽圓柱齒輪成形運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的加工成形特點(diǎn)是在加工中連續(xù)切削連續(xù)分度形成了刀齒所代表的擺線齒槽產(chǎn)形齒條與工件的嚙合成形，從而在工件圓柱面上切出了擺線形齒槽。同時(shí)由于工件的純滾動(dòng)(展成運(yùn)動(dòng))最終完成齒廓面為漸開線系列的新型擺線齒槽圓柱齒輪的加工。工件分度運(yùn)動(dòng)與刀盤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是相配合的，(設(shè)zd為刀齒組數(shù)，z為工件齒數(shù))當(dāng)?shù)侗P轉(zhuǎn)過360°/zd時(shí)，工件則轉(zhuǎn)過一個(gè)齒的角度360°/z，刀盤上的一組刀齒由工件上同一個(gè)齒槽中劃過(切削)，同時(shí)另一組刀齒則從下一個(gè)齒槽中劃過(切削)，依次完成擺線齒槽圓柱齒輪粗、精加工。上述工件的軸線平移運(yùn)動(dòng)也可以由刀盤軸線平移去完成。加工一對(duì)相嚙合的齒輪時(shí)，采用兩個(gè)參數(shù)完全相同的刀盤，但刀盤運(yùn)轉(zhuǎn)方向和工件的旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)均相反。即采用展成法對(duì)稱加工去完成。從而得到參數(shù)相同而齒向相反的一對(duì)相嚙合的擺線齒輪。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是由于齒面是雙向受力，承載能力大，重合系數(shù)高，所以傳動(dòng)平穩(wěn)，適用于重型設(shè)備的傳動(dòng)。刀齒的切削刃為直線，而且是單面切刃切削，因此修齒刃磨非常方便。刀齒在一定范圍內(nèi)的模數(shù)是不受限制的，通用性好，其回轉(zhuǎn)半徑與刀齒間的中心夾角可按需要進(jìn)行調(diào)整，而且連續(xù)分度，連續(xù)切削，保障擺線齒槽圓柱齒輪的加工精度，生產(chǎn)效率高，質(zhì)量穩(wěn)定，嚙合傳動(dòng)精度高，適用中、調(diào)整機(jī)械傳動(dòng)。擺線齒槽由內(nèi)、外刀齒加工而成，其制造齒輪工藝方法簡(jiǎn)便易行，經(jīng)濟(jì)效益高成本低廉。
以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。


圖1是擺線齒槽圓柱齒輪的齒形圖。
圖2是刀盤結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是產(chǎn)形齒條與工件嚙合示意圖。
圖4是參數(shù)相同的左，右刀盤加工一對(duì)相嚙合齒輪的示意圖。
圖5是擺線齒線的形成原理圖。
圖6是擺線齒線的斜角β狀態(tài)圖。
參照?qǐng)D1，這是本發(fā)明的齒形圖，嚙合齒齒面接觸呈月牙中段形，因此受力合理，適用于重載傳動(dòng)，且嚙合傳動(dòng)平穩(wěn)，齒廓面精度高，用于中、調(diào)整精密傳動(dòng)機(jī)械設(shè)備是非常合適的。
參照?qǐng)D2，這是刀盤(1)與刀齒的結(jié)構(gòu)圖。圓刀盤(1)的一側(cè)安裝有三組刀齒，圖2a是每組兩個(gè)刀齒結(jié)構(gòu)，第一個(gè)內(nèi)刀齒(2)以其內(nèi)側(cè)刃切出工件齒槽的凸面，第二個(gè)外刀齒(3)以其外側(cè)刃切出齒槽的凹面，而內(nèi)外兩個(gè)刀齒的頂刃則共同切出齒槽的底面。圖2b是刀盤每組有三個(gè)刀齒的結(jié)構(gòu)，第一個(gè)刀齒是粗切刀齒(4)，由它先切出一個(gè)擺線形槽，然后再經(jīng)過內(nèi)刀齒(2)與外刀齒(3)逐一完成精加工，作用相同的各刀齒必須是均勻分布刀盤端面。設(shè)刀盤刀齒組數(shù)zd，則作用相同的兩個(gè)刀齒間中心夾角τ＝360°/zd。
從圖3中可以看出擺線齒槽圓柱齒輪(工件)的節(jié)圓與刀盤刀齒(產(chǎn)形齒條)節(jié)平面(4)的關(guān)系，節(jié)平面(1)切于工件(2)節(jié)圓，刀盤(3)每轉(zhuǎn)過360°/zd時(shí)，工件必須相應(yīng)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒的角度即轉(zhuǎn)過360°/z(z為工件齒數(shù))。刀盤的節(jié)平面(4)也就是產(chǎn)形齒條的節(jié)平面(1)，其間是連續(xù)切削連續(xù)分度，刀齒切削刃所形成的齒形輪廓正是能和工件相嚙合的產(chǎn)形齒條的齒形輪廓。
圖4所示出左右對(duì)稱刀盤刀齒，加工出一對(duì)相嚙合工件的情況，它們是用參數(shù)相同形成運(yùn)動(dòng)相反，用展成法完成對(duì)稱性的加工成形，即軸線作平移的工件節(jié)圓相切于刀盤節(jié)平面，并相對(duì)節(jié)平面作純滾動(dòng)-展成運(yùn)動(dòng)。
圖5a、b顯示出齒線形成原理，設(shè)工件分圓齒距為mπ，在工件作分度回轉(zhuǎn)時(shí)，每轉(zhuǎn)過一齒，產(chǎn)形齒條節(jié)平面便相對(duì)無滑動(dòng)的作距離等于mπ的直線運(yùn)動(dòng)。刀齒切刃與節(jié)平面的交點(diǎn)為創(chuàng)成點(diǎn)，則創(chuàng)成點(diǎn)相應(yīng)轉(zhuǎn)過2π/zd弧度。創(chuàng)成點(diǎn)在節(jié)平面上劃出的軌跡即為產(chǎn)形齒條的齒線。由圖5a中使用計(jì)算法求出齒條齒線設(shè)F為創(chuàng)成點(diǎn);O為刀盤回轉(zhuǎn)中心，R＝OF為創(chuàng)成點(diǎn)回轉(zhuǎn)半徑，向量OE為刀盤中心單位時(shí)間的移動(dòng)量。在F點(diǎn)以角速度ω＝2π/zd弧度旋轉(zhuǎn)時(shí)，F(xiàn)點(diǎn)的線速度為VF＝ωR+OE，以向量FK代替VF，則FK＝2πR/zd+mπ。顯然，由于刀盤回轉(zhuǎn)和刀盤中心相對(duì)移動(dòng)(移動(dòng)也可由工件完成)使刀齒創(chuàng)成點(diǎn)的線速增加，從而刀盤相對(duì)速度為零的一點(diǎn)已不在刀盤的中心點(diǎn)O，而是移到F點(diǎn)反面的M點(diǎn)處，由此看出F點(diǎn)的回轉(zhuǎn)半徑已不再是R(OF)而已成為MF，M點(diǎn)即為刀盤相對(duì)于齒條節(jié)平面的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心，設(shè)MO＝r，則刀盤相對(duì)于齒條的運(yùn)動(dòng)，即相當(dāng)于刀盤以r為半徑的圓沿直線a-a(切于r圓M點(diǎn)的直線)作滾動(dòng)，此時(shí)刀齒創(chuàng)成點(diǎn)F的軌跡(即齒條齒線)為延長(zhǎng)外擺線，半徑為r的圓即為產(chǎn)生擺線的滾動(dòng)圓，a-a為滾動(dòng)基線。由圖5a中得知△MOF∽△FOG，r/mπ＝R/ (2πR)/(zd) ，則r＝m.zd/z，當(dāng)工件齒輪的模數(shù)m及刀齒組數(shù)zd確定后r也就可以確定。另外，根據(jù)擺線特征，參照?qǐng)D5b，設(shè)刀盤的位移角θ為參變數(shù)，創(chuàng)成點(diǎn)半徑R則齒形上任意一點(diǎn)的座標(biāo)方程為
x＝Rcosθ θ θy＝Rsinθ+rθ齒線的名義曲率半徑F2M，即刀盤R圓周與滾動(dòng)基線a-a的交點(diǎn)F2到原始瞬時(shí)中心點(diǎn)的連線長(zhǎng)度，也是刀盤的名義切削半徑Rb＝F2M＝ 。
圖6齒線斜角的關(guān)系，擺線齒齒線(節(jié)平面)上的某一點(diǎn)處斜角即為過該點(diǎn)的切線與OX軸的夾角(工作軸線平行于O-X軸)。其特征是齒線上各點(diǎn)的斜角β互不相等;齒線最高點(diǎn)的β＝0，最高點(diǎn)兩邊的斜角方向相反;斜角最大處在齒線切入點(diǎn)或切出點(diǎn)，設(shè)H為切入邊到滾動(dòng)基線的距離，B為被加工擺線齒槽圓柱齒輪的軸向?qū)挾?即產(chǎn)形齒條寬度)，則可求得β1和β2tgβ1＝ (H)/1 ＝HR2-(H-r)2=HR2-(H-r)2R2-(H-r)2]]>tgβ2＝ (B-H)/(L) ＝B-HR2-(B-H+r)2=(B-H)R2-(B-H+r)2R2-(B-H+r)2]]>因此切入和切出邊的斜角與刀齒創(chuàng)成半徑(刀盤名義半徑)R，滾動(dòng)圓半徑r，工件寬度B以及刀盤瞬時(shí)中心位置到切入邊的距離H有關(guān)。
本發(fā)明的擺線齒槽圓柱齒輪產(chǎn)品，及其專用于制造該產(chǎn)品的方法從實(shí)施與理論上核算，均獲得成功，是一個(gè)全新的齒輪品種。
權(quán)利要求
1.一種擺線齒槽圓柱齒輪，其特征在于齒槽是近似圓弧的延長(zhǎng)外擺線，齒槽切線與齒輪軸線的夾角---齒線斜角在齒槽頂點(diǎn)處為零，沿齒槽頂點(diǎn)向兩端面，方向相反的夾角絕對(duì)值逐漸增大，一對(duì)相嚙合的擺線齒槽圓柱齒輪，是用參數(shù)相同，運(yùn)動(dòng)方向相反的左右對(duì)稱刀具加工而成，齒槽呈擺線形排列，齒廊面為漸開線形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述齒輪的加工方法，其特征在于(1)采用一側(cè)端面安裝有數(shù)組刀齒的圓形刀盤，作連續(xù)分度、連續(xù)切削加工，刀盤上的同組類刀齒是均勻分布在刀盤端面上，刀盤上的刀齒徑向距離及刀齒間夾角是可以調(diào)整的;(2)刀盤軸線與工件軸線是垂直;(3)刀盤作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工件坯料作與刀盤轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并沿節(jié)平面作純滾動(dòng)，工件作沿其軸線的平移運(yùn)動(dòng);(4)加工一對(duì)相嚙合的齒輪時(shí)，采用兩個(gè)參數(shù)相同，左右對(duì)稱，運(yùn)動(dòng)方向相反的刀盤，用展成法完成;
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述齒輪的加工方法，其特征在于刀盤切削一側(cè)端面安裝數(shù)組刀齒，可以是2至3組;
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述齒輪的加工方法，其特征在于每組可含有2至3個(gè)刀齒，用3個(gè)刀齒時(shí)，第一個(gè)刀齒是粗切刀齒，在工件坯上切出擺線形槽;第二個(gè)刀齒是半精切刀齒，以其內(nèi)側(cè)刃切出工作坯齒槽凸面;而第三個(gè)刀齒是精切刀齒，以其外側(cè)刃切出齒槽凹面;
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述齒輪的加工方法，其特征在于每組含2個(gè)刀齒時(shí)即不含粗切刀齒，工件齒槽底部由兩個(gè)刀齒頂刃共同完成;
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述齒輪的加工方法，其特征在于工件的平移運(yùn)動(dòng)也可以由刀盤軸線平移完成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種擺線齒槽圓柱齒輪及其加工方法，齒槽是近似圓弧的延長(zhǎng)外擺線，齒形呈擺線形排列。齒線斜角在齒槽頂點(diǎn)為零處，向齒兩邊端面逐漸增大，其絕對(duì)值可以相等，也可不相等。用展成法加工，以安裝數(shù)組刀齒的刀盤作連續(xù)分度、連續(xù)切削，以工件作旋轉(zhuǎn)并沿刀盤刀齒節(jié)平面純滾動(dòng)配合而成。本發(fā)明刀齒刃為單刃直線切削，修磨方便，加工精度高，方法簡(jiǎn)單，齒輪受力合理，承載能力大，傳動(dòng)平穩(wěn)精度高。
文檔編號(hào)F16H55/17GK1099851SQ9311661
公開日1995年3月8日 申請(qǐng)日期1993年8月28日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月28日
發(fā)明者鄭康生 申請(qǐng)人:西安飛機(jī)工業(yè)公司