專利名稱：擺線齒槽圓柱齒輪及其加工方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種傳遞旋轉運動的齒輪，特別是一種擺線齒槽圓柱齒輪及其加工方法，適用于中、高速機械傳動。
本發(fā)明所述的擺線齒槽圓柱齒輪及其加工方法，在現(xiàn)有技術中尚未發(fā)現(xiàn)。
本發(fā)明的目的是提供一種傳動平穩(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)明是以下列方式實現(xiàn)的擺線齒槽圓柱齒輪，其齒槽是近似圓弧的延長外擺線，齒槽切線與齒輪軸線的夾角為齒線斜角β，則從齒槽頂點移向齒輪端面的各點上β值是不相等的;在齒槽頂點(周向)處β值為零;沿齒槽頂點向兩端面移動，方向相反的β值是逐漸增大，在齒槽兩端面處β值為最大，其絕對值β是可以相等，也可以不相等;一對相嚙合的擺線齒槽圓柱齒輪，是用參數(shù)相同、運動方向相反的兩個左、右對稱刀盤，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，是用圓形刀盤一側端面安裝數(shù)組刀齒(一般用3組)，每組含有2～3個刀齒(一般用3個)，其中第一個為粗切刀齒，第二、三個為半精切和精切刀齒工作時，粗切刀齒先在工件齒坯上切出擺線形槽，接著第一個半精切刀齒以其內側刃切出工件齒槽凸面，而第二個精切刀齒以其外側刃切出齒槽凹面，這兩個齒分別稱其為內刀齒和外刀齒。每組只有兩個刀齒時則不含粗切刀齒工作時，第一個刀齒以其內側刃先在工件齒坯上切出擺線形槽凸面，而第二個刀齒以其外側刃切出齒槽凹面，這兩個刀齒分別稱為內刀齒和外刀齒;工件齒槽底部由兩個內外刀齒頂刃共同完成;各組性質相同的刀齒必須均勻安裝于刀盤上半徑相等的圓周上，各組性質不同的刀齒間的夾角和半徑必須是對應相等的，但又是可調的。
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)刀盤作切削旋轉運動;(3)擺線齒輪毛坯(工件)作與刀盤相應的分度旋轉運動;(4)齒坯沿產形齒條節(jié)平面作純滾動-展成運動;(5)刀盤相對于齒槽深度的垂直進給。上述運動中(2)、(3)、(4)所表示的是加工擺線齒槽圓柱齒輪成形運動。本發(fā)明的加工成形特點是在加工中連續(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。同時由于工件的純滾動(展成運動)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。工件分度運動與刀盤旋轉運動是相配合的，(設zd為刀齒組數(shù)，z為工件齒數(shù))當?shù)侗P轉過360°/zd時，工件則轉過一個齒的角度360°/z，刀盤上的一組刀齒由工件上同一個齒槽中劃過(切削)，同時另一組刀齒則從下一個齒槽中劃過(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動也可以由刀盤軸線平移去完成。加工一對相嚙合的齒輪時，采用兩個參數(shù)完全相同的刀盤，但刀盤運轉方向和工件的旋轉、移動均相反。即采用展成法對稱加工去完成。從而得到參數(shù)相同而齒向相反的一對相嚙合的擺線齒輪。
本發(fā)明的優(yōu)點是由于齒面是雙向受力，承載能力大，重合系數(shù)高，所以傳動平穩(wěn)，適用于重型設備的傳動。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。刀齒在一定范圍內的模數(shù)是不受限制的，通用性好，其回轉半徑與刀齒間的中心夾角可按需要進行調整，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，生產效率高，質量穩(wěn)定，嚙合傳動精度高，適用中、調整機械傳動。擺線齒槽由內、外刀齒加工而成，其制造齒輪工藝方法簡便易行，經(jīng)濟效益高成本低廉。
以下將結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。


圖1是擺線齒槽圓柱齒輪的齒形圖。
圖2是刀盤結構示意圖。
圖3是產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。
參照圖1，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，且嚙合傳動平穩(wěn)，齒廓面精度高，用于中、調整精密傳動機械設備是非常合適的。
參照圖2，這是刀盤(1)與刀齒的結構圖。圓刀盤(1)的一側安裝有三組刀齒，圖2a是每組兩個刀齒結構，第一個內刀齒(2)以其內側刃切出工件齒槽的凸面，第二個外刀齒(3)以其外側刃切出齒槽的凹面，而內外兩個刀齒的頂刃則共同切出齒槽的底面。圖2b是刀盤每組有三個刀齒的結構，第一個刀齒是粗切刀齒(4)，由它先切出一個擺線形槽，然后再經(jīng)過內刀齒(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。設刀盤刀齒組數(shù)zd，則作用相同的兩個刀齒間中心夾角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(產形齒條)節(jié)平面(4)的關系，節(jié)平面(1)切于工件(2)節(jié)圓，刀盤(3)每轉過360°/zd時，工件必須相應轉過一個齒的角度即轉過360°/z(z為工件齒數(shù))。刀盤的節(jié)平面(4)也就是產形齒條的節(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形齒條的齒形輪廓。
圖4所示出左右對稱刀盤刀齒，加工出一對相嚙合工件的情況，它們是用參數(shù)相同形成運動相反，用展成法完成對稱性的加工成形，即軸線作平移的工件節(jié)圓相切于刀盤節(jié)平面，并相對節(jié)平面作純滾動-展成運動。
圖5a、b顯示出齒線形成原理，設工件分圓齒距為mπ，在工件作分度回轉時，每轉過一齒，產形齒條節(jié)平面便相對無滑動的作距離等于mπ的直線運動。刀齒切刃與節(jié)平面的交點為創(chuàng)成點，則創(chuàng)成點相應轉過2π/zd弧度。創(chuàng)成點在節(jié)平面上劃出的軌跡即為產形齒條的齒線。由圖5a中使用計算法求出齒條齒線設F為創(chuàng)成點;O為刀盤回轉中心，R＝OF為創(chuàng)成點回轉半徑，向量OE為刀盤中心單位時間的移動量。在F點以角速度ω＝2π/zd弧度旋轉時，F(xiàn)點的線速度為VF＝ωR+OE，以向量FK代替VF，則FK＝2πR/zd+mπ。顯然，由于刀盤回轉和刀盤中心相對移動(移動也可由工件完成)使刀齒創(chuàng)成點的線速增加，從而刀盤相對速度為零的一點已不在刀盤的中心點O，而是移到F點反面的M點處，由此看出F點的回轉半徑已不再是R(OF)而已成為MF，M點即為刀盤相對于齒條節(jié)平面的瞬時旋轉中心，設MO＝r，則刀盤相對于齒條的運動，即相當于刀盤以r為半徑的圓沿直線a-a(切于r圓M點的直線)作滾動，此時刀齒創(chuàng)成點F的軌跡(即齒條齒線)為延長外擺線，半徑為r的圓即為產生擺線的滾動圓，a-a為滾動基線。由圖5a中得知△MOF∽△FOG，r/mπ＝R/ (2πR)/(zd) ，則r＝m.zd/z，當工件齒輪的模數(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，參照圖5b，設刀盤的位移角θ為參變數(shù)，創(chuàng)成點半徑R則齒形上任意一點的座標方程為
x＝Rcosθ θ θy＝Rsinθ+rθ齒線的名義曲率半徑F2M，即刀盤R圓周與滾動基線a-a的交點F2到原始瞬時中心點的連線長度，也是刀盤的名義切削半徑Rb＝F2M＝ 。
圖6齒線斜角的關系，擺線齒齒線(節(jié)平面)上的某一點處斜角即為過該點的切線與OX軸的夾角(工作軸線平行于O-X軸)。其特征是齒線上各點的斜角β互不相等;齒線最高點的β＝0，最高點兩邊的斜角方向相反;斜角最大處在齒線切入點或切出點，設H為切入邊到滾動基線的距離，B為被加工擺線齒槽圓柱齒輪的軸向寬度(即產形齒條寬度)，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，滾動圓半徑r，工件寬度B以及刀盤瞬時中心位置到切入邊的距離H有關。
本發(fā)明的擺線齒槽圓柱齒輪產品，及其專用于制造該產品的方法從實施與理論上核算，均獲得成功，是一個全新的齒輪品種。
權利要求
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外擺線，齒槽切線與齒輪軸線的夾角---齒線斜角在齒槽頂點處為零，沿齒槽頂點向兩端面，方向相反的夾角絕對值逐漸增大，一對相嚙合的擺線齒槽圓柱齒輪，是用參數(shù)相同，運動方向相反的左右對稱刀具加工而成，齒槽呈擺線形排列，齒廊面為漸開線形。
2.根據(jù)權利要求1所述齒輪的加工方法，其特征在于(1)采用一側端面安裝有數(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整的;(2)刀盤軸線與工件軸線是垂直;(3)刀盤作回轉運動，工件坯料作與刀盤轉向相反的旋轉運動，并沿節(jié)平面作純滾動，工件作沿其軸線的平移運動;(4)加工一對相嚙合的齒輪時，采用兩個參數(shù)相同，左右對稱，運動方向相反的刀盤，用展成法完成;
3.根據(jù)權利要求2所述齒輪的加工方法，其特征在于刀盤切削一側端面安裝數(shù)組刀齒，可以是2至3組;
4.根據(jù)權利要求2所述齒輪的加工方法，其特征在于每組可含有2至3個刀齒，用3個刀齒時，第一個刀齒是粗切刀齒，在工件坯上切出擺線形槽;第二個刀齒是半精切刀齒，以其內側刃切出工作坯齒槽凸面;而第三個刀齒是精切刀齒，以其外側刃切出齒槽凹面;
5.根據(jù)權利要求2所述齒輪的加工方法，其特征在于每組含2個刀齒時即不含粗切刀齒，工件齒槽底部由兩個刀齒頂刃共同完成;
6.根據(jù)權利要求2所述齒輪的加工方法，其特征在于工件的平移運動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外擺線，齒形呈擺線形排列。齒線斜角在齒槽頂點為零處，向齒兩邊端面逐漸增大，其絕對值可以相等，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，以工件作旋轉并沿刀盤刀齒節(jié)平面純滾動配合而成。本發(fā)明刀齒刃為單刃直線切削，修磨方便，加工精度高，方法簡單，齒輪受力合理，承載能力大，傳動平穩(wěn)精度高。
文檔編號F16H55/17GK1099851SQ9311661
公開日1995年3月8日 申請日期1993年8月28日 優(yōu)先權日1993年8月28日
發(fā)明者鄭康生 申請人:西安飛機工業(yè)公司