一種圓弧齒輪滾刀制造技術

本發明專利技術涉及一種齒輪滾刀，用于加工圓弧齒輪。本發明專利技術從建立基本齒條與滾刀基本蝸桿的無隙嚙合關系入手，運用空間嚙合理論，通過解析計算求出滾刀基本蝸桿齒面方程，進而推導出滾刀前刀面齒廓方程，得到本發明專利技術的圓弧齒輪滾刀。采用本發明專利技術滾刀切制的圓弧齒輪，其齒形完全符合空間嚙合理論，與解析計算得到的圓弧齒輪齒形曲線相吻合，可省去已有技術中必不可少的跑合過程，直接獲得硬齒面齒輪，可滿足大批量生產需要。（*該技術在2010年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種齒輪滾刀，用于加工圓弧齒輪。目前，在圓弧齒輪的制造中，一般是認為滾刀基本蝸桿的齒面方程與齒輪的齒面方程相同。如《直溝圓弧滾刀齒形計算》(《齒輪》1977年2期，P48～59)一文中給出了圓弧齒輪齒面方程，并認為滾刀基本蝸桿的齒面方程是與圓弧齒輪齒面方程相同的。但是采用這種方法得到的圓弧齒輪滾刀不是準確的齒形，其圓弧齒輪產品在滾削加工之后都要進行一個必不可少的跑合過程。因此必須使用能充分跑合的調質材料，如要制成硬齒面，則需跑合后再進行熱處理，所以不能直接批量生產硬齒面齒輪。根據空間嚙合理論，滾刀與工件之間有一假想齒條(有的文獻稱為媒介齒條)，它和滾刀及被切齒輪做嚙合運動，包絡形成工件和滾刀的齒形。滾刀的基本蝸桿齒面是由此齒條齒面包絡而成。但《精切用圓弧齒輪滾刀的齒形設計》(《齒輪》1978年2期，P19～35)一文認為這種包絡法求滾刀基本蝸桿齒面是繁鎖的，因此該作者試圖采用圖解法獲得滾刀的齒形設計。由于作圖法本身精確度的局限性，無法在實際中使用。本專利技術的目的在于通過解析計算得到一種精確的圓弧齒輪滾刀，能加工出輪齒跑合量為零的齒輪，可直接進行齒面硬化處理。為實現上述目的，本專利技術是這樣實現的通過建立基本齒條與滾刀基本蝸桿的無隙嚙合關系入手，運用空間嚙合理論，得到精確的滾刀基本蝸桿齒面方程，進而推導出滾刀前刀面齒廓方程。根據這些方程得出的滾刀齒形座標值，確定出滾刀前刀面齒廓形狀，得到本專利技術的圓弧齒輪滾刀。下面結合附圖對本專利技術做進一步詳細敘述。附圖說明圖1為無隙嚙合示意圖，其中1為齒輪的分度圓柱面，2為基本齒條節平面，3為滾刀基本蝸桿分度圓柱面。圖2為滾刀基本蝸桿所設動、靜座標關系圖。圖3為本專利技術滾刀(mn＝25時)的軸截面齒廓圖。首先建立被銑削齒輪分度圓柱面、基本齒條節平面和滾刀基本蝸桿分度圓柱面三者之間的無隙嚙合系統幾何關系，如圖1所示。其次，分別推導和建立基本齒條齒面方程;基本齒條與滾刀基本蝸桿的嚙合方程;基本齒條齒面族方程;最后，獲得滾刀基本蝸桿齒面方程，并據以獲得直容屑槽滾刀前刀面齒廓方程(包括軸截面齒廓方程)，從而為制造精確滾刀提供了充分的依據。滾刀基本蝸桿齒面方程是Xd＝Xcosθ-YsinθYd＝Xsinθ+YcosθZd＝Kdθ+Z式中，Xd、Yd、Zd是與滾刀基本蝸桿相固連的座標;θ是以Zd為軸滾刀基本蝸桿的轉角;Kd是滾刀基本蝸桿的螺旋參數。X＝-ρsinα-E+RdY＝(ρsinα+E)cotαsinλZ＝-ρcosαcosλ+Ecotαtanλsinλ- (F)/(cosλ)其中ρ-基本齒條齒形給出的圓弧半徑;α-齒形角;E、F-基本齒條齒形圓弧圓心座標偏移量，根據齒形標準選定;λ-滾刀基本蝸桿的螺旋升角(左旋時取負值);Rd-滾刀基本蝸桿的分度圓柱半徑;將滾刀基本蝸桿齒面方程在所設蝸桿靜座標中進行變換，可得Xdo＝Xcos(θ-ψ)-Ysin(θ-ψ)Ydo＝Xsin(θ-ψ)+Ycos(θ-ψ)Zdo＝Kdθ+Z式中，Xdo、Ydo、Zdo是對滾刀基本蝸桿所設的靜座標軸;ψ是Xd、Yd、Za在靜座標中的轉角，如圖2所示。設前刀面方程為Ydo＝AA是一個給定的值。將Ydo＝A與滾刀基本蝸桿齒面在靜座標中的方程聯立，則滾刀前刀面齒廓方程為Xsin(θ-ψ)+Ycos(θ-ψ)＝Aθ=arcsinAx2+y2-arctanYX+ψ.....(a)]]>根據上述方程得出的滾刀齒形座標值，確定出滾刀前刀面齒廓形狀，即可得到本專利技術的圓弧齒輪滾刀。采用本專利技術滾刀切制出的圓弧齒輪，其齒形完全符合空間嚙合理論，與已有技術準確計算得到的圓弧齒輪齒形曲線相吻合，因此，該圓弧齒輪產品毛坯既可為調質態也可為淬火態。對于調質態產品，經銑削加工制后，可省去跑合過程而直接進行齒面硬化處理;而淬火態產品可使用電鍍成形蝸桿砂輪或超硬高速鋼滾刀加工后直接使用。與現有技術相比，本專利技術在理論推導過程中由于是采用的基本齒條與滾刀基本蝸桿的齒合方程，與基本齒條曲面族聯立而獲得方程;現有技術是通過建立基本齒條與齒輪齒面的嚙合方程與基本齒條曲面族聯立而獲得的齒輪齒面方程來代替滾刀基本蝸桿齒面的方程。這樣，本專利技術所得到的是精確的解析解，而不是近似解，完全符合空間嚙合理論，據此得到的圓弧齒輪可省去已有技術中必不可少的跑合過程，不但節約能耗、人力和財力，更重要的是可以直接獲得硬齒面的圓弧齒輪，并滿足機床、汽車、拖拉機等行業大批量生產的需要。下面介紹本專利技術的實施例根據推導出的(a)式，給定ψ＝720°，mn＝25，A＝0時，得到的雙圓弧右旋滾刀軸截面齒廓曲線座標值列于表1中，圖3為以此座標值微機所繪出的滾刀軸截面齒形圖，與現有技術相比，該滾刀齒形較厚，滾削出的齒輪的齒厚減薄0.15mm，能夠正常嚙合，可不經跑合直接制成硬齒面。表2、3為單圓弧凹刀和凸刀刀具齒形參數坐標值對照表，表中例出了m＝25時按現有技術和本專利技術兩種公式確定的滾刀齒形坐標值，S為刀齒齒厚，對比可以發現(為便于與現有技術對比，將坐標的原點設在齒頂正中);已有技術得到的滾刀齒形較窄，特別是凹刀在齒根外窄0.18mm，滾刀的這種誤差使得實際滾削出的齒輪輪齒齒厚增加，只有經過跑合使其減薄才能正常嚙合，因此，不能直接制成硬齒面產品。采用本專利技術滾刀加工圓弧齒輪，當齒輪毛坯為淬火態時，用V3N高速鋼滾刀精滾，可不必跑合而直接得到硬齒面齒輪。當齒輪毛坯為調質態時，使用本專利技術滾刀銑削之后即得到精確的齒形，然后采用輝光離子氮化或軟氮化進行齒面硬化處理，這樣低于相變溫度加熱，是為了防止淬火變形，使齒輪幾何尺寸的變形極小。表1 JB2940-81型mn＝25右旋滾刀齒形座標值 注Xd、Zd為滾刀齒形座表標，原點0在齒頂正中，α為齒形壓力角。權利要求1.一種圓弧齒輪滾刀，其特征在于滾刀齒形座標值由下列公式給出滾刀基本蝸桿齒面方程為式中Xdo、Ydo、Zdo是對滾刀基本蝸桿所設的靜座標，ψ為固連于滾刀基本蝸桿的動座標系在靜座標系中的轉角，θ為滾刀基本蝸桿的轉角，Ka為滾刀基本蝸桿的螺旋參數，X=-psina-E+RdY=(psina+E)cotasinλZ=-pcosacosλ+Ecotatanλsinλ- (F)/(COSλ) 。其中p為基本齒條齒形給出的圓弧半徑；a為齒形角；E、F為基本齒條齒形圓弧圓心座標偏移量，根據齒形標準選定；λ為滾刀基本蝸桿的螺旋升角(λ為負值為左旋)；Ra為滾刀基本蝸桿的分度圓柱半徑，設前刀面方程為Ydo=A則滾刀前面齒形方程Xsin(θ-ψ)+Ycos(θ-ψ)=Aθ=arcsinAx2+y2-arctanYX+ψ]]>2.一種用權利要求1所述的滾刀切制的圓弧齒輪，其特征在于當齒輪毛坯為淬火態時，經相應加工之后即直接使用。3.一種用權利要求1所述的滾刀切制出的圓弧齒輪，當其毛坯為調質態時，其特征在于滾削之后直接在低于相變溫度的氮化處理進行齒面硬化。全文摘要本專利技術涉及一種齒輪滾刀，用于加工圓弧齒輪。本專利技術從建立基本齒條與滾刀基本蝸桿的無隙嚙合關系入手，運用空間嚙合理論，通過解析計算求出滾刀基本蝸桿齒面方程，進而推導出滾刀前刀面齒廓方程，得到本發本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種圓弧齒輪滾刀，其特征在于：滾刀齒形座標值由下列公式給出：滾刀基本蝸桿齒面方程為：＊＊＊，＊＊＊，＊＊＊式中：Ｘａｏ、Ｙａｏ、Ｚａｏ是對滾刀基本蝸桿所設的靜座標，Ψ為固連于滾刀基本蝸桿的動座標系在靜座標系中的轉角， θ為滾刀基本蝸桿的轉角，Ｋａ為滾刀基本蝸桿的螺旋參數，Ｘ＝－ｐｓｉｎａ－Ｅ＋Ｒ↓［ｄ］Ｙ＝（ｐｓｉｎａ＋Ｅ）ｃｏｔａｓｉｎλＺ＝－ｐｃｏｓａｃｏｓλ＋Ｅｃｏｔａｔａｎλｓｉｎλ－Ｆ／ｃｏｓλ。其中：ｐ為基本齒條齒形給 出的圓弧半徑；ａ為齒形角；Ｅ、Ｆ為基本齒條齒形圓弧圓心座標偏移量，根據齒形標準選定；λ為滾刀基本蝸桿的螺旋升角（λ為負值為左旋）；Ｒ↓［ａ］為滾刀基本蝸桿的分度圓柱半徑，設前刀面方程為Ｙ↓［ａｏ］＝Ａ則滾刀前面齒形方 程：Ｘｓｉｎ（θ－ψ）＋Ｙｃｏｓ（θ－ψ）＝Ａθ＝ａｒｃｓｉｎ＊－ａｒｃｔａｎＹ／Ｘ＋ψ。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：綦書阡，石波，畢川，
申請(專利權)人：冶金工業部北京冶金設備研究所，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]