CN102506149A - 一种鼓形齿齿轮及加工方法和加工用铣刀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮齿的齿形为渐变齿形角的鼓形齿齿轮，其特征是鼓形齿齿轮轮齿（14）的齿形为渐变齿形角齿形，轮齿（14）齿长方向为鼓形，轮齿（14）的径向剖面的齿形相同一致，齿根为全圆弧，其加工方法采用成形法加工齿形，在数控铣床上分齿加工，所用铣刀它包括刀体（8）、刀头（9），刀头（9）切削刃的形状与鼓形齿齿轮鼓形最大部位的齿槽（13）形状大小相同，切削刃包括渐开线段（10）、圆弧段（12），切削刃的顶端为全圆弧光滑连接，本发明设计的鼓形齿结构简单，加工方便，应用于齿轮联轴器，能保证鼓形齿轮齿与齿圈有良好的线接触而不是点接触；同时，保证了齿轮的齿根弯曲强度，提高了齿轮联轴器的使用性能和使用寿命。

Description

一种鼓形齿齿轮及加工方法和加工用铣刀

技术领域

本发明涉及一种机械零件齿轮，具体地说是一种鼓形齿齿轮，特别是涉及一种鼓形齿齿轮及加工方法和加工用铣刀。

背景技术

在机械传动中，为了改进输入、输出端不同轴而影响传递平稳性问题，工程中通常采用可变角度联轴器（即鼓形齿联轴器）。由于鼓形齿的加工目前一般采用数控滚齿或机械杠杆拖动完成，以形成齿长方向鼓形，而沿齿长方向齿形由一组渐变位渐开线叠成。在使用过程中随着输入输出轴线的变化，使用的齿形渐开线的位置也在不断变化，从而导致鼓形齿轮齿与齿圈的接触变坏，由线接触变为点接触，使接触应力增加，严重影响了联轴器的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种轮齿的齿形为渐变齿形角的鼓形齿齿轮及加工方法和加工用铣刀。

本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的，一种鼓形齿齿轮，所述鼓形齿齿轮为渐开线齿轮，齿部外圆为球形，鼓形齿齿轮轮齿的齿形为渐变齿形角齿形，轮齿齿长方向为鼓形，轮齿的径向剖面的齿形相同一致，齿根为全圆弧，所述的齿形角为法向齿形角。

一种如上所述鼓形齿齿轮的加工方法，采用成形法加工齿形，它包括下列步骤：

⑴齿坯加工：将毛坯在车床上加工成齿坯，加工时保证基准位置一致；

⑵装夹：将齿坯对准芯轴的的定位销装入芯轴，再用锥套进行定心，然后装入开口垫，用细牙螺母紧固；

⑶铣齿加工：将芯轴用哈夫夹头夹紧定位安装在数控铣床的两顶尖上，采用分齿加工方法，铣刀在齿向方向走圆形轨迹或齿坯随工作台在齿向方向走圆形轨迹，每加工完轮齿的一个鼓形面后，进行分度，再加工另一个轮齿的鼓形面，直至加工完全部轮齿。

一种实现如上所述鼓形齿齿轮加工方法用铣刀，所述铣刀它包括刀体、刀头，刀头切削刃的形状与鼓形齿齿轮鼓形最大部位的齿槽形状大小相同，切削刃包括渐开线段、圆弧段，切削刃的顶端为全圆弧光滑连接。

本发明所述切削刃的渐开线段与圆弧段之间设有过渡曲线段。

本发明所述铣刀它为盘形铣刀或指状铣刀。

本发明所述切削刃的渐开线段是利用鼓形齿齿轮鼓形最大部位的齿槽宽度来确定刀头的齿厚，其函数关系为：

S_g＝P－S_x

S_x＝S×（R_x／R）－2R_x(invα_x－invα)

其中: S_g为刀头的齿厚，P为齿轮的齿距，S_x为齿轮的任意圆齿厚，S为齿轮的分度圆齿厚，α_x为齿轮的任意圆压力角，α为齿轮的分度圆压力角，R_x为齿轮的任意圆半径，R为齿轮的分度圆半径。

本发明所述切削刃的渐开线段是利用齿轮参数计算确定其坐标值，关系式为：

X_g=R_xsinω_x 

Y_g=R_xcosω_x

其中:R_x为齿轮的任意圆半径，ω_x为齿间中心半角

ω_x=(π－4ξtgα)／2Z+Δ_s／mZ＋(invα_x－invα)

其中：ξ为齿轮变位系数，Δ_s为齿轮分度圆齿厚的减薄量α_x为齿轮的任意圆压力角，α为齿轮的分度圆压力角，Z为齿轮的齿数，m为齿轮的模数。

由于采用上述技术方案，本发明较好的实现了发明目的，新设计的鼓形齿结构简单，加工简单、方便，应用于齿轮联轴器，当输入、输出轴发生角度偏转时，都能保证鼓形齿轮齿与齿圈有良好的线接触而不是点接触；同时，齿轮的齿根为全圆弧设计，保证了齿轮的齿根弯曲强度，提高了齿轮联轴器的使用性能和使用寿命。

附图说明

图1是现有技术鼓形齿齿轮的结构示意图；

图2是图1的A-A剖面图，即鼓形齿轮齿鼓形最大部位的剖面图；

图3是图1的B-B剖面图，即偏离鼓形齿轮齿鼓形最大部位的剖面图；

图4是齿圈的剖面图；

图5是鼓形齿轮齿鼓形最大部位与齿圈啮合时的剖面示意图；

图6是鼓形齿轮齿齿形如图3所示形状时与齿圈的啮合剖面示意图；

图7是本发明鼓形齿齿轮的结构示意图；

图8是图7的C-C剖面图，即鼓形齿轮齿鼓形最大部位的剖面图；

图9是图7的D-D剖面图，即偏离鼓形齿轮齿鼓形最大部位的剖面图；

图10是鼓形齿轮齿与齿圈啮合时的剖面示意图；

图11是本发明铣刀刀头设计示意图；

图12是本发明采用盘形铣刀时的加工示意图；

图13是本发明采用指状铣刀时的加工示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

由图1、图2、图4、图5可知，鼓形齿轮齿14鼓形最大部位时的齿形是标准齿形角齿形，与齿圈齿形啮合为线接触。

由图3、图6可知，而偏离鼓形齿轮齿14鼓形最大部位时，其轮齿14的齿形形状与齿形角均发生改变，与齿圈齿形啮合为点接触。

实施例1：

由图7可知，一种鼓形齿齿轮，所述鼓形齿齿轮为渐开线齿轮，齿部外圆为球形，鼓形齿齿轮轮齿14的齿形为渐变齿形角齿形，轮齿14齿长方向为鼓形，轮齿14的径向剖面的齿形相同一致，齿根为全圆弧，所述的齿形角为法向齿形角。

由图8、图9、图10可知，由于鼓形齿轮齿14鼓形最大部位时的齿形与偏离鼓形齿轮齿14鼓形最大部位时的齿形相同一致，即鼓形齿轮齿14径向剖面的齿形相同一致，轮齿14与齿圈的齿形在任意位置均处于良好接触。

一种如上所述鼓形齿齿轮的加工方法，采用成形法加工齿形，它包括下列步骤：

⑴齿坯加工：将毛坯在车床上加工成齿坯3，加工时保证基准位置一致；

⑵装夹：将齿坯3对准芯轴1的的定位销2装入芯轴1，再用锥套4进行定心，然后装入开口垫5，用细牙螺母6紧固；

⑶铣齿加工：将芯轴1用哈夫夹头夹紧定位安装在数控铣床的两顶尖上，采用分齿加工方法，铣刀在齿向方向走圆形轨迹或齿坯3随工作台在齿向方向走圆形轨迹，每加工完轮齿14的一个鼓形面后，进行分度，再加工另一个轮齿14的鼓形面，直至加工完全部轮齿14。

由图11可知，一种实现上述鼓形齿齿轮加工方法用铣刀，所述铣刀它包括刀体8、刀头9，刀头9切削刃的形状与鼓形齿齿轮鼓形最大部位的齿槽13形状大小相同，切削刃包括渐开线段10、圆弧段12，切削刃的顶端为全圆弧光滑连接。

本发明当渐开线段10与圆弧段12之间不能光滑连接时，切削刃的渐开线段10与圆弧段12之间设有过渡曲线段11，本实施例过渡曲线段11为斜线。

本发明所述铣刀它为盘形铣刀或指状铣刀（本实施例为盘形铣刀）。

本发明所述切削刃的渐开线段10是利用鼓形齿齿轮14鼓形最大部位的齿槽13宽度来确定刀头9的齿厚，其函数关系为：

S_g＝P－S_x

S_x＝S×（R_x／R）－2R_x(invα_x－invα)

其中: S_g为刀头的齿厚，P为齿轮的齿距，S_x为齿轮的任意圆齿厚，S为齿轮的分度圆齿厚，α_x为齿轮的任意圆压力角，α为齿轮的分度圆压力角，R_x为齿轮的任意圆半径，R为齿轮的分度圆半径。

由图12可知，本发明加工时，齿坯3须保证工艺基准位置尺寸精度，以保证产品装夹位置的一致性，首先将齿坯3对准芯轴1的定位销2装入芯轴1，工艺基准位置一端紧靠台阶7，定位销2采用圆柱设计，限制齿坯3在加工过程中的旋转自由度，确保产品的齿形精度；再用锥套4进行定心，以保证齿坯3装夹不受锥孔制造公差的影响；然后装入开口垫圈5，用细牙螺母6紧固即可，采用细牙螺纹6紧固，有利于工件的夹紧、防松，同时采用开口垫圈5设计，减少齿坯3的装夹时间，提高了生产效率。加工采用成形法加工齿形，在数控铣床上分齿加工，铣刀采用盘形铣刀，铣刀在齿向方向走圆形轨迹或齿坯3随工作台在齿向方向走圆形轨迹（本实施例为齿坯3随工作台在齿向方向走圆形轨迹），每加工完轮齿14的一个鼓形面后，进行分度，再加工另一个轮齿14的鼓形面，直至加工完全部轮齿14。

本发明加工的鼓形齿应用于齿轮联轴器，当输入、输出轴发生角度偏转时，都能保证鼓形齿轮齿14与齿圈有良好的线接触而不是点接触；同时，铣刀齿顶全圆弧设计，保证了齿轮的齿根弯曲强度，提高了齿轮联轴器的使用性能和使用寿命。

实施例2：

由图13可知，本实施例所述铣刀采用指状铣刀，所述切削刃的渐开线段10是利用齿轮参数计算确定其坐标值，关系式为：

X_g=R_xsinω_x 

Y_g=R_xcosω_x

其中:R_x为齿轮的任意圆半径，ω_x为齿间中心半角

ω_x=(π－4ξtgα)／2Z+Δ_s／mZ＋(invα_x－invα)

其中：ξ为齿轮变位系数，Δ_s为齿轮分度圆齿厚的减薄量α_x为齿轮的任意圆压力角，α为齿轮的分度圆压力角，Z为齿轮的齿数，m为齿轮的模数。

加工时，铣刀在齿向方向走圆形轨迹，余同实施例1。

Claims (7)

1.一种鼓形齿齿轮，所述鼓形齿齿轮为渐开线齿轮，齿部外圆为球形，其特征是鼓形齿齿轮轮齿（14）的齿形为渐变齿形角齿形，轮齿（14）齿长方向为鼓形，轮齿（14）的径向剖面的齿形相同一致，齿根为全圆弧，所述的齿形角为法向齿形角。

2.一种如权利要求1所述鼓形齿齿轮的加工方法，其特征是采用成形法加工齿形，它包括下列步骤：

⑴齿坯加工：将毛坯在车床上加工成齿坯（3），加工时保证基准位置一致；

⑵装夹：将齿坯（3）对准芯轴（1）的的定位销（2）装入芯轴（1），再用锥套（4）进行定心，然后装入开口垫（5），用细牙螺母（6）紧固；

⑶铣齿加工：将芯轴（1）用哈夫夹头夹紧定位安装在数控铣床的两顶尖上，采用分齿加工方法，铣刀在齿向方向走圆形轨迹或齿坯（3）随工作台在齿向方向走圆形轨迹，每加工完轮齿（14）的一个鼓形面后，进行分度，再加工另一个轮齿（14）的鼓形面，直至加工完全部轮齿（14）。

3.一种实现如权利要求2所述鼓形齿齿轮加工方法用铣刀，其特征是所述铣刀它包括刀体（8）、刀头（9），刀头（9）切削刃的形状与鼓形齿齿轮鼓形最大部位的齿槽（13）形状大小相同，切削刃包括渐开线段（10）、圆弧段（12），切削刃的顶端为全圆弧光滑连接。

4.根据权利要求3所述的鼓形齿齿轮加工用铣刀，其特征是切削刃的渐开线段（10）与圆弧段（12）之间设有过渡曲线段（11）。

5.根据权利要求3或4所述的鼓形齿齿轮加工用铣刀，其特征是所述铣刀它为盘形铣刀或指状铣刀。

6.根据权利要求5所述的鼓形齿齿轮加工用铣刀，其特征是所述切削刃的渐开线段（10）是利用鼓形齿齿轮（14）鼓形最大部位的齿槽（13）宽度来确定刀头（9）的齿厚，其函数关系为：

S_g＝P－S_x

S_x＝S×（R_x／R）－2R_x(invα_x－invα)

其中: S_g为刀头的齿厚，P为齿轮的齿距，S_x为齿轮的任意圆齿厚，S为齿轮的分度圆齿厚，α_x为齿轮的任意圆压力角，α为齿轮的分度圆压力角，R_x为齿轮的任意圆半径，R为齿轮的分度圆半径。

7.根据权利要求5所述的鼓形齿齿轮加工用铣刀，其特征是所述切削刃的渐开线段（10）是利用齿轮参数计算确定其坐标值，关系式为：

X_g=R_xsinω_x 

Y_g=R_xcosω_x

其中:R_x为齿轮的任意圆半径，ω_x为齿间中心半角

ω_x=(π－4ξtgα)／2Z+Δ_s／mZ＋(invα_x－invα)

其中：ξ为齿轮变位系数，Δ_s为齿轮分度圆齿厚的减薄量α_x为齿轮的任意圆压力角，α为齿轮的分度圆压力角，Z为齿轮的齿数，m为齿轮的模数。

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