CN111895067A - 一种新型端齿盘及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种新型端齿盘及加工方法，属于机械传动技术领域，由两个半端齿盘相互啮合组成；每个半端齿盘由齿盘和轮齿组成；在垂直于半端齿盘中心轴线的平面上，轮齿沿圆周均匀分布在齿盘上；所述轮齿的齿长方向为延伸外摆线；所述轮齿的齿厚从外壁到内壁逐渐缩小；两个所述半端齿盘的轮齿分布方向相互呈镜像设置。本发明的轮齿齿线为延伸外摆线，齿高从外壁到内壁保持不变，新型端齿盘结构紧凑，具有自动定心的功能，且新型端齿盘采用锥度铣刀加工，无须专用机床和专用刀具，加工方法简单，加工成本低，加工效率高。

Description

一种新型端齿盘及加工方法

技术领域

本发明属于机械传动技术领域，具体为一种新型端齿盘及加工方法。

背景技术

端齿盘又称联轴器，可使不同机构中的主动轴与从动轴牢固地联接起来并共同旋转，用来传递运动和扭矩的机械部件。通常由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接，再通过某种方式将两半端齿盘联接起来。

端齿盘为现有常用联轴器的一种，现有摆线齿端齿盘采用收缩齿的结构，齿高从外壁到内壁逐渐收缩，需在专用机床上使用如图8所示的端面盘形铣刀盘进行加工，它由外刀盘体9和内刀盘体10组成，结构复杂，同时需要通过改变轮齿的齿根角来避免刀盘干涉的问题，加工较为复杂，加工成本较高。

发明内容

本发明针对以上问题，提供一种新型端齿盘及加工方法，其轮齿齿线为延伸外摆线，齿高从外壁到内壁保持不变，新型端齿盘结构紧凑，具有自动定心的功能，且新型端齿盘采用锥度铣刀加工，无须专用机床和专用刀具，加工方法简单，加工成本低，加工效率高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种新型端齿盘，它由两个半端齿盘相互啮合组成；每个半端齿盘由齿盘和轮齿组成；在垂直于半端齿盘中心轴线的平面上，轮齿沿圆周均匀分布在齿盘上；所述轮齿的齿长方向为延伸外摆线；所述轮齿的齿厚从外壁到内壁逐渐缩小；两个所述半端齿盘的轮齿分布方向相互呈镜像设置。

作为上述技术方案的进一步改进：两个所述半端齿盘通过穿通螺栓或夹紧装置实现相互连接。

作为上述技术方案的进一步改进：两个相互啮合的半端齿盘的齿宽节线中点具有相同的螺旋角和压力角。

作为上述技术方案的进一步改进：所述轮齿的齿高从外壁到内壁不变。

作为上述技术方案的进一步改进：所述半端齿盘在齿高方向的齿廓曲线为圆弧，圆弧曲率半径R的大小根据齿高方向接触区的高度与全齿高的比值f₂来确定，即：

其中：h_t为全齿高，α为压力角。

一种新型端齿盘加工方法，应用于如上述任一项的新型端齿盘加工；它包括以下步骤：

(1)将工件毛坯在加工中心夹紧固定；

(2)根据轮齿齿线方程以及刀具参数设置刀具加工路径，使其在垂直于工件中心轴线的平面上，以理想端齿盘的轮齿的凸面或凹面为基准；

(3)使刀具切削刃沿着凸面或凹面的齿线运动，在工件毛坯上加工出一个轮齿的凸面或凹面；

(4)刀具切削刃再沿着相邻轮齿的凹面或凸面的齿线以相反的方向运动，铣削出相邻轮齿的凹面或凸面，从而加工出一个齿槽；

(5)加工出一个齿槽后，工件毛坯旋转一定角度，采用同样的方法加工出第二个齿槽；

(6)循环步骤(3)～(5)，加工得到具有一定齿数的端齿盘。

作为加工方法的进一步改进，所述刀具为锥度铣刀，其切削刃绕刀具轴线旋转所形成的回转面的母线形状，与轮齿的法向齿廓形状相同。

作为加工方法的进一步改进，轮齿凸面的齿线方程为：

其中：E_x1为形成凸面延伸外摆线的动圆圆心到与冠轮固连的基圆圆心的距离；

θ为形成延伸外摆线的动圆绕其圆心所转动角度；

r₀为轮齿凸面延伸外摆线成形半径；

δ₁为轮齿凸面方向角(齿宽方向节线中点的法线与节线中点和动圆圆心连线间的夹角)；

E_y为冠轮基圆半径；

R_m为冠轮参考点锥距；

β_m为端齿盘齿宽节线中点螺旋角。

轮齿凹面的齿线方程为：

其中：E_x2为形成凹面延伸外摆线的动圆圆心到与冠轮固连的基圆圆心的距离；

r₁为轮齿凹面延伸外摆线成形半径；

δ₂为轮齿凹面方向角(齿宽方向节线中点的法线与节线中点和动圆圆心连线间的夹角)。

轮齿凸面的成形半径为r₀，轮齿凹面的成形半径为r₁＝r₀+Δr，Δr为齿长方向的曲率修正量，Δr的值根据齿长方向接触区的长度相对于齿面宽的比值f₁来确定，即：

其中：α为压力角；

β_m为端齿盘齿宽节线中点螺旋角；

b为齿面宽。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的新型端齿盘，其轮齿齿高从外壁到内壁不变，现有加工端齿盘的刀具齿廓曲线为直线，而本发明的新型端齿盘的齿廓曲线为圆弧，且加工新型端齿盘的锥度铣刀切削刃回转面的母线形状与新型端齿盘的法向齿廓曲线形状相同，因此新型端齿盘啮合时，避免了齿顶、齿根干涉，降低了端齿盘对制造、安装误差的敏感性。

2、在加工方法中，由现有采用专用机床及专用端面盘形铣刀盘加工改为只需要采用加工中心及锥度铣刀进行加工，因此本发明的新型端齿盘可以在普通加工中心进行加工，且锥度铣刀根据齿廓曲线制造刃磨，不受专用加工设备和专用刀盘的限制，制造成本低，加工效率高。

附图说明

图1是本发明的***结构示意图。

图2是本发明的右旋半端齿盘结构示意图。

图3是本发明的左旋半端齿盘结构示意图。

图4是本发明的端齿盘在采用锥度铣刀铣削齿槽时的法向剖面图。

图5是本发明的端齿盘在采用锥度铣刀铣削一个齿槽时的刀具运动轨迹图。

图6是本发明的端齿盘轮齿法向截面图。

图7是现有端齿盘在采用小直径端面盘形铣刀盘加工时的刀盘干涉示意图。

图8是加工现有端齿盘时所采用的端面盘形铣刀盘。

图9是轮齿凸面的齿线示意图。

图中：1、右旋半端齿盘；11、右旋轮齿；12、右旋齿槽；2、左旋半端齿盘；21左旋轮齿；22、左旋齿槽；3、右旋连接台；4、左旋连接台；5、锥度铣刀；6、锥度铣刀运动轨迹；7、刀齿回转轨迹；9、外刀盘体；10、内刀盘体；11、轮齿凸面的齿线。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

请参阅图1至图9，在一种具体的实施方式中，一种新型端齿盘，它由两个半端齿盘相互啮合组成；每个半端齿盘由齿盘和轮齿组成；在垂直于半端齿盘中心轴线的平面上，轮齿沿圆周均匀分布在齿盘上；所述轮齿的齿长方向为延伸外摆线；所述轮齿的齿厚从外壁到内壁逐渐缩小；两个所述半端齿盘的轮齿分布方向相互呈镜像设置。

优选地，本实施例中：两个所述半端齿盘通过穿通螺栓或夹紧装置实现相互连接。

优选地，本实施例中：两个相互啮合的半端齿盘的齿宽节线中点具有相同的螺旋角和压力角。

优选地，本实施例中：所述轮齿的齿高从外壁到内壁不变。

优选地，本实施例中：所述半端齿盘在齿高方向的齿廓曲线为圆弧，圆弧曲率半径R的大小根据齿高方向接触区的高度与全齿高的比值f₂来确定，即：

其中：h_t为全齿高，α为压力角。如图6所示，h_t＝h_a+h_f，h_a齿顶高，h_f齿根高。

一种新型端齿盘加工方法，应用于如上述任一项的新型端齿盘加工；它包括以下步骤：

(1)将工件毛坯在加工中心夹紧固定；

(2)根据轮齿齿线方程以及刀具参数设置刀具加工路径，使其在垂直于工件中心轴线的平面上，以理想端齿盘的轮齿的凸面或凹面为基准；

(3)使刀具切削刃沿着凸面或凹面的齿线运动，在工件毛坯上加工出一个轮齿的凸面或凹面；

(4)刀具切削刃再沿着相邻轮齿的凹面或凸面的齿线以相反的方向运动，铣削出相邻轮齿的凹面或凸面，从而加工出一个齿槽；

(5)加工出一个齿槽后，工件毛坯旋转一定角度，采用同样的方法加工出第二个齿槽；

(6)循环步骤(3)～(5)，加工得到具有一定齿数的端齿盘。

作为加工方法的进一步优化，所述刀具为锥度铣刀，其切削刃绕刀具轴线旋转所形成的回转面的母线形状，与轮齿的法向齿廓形状相同。

作为加工方法的进一步优化，如图9所示，xoy平面与新型端齿盘的节平面重合，且o点位于节平面与端齿盘轴线的交点。轮齿凸面的齿线方程为：

其中：E_x1为形成凸面延伸外摆线的动圆圆心到与冠轮固连的基圆圆心的距离；

θ为形成延伸外摆线的动圆绕其圆心所转动角度；

r₀为轮齿凸面延伸外摆线成形半径；

δ₁为轮齿凸面方向角(齿宽方向节线中点的法线与节线中点和动圆圆心连线间的夹角)；

E_y为冠轮基圆半径；

R_m为冠轮参考点锥距；

β_m为端齿盘齿宽节线中点螺旋角。

轮齿凹面的齿线方程为：

其中：E_x2为形成凹面延伸外摆线的动圆圆心到与冠轮固连的基圆圆心的距离；

r₁为轮齿凹面延伸外摆线成形半径；

δ₂为轮齿凹面方向角(齿宽方向节线中点的法线与节线中点和动圆圆心连线间的夹角)。

轮齿凸面的成形半径为r₀，轮齿凹面的成形半径为r₁＝r₀+Δr，Δr为齿长方向的曲率修正量，Δr的值根据齿长方向接触区的长度相对于齿面宽的比值f₁来确定，即：

其中：α为压力角；

β_m为端齿盘齿宽节线中点螺旋角；

b为齿面宽。

本发明具体工作原理：

本实施例给出了一种新型端齿盘，包括两个对接拼装在一起的半端齿盘；分别为左旋半端齿盘2和右旋半端齿盘1；其中左旋半端齿盘2由左旋齿盘4和左旋轮齿21组成，左旋轮齿21之间形成左旋齿槽22；其中右旋半端齿盘1由右旋齿盘3和右旋轮齿11组成，右旋轮齿11之间形成右旋齿槽12；在垂直于端齿盘轴线的平面上，轮齿在端面沿圆周均匀分布，其齿长方向为延伸外摆线；轮齿齿厚从外壁到内壁逐渐收缩，呈外大内小状，但轮齿齿高从外壁到内壁不变；

安装时，一个左旋半端齿盘2与一个右旋半端齿盘1相互啮合，左旋半端齿盘2上的左旋轮齿21嵌入到右旋半端齿盘1上的右旋齿槽12内；右旋半端齿盘1上的右旋轮齿11嵌入到左旋半端齿盘2上的左旋齿槽22内；

两个拼装在一起的半端齿盘通过穿通螺栓或特殊夹紧装置进行紧固；左旋半端齿盘2转动带动右旋半端齿盘1转动或右旋半端齿盘1转动带动左旋半端齿盘2转动；其结构紧凑，承载能力大，且具有自动定心功能。

本实施例还给出了该新型端齿盘的加工方法，它包括以下步骤：

(1)将工件毛坯在加工中心夹紧固定；

(2)设置刀具加工路径，使其在垂直于工件轴线的平面上，以理想端齿盘轮齿的凸面(或凹面)为基准；

(3)使刀具切削刃沿着凸面(或凹面)的齿线运动，在工件毛坯上加工出一个轮齿的凸面(或凹面)；

(4)刀具切削刃再沿着相邻轮齿的凹面(或凸面)的齿线方程以相反的方向运动，铣削出相邻轮齿的凹面(或凸面)，从而加工出一个齿槽；

(5)加工出一个齿槽后，工件旋转一定角度，采用同样的方法加工出第二个齿槽；

(6)循环步骤(3)～(5)，加工得到具有一定齿数的端齿盘。

本实施例所述的新型端齿盘的加工刀具为锥度铣刀5，且锥度铣刀5切削刃回转面的母线形状与新型端齿盘的法向齿廓曲线形状相同。如图5所示，参看锥度铣刀运动轨迹6。如图7所示，参看端面盘形铣刀盘的刀齿回转轨迹7。

如图9所示，参看轮齿凸面的齿线11。用于描述齿线方程的坐标系的位置，齿线方程的坐标系的xoy平面与端齿盘的节平面重合，且o点为节平面与端齿盘轴线的交点。

由于新型端齿盘采用加工中心进行加工，因此不存在刀盘干涉的问题，并且加工原理简单，加工成本低，加工效率高。

本实施例给出的一种新型端齿盘，由于采用加工中心及锥度铣刀进行加工，不受专用机床和专用刀具的限制，在普通加工中心就能完成加工，加工成本低。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种新型端齿盘，其特征在于，它由两个半端齿盘相互啮合组成；每个半端齿盘由齿盘和轮齿组成；在垂直于半端齿盘中心轴线的平面上，轮齿沿圆周均匀分布在齿盘上；所述轮齿的齿长方向为延伸外摆线；所述轮齿的齿厚从外壁到内壁逐渐缩小；两个所述半端齿盘的轮齿分布方向相互呈镜像设置。

2.根据权利要求1所述的一种新型端齿盘，其特征在于，两个所述半端齿盘通过穿通螺栓或夹紧装置实现相互连接。

3.根据权利要求1所述的一种新型端齿盘，其特征在于，两个相互啮合的半端齿盘的齿宽节线中点具有相同的螺旋角和压力角。

4.根据权利要求1所述的一种新型端齿盘，其特征在于，所述轮齿的齿高从外壁到内壁不变。

5.根据权利要求1所述的一种新型端齿盘，其特征在于，所述半端齿盘在齿高方向的齿廓曲线为圆弧，圆弧曲率半径R的大小根据齿高方向接触区的高度与全齿高的比值f₂来确定，即：

其中：h_t为全齿高，α为压力角。

6.一种新型端齿盘加工方法，其特征在于，应用于如权利要求1-5中任一项的新型端齿盘加工；它包括以下步骤：

(1)将工件毛坯在加工中心夹紧固定；

(2)根据轮齿齿线方程以及刀具参数设置刀具加工路径，使其在垂直于工件中心轴线的平面上，以理想端齿盘的轮齿的凸面或凹面为基准；

(3)使刀具切削刃沿着凸面或凹面的齿线运动，在工件毛坯上加工出一个轮齿的凸面或凹面；

(4)刀具切削刃再沿着相邻轮齿的凹面或凸面的齿线以相反的方向运动，铣削出相邻轮齿的凹面或凸面，从而加工出一个齿槽；

(5)加工出一个齿槽后，工件毛坯旋转一定角度，采用同样的方法加工出第二个齿槽；

(6)循环步骤(3)～(5)，加工得到具有一定齿数的端齿盘。

7.根据权利要求6所述的一种新型端齿盘加工方法，其特征在于，所述刀具为锥度铣刀，其切削刃绕刀具轴线旋转所形成的回转面的母线形状，与轮齿的法向齿廓形状相同。

8.根据权利要求6所述的一种新型端齿盘加工方法，其特征在于，轮齿凸面的齿线方程为：

其中：E_x1为形成凸面延伸外摆线的动圆圆心到与冠轮固连的基圆圆心的距离；

θ为形成延伸外摆线的动圆绕其圆心所转动角度；

r₀为轮齿凸面延伸外摆线成形半径；

δ₁为轮齿凸面方向角(齿宽方向节线中点的法线与节线中点和动圆圆心连线间的夹角)；

E_y为冠轮基圆半径；

R_m为冠轮参考点锥距；

β_m为端齿盘齿宽节线中点螺旋角。

轮齿凹面的齿线方程为：

其中：E_x2为形成凹面延伸外摆线的动圆圆心到与冠轮固连的基圆圆心的距离；

r₁为轮齿凹面延伸外摆线成形半径；

δ₂为轮齿凹面方向角(齿宽方向节线中点的法线与节线中点和动圆圆心连线间的夹角)。

轮齿凸面的成形半径为r₀，轮齿凹面的成形半径为r₁＝r₀+Δr，Δr为齿长方向的曲率修正量，Δr的值根据齿长方向接触区的长度相对于齿面宽的比值f₁来确定，即：

其中：α为压力角；

β_m为端齿盘齿宽节线中点螺旋角；

b为齿面宽。

Images