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淺談直齒錐齒輪的滾齒加工
2012-11-16  來源:  作者:陜西航空技師學院 黃曉保

      1 概述

 

      錐齒輪傳動是用于相交軸之間運動和動力的傳動機構。目前錐齒輪加工通常在價格昂貴的專用機床上(刨齒機、傘齒機)采用展成刨齒加工法加工。

 

      展成刨齒法每加工一個齒,刨齒刀就要脫離"嚙合"反向對滾,同時間歇做分齒運動,才能進人下一個輪齒的加工。也就是說要一個輪齒一個輪齒(間歇)地進行加工。

 

      錐齒輪的加工相對于圓柱齒輪有較大的難度,由于錐齒輪加工是逐齒進行的,且每一輪齒加工時,都要進行分度操作,因此其生產效率和加工精度都較低。本文介紹一種新的錐齒輪加工方法---滾齒加工法。其生產效率和加工精度比現有的加工方法有所提高,可供科研及工程技術人員參考。

 

      2 直齒錐齒輪滾齒加工原理

 

      直齒錐齒輪的滾齒加工方法可借鑒圓柱齒輪的加工方法,利用齒輪滾刀加工錐齒輪。

 

      圖1 為滾齒機加工直齒圓柱齒輪的切削原理圖。圖中1 為齒輪滾刀,2 為被切齒輪,ωk 為齒輪滾刀的回轉速度,νf 為滾刀的垂直進給運動速度,ωh 為被切齒輪的回轉速度。ωk 和ωh 之間有固定的速比關系。

 

      若直齒圓柱齒輪可以看作分錐角為0°的直齒錐齒輪,兩者的差別僅為分錐角δ及模數的不同,只要滾齒機也能附加一個"錐角",設計可變模數的滾刀就能進行錐齒輪的加工。由于直齒錐齒輪的分度圓錐線是一斜線,那么可通過兩個直線坐標的變化,形成這條斜線。圖2 顯示了這種方法的運動情況,它是通過滾刀的垂直進給運動和被切錐齒輪的水平進給運動的有機結合,形成被切錐齒輪的錐角要求。

∑6

 

      3 可變模數滾刀加工直齒錐齒輪的原理

 

      將可變模數齒輪滾刀加工直齒錐齒輪的過程看成錐齒輪與齒距變化的齒條相嚙合,在切齒過程中,將錐齒輪看成齒數相同、模數值從小端m ?。ㄗ钚≈担┑酱蠖薽 大(最大值)連續變化的疊加齒輪,模數不同,對應每一個垂直于軸線的截面上齒輪的分度圓大小也是連續變化的。設想有一把齒輪滾刀,其模數值也是連續變化的(即齒距是可以連續變化的),對應每一個截面有一個可以相嚙合的齒條,在滾齒加工中便可以連續分度,用展成法加工出錐齒輪。

 

      4 可變模數齒輪滾刀的結構

 

      可變模數齒輪滾刀亦可稱可變齒距齒輪滾刀,其結構特點是:安裝滾刀的心軸4 類似外花鍵套,以內孔和鍵槽與傳動軸桿5 配合,用以傳遞扭矩,外圓上有矩形槽,用來安裝滾刀刀齒3,并帶動滾刀刀齒3 旋轉;滾刀刀齒3 是單獨制成的,具有一定長度的齒形,其切削部分為直線齒形,齒高與被加工齒輪的大端模數成比例,齒厚與被加工齒輪的小端模數成比例。(見圖3)

 

9

 

      5 滾刀刀齒對應螺距的計算

 

      現結合實際,設計滾刀刀齒對應的螺距。例如:直齒錐齒輪,m 大=5, m 小=3,滾刀根據平移原理,相當于與齒輪相嚙合的齒條刀齒連續不斷的沿軸線方向移動,由于齒條刀齒分布在齒距T=m 軸π的螺旋線上,則T 大=5π=15.7mm(指法向齒距,以下同), T 小=3π=9.42mm,現設計刀齒數Z 刀=15 的滾刀對應的螺距滾切直齒錐齒輪時,滾刀沿錐齒輪軸線按一定速度做垂直進給運動,若將直齒錐齒輪分度圓錐面展開可以看出,其分錐距與齒距成線性關系,所以說只要保證錐齒輪齒距增大(或減少)與垂直進給量成比例,加工的直齒錐齒輪就是合格的。刀具的垂直進給量一旦選定,齒輪滾刀的螺紋套轉速就確定了。

 

      為了保證齒距的變化值恒定,將單頭滾刀的刀齒在一個齒距長度上分成15 個獨立的刀齒。將齒距為T 的滾刀沿分度圓展開,如圖4 所示,

 

 

      切削刃同這個面的交點用數字表示,由螺旋線開始中間刀齒用0 表示,位于它右邊的7 個齒用1,2,3...7 表示,左邊的7 個齒用-1,-2,-3,... -7 表示,坐標原點與0 點(中間刀齒)重合,其所示的切削刃的位置是齒距為T 小時開始切削位置(位于錐齒輪小端),在切削過程中,切削刃沿軸向(X 向)不斷變化位置,到加工終了時(位于錐齒輪大端),切削刃占據了齒距為T 大的位置,圖中切削刃的終了位置用1',2',3'...7' 和-1',-2',-3'... -7' 表示。點1 位移到1' 處移動的軸向距離用ΔX 表示,點2 位移到2' 處移動的軸向距離為2ΔX...,點7 移動了7ΔX,具有規律性,這種規律性證明:為了保證滾刀切削刃由齒距為T 小的螺旋面移到齒距為T 大的螺旋面,螺紋套上的螺紋個數應為Z 刀-1個,因中間刀齒位于原點位置不動,所以這個刀齒沒有螺紋,由第1 個刀齒到第7 個刀齒的螺距應分別增大1~7 倍。在車削螺紋套上螺紋時,每段螺紋螺旋入口不可能都在理論位置,相當于附加回轉;此外,螺紋套與刀齒旋合有傳動間隙,必須將螺紋套附加回轉某一角度;而且在滾切過程中,無論從大端開始還是從小端開始垂直進給,產生的附加螺距實際值超出理論計算值也必須將螺紋套回轉某一角度。

  

      結束語

 

      本文探討了用可變模數滾刀加工直齒錐齒輪的思路,但是滾刀螺距的修正系數要根據各企業的設備、刀具、加工精度等因素進行調整。同時還須正確調整機床分度、垂直進給、徑向進給、滾刀螺紋套回轉運動等5個運動的關系,分別求出他們的掛輪公式。根據機床、工件材料、刀具確定合理的切削速度等綜合因素是保證滾齒加工錐齒輪成功的重要條件。

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