CN104889501A - 非完全对称渐开线齿轮及其专用切齿滚刀和加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非完全对称渐开线齿轮及其专用切齿滚刀和加工方法，加工方法包括第一步，准备可用于滚齿的齿坯；第二步，选用专用切齿滚刀等五个步骤；专用切齿滚刀的轴向齿廓由左侧齿廓和右侧齿廓组成，左侧齿廓由直线段HI、IJ、KL和圆弧段JK组成；右侧齿廓由直线段PO、ON、ML和圆弧段NM组成；非完全对称渐开线齿轮端面齿槽齿形包括渐开线段AB、渐开线段EF、齿槽左侧齿根曲线BG和齿槽右侧齿根曲线GE。该齿轮的齿牙左右侧能获得不同的齿根弯曲强度；专用切齿滚刀在获得左右齿面不同的渐开线起始点和齿根曲线曲率半径的同时，使齿轮左右齿面可以允许不同的磨削量，有利于避免产生磨削凸台等缺陷。

Description

非完全对称渐开线齿轮及其专用切齿滚刀和加工方法
技术领域
本发明涉及一种非对称渐开线齿轮及其专用切齿刀具和加工方法。尤其适用于齿牙受双向弯曲载荷作用的中间惰轮或行星轮。
背景技术
齿轮传动系统常用到同时与两个齿轮啮合的中间惰轮或行星轮，由于它们的齿牙受双向弯曲载荷作用，该齿轮的齿根最容易出现弯曲折断，例如在GB/T 3480-1997《渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法》P56中规定：对于受对称双向弯曲的齿轮(如中间轮或行星轮)，在设计时，应将齿轮的弯曲疲劳极限值乘上系数0.7作为这类齿轮能承受的弯曲疲劳极限。另外，中间惰轮或行星轮左右齿面分别与两个不同的齿轮啮合，因此中间惰轮或行星轮的齿牙左右侧分别承受的弯曲强度不同，啮合所需齿面渐开线的起始点也不同，而渐开线起始点的高低直接影响齿轮齿根的圆弧曲率半径，进而影响齿轮的齿根弯曲强度。
传统的设计方法不考虑左、右齿面渐开线起始点的差异，设计的齿形为左、右齿面及齿根完全对称，参见GB/T 1356-2001《通用机械和重型机械用圆柱齿轮标准基本齿条齿廓》，为完全对称齿廓，因此，为了保证左、右齿面渐开线起始点相同，且具有足够的渐开线长度参与啮合，使得左右齿廓齿根曲线曲率半径均很小，这进一步降低了中间惰轮或行星轮的齿根弯曲强度。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种非完全对称渐开线齿轮的加工方法。
本发明的第二目的是提供一种用于非完全对称渐开线齿轮加工的专用切齿滚刀。
本发明的第三目的在于提供一种通过上述方法所获得的非完全对称渐开线齿轮。
实现上述第一目的的技术方案是：一种非完全对称渐开线齿轮的加工方法，包括如下步骤：
第一步，准备可用于滚齿的齿坯；
第二步，选用专用切齿滚刀；
第三步，用专用切齿滚刀滚切齿坯，所述专用切齿滚刀左侧齿廓直线段HI所在的刀具段滚切齿坯左侧形成端面齿廓QSG的渐开线段QS，所述左侧齿廓的直线段IJ、KL和圆弧段JK所在的刀具段滚切齿坯左侧形成端面齿廓QSG的齿根曲线SG；所述右侧齿廓直线段PO所在的刀具段滚切齿坯右侧形成端面齿廓UTG的渐开线段UT，所述右侧齿廓的ON、ML和圆弧段NM所在的刀具段滚切齿坯右侧形成端面齿廓UTG的齿根曲线TG；点S为齿坯端面齿槽左侧渐开线起始点，dFf1为齿坯端面齿槽左侧渐开线起始点直径，点T为齿坯端面齿槽右侧渐开线起始点，dFf2为齿坯端面齿槽右侧渐开线起始点直径；
第四步，对第三步获得的具有QS、SG、UT、TG端面齿廓的齿坯进行热处理；
第五步，最后磨削齿面使渐开线段QS、渐开线段UT至非完全对称渐开线齿轮的端面渐开线段AB、渐开线段FE，形成非完全对称渐开线齿轮的端面齿槽齿形AB、BG、EG和FE，此时，点B为所述非完全对称渐开线齿轮端面齿槽左侧的渐开线起始点，db为非完全对称渐开线齿轮端面齿槽左侧渐开线起始点直径，所述点E为所述非完全对称渐开线齿轮端面齿槽的右侧的渐开线起始点，de为非完全对称渐开线齿轮端面齿槽右侧渐开线起始点直径；BG和EG分别为非完全对称渐开线齿轮端面齿槽的左、右侧齿根曲线。
实现上述第二目的的技术方案是：一种专用切齿滚刀，
所述专用切齿滚刀的轴向齿廓由左侧齿廓和右侧齿廓组成，所述左侧齿廓由直线段HI、IJ、KL和圆弧段JK组成；所述右侧齿廓由直线段PO、ON、ML和圆弧段NM组成；
所述直线段HI与轴线Ⅰ的夹角为所述左侧齿廓的主切削刃齿形角α；所述轴Ⅰ为对刀时通过被加工齿轮分度圆圆心且垂直于专用切齿滚刀分度线Ⅱ的轴线；所述直线段IJ与轴线Ⅰ的夹角为左侧齿廓的非造型切削刃齿形角β1，β1＜α，且β1＝7°～14°；所述圆弧段JK与直线段IJ、KL相切于点J和点K；直线段KL平行于专用切齿滚刀分度线Ⅱ；
所述右侧齿廓的直线段PO与轴线Ⅰ的夹角为α；所述直线段ON与轴线Ⅰ的夹角为右侧齿廓的非造型切削刃齿形角β2，β2＜α，且β2＝7°～14°；所述圆弧段NM与直线段ON、ML相切于点N和点M；直线段ML平行于专用切齿滚刀分度线Ⅱ；
所述左侧齿廓具有凸角厚度H1，所述右侧齿廓具有凸角厚度H2，允许H1≠H2；
所述专用切齿滚刀在分度线Ⅱ上的齿厚为Sn，左侧齿廓在分度线Ⅱ上的厚度为Sn1，右侧齿廓在分度线Ⅱ上的厚度Sn2，Sn＝Sn1+Sn2，允许Sn1≠Sn2；
所述左侧齿廓的圆弧段JK的半径为R1；右侧齿廓的圆弧段NM的半径为R2；0＜R1＜R2≤Rmax，其中Rmax按如下公式计算：
其中ha为所述专用切齿滚刀齿顶高。
实现上述第三目的的技术方案是：一种采用上述的方法所获得的非完全对称渐开线齿轮，其端面齿槽齿形包括渐开线段AB、渐开线段EF、齿槽左侧齿根曲线BG和齿槽右侧齿根曲线GE，所述渐开线段AB和渐开线段EF相对于齿槽的对称轴线不完全对称，所述点A和点F分别是非完全对称渐开线齿轮端面齿槽的左、右齿面的齿顶点，所述点B为所述非完全对称渐开线齿轮端面齿槽左侧的渐开线起始点，db为非完全对称渐开线齿轮端面齿槽左侧渐开线起始点直径，所述点E为所述非完全对称渐开线齿轮端面齿槽的右侧的渐开线起始点，de为非完全对称渐开线齿轮端面齿槽右侧渐开线起始点直径；所述曲线BG为所述专用切齿滚刀左侧齿廓的直线段IJ、KL和圆弧段JK所在的刀具段滚切形成的齿根曲线，曲线GE为所述专用切齿滚刀右侧齿廓的ON、ML和圆弧段NM所在的刀具段滚切形成的齿根曲线，所述齿槽左侧齿根曲线BG和齿槽右侧齿根曲线GE关于轴线Ⅲ不对称，所述轴线Ⅲ为非完全对称渐开线齿轮的端面齿槽宽V⌒Z所对圆心角的角平分线；
当db＜de时，所述渐开线段AB由渐开线段AE'和渐开线段E'B组成，所述渐开线段AE'与渐开线段EF关于轴线Ⅲ完全对称；
当db＞de时，所述渐开线段EF由渐开线段EB'和渐开线段FB'组成，所述渐开线段AB与渐开线段FB'关于轴线Ⅲ完全对称。
本发明的非完全对称渐开线齿轮齿槽的左右齿廓齿面渐开线起始点和齿根曲线曲率半径不同，可根据左右齿面渐开线起始点的位置设计不同的左右齿廓齿根曲线曲率半径，使齿牙左右侧获得不同的齿根弯曲强度。
本发明的专用切齿滚刀，在获得左右齿面不同的渐开线起始点和齿根曲线曲率半径的同时，使齿轮左右齿面可以允许不同的磨削量，有利于避免左右齿廓热处理变形量不同或左右齿面修形量不同而出现一面磨削量过大产生磨削凸台，一面磨削量不足而产生渐开线长度不足的缺陷。
附图说明
以下结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明采用专用切齿滚刀滚切齿坯时的端面齿形示意图；
图2是非完全对称渐开线齿轮的磨齿示意图；
图3是本发明的非完全对称渐开线齿轮的一种端面齿形示意图；
图4是本发明的非完全对称渐开线齿轮的另一种端面齿形示意图；
图5是本发明的专用切齿滚刀的轴向齿形示意图；
图6是专用切齿滚刀轴向齿形的左侧型线；
图7是专用切齿滚刀轴向齿形的右侧型线。
具体实施方式
如图1、2、3、4、5、6、7所示，本发明的一种非完全对称渐开线齿轮的加工方法，包括如下步骤：
第一步，准备可用于滚齿的齿坯4；
第二步，选用专用切齿滚刀3；
第三步，用专用切齿滚刀3滚切齿坯4，所述专用切齿滚刀3左侧齿廓1直线段HI所在的刀具段滚切齿坯4左侧形成端面齿廓QSG的渐开线段QS，所述左侧齿廓1的直线段IJ、KL和圆弧段JK所在的刀具段滚切齿坯4左侧形成端面齿廓QSG的齿根曲线SG；所述右侧齿廓2直线段PO所在的刀具段滚切齿坯4右侧形成端面齿廓UTG的渐开线段UT，所述右侧齿廓2的ON、ML和圆弧段NM所在的刀具段滚切齿坯4右侧形成端面齿廓UTG的齿根曲线TG；点S为齿坯4端面齿槽左侧渐开线起始点，dFf1为齿坯4端面齿槽左侧渐开线起始点直径，点T为齿坯4端面齿槽右侧渐开线起始点，dFf2为齿坯4端面齿槽右侧渐开线起始点直径；
第四步，对第三步获得的具有QS、SG、UT、TG端面齿廓的齿坯4进行热处理；
第五步，最后磨削齿面使渐开线段QS、渐开线段UT至非完全对称渐开线齿轮5的端面渐开线段AB、渐开线段FE，形成非完全对称渐开线齿轮5的端面齿槽齿形AB、BG、EG和FE，此时，点B为所述非完全对称渐开线齿轮5端面齿槽左侧的渐开线起始点，db为非完全对称渐开线齿轮5端面齿槽左侧渐开线起始点直径，所述点E为所述非完全对称渐开线齿轮5端面齿槽的右侧的渐开线起始点，de为非完全对称渐开线齿轮5端面齿槽右侧渐开线起始点直径；BG和EG分别为非完全对称渐开线齿轮5端面齿槽的左、右侧齿根曲线。
如图5、6、7所示，本发明的一种专用切齿滚刀，所述专用切齿滚刀3的轴向齿廓由左侧齿廓1和右侧齿廓2组成，所述左侧齿廓1由直线段HI、IJ、KL和圆弧段JK组成；所述右侧齿廓2由直线段PO、ON、ML和圆弧段NM组成；
所述直线段HI与轴线Ⅰ的夹角为所述左侧齿廓1的主切削刃齿形角α；所述轴Ⅰ为对刀时通过被加工齿轮分度圆圆心且垂直于专用切齿滚刀(3)分度线Ⅱ的轴线；所述直线段IJ与轴线Ⅰ的夹角为左侧齿廓1的非造型切削刃齿形角β1，β1＜α，且β1＝7°～14°；所述圆弧段JK与直线段IJ、KL相切于点J和点K；直线段KL平行于专用切齿滚刀3分度线Ⅱ；
所述右侧齿廓2的直线段PO与轴线Ⅰ的夹角为α；所述直线段ON与轴线Ⅰ的夹角为右侧齿廓2的非造型切削刃齿形角β2，β2＜α，且β2＝7°～14°；所述圆弧段NM与直线段ON、ML相切于点N和点M；直线段ML平行于专用切齿滚刀3分度线Ⅱ；
所述左侧齿廓1具有凸角厚度H1，所述右侧齿廓2具有凸角厚度H2，允许H1≠H2；
所述专用切齿滚刀3在分度线Ⅱ上的齿厚为Sn，左侧齿廓1在分度线Ⅱ上的厚度为Sn1，右侧齿廓2在分度线Ⅱ上的厚度Sn2，Sn＝Sn1+Sn2，允许Sn1≠Sn2；
所述左侧齿廓1的圆弧段JK的半径为R1；右侧齿廓2的圆弧段NM的半径为R2；0＜R1＜R2≤Rmax，其中Rmax按如下公式计算：
其中ha为所述专用切齿滚刀3齿顶高。
如图3、4所示，本发明的一种采用上述的方法所获得的非完全对称渐开线齿轮，其端面齿槽齿形包括渐开线段AB、渐开线段EF、齿槽左侧齿根曲线BG和齿槽右侧齿根曲线GE，所述渐开线段AB和渐开线段EF相对于齿槽的对称轴线不完全对称，所述点A和点F分别是非完全对称渐开线齿轮5端面齿槽的左、右齿面的齿顶点，所述点B为所述非完全对称渐开线齿轮5端面齿槽左侧的渐开线起始点，db为非完全对称渐开线齿轮5端面齿槽左侧渐开线起始点直径，所述点E为所述非完全对称渐开线齿轮5端面齿槽的右侧的渐开线起始点，de为非完全对称渐开线齿轮5端面齿槽右侧渐开线起始点直径；所述曲线BG为所述专用切齿滚刀3左侧齿廓1的直线段IJ、KL和圆弧段JK所在的刀具段滚切形成的齿根曲线，曲线GE为所述专用切齿滚刀3右侧齿廓2的ON、ML和圆弧段NM所在的刀具段滚切形成的齿根曲线，所述齿槽左侧齿根曲线BG和齿槽右侧齿根曲线GE关于轴线Ⅲ不对称，所述轴线Ⅲ为非完全对称渐开线齿轮5的端面齿槽宽V⌒Z所对圆心角的角平分线；
如图3所示，当db＜de时，所述渐开线段AB由渐开线段AE'和渐开线段E'B组成，所述渐开线段AE'与渐开线段EF关于轴线Ⅲ完全对称；
如图4所示，当db＞de时，所述渐开线段EF由渐开线段EB'和渐开线段FB'组成，所述渐开线段AB与渐开线段FB'关于轴线Ⅲ完全对称。
所述曲线BG和曲线GE为专用切齿滚刀3滚切形成的延伸渐开线的等距曲线。
如图2所示，采用上述专用切齿滚刀3加工完成后，齿坯4端面形成QS、SG、UT、TG齿廓，经热处理和精加工，最后采用砂轮磨削齿面QS、UT至非完全对称渐开线齿轮5的齿面AB、FE，形成非完全对称渐开线齿轮5的端面齿槽齿形AB、BG、EG和FE。其中左右齿廓齿根曲线BG和EG为专用切齿滚刀3滚切形成的曲率半径不相等的曲线，且齿根BG和EG经热处理后不磨削，保留了热处理强化层；端面齿槽左右齿廓齿面AB和FE为磨削齿面，保证了齿轮精度。

Claims (3)

1.一种非完全对称渐开线齿轮的加工方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，准备可用于滚齿的齿坯(4)；
第二步，选用专用切齿滚刀(3)；
第三步，用专用切齿滚刀(3)滚切齿坯(4)，所述专用切齿滚刀(3)左侧齿廓(1)直线段HI所在的刀具段滚切齿坯(4)左侧形成端面齿廓QSG的渐开线段QS，所述左侧齿廓(1)的直线段IJ、KL和圆弧段JK所在的刀具段滚切齿坯(4)左侧形成端面齿廓QSG的齿根曲线SG；所述右侧齿廓(2)直线段PO所在的刀具段滚切齿坯(4)右侧形成端面齿廓UTG的渐开线段UT，所述右侧齿廓(2)的ON、ML和圆弧段NM所在的刀具段滚切齿坯(4)右侧形成端面齿廓UTG的齿根曲线TG；点S为齿坯(4)端面齿槽左侧渐开线起始点，dFf1为齿坯(4)端面齿槽左侧渐开线起始点直径，点T为齿坯(4)端面齿槽右侧渐开线起始点，dFf2为齿坯(4)端面齿槽右侧渐开线起始点直径；
第四步，对第三步获得的具有QS、SG、UT、TG端面齿廓的齿坯(4)进行热处理；
第五步，最后磨削齿面使渐开线段QS、渐开线段UT至非完全对称渐开线齿轮(5)的端面渐开线段AB、渐开线段FE，形成非完全对称渐开线齿轮(5)的端面齿槽齿形AB、BG、EG和FE，此时，点B为所述非完全对称渐开线齿轮(5)端面齿槽左侧的渐开线起始点，db为非完全对称渐开线齿轮(5)端面齿槽左侧渐开线起始点直径，所述点E为所述非完全对称渐开线齿轮(5)端面齿槽的右侧的渐开线起始点，de为非完全对称渐开线齿轮(5)端面齿槽右侧渐开线起始点直径；BG和EG分别为非完全对称渐开线齿轮(5)端面齿槽的左、右侧齿根曲线。
2.一种专用切齿滚刀，其特征在于：
a、所述专用切齿滚刀(3)的轴向齿廓由左侧齿廓(1)和右侧齿廓(2)组成，所述左侧齿廓(1)由直线段HI、IJ、KL和圆弧段JK组成；所述右侧齿廓(2)由直线段PO、ON、ML和圆弧段NM组成；
b、所述直线段HI与轴线Ⅰ的夹角为所述左侧齿廓(1)的主切削刃齿形角α；所述轴Ⅰ为对刀时通过被加工齿轮分度圆圆心且垂直于专用切齿滚刀(3)分度线Ⅱ的轴线；所述直线段IJ与轴线Ⅰ的夹角为左侧齿廓(1)的非造型切削刃齿形角β1，β1＜α，且β1＝7°～14°；所述圆弧段JK与直线段IJ、KL相切于点J和点K；直线段KL平行于专用切齿滚刀(3)分度线Ⅱ；
c、所述右侧齿廓(2)的直线段PO与轴线Ⅰ的夹角为α；所述直线段ON与轴线Ⅰ的夹角为右侧齿廓(2)的非造型切削刃齿形角β2，β2＜α，且β2＝7°～14°；所述圆弧段NM与直线段ON、ML相切于点N和点M；直线段ML平行于专用切齿滚刀(3)分度线Ⅱ；
d、所述左侧齿廓(1)具有凸角厚度H1，所述右侧齿廓(2)具有凸角厚度H2，允许H1≠H2；
e、所述专用切齿滚刀(3)在分度线Ⅱ上的齿厚为Sn，左侧齿廓(1)在分度线Ⅱ上的厚度为Sn1，右侧齿廓(2)在分度线Ⅱ上的厚度Sn2，Sn＝Sn1+Sn2，允许Sn1≠Sn2；
f、所述左侧齿廓(1)的圆弧段JK的半径为R1；右侧齿廓(2)的圆弧段NM的半径为R2；0＜R1＜R2≤Rmax，其中Rmax按如下公式计算：
其中ha为所述专用切齿滚刀(3)齿顶高。
3.一种采用如权利要求1所述的方法所获得的非完全对称渐开线齿轮，其端面齿槽齿形包括渐开线段AB、渐开线段EF、齿槽左侧齿根曲线BG和齿槽右侧齿根曲线GE，其特征在于：所述渐开线段AB和渐开线段EF相对于齿槽的对称轴线不完全对称，所述点A和点F分别是非完全对称渐开线齿轮(5)端面齿槽的左、右齿面的齿顶点，所述点B为所述非完全对称渐开线齿轮(5)端面齿槽左侧的渐开线起始点，db为非完全对称渐开线齿轮(5)端面齿槽左侧渐开线起始点直径，所述点E为所述非完全对称渐开线齿轮(5)端面齿槽的右侧的渐开线起始点，de为非完全对称渐开线齿轮(5)端面齿槽右侧渐开线起始点直径；所述曲线BG为所述专用切齿滚刀(3)左侧齿廓(1)的直线段IJ、KL和圆弧段JK所在的刀具段滚切形成的齿根曲线，曲线GE为所述专用切齿滚刀(3)右侧齿廓(2)的ON、ML和圆弧段NM所在的刀具段滚切形成的齿根曲线，所述齿槽左侧齿根曲线BG和齿槽右侧齿根曲线GE关于轴线Ⅲ不对称，所述轴线Ⅲ为非完全对称渐开线齿轮(5)的端面齿槽宽所对圆心角的角平分线；
当db＜de时，所述渐开线段AB由渐开线段AE'和渐开线段E'B组成，所述渐开线段AE'与渐开线段EF关于轴线Ⅲ完全对称；
当db＞de时，所述渐开线段EF由渐开线段EB'和渐开线段FB'组成，所述渐开线段AB与渐开线段FB'关于轴线Ⅲ完全对称。
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