CN109434218B

CN109434218B - 一种ru、yu齿型汽车同步带带轮刀具及其设计方法

Info

Publication number: CN109434218B
Application number: CN201811521073.XA
Authority: CN
Inventors: 郭建华; 王瑀; 吴贻珍; 胡清明; 曹忠亮
Original assignee: Qiqihar University
Current assignee: Qiqihar University
Priority date: 2018-12-12
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2020-05-05
Anticipated expiration: 2038-12-12
Also published as: CN109434218A

Abstract

本发明公开了一种RU、YU齿型同步带轮齿条刀具及其设计方法，所述同步带轮齿条刀具包括齿条刀具和其上的刀具齿廓及齿根凹槽直线段，所述刀具齿廓为对称齿廓，单侧齿廓由齿根圆弧、齿根过渡圆弧、齿侧圆弧、齿顶圆弧四段圆弧曲线两两相切连接而成。本发明依据啮合原理和数值计算方法，针对RU和YU齿型带轮齿廓参数设计加工带轮齿条刀具齿廓。通过对刀具根弧和过渡圆弧弧段形成根切机理研究，确定了根弧和过渡圆弧不产生根切的圆弧半径和方向角的判据，并基于设计刀具齿廓与带轮共轭齿条刀具齿形误差最小原则，确定刀具齿廓参数。本发明设计的刀具加工一定齿数范围带轮时，带轮齿廓齿形与标准带轮齿廓齿形误差小，且带轮齿面光滑没有根切。

Description

一种RU、YU齿型汽车同步带带轮刀具及其设计方法

技术领域

本发明属于汽车发动机正时系统同步带带轮加工技术领域，涉及一种RU、YU齿型同步带带轮刀具及其设计方法。

背景技术

汽车发动机正时系统是将曲轴的运动传递给凸轮轴，凸轮轴上的凸轮机构依据曲轴的转角和相位关系控制气门开启与闭合。RU、YU 齿型是汽车正时系统用同步带，同步带传递曲轴带轮和凸轮轴带轮间的动力和运动。同步带轮通常由滚刀(滚刀法面齿廓是齿条刀具齿廓) 切制，在《GB/T 10414-2017同步带传动汽车同步带轮》国家标准中，如ZH和YH齿型等同步带轮，标准通常提供带轮和加工刀具齿廓和参数。而RU和YU齿型同步带传动，标准只提供同步带轮齿廓参数 (图3，表1)，没有提供对应的刀具齿廓参数。没有统一标准的刀具齿廓参数，在工程应用中难以保障刀具齿廓齿形的统一性，难以控制加工带轮齿廓齿形精度。带轮齿形误差将引起带齿面磨损、摩擦噪声和振动，影响带的传动寿命。正时系统中，同步带在变载荷、高速、高温等工况环境下工作，汽车同步带传动比工业用标准有着更严格要求，因此对带轮齿廓齿形精度要求更高。

带轮刀具的设计步骤通常是：根据带轮齿廓，利用啮合原理和数值计算方法，求出与带轮共轭的刀具齿廓，然后用圆弧等简单曲线拟合该刀具的齿廓曲线，最后将拟合的圆弧曲线光滑连接形成刀具的设计齿廓。标准中，带轮与刀具齿廓都是由相同数目的圆弧或曲线连接而成，如ZH和YH等齿型。而RU和YU齿型带轮刀具齿廓采用上述方法时，刀具单侧齿廓采用3段圆弧组合曲线(如图4)加工带轮齿廓时，带轮齿顶会形成一段变态渐开线等距曲线。带轮变态渐开线等距曲线与带轮齿侧曲线相交，在齿侧上形成一凸起点，齿面上形成一条楞线，如图5的a所示，其原因是带轮齿廓产生根切。变态渐开线等距曲线产生与刀具根弧方向角θ₃和带轮齿数有关。刀具的θ₃越大、带轮齿数越小，带轮根切越严重且楞线越显著。同时，刀具齿根弧产生的渐开线等距曲线为非圆弧曲线，它与标准带轮的齿顶圆弧曲线会产生较大齿形误差，如图5的b所示。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种加工带轮齿廓齿形与标准齿廓齿形对比误差小、齿面光滑(没有出现根切点)的RU、YU齿型同步带轮齿条刀具及其设计方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种RU、YU齿型同步带轮齿条刀具，包括齿条刀具和其上的刀具齿廓及齿根凹槽直线段，所述刀具齿廓为对称齿廓，单侧齿廓由齿根圆弧、齿根过渡圆弧、齿侧圆弧、齿顶圆弧四段圆弧曲线两两相切连接而成，其中：齿根圆弧的半径为r₄，齿根过渡圆弧的半径为r₃，齿侧圆弧的半径为r₂，齿顶圆弧的半径为r₁；齿顶圆弧的圆心在齿廓对称线y轴上，圆心坐标为(0,r₁-dp-Hs)；齿根圆弧的圆心坐标为 (s,-dp-r₄)，齿根圆弧对应的最大方向角为θ₄；Hs为刀具齿顶到刀具的齿槽距离；dp为刀具的节线与齿槽的距离；s为齿根圆弧圆心到齿廓对称线距离。

一种RU、YU齿型同步带轮齿条刀具的设计方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

步骤一、依据啮合原理和数值计算方法，针对RU和YU齿型带轮齿廓参数，设计加工刀具齿廓，所述刀具齿廓为对称齿廓，单侧齿廓由齿根圆弧、齿根过渡圆弧、齿侧圆弧、齿顶圆弧四段圆弧曲线两两相切连接而成；

步骤二、定义刀具的齿槽直线段到刀具的节线的距离dp为节线差，刀具齿顶到刀具的齿槽距离为齿高Hs，相邻两齿对称中线距离P 为刀具节距，齿根圆弧圆心到齿廓对称线距离为s；

步骤三、建立刀具齿廓对称线与节线交点为直角坐标原点o，坐标系y轴与刀具齿廓对称线重合，节线为x轴；

步骤四、刀具齿廓上齿槽直线段与齿根圆弧相切于e点，齿根圆弧与齿根过渡圆弧内切于d点，齿根过渡圆弧与齿侧圆弧外切于c点，齿侧圆弧与齿顶圆弧内切于b点，齿顶圆弧与y轴交于a点，各段圆弧依次连接形成刀具齿廓曲线a-b-c-d-e。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明依据啮合原理和数值计算方法，针对RU和YU齿型带轮齿廓参数，设计加工带轮齿条刀具齿廓。通过对刀具根弧和过渡圆弧形成根切机理研究，确定了根弧和过渡圆弧不产生根切的过渡圆弧半径r₃和根弧方向角θ₄的判据，并基于设计刀具齿廓与带轮共轭齿条刀具齿廓齿形误差最小原则，确定刀具齿廓参数。

2、本发明设计的刀具加工一定齿数范围带轮时，带轮齿廓与标准带轮齿廓齿形误差小，且带轮齿面光滑没有根切。

3、本发明的RU、YU齿型同步带轮刀具单侧齿廓由四段圆弧组成；四段圆弧齿廓刀具拟合标准带轮的共轭刀具齿廓精度高，且加工带轮齿廓齿面光滑，没有根切点。

附图说明

图1为本发明RU、YU同步带轮齿条刀具齿廓；

图2为本发明RU、YU齿型同步带轮齿条刀具结构示意图；

图3为RU、YU齿型同步带轮齿廓结构示意图；

图4为RU、YU齿型由3段圆弧刀具齿廓结构图；

图5为RU、YU齿型由3段圆弧刀具加工带轮和标准带轮齿廓对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：本实施方式提供了一种RU、YU齿型同步带轮齿条刀具，如图1所示，所述同步带轮齿条刀具包括齿条刀具8、刀具齿廓5和齿根凹槽直线段6，所述刀具齿廓5为对称图形(图2)，单侧齿廓由齿根圆弧4、齿根过渡圆弧3、齿侧圆弧2、齿顶圆弧1 四段圆弧曲线两两相切连接而成，其中：齿根圆弧的半径为r₄，齿根过渡圆弧的半径为r₃，齿侧圆弧的半径为r₂，齿顶圆弧的半径为r₁；刀具的齿槽直线段6到刀具的节线7的距离dp为节线差，刀具齿顶到刀具的齿槽距离为齿高Hs，相邻两齿对称中线距离P为刀具节距，齿根圆弧4圆心到齿廓对称线距离为s；齿顶圆弧1的圆心在齿廓对称线y轴上，圆心坐标为(0,r₁-dp-Hs)；齿根圆弧4的圆心坐标为 (s,-dp-r₄)，齿根圆弧4对应的最大方向角为θ₄。

步骤一、依据啮合原理和数值计算方法，针对表1所示RU和 YU齿型带轮齿廓参数(表1)，设计加工刀具齿廓，齿形如图3所示；

表1.RU、YU齿型标准带轮齿廓参数单位mm

表1中，h_g为带轮齿槽深度、R₁为带轮齿槽齿底弧半径、R₂为带轮齿槽齿侧弧半径、R₃为带轮齿槽齿顶弧半径(图3)，z为带轮齿数。

步骤二、定义刀具的齿槽直线段6到刀具的节线7的距离dp为节线差，刀具齿顶到刀具的齿槽距离为齿高Hs，相邻两齿对称中线距离P为刀具节距，齿根圆弧圆心到齿廓对称线距离为s；

步骤四、刀具齿廓5是对称y轴的，刀具齿廓上齿槽直线段6与齿根圆弧4相切于e点，齿根圆弧4与齿根过渡圆弧3内切于d点，齿根过渡圆弧3与齿侧圆弧2外切于c点，齿侧圆弧2与齿顶圆弧1 内切于b点，齿顶圆弧1与y轴交于a点，各段圆弧依次连接形成刀具齿廓曲线a-b-c-d-e。

具体实施方式二：本实施方式中，当RU齿型带轮齿数范围为 17～29时，标准带轮齿廓参数h_g＝3.43mm；R₁＝2.476mm；R₂＝1.110mm； R₃＝4.170mm；dp＝0.686mm；P＝9.525mm。加工此范围齿数带轮时，齿根圆弧圆心距齿廓对称线距离s为3.8954～4.0604mm；齿根圆弧半径r₄为1.2759～1.4280mm；齿根圆弧的最大方向角θ_4max为 151.155～153.916°；齿顶圆弧半径r₃为6.2118～9.2040mm；齿侧圆弧半径r₂为4.0159～4.0468mm；齿顶圆弧半径r₁为2.3132～2.3818mm；齿顶到刀具的齿槽距离Hs＝3.43mm。

具体实施方式三：本实施方式中，当RU齿型带轮齿数范围为 17～29时，刀具齿廓半径r₁＝2.3308mm；r₂＝4.0234mm；r₃＝8.6961mm； r₄＝1.3860mm；θ₄＝151.581°；s＝4.0156mm，加工带轮在齿形误差范围内。

具体实施方式四：本实施方式中，当RU齿型带轮齿数为19时，最优齿廓参数如下：刀具齿廓半径r₁＝2.3308mm；r₂＝4.0234mm；r₃＝ 8.6961mm；r₄＝1.3860mm；θ₄＝151.581°；s＝4.0156mm。

具体实施方式五：本实施方式中，当RU齿型带轮齿数范围为 29～50时，标准带轮齿廓参数h_g＝3.45mm；R₁＝2.418mm；R₂＝1.200mm； R₃＝4.200mm；dp＝0.686mm；P＝9.525mm。加工此范围齿数带轮时，齿根圆弧圆心距齿廓对称线距离s为3.8954～3.9787mm；齿根圆弧半径r₄为1.2759～1.3711mm；齿根圆弧的最大方向角θ_4max为 150.162～153.928°；齿顶圆弧半径r₃为3.6115～6.2118mm；齿侧圆弧半径r₂为4.0468--4.1239mm；齿顶圆弧半径r₁为2.3189～2.3818mm；齿顶到刀具的齿槽距离Hs＝3.45mm。

具体实施方式六：本实施方式中，当RU齿型带轮齿数范围为 29～50时，刀具齿廓半径r₁＝2.34mm；r₂＝4.1020mm；r₃＝4.8620mm； r₄＝1.3308mm；θ₄＝152.906°；s＝3.9337mm，加工带轮在齿形误差范围内。

具体实施方式七：本实施方式中，当RU齿型带轮齿数为38时，最优齿廓参数：刀具齿廓半径r₁＝2.34mm；r₂＝4.1020mm；r₃＝ 4.8620mm；r₄＝1.3308mm；θ₄＝152.906°；s＝3.9337mm。

具体实施方式八：本实施方式中，当YU齿型带轮齿数范围为 20～29时，标准带轮齿廓参数h_g＝3.0mm；R₁＝2.195mm；R₂＝0.945mm； R₃＝3.640mm；dp＝0.686mm；P＝8mm。加工此范围齿数带轮时，齿根圆弧圆心距齿廓对称线距离s为3.4367～3.5166mm；齿根圆弧半径r₄为1.1111～1.2050mm；齿根圆弧的最大方向角θ_4max为 150.868～153.952°；齿顶圆弧半径r₃为6.4423～7.600mm；齿侧圆弧半径r₂为3.4647～3.4881mm；齿顶圆弧半径r₁为2.0565～2.1002mm；齿顶到刀具的齿槽距离Hs＝3.00mm。

具体实施方式九：本实施方式中，当YU齿型带轮齿数范围为 20～29时，刀具齿廓半径r₁＝2.0633mm；r₂＝3.4687mm；r₃＝7mm；r₄＝ 1.1897mm；θ₄＝152.046°；s＝3.5038mm，加工带轮在齿形误差范围内。

具体实施方式十：本实施方式中，当YU齿型带轮齿数为21时，最优齿廓参数：刀具齿廓半径r₁＝2.0633mm；r₂＝3.4687mm；r₃＝7mm； r₄＝1.1897mm；θ₄＝152.046°；s＝3.5038mm。

具体实施方式十一：本实施方式中，当YU齿型带轮齿数范围为 29～50时，标准带轮齿廓参数h_g＝3.02mm；R₁＝2.107mm；R₂＝1.050mm； R₃＝3.667mm；dp＝0.686mm；P＝8mm。加工此范围齿数带轮时，齿根圆弧圆心距齿廓对称线距离s为3.4196～3.4866mm；齿根圆弧半径r₄为1.1111～1.2237mm；齿根圆弧的最大方向角θ_4max为 152.467～153.952°；齿顶圆弧半径r₃为3.4598～6.4423mm；齿侧圆弧半径r₂为3.4881～3.5819mm；齿顶圆弧半径r₁为2.005～2.1002mm；齿顶到刀具的齿槽距离Hs＝3.02mm。

具体实施方式十二：本实施方式中，当YU齿型带轮齿数范围为 29～50时，刀具齿廓半径r₁＝2.0345mm；r₂＝3.5689mm；r₃＝3.4622mm； r₄＝1.1686mm；θ₄＝152.217°；s＝3.4395mm，加工带轮在齿形误差范围内。

具体实施方式十三：本实施方式中，当YU齿型带轮齿数为42 时，最优齿廓参数：刀具齿廓半径r₁＝2.0345mm；r₂＝3.5689mm；r₃＝ 3.4622mm；r₄＝1.1686mm；θ₄＝152.217°；s＝3.4395mm。

Claims

1.一种RU、YU齿型同步带轮齿条刀具，包括齿条刀具和其上的刀具齿廓及齿根凹槽直线段，其特征在于所述刀具齿廓为对称齿廓，单侧齿廓由齿根圆弧、齿根过渡圆弧、齿侧圆弧、齿顶圆弧四段圆弧曲线两两相切连接而成，其中：齿顶圆弧的圆心在齿廓对称线y轴上，圆心坐标为（0, r ₁-dp-Hs）；齿根圆弧的圆心坐标为（s,-dp-r ₄），齿根圆弧对应的最大方向角为θ ₄；Hs为刀具齿顶到刀具的齿槽距离；dp为刀具的节线与齿槽的距离；s为齿根圆弧圆心到齿廓对称线距离；r ₁为齿顶圆弧的半径；r ₄为齿根圆弧的半径。

2.一种权利要求1所述RU、YU齿型同步带轮齿条刀具的设计方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

步骤一、依据啮合原理和数值计算方法，针对RU和YU齿型带轮齿廓参数，设计加工刀具齿廓；

步骤二、定义刀具的齿槽直线段到刀具的节线的距离dp为节线差，刀具齿顶到刀具的齿槽距离为齿高Hs，相邻两齿对称中线距离P为刀具节距，齿根圆弧圆心到齿廓对称线距离为s；

3.根据权利要求2所述的RU、YU齿型同步带轮齿条刀具的设计方法，其特征在于所述RU齿型带轮齿数范围为17~29时，标准带轮齿廓参数：带轮齿槽深度h _g=3.43mm；带轮齿槽齿底弧半径R ₁=2.476mm；带轮齿槽齿侧弧半径R ₂=1.110mm；带轮齿槽齿顶弧半径R ₃=4.170mm；dp=0.686mm；P=9.525mm，加工此范围齿数带轮时，齿根圆弧圆心距齿廓对称线距离s为3.8954~4.0604mm；齿根圆弧半径r ₄为1.2759~1.4280mm；齿根圆弧的最大方向角θ _4max为151.155~153.916°；齿顶圆弧半径r ₃为6.2118~9.2040mm；齿侧圆弧半径r ₂为4.0159~4.0468mm；齿顶圆弧半径r ₁为2.3132~2.3818mm；齿顶到刀具的齿槽距离Hs=3.43mm。

4.根据权利要求3所述的RU、YU齿型同步带轮齿条刀具的设计方法，其特征在于所述RU齿型带轮齿数范围为17~29时，刀具齿廓半径r ₁= 2.3308mm；r ₂= 4.0234mm；r ₃= 8.6961mm；r ₄= 1.3860mm；θ ₄= 151.581°；s=4.0156mm，加工带轮在齿形误差范围内；所述RU齿型带轮齿数为19时，最优齿廓参数如下：刀具齿廓半径r ₁= 2.3308mm；r ₂= 4.0234mm；r ₃= 8.6961mm；r ₄= 1.3860mm；θ ₄= 151.581°；s=4.0156mm。

5.根据权利要求2所述的RU、YU齿型同步带轮齿条刀具的设计方法，其特征在于所述RU齿型带轮齿数范围为29~50时，标准带轮齿廓参数：带轮齿槽深度h _g=3.45mm；带轮齿槽齿底弧半径R ₁=2.418mm；带轮齿槽齿侧弧半径R ₂=1.200mm；带轮齿槽齿顶弧半径R ₃=4.200mm；dp=0.686mm；P=9.525mm。加工此范围齿数带轮时，齿根圆弧圆心距齿廓对称线距离s为3.8954~3.9787mm；齿根圆弧半径r ₄为1.2759~1.3711mm；齿根圆弧的最大方向角θ _4max为150.162~153.928°；齿顶圆弧半径r ₃为3.6115~6.2118mm；齿侧圆弧半径r ₂为4.0468--4.1239mm；齿顶圆弧半径r ₁为2.3189~2.3818mm；齿顶到刀具的齿槽距离Hs=3.45mm。

6.根据权利要求5所述的RU、YU齿型同步带轮齿条刀具的设计方法，其特征在于所述RU齿型带轮齿数范围为29~50时，刀具齿廓半径r ₁= 2.34mm；r ₂= 4.1020mm；r ₃= 4.8620mm；r ₄=1.3308mm；θ ₄= 152.906°；s=3.9337mm，加工带轮在齿形误差范围内；所述RU齿型带轮齿数为38时，最优齿廓参数：刀具齿廓半径r ₁= 2.34mm；r ₂= 4.1020mm；r ₃= 4.8620mm；r ₄=1.3308mm；θ ₄= 152.906°；s=3.9337mm。

7.根据权利要求2所述的RU、YU齿型同步带轮齿条刀具的设计方法，其特征在于所述YU齿型带轮齿数范围为20~29时，标准带轮齿廓参数：带轮齿槽深度h _g=3.00mm；带轮齿槽齿底弧半径R ₁=2.195mm；带轮齿槽齿侧弧半径R ₂=0.945mm；带轮齿槽齿顶弧半径R ₃=3.640mm；dp=0.686mm；P=8mm，加工此范围齿数带轮时，齿根圆弧圆心距齿廓对称线距离s为3.4367~3.5166mm；齿根圆弧半径r ₄为1.1111~1.2050mm；齿根圆弧的最大方向角θ _4max为150.868~153.952°；齿顶圆弧半径r ₃为6.4423~7.600 mm；齿侧圆弧半径r ₂为3.4647~3.4881mm；齿顶圆弧半径r ₁为2.0565~2.1002mm；齿顶到刀具的齿槽距离Hs=3.00mm。

8.根据权利要求7所述的RU、YU齿型同步带轮齿条刀具的设计方法，其特征在于所述YU齿型带轮齿数范围为20~29时，刀具齿廓半径r ₁= 2.0633mm；r ₂= 3.4687mm；r ₃= 7mm；r ₄=1.1897mm；θ ₄= 152.046°；s=3.5038mm，加工带轮在齿形误差范围内；所述YU齿型带轮齿数为21时，最优齿廓参数：刀具齿廓半径r ₁= 2.0633mm；r ₂= 3.4687mm；r ₃= 7mm；r ₄=1.1897mm；θ ₄= 152.046°；s=3.5038mm。

9.根据权利要求2所述的RU、YU齿型同步带轮齿条刀具的设计方法，其特征在于所述YU齿型带轮齿数范围为29~50时，标准带轮齿廓参数：带轮齿槽深度h _g=3.02mm；带轮齿槽齿底弧半径R ₁=2.107mm；带轮齿槽齿侧弧半径R ₂=1.050mm；带轮齿槽齿顶弧半径R ₃=3.667mm；dp=0.686mm；P=8mm，加工此范围齿数带轮时，齿根圆弧圆心距齿廓对称线距离s为3.4196~3.4866mm；齿根圆弧半径r ₄为1.1111~1.2237mm；齿根圆弧的最大方向角θ _4max为152.467~153.952°；齿顶圆弧半径r ₃为3.4598~6.4423mm；齿侧圆弧半径r ₂为3.4881~3.5819mm；齿顶圆弧半径r ₁为2.005~2.1002mm；齿顶到刀具的齿槽距离Hs =3.02mm。

10.根据权利要求9所述的RU、YU齿型同步带轮齿条刀具的设计方法，其特征在于所述YU齿型带轮齿数范围为29~50时，刀具齿廓半径r ₁= 2.0345mm；r ₂= 3.5689mm；r ₃=3.4622mm；r ₄= 1.1686mm；θ ₄= 152.217°；s=3.4395mm，加工带轮在齿形误差范围内；所述YU齿型带轮齿数为42时，最优齿廓参数：刀具齿廓半径r ₁= 2.0345mm；r ₂= 3.5689mm；r ₃=3.4622mm；r ₄= 1.1686mm；θ ₄= 152.217°；s=3.4395mm。