CN109909560A - 一种滚磨轮及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滚磨轮及其设计方法，用于对淬火后的被滚磨齿轮的齿轮齿面进行磨齿精加工，滚磨轮包括盘体、以及沿盘体周向延伸用于滚磨被滚磨齿轮的轮齿部，轮齿部上设有多个用于与被滚磨齿轮外啮合或内啮合的轮齿，多个轮齿沿盘体周向均匀布置；轮齿部的截面呈伞状或圆柱状，轮齿的齿面上覆设有硬质材料涂层。本发明提供的滚磨轮及其设计方法，制备出来的滚磨轮对淬火后齿轮的齿形齿面加工精度高、并可适配各种齿轮的加工，通用性强。

Description

一种滚磨轮及其设计方法

技术领域

本发明涉及滚磨领域，尤其涉及一种滚磨轮及其设计方法。

背景技术

齿轮是指轮缘上有齿轮连续啮合传递运动和动力的机械元件。齿轮是能互相啮合的有齿的机械零件，它在机械传动及整个机械领域中的应用极其广泛。随着生产的发展，齿轮运转的平稳性受到重视。齿轮的齿形加工工艺一般是：滚齿(或插齿)→渗碳淬火(或感应淬火)→修正基准→磨齿，齿轮经过渗碳淬火或感应淬火后会产生变形，因此，被加工齿轮淬火后还需进行齿面和齿形的精加工，现有技术中，对于圆柱齿轮这类产品，一般都采用珩齿工艺，珩齿加工是就用齿轮形或蜗杆形珩磨轮与被珩齿轮做啮合传动，相当于一对交错轴斜齿轮传动，利用其齿面间的相对滑动速度和压力来进行珩磨的一种齿面精加工方法。珩齿工艺虽然能够改善齿面粗糙度，提高观感，但不能改善齿轮的精度，其主要原因有三，一是珩齿工艺是自由啮合，没有强制运动链，不能提高传递运动的准确性，无法修正第一公差组内需要控制和修正四个常用误差ΔF_P、ΔF_PK、ΔFr和ΔF_w(其中，ΔF_P表示齿距累积总偏差，ΔF_PK表示齿距累积偏差，ΔF_r表示径向跳动，ΔF_w表示公法线平均长度偏差)；第二，珩磨轮属于半挠性性质，工作时产生弹性变形，不能提高运动平稳性，无法修正第二公差组内需要控制和修正四个常用误差Δf_fa、Δf_pt、Δf_pb和Δf_fβ(其中，Δf_fa表示齿廓形状偏差，Δf_pt表示单个齿距偏差，Δf_pb表示基节偏差，Δf_fβ表示螺旋线形状偏差)；第三，由于珩磨轮的齿宽一般均小于被加工齿轮的齿宽，加之自由啮合，且工作过程中不作修磨处理，因此不能提高载荷分布的均匀性，无法修正第三公差组内需要控制和修正的三个误差ΔFβ、ΔFb和ΔFpk(其中，Δf_fa表示螺旋线总偏差，Δf_pt表示单个齿距偏差，Δf_pb表示基节偏差，Δf_fβ表示螺旋线形状偏差)。

因此，现有齿轮齿形加工工艺不能改善被加工齿轮淬火后的精度，是一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提出的内啮合强制运动链立式滚磨机，旨在解决现有齿轮齿形加工工艺不能改善被加工齿轮淬火后的精度的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种滚磨轮，用于对淬火后的被滚磨齿轮的齿轮齿面进行磨齿精加工，滚磨轮包括盘体、以及沿盘体周向延伸用于滚磨被滚磨齿轮的轮齿部，轮齿部上设有多个用于与被滚磨齿轮外啮合或内啮合的轮齿，多个轮齿沿盘体周向均匀布置；轮齿部的截面呈伞状或圆柱状，轮齿的齿面上覆设有硬质材料涂层。

进一步地，硬质材料涂层的材料为金钢砂、石英砂、氧化铝中的一种。

根据本发明的另一个方面，还提供一种滚磨轮的设计方法，包括以下步骤：

获取滚磨机减速箱挂轮传动比i_j1j2，计算出滚磨轮与被滚磨齿轮的传动比i₁₂；

获取齿轮法向模数m_n、齿轮螺旋角β和滚磨轮齿数z₁，计算出滚磨轮分度圆直径d₁；

获取滚磨轮基圆直径d_b1和滚磨轮分度圆直径d_a1，计算出滚磨轮分度圆端面压力角α_t；

根据计算出来的滚磨轮分度圆端面压力角α_t，得出被滚磨齿轮与滚磨轮的啮合角α_t'和滚磨齿轮与滚磨轮啮合中心距变动系数，其中，滚磨齿轮与滚磨轮啮合中心距变动系数包括端面中心距变动系数y_t和法向中心距变动系数y_n；

根据得出的滚磨齿轮与滚磨轮啮合中心距变动系数，计算出滚磨齿轮与滚磨轮啮合中心距a’、滚磨轮齿顶高变动系数Δy_n、滚磨轮齿根高h_a1和滚磨轮齿根高h_f1；

根据获取的滚磨轮齿根高h_a1、滚磨轮分度圆直径d₁和滚磨轮分度圆端面压力角α_t，计算出外啮合滚磨轮齿顶圆直径da₁、内啮合齿顶圆直径d_a2、滚磨轮齿根圆直径d_f1、滚磨轮节圆直径d₁'、滚磨轮基圆直径d_b1、滚磨轮跨齿数k、滚磨轮齿面涂镀后公法线长度W_k和滚磨轮涂镀前磨齿公法线长度W’_k。

进一步地，滚磨轮与被滚磨齿轮的传动比i₁₂的计算公式为：

i₁₂＝i_j1j2

式中，i_j1j2为磨机减速箱挂轮传动比。

进一步地，滚磨轮分度圆直径d₁的计算公式为：

式中，m_n为轮法向模数，β为齿轮螺旋角，z₁为滚磨轮齿数。

进一步地，滚磨轮分度圆压力角α_t的计算公式为：

式中，d_b1为滚磨轮基圆直径，d_a1为滚磨轮分度圆直径。

进一步地，被滚磨齿轮与滚磨轮的啮合角α_t'的计算公式为：

式中，x_n1为滚磨轮法向变位系数，x_n2为被加工齿轮变位系数，α_n为滚磨轮分度圆法向压力角，α_t为滚磨轮分度圆端面压力角。

进一步地，端面中心距变动系数y_t和中心距变动系数y_n的计算公式分别为：

式中，z₁为磨轮齿数滚磨轮法向变位系数，z₂为被加工齿轮齿数，β为齿轮螺旋角。

进一步地，滚磨齿轮与滚磨轮啮合中心距a’、磨轮齿顶高变动系数Δy_n、滚磨轮齿根高h_a1和滚磨轮齿根高h_f1的计算公式分别为：

Δy_n＝(x_n2±x_n1)-y_n

式中，0.1m_n为滚磨轮齿顶高超越量，β为齿轮螺旋角，x_n1为滚磨轮法向变位系数，x_n2为被加工齿轮变位系数，m_n为齿轮法向模数，C_n*为滚磨轮顶隙系数。

进一步地，外啮合滚磨轮齿顶圆直径da₁、内啮合齿顶圆直径d_a2、滚磨轮齿根圆直径d_f1、滚磨轮节圆直径d₁'和滚磨轮基圆直径d_b1的计算公式分别为：

d_a1＝d₁+2h_a1

d_a2＝d₁+2h_a1

d_f1＝d₁-2h_f1

d_b1＝d₁cosα_t

式中，d₁为滚磨轮分度圆直径，h_a1为滚磨轮齿根高，h_f1为滚磨轮齿根高，a’为滚磨齿轮与滚磨轮啮合中心距，α_t为滚磨轮分度圆压力角，z₁为磨轮齿数滚磨轮法向变位系数，z₂为被加工齿轮齿数。

进一步地，滚磨轮跨齿数k、滚磨轮齿面涂镀后公法线长度W_k和滚磨轮涂镀前磨齿公法线长度W’_k的计算公式分别为：

W’_k＝W_k-0.6(mm)

式中，α_n为滚磨轮分度圆法向压力角；z₁为磨轮齿数滚磨轮法向变位系数；α_t为滚磨轮分度圆压力角；k值4舍5入成整数，h_a1为滚磨轮齿根高，0.6mm为滚磨轮磨齿后涂镀80目金刚砂的法向数值，由涂镀工艺决定，在中等模数范围内为固定值。

本发明所取得的有益效果为：

本发明提供的滚磨轮及其设计方法，采用在滚磨轮的齿面覆设硬质材料涂层，针对热处理后不能磨齿的内啮合圆柱齿轮进行热处理后精加工，不仅有效地解决了现有齿轮齿形加工工艺不能改善被加工齿轮淬火后的精度的技术问题，使经过渗碳淬火和感应淬火后的齿轮的精加工精度稳定的控制在GB/10095的6～7级。同时还将精加工范围扩展了外啮合圆柱齿轮、直齿锥齿轮、圆柱鼓形齿齿轮、格里森锥齿轮、奥林康锥齿轮、克林贝格锥齿轮等各种齿轮的加工。本发明提供的滚磨轮及其设计方法，制备出来的滚磨轮对淬火后齿轮的齿形齿面加工精度高、并可适配各种齿轮的加工，通用性强。

附图说明

图1为本发明滚磨轮第一实施例的结构示意图；

图2为本发明滚磨轮第二实施例的结构示意图；

图3为本发明滚磨轮第三实施例的结构示意图；

图4为本发明滚磨轮设计方法一实施例的流程示意图。

附图标号说明：

10、盘体；20、轮齿部；21、硬质材料涂层。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图3所示，本发明提出一种滚磨轮，本发明提出一种滚磨轮，用于对淬火后的被滚磨齿轮的齿轮齿面进行磨齿精加工，滚磨轮包括盘体10、以及沿盘体10周向延伸用于滚磨被滚磨齿轮的轮齿部20，轮齿部20上设有多个用于与被滚磨齿轮外啮合或内啮合的轮齿，多个轮齿沿盘体周向均匀布置；轮齿部的截面呈伞状或圆柱状，轮齿的齿面上覆设有硬质材料涂层21。在本实施例中，轮齿的齿面上覆设有比被滚磨齿轮的材料硬度高的硬质材料涂层21，其中，硬质材料涂层21可以是金钢砂、石英砂、或者是氧化铝，均在本专利的保护范围之内。

本实施例提供的滚磨轮，相比于现有技术，采用在滚磨轮的覆设硬质材料涂层，针对热处理后不能磨齿的内啮合圆柱齿轮进行热处理后精加工，不仅有效地解决了现有齿轮齿形加工工艺不能改善被加工齿轮淬火后的精度的技术问题，使经过渗碳淬火和感应淬火后的齿轮的精加工精度稳定的控制在GB/10095的6～7级。同时还将精加工范围扩展了外啮合圆柱齿轮、直齿锥齿轮、圆柱鼓形齿齿轮、格里森锥齿轮、奥林康锥齿轮、克林贝格锥齿轮等各种齿轮的加工。本实施例提供的一种滚磨轮，制备出来的滚磨轮对淬火后齿轮的齿形齿面加工精度高、并可适配各种齿轮的加工，通用性强。

优先地，参见图4，本实施例还提供一种滚磨轮的设计方法，包括以下步骤：

步骤S100、获取滚磨机减速箱挂轮传动比，计算出滚磨轮与被滚磨齿轮的传动比。

滚磨轮与被滚磨齿轮的传动比i₁₂的计算公式为：

i₁₂＝i_j1j2 (1)

式(1)中，i_j1j2为磨机减速箱挂轮传动比；i₁₂为磨轮与被滚磨齿轮的传动比。

步骤S200、获取齿轮法向模数、齿轮螺旋角和滚磨轮齿数，计算出滚磨轮分度圆直径。

滚磨轮分度圆直径d₁的计算公式为：

式(2)中，m_n为轮法向模数，β为齿轮螺旋角，z₁为滚磨轮齿数，d₁为滚磨轮分度圆直径。

步骤S300、获取滚磨轮基圆直径和滚磨轮分度圆直径，计算出滚磨轮分度圆端面压力角。

滚磨轮分度圆压力角α_t的计算公式为：

式(3)中，d_b1为滚磨轮基圆直径，d_a1为滚磨轮分度圆直径，α_t为滚磨轮分度圆压力角。

步骤S400、根据计算出来的滚磨轮分度圆端面压力角，得出被滚磨齿轮与滚磨轮的啮合角和滚磨齿轮与滚磨轮啮合中心距变动系数，其中，滚磨齿轮与滚磨轮啮合中心距变动系数包括端面中心距变动系数和法向中心距变动系数。

被滚磨齿轮与滚磨轮的啮合角α_t'的计算公式为：

式(4)中，x_n1为滚磨轮法向变位系数，x_n2为被加工齿轮变位系数，α_n为滚磨轮分度圆法向压力角，α_t为滚磨轮分度圆端面压力角，α_t'为被滚磨齿轮与滚磨轮的啮合角。

端面中心距变动系数y_t和中心距变动系数y_n的计算公式分别为：

式(5)和(6)中，z₁为磨轮齿数滚磨轮法向变位系数，z₂为被加工齿轮齿数，β为齿轮螺旋角，y_t为端面中心距变动系数，y_n为中心距变动系数。

步骤S500、根据得出的滚磨齿轮与滚磨轮啮合中心距变动系数，计算出滚磨齿轮与滚磨轮啮合中心距、滚磨轮齿顶高变动系数、滚磨轮齿根高和滚磨轮齿根高。

滚磨齿轮与滚磨轮啮合中心距a’、磨轮齿顶高变动系数Δy_n、滚磨轮齿根高h_a1和滚磨轮齿根高h_f1的计算公式分别为：

Δy_n＝(x_n2±x_n1)-y_n (8)

式(7)、(8)、(9)和(10)中，0.1m_n为滚磨轮齿顶高超越量，β为齿轮螺旋角，x_n1为滚磨轮法向变位系数，x_n2为被加工齿轮变位系数，m_n为齿轮法向模数，C_n*为滚磨轮顶隙系数，a’为滚磨齿轮与滚磨轮啮合中心距，Δy_n为磨轮齿顶高变动系数，h_a1为滚磨轮齿根高，h_f1为滚磨轮齿根高。

步骤S600、根据获取的滚磨轮齿根高、滚磨轮分度圆直径和滚磨轮分度圆端面压力角，计算出外啮合滚磨轮齿顶圆直径、内啮合齿顶圆直径、滚磨轮齿根圆直径、滚磨轮节圆直径、滚磨轮基圆直径、滚磨轮跨齿数、滚磨轮齿面涂镀后公法线长度和滚磨轮涂镀前磨齿公法线长度。

外啮合滚磨轮齿顶圆直径da₁、内啮合齿顶圆直径d_a2、滚磨轮齿根圆直径d_f1、滚磨轮节圆直径d₁'和滚磨轮基圆直径d_b1的计算公式分别为：

d_a1＝d₁+2h_a1 (11)

d_a2＝d₁+2h_a1 (12)

d_f1＝d₁-2h_f1 (13)

d_b1＝d₁cosα_t (15)

式(11)、(12)、(13)、(14)和(15)中，d₁为滚磨轮分度圆直径，h_a1为滚磨轮齿根高，h_f1为滚磨轮齿根高，a’为滚磨齿轮与滚磨轮啮合中心距，α_t为滚磨轮分度圆压力角，z₁为磨轮齿数滚磨轮法向变位系数，z₂为被加工齿轮齿数，da₁为外啮合滚磨轮齿顶圆直径、d_a2为内啮合齿顶圆直径、d_f1为滚磨轮齿根圆直径、d₁'为滚磨轮节圆直径和d_b1为滚磨轮基圆直径。

为了避免滚磨轮齿根过渡曲线干涉，d_a2应满足下式：

滚磨轮跨齿数k、滚磨轮齿面涂镀后公法线长度W_k和滚磨轮涂镀前磨齿公法线长度W’_k的计算公式分别为：

W'_k＝W_k-0.6(mm) (19)

式(17)、(18)和(19)中，α_n为滚磨轮分度圆法向压力角；z₁为磨轮齿数滚磨轮法向变位系数；α_t为滚磨轮分度圆压力角；k值4舍5入成整数，h_a1为滚磨轮齿根高，0.6mm为滚磨轮磨齿后涂镀80目金刚砂的法向数值，由涂镀工艺决定，在中等模数范围内为固定值，其中，k为滚磨轮跨齿数，W_k为滚磨轮齿面涂镀后公法线长度，W’_k为滚磨轮涂镀前磨齿公法线长度。

注意：加工内啮合齿轮的内齿时均不作修形处理。

本实施例提供的滚磨轮设计方法，相比于现有技术，采用在滚磨轮的齿面涂镀金刚砂，针对热处理后不能磨齿的内啮合圆柱齿轮进行热处理后精加工，不仅有效地解决了现有齿轮齿形加工工艺不能改善被加工齿轮淬火后的精度的技术问题，使经过渗碳淬火和感应淬火后的齿轮的精加工精度稳定的控制在GB/10095的6～7级。同时还将精加工范围扩展了外啮合圆柱齿轮、直齿锥齿轮、圆柱鼓形齿齿轮、格里森锥齿轮、奥林康锥齿轮、克林贝格锥齿轮等各种齿轮的加工。本实施例提供的滚磨轮设计方法，制备出来的滚磨轮对淬火后齿轮的齿形齿面加工精度高、并可适配各种齿轮的加工，通用性强。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种滚磨轮，用于对淬火后的被滚磨齿轮的齿轮齿面进行磨齿精加工，其特征在于，所述滚磨轮包括盘体(10)、以及沿所述盘体(10)周向延伸用于滚磨所述被滚磨齿轮的轮齿部(20)，所述轮齿部(20)上设有多个用于与所述被滚磨齿轮外啮合或内啮合的轮齿，多个所述轮齿沿所述盘体(10)周向均匀布置；所述轮齿部(20)的截面呈伞状或圆柱状，所述轮齿的齿面上覆设有硬质材料涂层(21)。

2.如权利要求1所述的滚磨轮，其特征在于，

所述硬质材料涂层(21)的材料为金钢砂、石英砂、氧化铝中的一种。

3.一种如权利要求1所述的滚磨轮的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取滚磨机减速箱挂轮传动比i_j1j2，计算出滚磨轮与被滚磨齿轮的传动比i₁₂；

获取齿轮法向模数m_n、齿轮螺旋角β和滚磨轮齿数z₁，计算出滚磨轮分度圆直径d₁；

获取滚磨轮基圆直径d_b1和滚磨轮分度圆直径d_a1，计算出滚磨轮分度圆端面压力角α_t；

根据计算出来的所述滚磨轮分度圆端面压力角α_t，得出被滚磨齿轮与滚磨轮的啮合角α_t'和滚磨齿轮与滚磨轮啮合中心距变动系数，其中，所述滚磨齿轮与滚磨轮啮合中心距变动系数包括端面中心距变动系数y_t和法向中心距变动系数y_n；

根据得出的所述滚磨齿轮与滚磨轮啮合中心距变动系数，计算出滚磨齿轮与滚磨轮啮合中心距a’、滚磨轮齿顶高变动系数Δy_n、滚磨轮齿根高h_a1和滚磨轮齿根高h_f1；

根据获取的所述滚磨轮齿根高h_a1、所述滚磨轮分度圆直径d₁和所述滚磨轮分度圆端面压力角α_t，计算出外啮合滚磨轮齿顶圆直径da₁、内啮合齿顶圆直径d_a2、滚磨轮齿根圆直径d_f1、滚磨轮节圆直径d₁'、滚磨轮基圆直径d_b1、滚磨轮跨齿数k、滚磨轮齿面涂镀后公法线长度W_k和滚磨轮涂镀前磨齿公法线长度W’_k。

4.如权利要求3所述的滚磨轮的设计方法，其特征在于，所述滚磨轮与被滚磨齿轮的传动比i₁₂、所述滚磨轮分度圆直径d₁的计算公式分别为：

i₁₂＝i_j1j2

式中，i_j1j2为磨机减速箱挂轮传动比，m_n为轮法向模数，β为齿轮螺旋角，z₁为滚磨轮齿数。

5.如权利要求4所述的滚磨轮的设计方法，其特征在于，所述滚磨轮分度圆压力角α_t的计算公式为：

式中，d_b1为滚磨轮基圆直径，d_a1为滚磨轮分度圆直径。

6.如权利要求5所述的滚磨轮的设计方法，其特征在于，所述被滚磨齿轮与滚磨轮的啮合角α_t'的计算公式为：

式中，x_n1为滚磨轮法向变位系数，x_n2为被加工齿轮变位系数，α_n为滚磨轮分度圆法向压力角，α_t为滚磨轮分度圆端面压力角。

7.如权利要求6所述的滚磨轮的设计方法，其特征在于，所述端面中心距变动系数y_t和所述中心距变动系数y_n的计算公式分别为：

式中，z₁为磨轮齿数滚磨轮法向变位系数，z₂为被加工齿轮齿数，β为齿轮螺旋角。

8.如权利要求7所述的滚磨轮的设计方法，其特征在于，所述滚磨齿轮与滚磨轮啮合中心距a’、所述磨轮齿顶高变动系数Δy_n、所述滚磨轮齿根高h_a1和所述滚磨轮齿根高h_f1的计算公式分别为：

Δy_n＝(x_n2±x_n1)-y_n

式中，0.1m_n为滚磨轮齿顶高超越量，β为齿轮螺旋角，x_n1为滚磨轮法向变位系数，x_n2为被加工齿轮变位系数，m_n为齿轮法向模数，Cn*为滚磨轮顶隙系数。

9.如权利要求8所述的滚磨轮的设计方法，其特征在于，所述外啮合滚磨轮齿顶圆直径da₁、所述内啮合齿顶圆直径d_a2、所述滚磨轮齿根圆直径d_f1、所述滚磨轮节圆直径d₁'和所述滚磨轮基圆直径d_b1的计算公式分别为：

d_a1＝d₁+2h_a1

d_a2＝d₁+2h_a1

d_f1＝d₁-2h_f1

d_b1＝d₁ cosα_t

式中，d₁为滚磨轮分度圆直径，h_a1为滚磨轮齿根高，h_f1为滚磨轮齿根高，a’为滚磨齿轮与滚磨轮啮合中心距，α_t为滚磨轮分度圆压力角，z₁为磨轮齿数滚磨轮法向变位系数，z₂为被加工齿轮齿数。

10.如权利要求9所述的滚磨轮的设计方法，其特征在于，所述滚磨轮跨齿数k、滚磨轮齿面涂镀后公法线长度W_k和滚磨轮涂镀前磨齿公法线长度W’_k的计算公式分别为：

W’_k＝W_k-0.6(mm)

式中，α_n为滚磨轮分度圆法向压力角；z₁为磨轮齿数滚磨轮法向变位系数；α_t为滚磨轮分度圆压力角；k值4舍5入成整数，h_a1为滚磨轮齿根高，0.6mm为滚磨轮磨齿后涂镀80目金刚砂的法向数值，由涂镀工艺决定，在中等模数范围内为固定值。