CN110000431B - 面向成形齿轮的配对齿轮加工方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明属机械制造工程技术领域,主要应用于低速重载配对齿轮的制造,也可用于现场修复要求配对齿轮滑动率差趋近于零的精度制造。
背景技术
现行制造技术对低速重载配对齿轮加工制作,均各自按设计图样中的齿轮参数滚齿加工。为提高齿轮强度,并兼顾重合度ε,不产生根切,每副齿轮加工均确定一个合适的总变位系数x∑,并将总变位系数按齿轮滑动率差Δη趋近于零的原则分配给配对齿轮变位系数x1、x2,各自独立加工配对齿轮。尽管理论计算的滑动率差Δη(即|η1-η2|)可以达到小于0.0001,但实际上由于滚齿加工后以测量公法线长度值作为加工质量的主要依据,由于低速重载齿轮的公法线长度公差范围较宽,在极限偏差状况下,虽然各齿轮齿形参数均不超差,但滑动率差|η1-η2|超过原来控制的数倍甚至上百倍,完全失去了原先设计控制滑动率差|η1-η2|趋近于0的意义。滑动率差增大,意味着齿轮传动相对滑动增加,磨损增加,齿轮寿命降低,能耗增加。
发明内容
本发明目的在于提供能克服上述缺陷的齿轮加工方法,使配对齿轮加工成形后实际滑动率差Δη≤0.001甚至Δη≤0.0001,有效降低齿轮相对滑动产生的磨损,提高齿轮寿命。
本发明所采用的技术方案是:面向成形齿轮的配对齿轮加工方法,包含:一个配对齿轮加工工艺路线;一个齿轮副滑动率差Δη≤0.0001的变位系数分配计算软件包;
所述配对齿轮加工工艺路线,根据齿轮设计规范确定总变位系数x∑,代入齿轮副滑动率差Δη≤0.0001的变位系数分配计算软件包,得到大齿轮变位系数x2的分配值;其配对小齿轮的变位系数的选择不是按齿轮制造前的一次参数设计的变位系数设计值x1,而是将已加工成形大齿轮的实测公法线长度平均值计算的大齿轮实际变位系数x2',代入所述面向成形齿轮副滑动率差Δη≤0.0001的变位系数分配计算软件包,算得配对小齿轮变位系数目标值x1'和小齿轮目标公法线长度值W1k'。根据小齿轮变位系数目标值x1'和其他已知设计参数(齿数z1、模数mn、压力角α、螺旋角β等)加工配对小齿轮。小齿轮公法线长度目标值W1k'用于控制精加工进刀量,完成配对小齿轮齿形滚削加工。
所述齿轮副滑动率差Δη≤0.0001的变位系数分配计算软件包,包含:滑动率差Δη计算公式、滑动率η计算公式、齿顶高ha1和ha2计算公式、齿顶圆直径da1和da2计算公式、基圆直径db1和db2计算公式、齿顶压力角αa1和αa2计算公式、齿轮啮合角α'计算公式。将齿轮设计参数齿数z、模数mn、压力角α、螺旋角β及总变位系数x∑,按所述相关公式,得到滑动率差Δη关于变位系数变量x1和x2的函数式。采用计算机迭代法可求得给定总变位系数时各齿轮变位系数值(x1和x2);或者给定其中一个齿轮变位系数x2',采用计算机迭代法可求得满足Δη≤0.0001的另一个配对齿轮的变位系数x1'。
系统是这样工作的:
第一步:根据齿轮设计规范确定总变位系数x∑,代入配对齿轮滑动率差Δη≤0.0001的计算软件包,得到大齿轮变位系数x2的分配值;
第二步:根据分配的大齿轮变位系数x2进行大齿轮齿形加工,大齿轮加工成形;
第四步:根据大齿轮实际变位系数x2',代入配对齿轮滑动率差Δη≤0.0001的计算软件包,推算配对小齿轮变位系数目标值x1'、小齿轮公法线长度目标值W1k'、小齿轮根圆半径目标值rf';
第七步:根据Δrf进刀精加工小齿轮齿形,小齿轮加工完毕。
本发明的有益效果是:先加工公法线长度公差范围大、尺寸偏差难以控制的大齿轮,以成形大齿轮的实测公法线平均长度推算的变位系数x2'为依据,计算获得配对小齿轮目标变位系数x1',并根据x1'进行小齿轮加工。有效减小因大小齿轮公法线长度公差范围较大对实际滑动率差Δη的影响。配对齿轮加工成形后滑动率差趋近于0(Δη≤0.0001),有效避免机加工中变位系数误差的叠加,降低齿轮相对滑动产生的磨损,提高齿轮寿命。降低传动能耗损失。
附图说明
现结合图示和实施例进一步说明:
图1是本发明工艺路线图。
图中①-确定总变位系数x∑;②-配对齿轮滑动率差Δη≤0.0001的计算软件包;③-确定大齿轮变位系数x2;④-大齿轮齿形加工;⑤-测量大齿轮平均公法线长度⑥-推算大齿轮实际变位系数x2';⑦-推算配对小齿轮变位系数目标值x1',同时推算小齿轮公法线长度目标值W1k'、小齿轮根圆半径目标值rf';⑧-根据配对小齿轮变位系数目标值x1'粗加工配对小齿轮齿形;⑨-测量粗加工配对小齿轮公法线长度平均值⑩计算粗加工配对小齿轮公法线长度平均值与小齿轮公法线长度目标值W1k'的差ΔW1k;计算粗加工配对小齿轮根圆半径rf与小齿轮根圆半径目标值rf'的差Δrf;-根据Δrf进刀精加工小齿轮齿形。
具体实施方式
面向成形齿轮的配对齿轮加工方法,其工艺路线流程包括:根据齿轮设计规范确定总变位系数x∑①;代入配对齿轮滑动率差Δη≤0.0001的计算软件包②,得到大齿轮变位系数x2③;根据分配的大齿轮变位系数x2,进行大齿轮齿形加工④,大齿轮加工成形;测量大齿轮平均公法线长度⑤;根据大齿轮平均公法线长度推算大齿轮实际变位系数x2'⑥;根据大齿轮实际变位系数x2',代入齿轮副滑动率差Δη≤0.0001的变位系数分配计算软件包,推算配对小齿轮变位系数目标值x1'、小齿轮公法线长度目标值W1k'、小齿轮根圆半径目标值rf'⑦;根据配对小齿轮变位系数目标值x1',留余量粗加工配对小齿轮齿形⑧;测量粗加工配对小齿轮公法线长度平均值⑨;计算粗加工配对小齿轮平均公法线长度与公法线长度目标值W1k'的差ΔW1k;进而根据ΔW1k计算实际粗加工配对小齿轮根圆半径rf与配对小齿轮根圆半径目标值rf'的差值Δrf⑩;根据实际粗加工的齿轮根圆半径rf与齿轮根圆半径目标值rf'的差值Δrf进刀精加工小齿轮齿形,小齿轮加工完毕
所述齿轮副滑动率差Δη≤0.0001的变位系数分配计算软件包,包含:
啮合角α'的计算公式
invα'=2xΣtanα/(zΣ+invα) (1)
齿顶压力角αa1和αa2的计算公式
αa1=arccos(db1/da1) (2)
αa2=arccos(db2/da2) (3)
基圆直径db1和db2的计算公式
db1=d1cosα (4)
db2=d2cosα (5)
齿顶圆直径da1和da2的计算公式
da1=df1+2ha1 (6)
da2=df2+2ha2 (7)
齿顶高ha1和ha2的计算公式
ha2=(han *+x2)mn (9)
滑动率η1和η2的计算公式
η1=zΣ(tanαa2-tanα')/(zΣtanα'-z2tanαa2) (10)
η2=zΣ(tanαa1-tanα')/(zΣtanα'-z1tanαa1) (11)
滑动率差Δη计算公式
Δη=|η1-η2| (12)
以上式中:
α'—啮合角,°;
xΣ—总变位系数(x1+x2);
x1—小齿轮变位系数;
x2—大齿轮变位系数;
z∑—齿轮副总齿数(z1+z2);
z1—小齿轮齿数;
z2—大齿轮齿数;
α—压力角,°;
db1—小齿轮基圆直径,mm;
db2—大齿轮基圆直径,mm;
ha1—小齿轮齿顶高,mm;
ha2—大齿轮齿顶高,mm;
d1—小齿轮分度圆直径,mm;
d2—大齿轮分度圆直径,mm;
η1—小齿轮滑动率;
η2—大齿轮滑动率;
Δη—滑动率差;
αa1—小齿轮齿顶圆压力角,°;
αa2—大齿轮齿顶圆压力角,°;
mn—模数,mm;
db1—小齿轮基圆直径,mm;
db2—大齿轮基圆直径,mm;
da1—小齿轮齿顶圆直径,mm;
da2—大齿轮齿顶圆直径,mm。
将齿轮设计参数齿数z、模数mn、压力角α、螺旋角β及总变位系数x∑,按所述相关公式,得到滑动率差Δη关于变位系数变量x1和x2的函数式。最初设计采用计算机迭代法可求得给定总变位系数时各齿轮变位系数值(x1和x2)。一个齿轮制造成形后进行二次设计,给定其中成形齿轮齿轮变位系数x2'(根据成形齿轮实测公法线长度平均值推算x2'),采用计算机迭代法可求得另一个满足Δη≤0.0001的另一个配对齿轮的变位系数x1'。
所述的小齿轮公法线长度目标值W1k'(根据变位系数x1'推算得到)用于控制精加工进刀量,是根据小齿轮公法线长度目标值W1k'计算出小齿轮根圆半径目标值rf',作为齿形粗加工后精加工进刀量的依据。具体为齿形粗加工后测量平均公法线长度,根据小齿轮粗加工后的平均公法线长度与小齿轮公法线长度目标值W1k'的差值ΔW计算进刀量Δrf(即齿根圆半径变化量)。小齿轮精加工进刀量控制包含计算公式:
公法线长度差ΔW与齿轮根圆直径差Δdf、压力角α的关系式
Δdf=ΔWctanα (13)
齿轮根圆直径差Δdf与齿轮根圆半径差Δrf'的几何关系式
Δrf=0.5Δdf (14)
以上式中:
Δdf—根圆直径差,mm;
ΔW—公法线长度差,mm;
α—压力角,°;
Δrf—根圆半径差,mm;
W1k'—小齿轮公法线长度目标值,mm;
ΔW—小齿轮粗加工后的平均公法线长度与齿轮公法线长度目标值的差值,mm。
Claims (1)
1.一种面向成形齿轮的配对齿轮加工方法,其特征在于,包括:根据齿轮设计规范确定总变位系数x ∑;代入配对齿轮滑动率差≤0.0001的计算软件包,得到大齿轮变位系数x 2;根据分配的大齿轮变位系数x 2,进行大齿轮齿形加工,大齿轮加工成形;测量大齿轮平均公法线长度;根据大齿轮平均公法线长度推算大齿轮实际变位系数x 2';根据大齿轮实际变位系数x 2',代入齿轮副滑动率差≤0.0001的变位系数分配计算软件包,推算配对小齿轮变位系数目标值x 1'、小齿轮公法线长度目标值W 1k'、小齿轮根圆半径目标值r f ';根据配对小齿轮变位系数目标值x 1',留余量粗加工配对小齿轮齿形;测量粗加工配对小齿轮公法线长度平均值;计算粗加工配对小齿轮平均公法线长度与公法线长度目标值W 1k'的差ΔW 1k;进而根据ΔW 1k计算实际粗加工配对小齿轮根圆半径r f 与配对小齿轮根圆半径目标值r f '的差值Δr f ;根据实际粗加工的齿轮根圆半径r f 与齿轮根圆半径目标值r f '的差值Δr f 进刀精加工小齿轮齿形,小齿轮加工完毕;
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