CN110052667A - 新型三圆弧齿轮滚刀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型三圆弧齿轮滚刀，包括：多个滚刀齿；滚刀齿的齿形轮廓线包括：依次连接的第一齿根直线、第一主切削直线、第一副切削直线、第一齿顶圆弧、第二齿顶圆弧、第二副切削直线、第二主切削直线和第二齿根直线；第一齿顶圆弧由依次连接的第一上段圆弧、第一中段圆弧和第一下段圆弧构成；第一上段圆弧与第一中段圆弧相切；第一中段圆弧与第一下段圆弧相切；第二齿顶圆弧由依次连接的第二上段圆弧、第二中段圆弧和第二下段圆弧构成；第二上段圆弧与第二中段圆弧相切；第二中段圆弧与第二下段圆弧相切。本发明的有益之处在于，被加工的齿轮具有较高的齿根强度。

Description

新型三圆弧齿轮滚刀

技术领域

本发明涉及一种齿轮滚刀，尤其适用于加工渐开线齿轮的齿轮滚刀。

背景技术

对于渐开线齿轮，特别是用于重载传动的齿轮，齿根的强度往往是限定传动能力的主要因素，例如：在风电齿轮箱行星轮系中，行星轮齿根强度往往是传扭中最薄弱的一环。改善齿根应力分布能够提升产品的承载能力，而优化齿轮根部过度曲线能够有效改善齿根应力分布。

在生产中，滚齿加工应用最为广泛。目前，滚刀通常采用全圆弧结构，使用该类刀具加工出的齿轮齿根强度较弱。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种新型三圆弧齿轮滚刀，采用三圆弧结构优化齿顶圆弧，相比全圆弧滚刀齿形结构，能够产生更大的滚刀齿顶圆弧，可以有效改善齿根过度曲线上的曲率分布，增大齿根过度曲线的曲率半径，降低齿根最大应力，提高渐开线齿轮齿根强度。

为了实现上述目标，本发明采用如下方案：

一种新型三圆弧齿轮滚刀，包括：多个滚刀齿；滚刀齿的齿形轮廓线包括：依次连接的第一齿根直线、第一主切削直线、第一副切削直线、第一齿顶圆弧、第二齿顶圆弧、第二副切削直线、第二主切削直线和第二齿根直线。

第一齿顶圆弧由依次连接的第一上段圆弧、第一中段圆弧和第一下段圆弧构成；第一上段圆弧与第一中段圆弧相切；第一中段圆弧与第一下段圆弧相切；第一中段圆弧的半径大于第一上段圆弧和第一下段圆弧的半径。

第二齿顶圆弧由依次连接的第二上段圆弧、第二中段圆弧和第二下段圆弧构成；第二上段圆弧与第二中段圆弧相切；第二中段圆弧与第二下段圆弧相切；第二中段圆弧的半径大于第二上段圆弧和第二下段圆弧的半径。

第一上段圆弧连接至第二上段圆弧；第一上段圆弧与第二上段圆弧相切；第一下段圆弧连接至第一副切削直线且在交点处相切；第二下段圆弧连接至第二副切削直线且在交点处相切。

滚刀齿定义有一对称线，该对称线满足第一副切削直线、第一主切削直线和第一齿根直线与第二副切削直线、第二主切削直线和第二齿根直线关于对称线对称。

滚刀齿定义有一中线，该中线通过第一上段圆弧与第二上段圆弧的切点。

进一步地，第一中段圆弧和第一中段圆弧的圆心位于中线的两侧；第二中段圆弧和第二中段圆弧的圆心位于中线的两侧。

进一步的，对称线与中线重合。两侧同时加强，适用于双向传动。

进一步地，第一齿顶圆弧与第二齿顶圆弧关于中线对称。

进一步地，第一副切削直线、第一主切削直线和第一齿根直线与第二副切削直线、第二主切削直线和第二齿根直线关于中线对称。

进一步的，对称线与中线平行。着重加强一侧，适用于单向传动。

进一步地，第一上段圆弧和第二上段圆弧的相交点位于对称线的一侧。

进一步地，第一齿顶圆弧与第二齿顶圆弧关于中线非对称。

进一步地，第一副切削直线、第一主切削直线和第一齿根直线与第二副切削直线、第二主切削直线和第二齿根直线关于中线非对称。

本发明的有益之处在于，采用三圆弧结构优化齿顶圆弧，相比全圆弧滚刀齿形结构，能够产生更大的滚刀齿顶圆弧，可以有效改善齿根过度曲线上的曲率分布，增大齿根过度曲线的曲率半径，降低齿根最大应力，提高渐开线齿轮齿根强度。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的新型三圆弧齿轮滚刀的滚刀齿的齿形轮廓线的示意图；

图2是本发明的另一个实施例的新型三圆弧齿轮滚刀的滚刀齿的齿形轮廓线的示意图。

滚刀齿100，中线101，第一齿根直线AB，第一主切削直线BC，第一副切削直线CD，第一齿顶圆弧DG，第一上段圆弧FG，第一中段圆弧EF，第一下段圆弧DE，第二齿顶圆弧GJ，第二上段圆弧GH，第二中段圆弧HI，第二下段圆弧IJ，第二副切削直线JK，第二主切削直线KL，第二齿根直线LM；

滚刀齿200，中线201，对称线202，第一上段圆弧QS，第一中段圆弧PQ，第一下段圆弧NP，第二上段圆弧ST，第二中段圆弧TU，第二下段圆弧UV。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体介绍。

作为第一实施例，如图1所示，一种齿轮滚刀，包括：多个滚刀齿100。滚刀齿100的齿形轮廓线包括：依次连接的第一齿根直线AB、第一主切削直线BC、第一副切削直线CD、第一齿顶圆弧DG、第二齿顶圆弧GJ、第二副切削直线JK、第二主切削直线KL和第二齿根直线LM。齿轮滚刀的滚刀齿100的单侧齿顶圆弧由三段圆弧构成，因此齿轮滚刀也可以称为新型三圆弧齿轮滚刀。

第一齿根直线AB和第一主切削直线BC相接于B点。第一主切削直线BC和第一副切削直线CD相接于C点。第一副切削直线CD和第一齿顶圆弧DG相接于D点。第一齿顶圆弧DG和第二齿顶圆弧GJ相接于G点。第二齿顶圆弧GJ和第二副切削直线JK相接于J点。第二副切削直线JK和第二主切削直线KL相接于K点。第二主切削直线KL和第二齿根直线LM相接于L点。

第一齿顶圆弧DG由依次连接的第一上段圆弧FG、第一中段圆弧EF和第一下段圆弧DE构成。第一上段圆弧FG与第一中段圆弧EF相切。第一上段圆弧FG和第一中段圆弧EF在F点相接且切点为F点。第一中段圆弧EF与第一下段圆弧DE相切。第一中段圆弧EF与第一下段圆弧DE在E点相接且切点为E点。第一下端圆弧DE连接至第一副切削直线CD且切点为D点。

第一中段圆弧EF的半径R2大于第一上段圆弧FG的半径R1。且第一中段圆弧EF的半径R2大于第一下段圆弧DE的半径R3。O2点为第一中段圆弧EF的圆心。O1点为第一上段圆弧FG的圆心。O3点为第一下段圆弧DE的圆心。

第二齿顶圆弧GJ由依次连接的第二上段圆弧GH、第二中段圆弧HI和第二下段圆弧IJ构成。第二上段圆弧GH与第二中段圆弧HI相切。第二上段圆弧GH与第二中段圆弧HI在H点相接且切点为H点。

第二中段圆弧HI与第二下段圆弧IJ相切。第二中段圆弧HI与第二下段圆弧IJ在I点相接且切点为I点。第二下端圆弧IJ与第二副切削直线JK相连，相连点为J点；且第二下端圆弧IJ与第二副切削直线JK相切，切点为相连点即J点。

第二中段圆弧HI的半径大于第二上段圆弧GH的半径且第二中段圆弧HI的半径大于第二下段圆弧IJ的半径。

第一上段圆弧FG连接至第二上段圆弧GH。第一上段圆弧FG和第二上段圆弧GH在G点处相接。第一上段圆弧FG与第二上段圆弧GH相切。切点为G点。第一下段圆弧DE连接至第一副切削直线CD，相接点为D点。第二下段圆弧IJ连接至第二副切削直线JK，相接点为J点。

由于滚齿加工的齿轮，齿轮齿形与滚刀齿形存在一定共轭关系。若滚刀齿顶圆弧发生改变，齿轮过度曲线也随之改变。通过优化滚刀结构达到优化齿轮过度曲线，进而提升齿根强度。该齿轮滚刀能够产生更大的滚刀齿顶圆弧，能够有效改善齿根过度曲线上的曲率分布，增大齿根过度曲线的曲率半径，降低齿根最大应力，提高渐开线齿轮齿根强度。

可以根据需要调整第一齿顶圆弧DG的第二齿顶圆弧GJ的3段圆弧的半径。齿顶圆弧的半径组合存在多种方式，不同组合方式下，其共轭齿轮渐开线展长基本不受影响，其共轭齿根过度曲线曲率分布能够有效改善，齿根强度明显提升。

滚刀齿100定义有一中线101。中线101通过第一上端圆弧FG和第二上端圆弧GH的切点G点。第一中段圆弧EF和第一中段圆弧EF的圆心O2位于中线101的两侧。第二中段圆弧HI和第二中段圆弧HI的圆心位于中线101的两侧。

滚刀齿100定义有对称线。第一齿根直线AB，第一主切削直线BC和第一副切削直线CD与第二齿根直线LM、第二主切削直线KL和第二副切削直线JK关于对称线对称。作为一种具体的实施方式，对称线与中线101重合。具体而言，第一副切削直线CD、第一主切削直线BC和第一齿根直线AB与第二副切削直线JK、第二主切削直线KL和第二齿根直线LM关于中线101对称。对称线通过第一上端圆弧FG和第二上端圆弧GH的切点G点。或者说，第一上端圆弧FG和第二上端圆弧GH的切点G点位于对称线上。

更具体而言，第一齿顶圆弧DG与第二齿顶圆弧GJ关于中线101对称。第一上段圆弧FG与第二上段圆弧GH的相交点G点位于中线101上。对称结构使得齿根两侧具有相同的强度。

作为第二实施例，如图2所示，一种齿轮滚刀包括多个滚刀齿200。滚刀齿200的齿形轮廓线包括：依次连接的第一齿根直线、第一主切削直线、第一副切削直线、第一齿顶圆弧NS、第二齿顶圆弧SV、第二副切削直线、第二主切削直线和第二齿根直线。

第一齿顶圆弧NS由依次连接的第一上段圆弧QS、第一中段圆弧PQ和第一下段圆弧NP构成。第二齿顶圆弧SV由依次连接的第二上段圆弧ST、第二中段圆弧TU和第二下段圆弧UV构成。第一上段圆弧QS、第一中段圆弧PQ和第一下段圆弧NP相连的两个圆弧在相连点相切。第二上段圆弧ST、第二中段圆弧TU和第二下段圆弧UV相连的两个圆弧在相连点相切。第一下段圆弧连接至第一副切削直线且在连接点处相切。第二下段圆弧连接至第二副切削直线且在连接点处相切。

同样，滚刀齿200定义有中线201。中线201通过第一上段圆弧QS与第二上段圆弧ST的切点S点。第一中段圆弧PQ和第一中段圆弧的圆心位于中线的两侧；第二中段圆弧TU和第二中段圆弧的圆心位于中线201的两侧。

滚刀齿200定义有一对称线202，该对称线202满足第一副切削直线、第一主切削直线和第一齿根直线与第二副切削直线、第二主切削直线和第二齿根直线关于对称线对称。

第二实施例与第一实施例的不同在于，滚刀齿100的第一齿顶圆弧DG和第二齿顶圆弧GJ与滚刀齿200的第一齿顶圆弧NS和第二齿顶圆弧SV不同。对称线202与中线201不重合。

第一上段圆弧QS和第二上段圆弧ST的相交点S点位于对称线202的一侧。第一上段圆弧QS和第二上段圆弧ST的相交点S点位于对称线202之外即不位于对称线上。或者说对称线202不通过相交点S点。此时第一齿顶圆弧NS和第二齿顶圆弧SV关于中线201非对称。相比对称结构可以进一步地提高单侧的齿根强度。例如相交点位于中线左侧时，能够进一步提高右侧的齿根强度。相交点位于中线右侧时，能够进一步提高左侧的齿根强度。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种新型三圆弧齿轮滚刀，包括：多个滚刀齿；其特征在于，所述滚刀齿的齿形轮廓线包括：依次连接的第一齿根直线、第一主切削直线、第一副切削直线、第一齿顶圆弧、第二齿顶圆弧、第二副切削直线、第二主切削直线和第二齿根直线；

所述第一齿顶圆弧由依次连接的第一上段圆弧、第一中段圆弧和第一下段圆弧构成；所述第一上段圆弧与所述第一中段圆弧相切；所述第一中段圆弧与所述第一下段圆弧相切；所述第一中段圆弧的半径大于所述第一上段圆弧和所述第一下段圆弧的半径；

所述第二齿顶圆弧由依次连接的第二上段圆弧、第二中段圆弧和第二下段圆弧构成；所述第二上段圆弧与所述第二中段圆弧相切；所述第二中段圆弧与所述第二下段圆弧相切；所述第二中段圆弧的半径大于所述第二上段圆弧和所述第二下段圆弧的半径；

所述第一上段圆弧连接至所述第二上段圆弧；所述第一上段圆弧与所述第二上段圆弧相切；所述第一下段圆弧连接至第一副切削直线且在连接点处相切；所述第二下段圆弧连接至所述第二副切削直线且在连接点处相切。

2.根据权利要求1所述的新型三圆弧齿轮滚刀，其特征在于，

所述滚刀齿定义有一对称线；所述第一副切削直线、所述第一主切削直线和所述第一齿根直线与所述第二副切削直线、所述第二主切削直线和所述第二齿根直线关于所述对称线对称。

3.根据权利要求2所述的新型三圆弧齿轮滚刀，其特征在于，

所述的滚刀齿定义有一中线；所述中线通过所述第一上段圆弧与所述第二上段圆弧的切点；所述第一中段圆弧和第一中段圆弧的圆心位于中线的两侧；第二中段圆弧和第二中段圆弧的圆心位于中线的两侧。

4.根据权利要求3所述的新型三圆弧齿轮滚刀，其特征在于，

所述对称线与所述中线重合；所述对称线通过所述第一上段圆弧与所述第二上段圆弧的切点。

5.根据权利要求3所述的新型三圆弧齿轮滚刀，其特征在于，

所述第一齿顶圆弧与所述第二齿顶圆弧关于中线对称。

6.根据权利要求3所述的新型三圆弧齿轮滚刀，其特征在于，

所述对称线与所述中线平行；所述第一上段圆弧与所述第二上段圆弧的切点位于所述对称线之外。

7.根据权利要求3所述的新型三圆弧齿轮滚刀，其特征在于，

所述对称线与所述中线平行；所述第一齿顶圆弧与所述第二齿顶圆弧关于中线非对称。