CN112059082B - 渐开线花键键齿修形设计方法和加工方法及其齿轮产品 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种渐开线花键键齿修形设计方法，包括分别将键齿两端齿面的齿向、两端齿顶和齿根进行修圆弧；内外花键键齿齿面相互接触于键齿中段处不进行修形加工；未修形加工的键齿中段的长度L根据渐开线花键承载能力计算公式2T103/LΨZHD≤［σp］计算得出。本修形方法直接改善了齿面接触载荷分布情况，减小了偏载，避免了单位面积载荷增大而磨损失效；保证了足够的键齿轴向配合长度，从而保证了花键配合定心精度，大大提高了齿轮产品的质量。同时公开了一种渐开线花键修形加工的方法，加工方法效率高、不产生切屑、强度高、并且方法简单可靠易实现。
Description
技术领域
本发明涉及齿轮制造领域，更具体地，涉及一种渐开线花键键齿修形设计方法和加工方法及其齿轮产品。
背景技术
渐开线花键是机械零件配合联接的重要方式，该花键副是依靠内外花键键齿的齿面相互接触来定心，同时承受传递转矩或压轴力，具有自动定心、承载能力强的特点。
但由于花键副在制造时产生齿向误差和安装的同轴度误差，以及受载后的扭转变形，使各键齿沿轴向所受载荷不均匀，特别是两端受棱边和扭转变形的影响最大，导致两端偏载, 定心精度差。
为了改善齿面载荷分布情况，减小偏载，科学的方式是对键齿进行修形。但受渐开线花键加工方式的限制，目前只有对外花键进行鼓形修形这一种方式。但渐开线花键鼓形修形有两个明显的缺点：1.内外花键键齿齿面相互接触主要集中在鼓形的最高点，接触面积大幅减小，导致单位载荷增大而磨损失效；2.内外花键键齿轴向配合长度减小，导致定心精度下降。
由上述可知，发明一种科学的设计和加工渐开线花键的修行方法具有重大的经济意义和实用价值。
发明内容
针对现有技术中存在的齿轮花键加工时，内外花键键齿齿面相互接触主要集中在鼓形的最高点，接触面积大幅减小，导致单位载荷增大而磨损失效的问题；及内外花键键齿轴向配合长度减小，导致定心精度下降的问题，本发明提供一种渐开线花键键齿修形设计方法和加工方法，改善了齿面接触载荷分布情况，减小了偏载，避免了单位面积载荷增大而磨损失效；保证了足够的键齿轴向配合长度，从而保证了花键配合定心精度。
本发明的发明目的通过以下技术方案予以实现：
本发明公开了一种渐开线花键键齿修形设计方法，包括分别将键齿两键齿齿面的齿向、两端齿顶和齿根进行修圆弧；内外花键键齿齿面相互接触于键齿中段处不进行修形加工；未修形加工的键齿中段的长度L根据渐开线花键承载能力计算公式 2T103/LΨZHD≤［σp］计算得出；其中：T为传递的转矩；L为键的工作长度；Ψ为载荷分布不均系数；Z为键齿数；H为键齿侧面工作高度；D为平均直径；［σp］为花键联接许用挤压应力。
进一步地，所述键齿两键齿齿面的齿向修圆弧a*h，其中a为修形量，修形长度为h。
进一步地，所述两端齿顶的修圆弧的圆弧半径和齿根修圆弧的圆弧半径分别由搓齿挤压原理和修磨搓齿刀的砂轮半径确定。
本发明的设计方法设计的键齿中段接触面积大。相比以往鼓形修形方式的缺点，本设计方法使花键承载能力明显提高；同时，由于齿侧配合有足够长度,保证了花键有效定心精度。
本发明的另一目的在于公开一种使用上述渐开线花键键齿修形设计方法进行的渐开线花键修形加工方法，包括以下步骤：
S1. 采取搓齿加工，先按照渐开线外花键所设计的修形确定键齿两键齿齿面的齿向修圆弧量a*h、两端齿顶修圆弧和齿根修圆弧R；
S2. 对磨削花键搓齿刀齿槽的砂轮进行成形修整，包括修整砂轮齿形角α1、砂轮半径R，其中修整砂轮齿形角α1对应花键键齿齿形角α；
S3. 用修整后的砂轮对搓齿刀进行磨削，通过调整磨削行程长度L，实现花键搓齿刀齿槽中段位置直线长度为 L，即不修形的长度L；同时利用搓齿挤压原理实现两端齿顶的修圆弧。
进一步地，所述修整砂轮齿形角α１= cos-1 (Dcosα/dp)，其中D为花键齿顶圆，α为花键键齿齿形角，dp为搓齿前直径。
进一步地，所述砂轮半径R等于齿根修圆弧大小。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
（1）在齿轮加工过程中，本修形方法直接改善了齿面接触载荷分布情况，减小了偏载，避免了单位面积载荷增大而磨损失效；保证了足够的键齿轴向配合长度，从而保证了花键配合定心精度，大大提高了齿轮产品的质量。
（2）现有生产中，由于现有花键加工方式为滚削加工或搓齿加工，搓齿相对滚削的优点是效率高、不产生切屑、强度相对高；现有的鼓形修形方式虽然也是采取搓齿加工，但其搓齿刀鼓形修形采取电脉冲加工方式，加工难度大、效率低、易烧伤。综合对比，本加工方法效率高、不产生切屑、强度高、并且方法简单可靠易实现，特别是搓齿刀磨损后再次修磨相比方便可靠。
附图说明
图1为本发明的渐开线外花键轴的结构示意图。
图2为本发明的图1的A-A处的剖视图。
图3为搓齿刀及搓齿刀磨削的示意图。
图4为图3的B-B处的剖视图。
其中，1－渐开线外花键轴，2－外花键，3－空刀槽，4－键齿齿顶，5－圆弧一，6－键齿齿根，7-圆弧二，8－键齿齿面，9－圆弧三，11－搓齿刀齿槽，12－搓齿刀刀齿，13－搓齿刀本体，14－磨削砂轮，15－搓齿刀齿槽的齿根，16－搓齿刀两端齿槽的齿根成形圆弧。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明公开一种渐开线花键键齿修形设计方法，如图1和图2所示，本发明的渐开线外花键轴的结构由渐开线外花键轴1、外花键2，渐开线外花键轴1与外花键2间设有空刀槽3，空刀槽3的宽度为b1；外花键2包括键齿齿顶4、键齿齿根6和键齿齿面8，分别在两端健齿齿顶4修圆弧，得到圆弧一5；两端齿根6修圆弧达到圆弧二7，键齿两键齿齿面8的齿向的修圆弧得到圆弧三9。
本发明的渐开线花键修形设计方法包括键齿两键齿齿面的齿向修圆弧、两端齿顶和齿根的修圆弧；键齿中段长度L不进行修形，从而使内外花键键齿齿面相互接触具有一定长度Ｌ，接触面积大，不但避免了以往鼓形修形方式的缺点，承载能力明显提高。
图3和图4中的搓齿刀包括搓齿刀本体13、搓齿刀齿槽11，搓齿刀刀齿12，搓齿刀齿槽的齿根15，搓齿刀两端齿槽的齿根15通过磨削砂轮磨14削成形圆弧16。
本发明的渐开线花键修形加工方法采取搓齿加工，按照渐开线外花键所设计的修形，对磨削花键搓齿刀齿槽的砂轮进行成形修整（包括修整齿形角、砂轮半径R；其中修整齿形角对应键齿齿形角，砂轮半径R的大小等于齿根修圆弧半径；磨削花键搓齿刀齿槽时控制不修形的长度Ｌ；利用搓齿挤压原理实现两端齿顶的修圆弧。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例公开了一种渐开线花键键齿修形设计方法，包括分别将键齿两键齿齿面的齿向、两端齿顶和齿根进行修圆弧；内外花键键齿齿面相互接触于键齿中段处不进行修形加工；未修形加工的键齿中段的长度L，根据渐开线花键承载能力计算公式 2T103/LΨZHD≤［σp］计算得出；其中，T为传递的转矩；L为键的工作长度；Ψ为载荷分布不均系数；Z为键齿数；H为键齿侧面工作高度；D为平均直径；［σp］为花键联接许用挤压应力。
具体地，键齿两键齿齿面的齿向修圆弧a*h，其中a为修形量，修形长度为h。
两端齿顶的修圆弧的圆弧半径和齿根修圆弧的圆弧半径R分别由搓齿挤压原理和修磨搓齿刀的砂轮半径确定。
本实施例的设计方法设计的键齿中段接触面积大。相比以往鼓形修形方式的缺点，本设计方法使花键承载能力明显提高；同时，由于齿侧配合有足够长度L，保证了花键有效定心精度。
实施例2
本实施例公开一种使用实施例1的渐开线花键键齿修形设计方法进行的渐开线花键修形加工方法，包括以下步骤：
S1. 采取搓齿加工，先按照渐开线外花键所设计的修形确定键齿两键齿齿面的齿向修圆弧量a*h、两端齿顶修圆弧和齿根修圆弧；
S2. 对磨削花键搓齿刀齿槽的砂轮进行成形修整，包括修整砂轮齿形角、砂轮半径R，其中修整砂轮齿形角对应花键键齿齿形角；
S3.用修整后的砂轮对搓齿刀进行磨削，通过调整磨削行程长度L，实现花键搓齿刀齿槽中段位置直线长度为 L，即不修形的长度L；同时利用搓齿挤压原理实现两端齿顶的修圆弧。
本发明的渐开线外花键轴的结构由渐开线外花键轴1、外花键2，外花键轴1与外花键2间设有空刀槽3，空刀槽3的宽度为b1；外花键2包括键齿齿顶4、键齿齿根6和键齿齿面8，分别在两端健齿齿顶4修圆弧（圆弧半径R1），得到圆弧一5；两端齿根6修圆弧（圆弧半径R2）得到圆弧二7，键齿两键齿齿面8的齿向的修圆弧（圆弧量a*h）得到圆弧三9。其中，修整砂轮齿形角为 cos-1 (Dcosα/dp)，其中D为花键齿顶圆，α为花键键齿齿形角，dp为搓齿前直径；砂轮半径R等于齿根修圆弧半径R2的大小。
其中，搓刀的宽度为花键齿宽与花键空刀槽宽之和少3ｍｍ，即图3中所示的b+b1-3mm。
本发明首先对磨削花键搓齿刀齿槽的砂轮进行成形修整，包括修整砂轮齿形角、砂轮半径R，其中修整砂轮齿形角对应花键键齿齿形角；然后用修整后的砂轮对搓齿刀进行磨削，通过调整磨削行程 L，实现花键搓齿刀齿槽中段位置直线长度为 L，即不修形的长度Ｌ；同时利用搓齿挤压原理实现两端齿顶的修圆弧，修圆弧量等于 da/2-dp/2。
由于现有花键加工方式为滚削加工或搓齿加工，搓齿相对滚削的优点是效率高、不产生切屑、强度相对高；现有的鼓形修形方式虽然也是采取搓齿加工，但其搓齿刀鼓形修形采取电脉冲加工方式，加工难度大、效率低、易烧伤。综合对比，本加工方法效率高、不产生切屑、强度高、并且方法简单可靠易实现，特别是搓齿刀磨损后再次修磨相比方便可靠。
通过装配啮合接触印迹检验：采用本修形方法后，齿面接触区均在齿宽中部区域，接触面积大且范围稳定，没有出现未修形花键常出现的两端偏载印迹；而鼓形修形花键的接触印迹则明显集中在鼓形中点附近，压痕明显呈易磨损状况。通过对比可以直观地看到：本修形方法直接改善了齿面接触载荷分布情况，减小了偏载，避免了单位面积载荷增大而磨损失效；保证了足够的键齿轴向配合长度，从而保证了花键配合定心精度。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护之内。
Claims (5)
1.一种渐开线花键修形加工的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 采取搓齿加工，先按照渐开线外花键所设计的修形确定键齿两端齿面的齿向修圆弧，两端齿顶修圆弧和两端齿根修圆弧；
S2. 对磨削花键搓齿刀齿槽的砂轮进行成形修整，包括修整砂轮齿形角α1、砂轮半径R，其中修整砂轮齿形角α1对应花键键齿齿形角α；所述修整砂轮齿形角α1= cos-1 (Dcosα/dp)，其中D为花键齿顶圆，α为花键键齿齿形角，dp为搓齿前直径；
S3.用修整后的砂轮对搓齿刀进行磨削，通过调整磨削行程长度L，实现花键搓齿刀齿槽中段位置直线长度为 L，即不修形的长度为L；同时利用搓齿挤压原理实现两端齿顶的修圆弧；
渐开线外花键修形的设计方法，包括分别将键齿两端齿面的齿向、两端齿顶和两端齿根进行修圆弧；内外花键键齿齿面相互接触于键齿中段处不进行修形加工；未修形加工的键齿中段的长度L根据渐开线花键承载能力计算公式2T103/LΨZHD≤［σp］计算得出；其中，T为传递的转矩；L为键的工作长度；Ψ为载荷分布不均系数；Z为键齿数；H为键齿侧面工作高度；D为平均直径；［σp］为花键联接许用挤压应力。
2.根据权利要求1所述渐开线花键修形加工的方法，其特征在于，所述键齿两端齿面的齿向修圆弧a*h，其中a为修形量，修形长度为h。
3.根据权利要求1所述渐开线花键修形加工的方法，其特征在于，所述砂轮半径R等于齿根修圆弧半径。
4.根据权利要求1所述渐开线花键修形加工的方法，其特征在于，所述搓齿刀的宽度为花键齿宽与花键空刀槽宽之和少3ｍｍ。
5.一种采用权利要求1渐开线花键修形加工方法加工成的齿轮产品。
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