CN113399753A - 一种用于提升齿轮重合度的椭圆弧滚刀 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于提升齿轮重合度的椭圆弧滚刀，通过将齿顶面设计为椭圆弧面，相对全圆弧滚刀可有效降低齿轮的最小曲率半径，加长齿轮渐开线长度，提升齿轮重合度。同时，相对双圆弧滚刀可减小齿根弯曲应力。对于现有技术中全圆弧滚刀滚齿的齿根圆弧大，齿根弯曲应力小，但是渐开线起点较高，齿轮重合度低。双圆弧滚刀滚齿的渐开线起点低，渐开线长，重合度大，但是齿根圆弧小，齿根弯曲应力大的问题，本发明椭圆弧滚刀滚齿的渐开线起点接近双圆弧滚刀，同时齿根圆弧又接近全圆弧滚刀，很好地集合了全圆弧滚刀和双圆弧滚刀的优点，规避了全圆弧滚刀和双圆弧滚刀的缺点，在保证齿轮弯曲强度的前提下，提升了齿轮的重合度，降低了变速箱的噪音。

Description

一种用于提升齿轮重合度的椭圆弧滚刀

技术领域

本发明涉及齿轮传动技术领域，具体为一种用于提升齿轮重合度的椭圆弧滚刀。

背景技术

齿轮传动是变速箱的关键传动装置，齿轮的设计水平和制造精度对变速箱的噪音、寿命等性能指标有着重要影响。齿轮设计参数中的重合度对啮合噪音有直接影响，齿根圆弧对齿轮的弯曲强度、寿命影响明显。而齿轮的重合度和齿根圆弧又受齿轮刀具设计和制造的制约，较难平衡。

在齿轮加工工艺中，滚齿工艺在满足产品需求的基础上效率更高，是齿轮加工的最主要方式之一，齿轮滚刀也成为齿轮刀具中应用最广泛的刀具。滚刀的齿顶曲线形状决定了齿轮齿根过渡曲线的形状，而齿轮齿根过渡曲线对齿轮重合度和齿根弯曲强度有着重要影响。在工程应用，齿轮滚齿加工的齿根过渡曲线一般有全圆弧、双圆弧两种形状，全圆弧齿根的齿轮弯曲强度好，但是渐开线的最小曲率半径较大，齿轮重合度低，啮合过程噪音大。双圆弧齿根可有效降低齿轮的最小曲率半径，增大啮合重合度，提升传动平稳性，但是会削弱齿根弯曲强度。

发明内容

针对现有技术中齿轮滚齿加工采用全圆弧、双圆弧两种形状，但是全圆弧齿根存在渐开线的最小曲率半径较大，齿轮重合度低，啮合过程噪音大的问题，双圆弧齿根存在齿根弯曲应力大、弯曲强度差的问题，本发明提供一种用于提升齿轮重合度的椭圆弧滚刀，结构简单，可有效降低齿轮的最小曲率半径，加长齿轮渐开线长度，提升齿轮重合度，同时减小齿根弯曲应力，增强齿根弯曲强度，很好地弥补了全圆弧、双圆弧滚刀各自的缺陷。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种用于提升齿轮重合度的椭圆弧滚刀，包括椭圆弧滚刀本体，椭圆弧滚刀本体包括刀体以及沿刀体外表面轴向延伸的若干组齿排；每组齿排上排布有若干个切削齿，每组相邻切削齿间为齿槽，切削齿包括齿顶面、两侧的齿侧面和齿根面，齿侧面与刀体截面的夹角为压力角，切削齿的齿顶呈椭圆弧形状，在齿顶椭圆弧面和齿侧面之间为倾斜面，倾斜面与齿顶椭圆弧面相切；

其中切削齿的法向齿形轮廓线包括第一齿切削直线、齿顶椭圆弧线、第二齿切削直线；

其中以齿顶椭圆弧线的纵向中心线为中心，第一齿切削直线和第二齿切削直线分别连接在齿顶椭圆弧线的两端。

优选的，第一齿切削直线包括依次连接的第一齿根直线、第一主切削直线和第一副切削直线；其中第一主切削直线为滚刀压力角α对应齿形线段所设置的直线，第一副切削直线为滚刀倾斜角Q与齿顶椭圆弧线的相切线。

进一步的，齿顶椭圆弧线的一端凸角至第一齿根直线之间设置第一滚刀凸角辅助线，其中第一滚刀凸角辅助线与第一主切削直线平行设置，且第一滚刀凸角辅助线与滚刀凸角a相切。

进一步的，第一主切削直线的长度大于第一副切削直线的长度。

优选的，第二齿切削直线包括依次连接的第二副切削直线、第二主切削直线和第二齿根直线；其中第二主切削直线为滚刀压力角β对应齿形线段所设置的直线，第二副切削直线为滚刀倾斜角P与齿顶椭圆弧线的相切线。

进一步的，齿顶椭圆弧线的一端凸角至第二齿根直线之间设置第二滚刀凸角辅助线，其中第二滚刀凸角辅助线与第二主切削直线平行设置，且第二滚刀凸角辅助线与滚刀凸角b相切。

进一步的，第二主切削直线的长度大于第二副切削直线8的长度。

优选的，齿顶椭圆弧线的计算公式如下：

其中，u为半长轴的长度，v为半短轴的长度；w＝ha0-v，w是椭圆中心的y轴坐标值，ha0是滚刀的齿顶高。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供了一种用于提升齿轮重合度的椭圆弧滚刀，通过将齿顶面设计为椭圆弧面，相对全圆弧滚刀可有效降低齿轮的最小曲率半径，加长齿轮渐开线长度，提升齿轮重合度。同时，相对双圆弧滚刀可减小齿根弯曲应力。对于现有技术中全圆弧滚刀滚齿的齿根圆弧大，齿根弯曲应力小，但是渐开线起点较高，齿轮重合度低。双圆弧滚刀滚齿的渐开线起点低，渐开线长，重合度大，但是齿根圆弧小，齿根弯曲应力大的问题，本发明椭圆弧滚刀滚齿的渐开线起点接近双圆弧滚刀，同时齿根圆弧又接近全圆弧滚刀，很好地集合了全圆弧滚刀和双圆弧滚刀的优点，规避了全圆弧滚刀和双圆弧滚刀的缺点，在保证齿轮弯曲强度的前提下，提升了齿轮的重合度，降低了变速箱的噪音。

进一步的，第一齿切削直线包括依次连接的第一齿根直线、第一主切削直线和第一副切削直线；其中第一主切削直线为滚刀压力角α对应齿形线段所设置的直线，保证了渐开线的齿形精度；第一副切削直线为滚刀倾斜角与齿顶椭圆弧线的相切线，保证了渐开线齿形与齿根圆弧的平稳过渡，保证了工件加工的稳定性。

更进一步的，齿顶椭圆弧线的一端凸角至第一齿根直线之间设置第一滚刀凸角辅助线，其中第一滚刀凸角辅助线与第一主切削直线平行设置，且第一滚刀凸角辅助线与滚刀凸角a相切，有效确定了滚刀凸角a的位置，保证滚齿齿根的弯曲强度。同时，滚刀凸角a形成的工件齿根沉切，为后续的精加工刀具提供放置空间，保证了加工过程的稳定性。

进一步的，第二齿切削直线包括依次连接的第二副切削直线、第二主切削直线和第二齿根直线；其中第二主切削直线为滚刀压力角β对应齿形线段所设置的直线，保证了渐开线的齿形精度；第二副切削直线为滚刀倾斜角P与齿顶椭圆弧线的相切线，保证了渐开线齿形与齿根圆弧的平稳过渡，保证了工件加工的稳定性。

更进一步的，齿顶椭圆弧线的一端凸角至第二齿根直线之间设置第二滚刀凸角辅助线，其中第二滚刀凸角辅助线与第二主切削直线平行设置，且第二滚刀凸角辅助线与滚刀凸角b相切，有效确定了滚刀凸角b的位置，保证滚齿齿根的弯曲强度。同时，滚刀凸角b形成的工件齿根沉切，为后续的精加工刀具提供放置空间，保证了加工过程的稳定性。

进一步的，齿顶椭圆弧线面的设计有效降低齿轮的最小曲率半径，加长齿轮渐开线长度，提升齿轮重合度，同时减小齿根弯曲应力；齿顶椭圆弧线的长轴决定了圆弧的大小，相对于双圆弧齿根，齿根圆弧更大，齿根弯曲强度更好，齿轮寿命更长。齿顶椭圆弧线的短轴决定了渐开线起点的位置，相对于全圆弧齿根，渐开线起点的位置更低，渐开线更长，齿轮副的重合度更高，啮合更平稳，噪音更小。

附图说明

图1为本发明中椭圆弧滚刀轴向结构剖视图；

图2为本发明中椭圆弧滚刀端面结构示意图；

图3为本发明中椭圆弧滚刀切削齿的法向齿形结构示意图；

图4为本发明中椭圆弧滚刀加工工件的齿根结构示意图。

图中：1-椭圆弧滚刀本体；2-刀体；3-切削齿；4-第一主切削直线；5-第一滚刀凸角辅助线；6-第一副切削直线；7-齿顶椭圆弧线；8-第二副切削直线；9-第二滚刀凸角辅助线；10-第二主切削直线；11-第一齿根直线；12-第二齿根直线。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明提供了一种用于提升齿轮重合度的椭圆弧滚刀，如图1和图2所示，包括椭圆弧滚刀本体1，椭圆弧滚刀本体1包括刀体2以及沿刀体2外表面轴向延伸的若干组齿排；每组齿排上排布有若干个切削齿3，每组相邻切削齿3间为齿槽，切削齿包括齿顶面、两侧的齿侧面和齿根面，齿侧面与刀体2截面的夹角为压力角，切削齿3的齿顶呈椭圆弧形状，在齿顶椭圆弧面和齿侧面之间为倾斜面，倾斜面与齿顶椭圆弧面相切；

根据图3所示，切削齿3的法向齿形轮廓线包括第一齿切削直线、齿顶椭圆弧线7、第二齿切削直线；

以齿顶椭圆弧线7的纵向中心线为中心，第一齿切削直线和第二齿切削直线分别连接在齿顶椭圆弧线7的两端。

第一齿切削直线包括依次连接的第一齿根直线11、第一主切削直线4和第一副切削直线6；其中第一主切削直线4为滚刀压力角α对应齿形线段所设置的直线，第一副切削直线6为滚刀倾斜角Q与齿顶椭圆弧线7的相切线第一主切削直线4的长度大于第一副切削直线6的长度。

其中，第一主切削直线4的计算公式如下：

y＝k₀x+e₀； 式1

其中，k₀为第一主切削直线的斜率；e₀为第一主切削直线与Y轴交点值；

第一副切削直线6的计算公式如下：

y＝k₂x+e₂； 式2

其中，k₂为第一副切削直线的斜率；e₂为第一副切削直线与Y轴交点值；

齿顶椭圆弧线7的一端凸角至第一齿根直线11之间设置第一滚刀凸角辅助线5，其中第一滚刀凸角辅助线5与第一主切削直线4平行设置，且第一滚刀凸角辅助线5与滚刀凸角a相切。

其中第一滚刀凸角辅助线5的计算公式如下：

y＝k₀x+e₁； 式3

其中，k₀为第一主切削直线的斜率；e₁为第一滚刀凸角相切线5与Y轴交点值；

第二齿切削直线包括依次连接的第二副切削直线8、第二主切削直线10和第二齿根直线12；其中，其中第二主切削直线10为滚刀压力角β对应齿形线段所设置的直线，第二副切削直线8为滚刀倾斜角P与齿顶椭圆弧线7的相切线，第二主切削直线10的长度大于第二副切削直线8的长度。

齿顶椭圆弧线7的一端凸角至第二齿根直线12之间设置第二滚刀凸角辅助线9，其中第二滚刀凸角辅助线9与第二主切削直线10平行设置，且第二滚刀凸角辅助线9与滚刀凸角b相切。

本发明中第一齿切削直线和第二齿切削直线分别以齿顶椭圆弧线7的纵向中心线为中心对称设置，第二齿切削直线的计算公式与第一齿切削直线相同，在此处不需赘述。

齿顶椭圆弧线7的计算公式如下：

其中，u为半长轴的长度，v为半短轴的长度；w为椭圆圆心与X轴的距离；

由于k₀的计算公式如下：

k₂的计算公式如下：

e₀的计算公式如下：

其中，Sn为滚刀法向齿厚；

e₁的计算公式如下：

w的计算公式如下：

w＝h_a0-v； 式9

通过图3所示，椭圆弧的半短轴为v，通过联立式2和式4得到椭圆弧的半长轴u，计算公式如下：

齿顶椭圆弧线7的计算方程公式如下：

通过齿顶椭圆弧线7的计算方程计算得到椭圆与第一滚刀凸角辅助线5的交点坐标为：

e₂的计算联立式3和式4，具体公式如下

通过e₂的得到第一副切削直线6与齿顶椭圆弧线7的交点坐标为：

联立式1、式3，得的第一主切削直线4与第一副切削直线6的交点坐标为：

全圆弧滚刀滚齿的齿根圆弧大，齿根弯曲应力小，但是渐开线起点较高，齿轮重合度低。双圆弧滚刀滚齿的渐开线起点低，渐开线长，重合度大，但是齿根圆弧小，齿根弯曲应力大，由于根据图4所示，椭圆弧滚刀滚齿的渐开线起点接近双圆弧滚刀，同时齿根圆弧又接近全圆弧滚刀，很好地集合了全圆弧滚刀和双圆弧滚刀的优点，规避了全圆弧滚刀和双圆弧滚刀的缺点，在保证齿轮弯曲强度的前提下，提升了齿轮的重合度，降低了变速箱的噪音。

本发明中滚刀凸角a和滚刀凸角b的角度相等；滚刀倾斜角P和滚刀倾斜角Q的角度相等，滚刀压力角α和滚刀压力角β的角度相等。

本发明一种用于提升齿轮重合度的椭圆弧滚刀的工作原理：

滚刀安装刀杆。安装刀杆前，用无纺布将刀杆擦拭干净，确保接触面上无杂物，在装刀架上用千分表检查滚刀轴台跳动，不得大于0.01mm；

在滚齿机安装滚刀。安装好后，用千分表检查滚刀两端轴台跳动，两端的轴台跳动不大于0.015mm，且跳动方向要一致；

安装滚齿夹具。安装滚齿夹具并找正中心和端面，用千分表检查夹具下锥面径向跳动，不大于0.01mm；检查端面跳动，不大于0.01mm；

安装工件。安装待加工工件，安装前用气枪吹干净定位孔和定位面，检查是否有毛刺、翻边；

滚切工件。设定好加工程序后，运行程序，滚切工件。

Claims (8)

1.一种用于提升齿轮重合度的椭圆弧滚刀，其特征在于，包括椭圆弧滚刀本体(1)，椭圆弧滚刀本体(1)包括刀体(2)以及沿刀体(2)外表面轴向延伸的若干组齿排；每组齿排上排布有若干个切削齿(3)，每组相邻切削齿(3)间为齿槽，切削齿包括齿顶面、两侧的齿侧面和齿根面，齿侧面与刀体(2)截面的夹角为压力角，切削齿(3)的齿顶呈椭圆弧形状，在齿顶椭圆弧面和齿侧面之间为倾斜面，倾斜面与齿顶椭圆弧面相切；

其中切削齿(3)的法向齿形轮廓线包括第一齿切削直线、齿顶椭圆弧线(7)、第二齿切削直线；

其中以齿顶椭圆弧线(7)的纵向中心线为中心，第一齿切削直线和第二齿切削直线分别连接在齿顶椭圆弧线(7)的两端。

2.根据权利要求1所述的一种用于提升齿轮重合度的椭圆弧滚刀，其特征在于，所述第一齿切削直线包括依次连接的第一齿根直线(11)、第一主切削直线(4)和第一副切削直线(6)；其中第一主切削直线(4)为滚刀压力角α对应齿形线段所设置的直线，第一副切削直线(6)为滚刀倾斜角Q与齿顶椭圆弧线(7)的相切线。

3.根据权利要求2所述的一种用于提升齿轮重合度的椭圆弧滚刀，其特征在于，所述齿顶椭圆弧线(7)的一端凸角至第一齿根直线(11)之间设置第一滚刀凸角辅助线(5)，其中第一滚刀凸角辅助线(5)与第一主切削直线(4)平行设置，且第一滚刀凸角辅助线(5)与滚刀凸角a相切。

4.根据权利要求2所述的一种用于提升齿轮重合度的椭圆弧滚刀，其特征在于，所述第一主切削直线(4)的长度大于第一副切削直线(6)的长度。

5.根据权利要求1所述的一种用于提升齿轮重合度的椭圆弧滚刀，其特征在于，所述第二齿切削直线包括依次连接的第二副切削直线(8)、第二主切削直线(10)和第二齿根直线(12)；其中第二主切削直线(10)为滚刀压力角β对应齿形线段所设置的直线，第二副切削直线(8)为滚刀倾斜角P与齿顶椭圆弧线(7)的相切线。

6.根据权利要求5所述的一种用于提升齿轮重合度的椭圆弧滚刀，其特征在于，所述齿顶椭圆弧线(7)的一端凸角至第二齿根直线(12)之间设置第二滚刀凸角辅助线(9)，其中第二滚刀凸角辅助线(9)与第二主切削直线(10)平行设置，且第二滚刀凸角辅助线(9)与滚刀凸角b相切。

7.根据权利要求5所述的一种用于提升齿轮重合度的椭圆弧滚刀，其特征在于，所述第二主切削直线(10)的长度大于第二副切削直线(8)的长度。

8.根据权利要求1所述的一种用于提升齿轮重合度的椭圆弧滚刀，其特征在于，所述齿顶椭圆弧线(7)的计算公式如下：

其中，u为半长轴的长度，v为半短轴的长度；w＝ha0-v，w是椭圆中心的y轴坐标值，ha0是滚刀的齿顶高。

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