CN113927483B - 一种面齿轮蜗杆砂轮修整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面齿轮蜗杆砂轮修整方法，根据蜗杆砂轮的相关参数选定等压力角等模数金刚滚轮，通过控制所述等压力角等模数金刚滚轮相对于所述蜗杆砂轮移动，于此同时控制所述蜗杆砂轮绕自身轴线旋转设定角度，完成所述蜗杆砂轮一条曲线的修整。本方法的修整过程由等压力角等模数金刚滚轮的匀速直线差补和蜗杆砂轮绕自身轴线匀速旋转组成，与标准双锥面金刚滚轮修整蜗杆的方法完全不同，修整效率更高，修整原理简单，可在圆柱齿轮磨齿机上实现，可修整同压力角、同模数的面齿轮副对应的蜗杆砂轮，更易推广。

Description

一种面齿轮蜗杆砂轮修整方法

技术领域

本发明涉及一种砂轮修整方法，特别涉及一种面齿轮蜗杆砂轮修整方法。

背景技术

面齿轮传动具有结构紧凑、重合度大、传动平稳等优势，且相比于锥齿轮副，具有更小体积质量、传递更大功率、承载能力更强以及独特的分扭汇扭特性，非常适合应用于航空航天的传动系统以满足航空航天领域对齿轮传动的苛刻要求，在国际上被称为“21世纪旋翼机传动希望之所在”。

自上个世纪90年代起，有些国家开展了有关面齿轮传动的相关计划，在面齿轮传动的高速重载方面取得了极大的发展，并不断地进行了面齿轮技术的更新，其中包括对轮齿的接触分析、面齿轮渗碳处理以及更加先进的制造技术和以上的各种实验。成功将面齿轮技术应用于直升机传动系统，阿帕奇武装直升机主减速器传动系统在采用面齿轮技术后，相较于以前传动系统所采用的螺旋锥齿轮副，面齿轮副传动系统的总质量减轻40％左右、承载能力提高35％左右，并且振动和噪声都有明显降低，而且分汇流效果出众。

由此表明，面齿轮传动在航空齿轮传动领域中具有非常重要的意义。因此，对面齿轮的制造技术进行研究，特别是研究应用在航空齿轮传动中的硬齿面齿轮的磨削加工，对国防科技有着非常巨大的意义。面齿轮磨齿加工是提高面齿轮齿面精度及质量的关键和实现硬齿面面齿轮加工的方法。面齿轮磨齿加工不仅可以降低齿形误差、提高齿面精度，而且能消除齿轮热处理后齿面的变形，大大提高了高速重载航空齿轮传动系统运行的可靠性和平稳性。特别是采用蜗杆砂轮应用在面齿轮的磨削加工工艺中，因蜗杆砂轮磨齿为连续磨削加工，可使面齿轮各齿面具有极高的一致性，对提高面齿轮传动系统的稳定性和可靠性意义非凡。而蜗杆砂轮磨削面齿轮技术的关键就在于蜗杆砂轮的修整。现有蜗杆砂轮的修整方式通常采用平面修整器、齿形或标准双锥面金刚滚轮修整。

其中平面修整器是模拟插齿刀与蜗杆的啮合过程进行修整，必须在面齿轮专用磨齿机上进行操作。

齿形金刚滚轮修整属于成形修整，修整效率高，但滚轮的制造成本较高，且一个齿形金刚滚轮只能修整对应一组参数的面齿轮副的蜗杆，使得该方法较难普及。

标准双锥面金刚滚轮修整蜗杆的方法是借助机床的五轴联动使滚轮与蜗杆在修整过程中时刻保持相切，直至完成整个曲面的修整，修整原理复杂，对机床联动性能要求高，修整效率低。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种面齿轮蜗杆砂轮修整方法，该方法较传统方法更简单、效率更高，更有利于推广应用。

根据本发明实施例的面齿轮蜗杆砂轮修整方法，根据蜗杆砂轮的相关参数选定等压力角等模数金刚滚轮，通过控制所述等压力角等模数金刚滚轮相对于所述蜗杆砂轮移动，于此同时控制所述蜗杆砂轮绕自身轴线旋转设定角度，完成所述蜗杆砂轮一条曲线的修整。

根据本发明的实施例，至少具有如下技术效果：

本方法的修整过程由等压力角等模数金刚滚轮的匀速直线差补和蜗杆砂轮绕自身轴线匀速旋转组成，与标准双锥面金刚滚轮五轴联动修整蜗杆的方法完全不同，修整效率更高，修整原理简单，可在圆柱齿轮磨齿机上实现，可修整同压力角、同模数的面齿轮副对应的蜗杆砂轮，更易推广。

根据本发明的一些实施例，根据所述蜗杆砂轮由插齿刀单参数包络得到，且所述蜗杆砂轮与所述插齿刀为内啮合、线接触，而所述插齿刀又由齿条单参数包络得到，且所述齿条与所述插齿刀为外啮合、线接触，故所述蜗杆砂轮与所述齿条为外啮合、点接触，因此在选定所述等压力角等模数金刚滚轮的时候，选定轴截面齿廓与所述齿条廓形完全一致的等压力角等模数金刚滚轮。

根据本发明的一些实施例，所述等压力角等模数金刚滚轮的运动包括：

旋转运动，所述等压力角等模数金刚滚轮绕所述插齿刀的轴线方向Z_p旋转角度a，于此同时，所述蜗杆砂轮绕自身轴线Z_w旋转角度b，并且满足aN_s＝bN_w的关系式，其中N_s是所述插齿刀的齿数，N_w是所述蜗杆砂轮的头数；

直线运动，所述等压力角等模数金刚滚轮沿自身轴线Z_g移动L，所述蜗杆砂轮绕自身轴线Z_w转动角度

满足等式

其中r是所述插齿刀的分度圆半径。

根据本发明的一些实施例，先控制所述等压力角等模数金刚滚轮作旋转运动，完成所述等压力角等模数金刚滚轮对应a的定位，之后再进行直线运动，完成所述蜗杆砂轮上一条曲线的修整，之后通过改变a的值，再定位及修整，直至完成所述蜗杆砂轮整个曲面的修整。

根据本发明的一些实施例，所述等压力角等模数金刚滚轮的齿面表示为，

其中L_d＝0.5scosα，

α是压力角，

u₀是抛物线顶点参数，

u_s是齿廓方向参数，

a_s是抛物线系数,

d_g是分度线到所述等压力角等模数金刚滚轮中心的距离，

θ_g是回转体的转角参数。

根据本发明的一些实施例，所述方法通过一面齿轮磨齿加工机床进行，所述面齿轮磨齿加工机床设置有：

床身；

立柱，沿水平X轴滑动地设置在所述床身上；

第一安装座，沿竖直Z轴滑动地设置在所述立柱上；

第二安装座，转动设置在所述第一安装座上，其转轴与X轴平行；

第三安装座，沿Y轴滑动地设置在所述第二安装座上，Y轴垂直于X轴，且Y轴随所述第二安装座转动形成的平面平行Z轴；

蜗杆砂轮，转动设置在所述第三安装座上，其转轴与Y轴平行；

第四安装座，转动设置在所述床身上靠近所述蜗杆砂轮的位置，其转轴与Z轴平行；

面齿轮，转动设置在所述第四安装座上，其转轴垂直于所述第四安装座的转轴；

修整器，设置有摆臂和等压力角等模数金刚滚轮，所述摆臂转动设置在所述床身上，所述摆臂的转轴与Z轴平行，所述等压力角等模数金刚滚轮转动设置在所述摆臂上，所述等压力角等模数金刚滚轮的转轴垂直Z轴。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是等压力角等模数金刚滚轮修整蜗杆砂轮的原理示意图；

图2、图3和图4是等压力角等模数金刚滚轮的设计几何示意图；

图5是面齿轮磨齿加工机床的一种结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1～图5，本发明提出面齿轮蜗杆砂轮修整方法，根据蜗杆砂轮100的相关参数选定等压力角等模数金刚滚轮400，通过控制等压力角等模数金刚滚轮400相对于蜗杆砂轮100移动，于此同时控制蜗杆砂轮100绕自身轴线旋转设定角度，完成蜗杆砂轮100一条曲线的修整。

本方法的修整过程由等压力角等模数金刚滚轮400的匀速直线差补和蜗杆砂轮100绕自身轴线匀速旋转组成，与标准双锥面金刚滚轮五轴联动修整蜗杆的方法完全不同，修整效率更高，修整原理简单，可在圆柱齿轮磨齿机上实现，可修整同压力角、同模数的面齿轮505副对应的蜗杆砂轮100，更易推广。

具体的，参照图1，由于蜗杆砂轮100由插齿刀200单参数包络得到，且蜗杆砂轮100与插齿刀200为内啮合、线接触，而插齿刀200又由齿条300单参数包络得到，且齿条300与插齿刀200为外啮合、线接触，故蜗杆砂轮100与齿条300为外啮合、点接触，根据包络原理，齿条300包络蜗杆砂轮100即为双参数包络。因此在选定等压力角等模数金刚滚轮400的时候，选定轴截面齿廓与齿条300廓形完全一致的等压力角等模数金刚滚轮400。这样通过等压力角等模数金刚滚轮400可以确保对蜗杆砂轮100的包络，确保修整质量。同时等压力角等模数金刚滚轮400相比于齿形金刚滚轮，造价更便宜，并且可以修整同一模数，压力角，不同插齿刀200齿数对应的蜗杆砂轮100，方法更易推广。修整过程中，等压力角等模数金刚滚轮400能够同时修整蜗杆砂轮100的两侧曲面，比修整蜗杆一侧后，再修另一侧的效率更高。

本发明中，等压力角等模数金刚滚轮400的运动包括旋转运动和直线运动，其中：

旋转运动为等压力角等模数金刚滚轮400绕插齿刀200的轴线方向Z_p旋转角度a，于此同时，蜗杆砂轮100绕自身轴线Z_w旋转角度b，并且满足aN_s＝bN_w的关系式，其中N_s是插齿刀200的齿数，N_w是蜗杆砂轮100的头数；

直线运动为等压力角等模数金刚滚轮400沿自身轴线Z_g移动L，蜗杆砂轮100绕自身轴线Z_w转动角度

满足等式

其中r是插齿刀200的分度圆半径。

在实际修整过程中，先控制等压力角等模数金刚滚轮400作旋转运动，完成等压力角等模数金刚滚轮400对应角度a的定位，之后再进行直线运动，完成蜗杆砂轮100上一条曲线的修整。之后通过改变a的值，重新定位及修整，直至完成蜗杆砂轮100整个曲面的修整。本方法的修整过程是蜗杆砂轮100的匀速旋转与等压力角等模数金刚滚轮400的直线运动的简单运动组合，降低了对机床的联动要求，可以在圆柱齿轮磨齿机上实现蜗杆的修整。

结合图2、图3和图4，由于等压力角等模数金刚滚轮400的工作截面与齿条300廓形完全一致，因此等压力角等模数金刚滚轮400的齿面可以表示为，

其中L_d＝0.5scosα，

α是压力角，

u₀是抛物线顶点参数，

u_s是齿廓方向参数，

a_s是抛物线系数,

d_g是分度线到所述等压力角等模数金刚滚轮中心的距离，

θ_g是回转体的转角参数。

以下本发明就一种具体结构的面齿轮磨齿加工机床进行上述加工方法进行描述。

参照图5，该面齿轮磨齿加工机床主要设置有：

床身500；

立柱501，沿水平X轴滑动地设置在床身500上；

第一安装座502，沿竖直Z轴滑动地设置在立柱501上；

第二安装座503，转动设置在第一安装座502上，其转轴与X轴平行；

第三安装座504，沿Y轴滑动地设置在第二安装座503上，Y轴垂直于X轴，且Y轴随第二安装座503转动形成的平面平行Z轴；

蜗杆砂轮100，转动设置在第三安装座504上，其转轴与Y轴平行；

第四安装座506，转动设置在床身500上靠近蜗杆砂轮100的位置，其转轴与Z轴平行；

面齿轮505，转动设置在第四安装座506上，其转轴垂直于第四安装座506的转轴；

修整器，设置有摆臂507和等压力角等模数金刚滚轮400，摆臂507转动设置在床身500上，摆臂507的转轴与Z轴平行，等压力角等模数金刚滚轮400转动设置在摆臂507上，等压力角等模数金刚滚轮400的转轴垂直Z轴。

其中等压力角等模数金刚滚轮400在随摆臂507摆动的过程中能够移动至蜗杆砂轮100靠近面齿轮505的区域。

在正常进行面齿轮505磨齿加工时，修整器转动至外侧以避开立柱501，预留出足够的加工运动空间。

在需要进行蜗杆砂轮100修整时，立柱501沿远离第四安装座506的方向移动并预留出足够的安全距离，再控制摆臂507转动，使得等压力角等模数金刚滚轮400移动至立柱501和第四安装座506之间，通过控制立柱501的移动、第一安装座502的移动、第二安装座503的转动和第三安装座504的移动实现等压力角等模数金刚滚轮400和蜗杆砂轮100之间的靠近、定位。

之后通过等压力角等模数金刚滚轮400的旋转、蜗杆砂轮100的旋转、摆臂507的转动、立柱501、第一安装座502、第三安装座504的移动和第二安装座503的转动相互配合实现角度a的定位，再通过蜗杆砂轮100的旋转、立柱501、第三安装座504的移动实现距离L的修整，从而完成一条曲线的修整。

接着控制等压力角等模数金刚滚轮400与蜗杆砂轮100分离、再定位，并重新调整角度a，依次完成其他曲线的修整，直至完成蜗杆砂轮100全部曲面的修整。

上述结构仅为结合机床的一种实施例，可以理解的是，上述机床结构并不对本发明构成结构限定，本方法也适用于其他结构的机床。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种面齿轮蜗杆砂轮修整方法，其特征在于：根据蜗杆砂轮的相关参数选定等压力角等模数金刚滚轮，通过控制所述等压力角等模数金刚滚轮相对于所述蜗杆砂轮移动，于此同时控制所述蜗杆砂轮绕自身轴线旋转设定角度，完成所述蜗杆砂轮一条曲线的修整；

根据所述蜗杆砂轮由插齿刀单参数包络得到，且所述蜗杆砂轮与所述插齿刀为内啮合、线接触，而所述插齿刀又由齿条单参数包络得到，且所述齿条与所述插齿刀为外啮合、线接触，故所述蜗杆砂轮与所述齿条为外啮合、点接触，因此在选定所述等压力角等模数金刚滚轮的时候，选定轴截面齿廓与所述齿条廓形完全一致的等压力角等模数金刚滚轮；

所述等压力角等模数金刚滚轮的运动包括：

旋转运动，所述等压力角等模数金刚滚轮绕所述插齿刀的轴线方向Z_p旋转角度a，于此同时，所述蜗杆砂轮绕自身轴线Z_w旋转角度b，并且满足aN_s＝bN_w的关系式，其中N_s是所述插齿刀的齿数，N_w是所述蜗杆砂轮的头数；

直线运动，所述等压力角等模数金刚滚轮沿自身轴线Z_g移动L，所述蜗杆砂轮绕自身轴线Z_w转动角度

满足等式

其中r是所述插齿刀的分度圆半径；

所述等压力角等模数金刚滚轮面金刚滚轮的齿面表示为，

其中L_d＝0.5scosα，

α是压力角，

u₀是抛物线顶点参数，

u_s是齿廓方向参数，

a_s是抛物线系数,

d_g是分度线到所述等压力角等模数金刚滚轮中心的距离，

θ_g是回转体的转角参数。

2.根据权利要求1所述的面齿轮蜗杆砂轮修整方法，其特征在于：先控制所述等压力角等模数金刚滚轮作旋转运动，完成所述等压力角等模数金刚滚轮对应a的定位，之后再进行直线运动，完成所述蜗杆砂轮上一条曲线的修整，之后通过改变a的值，再定位及修整，直至完成所述蜗杆砂轮整个曲面的修整。

3.根据权利要求1所述的面齿轮蜗杆砂轮修整方法，其特征在于，所述方法通过一面齿轮磨齿加工机床进行，所述面齿轮磨齿加工机床设置有：

床身；

立柱，沿水平X轴滑动地设置在所述床身上；

第一安装座，沿竖直Z轴滑动地设置在所述立柱上；

第二安装座，转动设置在所述第一安装座上，其转轴与X轴平行；

第三安装座，沿Y轴滑动地设置在所述第二安装座上，Y轴垂直于X轴，且Y轴随所述第二安装座转动形成的平面平行Z轴；

蜗杆砂轮，转动设置在所述第三安装座上，其转轴与Y轴平行；

第四安装座，转动设置在所述床身上靠近所述蜗杆砂轮的位置，其转轴与Z轴平行；

面齿轮，转动设置在所述第四安装座上，其转轴垂直于所述第四安装座的转轴；

修整器，设置有摆臂和等压力角等模数金刚滚轮，所述摆臂转动设置在所述床身上，所述摆臂的转轴与Z轴平行，所述等压力角等模数金刚滚轮转动设置在所述摆臂上，所述等压力角等模数金刚滚轮的转轴垂直Z轴。

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