CN117697326A - 一种轴向变量马达主轴矩形花键的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴向变量马达主轴矩形花键的加工方法，利用矩形滚刀在主轴上加工出矩形花键，矩形滚刀安装在滚齿机上；所述矩形滚刀外形以及参数确定，包括如下步骤，a、选择与所要加工的矩形花键最接近的标准矩形花键，得到加工标准矩形花键所用的滚刀的参数组合；b、对参数组合中的滚刀节圆直径df及节圆半径rj进行修正；c、滚刀上的各个啮合曲面替换为圆弧面，通过啮合角方程式求得各个圆弧面圆心相较于滚刀轴向中心坐标零点的位置，采用最小二乘法计算圆弧面半径；已修正后的滚刀作为矩形滚刀加工出主轴上的矩形花键。本发明具有能避免齿圈与主轴脱落、能降低管理成本和加工成本低的优点。

Description

一种轴向变量马达主轴矩形花键的加工方法

技术领域

本发明属于轴向变量马达主轴领域，尤其涉及一种轴向变量马达主轴矩形花键的加工方法。

背景技术

在变量马达中，主轴上的矩形花键成型于一个齿圈的外周面上，齿圈过盈配合套在主轴外侧。齿圈脱落时，马达实际转速无法有效识别，会影响马达使用。在历史的使用过程中，发现以下问题：

1、主轴与齿圈为分体结构，齿圈壁厚较薄受马达使用温度影响，齿圈与主轴热变形系数差异较大，马达运动过程中，影响配合紧度，主轴与齿圈容易脱落；

2、齿圈为薄壁件，加工容易产生应力变形，容易产生孔径圆度及直径超差，导致装配后主轴与齿圈紧度不够，从而主轴与齿圈容易脱落；

3、齿圈为薄壁件，外圆上分布较多的矩形齿，矩形齿深度较深，齿圈成本大于60元/件(不含税)；

4、主轴与齿圈分体设计，零件件号增加，加工完成后成品需压装为组件，不利于生产管理。

5、从外观上看，齿圈外侧的矩形花键与标准矩形花键之间看起来相似性，但实际存在差异，标准矩形花键为渐开线花键，而齿圈外侧的矩形花键为非渐开线花键，这就导致对于标准矩形花键的加工，可以查询《GB 1144-2001》标准和《GB/T 10952-2005》标准，得到相应的矩形滚刀方案，利用矩形滚刀加工出标准矩形花键，但无法从上述两个标准中得到可以用于加工出齿圈矩形花键的矩形滚刀，目前对于齿圈矩形花键的加工，仍然是采用锯片铣或线切割的方式进行，加工效率很低，这也是齿圈加工成分大于60元/件的原因。而以锯片铣或线切割的方式加工零件时，工件的轴向长度不宜过长，这也是主轴与齿圈采用分体结构的重要原因。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种轴向变量马达主轴矩形花键的加工方法。本发明具有能避免齿圈与主轴脱落、能降低管理成本和加工成本低的优点。

本发明的技术方案：一种轴向变量马达主轴矩形花键的加工方法，利用矩形滚刀在主轴上加工出矩形花键，矩形滚刀安装在滚齿机上；

所述矩形滚刀外形以及参数确定，包括如下步骤，

a、选择与所要加工的矩形花键最接近的标准矩形花键，查询《GB 1144-2001》，取中系列，得到加工标准矩形花键所用的滚刀的参数组合；

b、对参数组合中的主轴处矩形花键节圆直径df及节圆半径rf进行修正，df＝B1/sinβ，rf＝df/2，B1是标准矩形花键的计算键宽，β是花键在节圆上的齿形角β；

c、滚刀上的各个啮合曲面替换为圆弧面，通过啮合角方程式求得各个圆弧面圆心相较于滚刀轴向中心坐标零点的位置，采用最小二乘法计算圆弧面半径；

已修正后的滚刀作为矩形滚刀加工出主轴上的矩形花键。

前述的轴向变量马达主轴矩形花键的加工方法中，所述标准矩形花键轴类型选择为带倒角矩形。

前述的轴向变量马达主轴矩形花键的加工方法中，所述矩形滚刀的螺旋角λ，λ＝arcsin(tn/πdf)，tn是矩形滚刀的法向齿距。

前述的轴向变量马达主轴矩形花键的加工方法中，所述滚齿机的型号YB3150E，滚齿机的挂轮传动比u，u＝A*sinβ₃/m*K＝a/b*c/d，A是滚齿机差动传动链常数，β₃是角度系数，m是模数，K是刀头数。

与现有技术相比，本发明在现有标准矩形花键(渐开线花键)滚刀计算方法的基础上，通过对滚刀参数的优化，得到矩形滚刀，通过滚齿机可以在出主轴上加工出非渐开线形的矩形花键，矩形花键的齿圈一体成型在主轴上，不需要采用分体结构，第一是解决了齿圈和主轴脱落的问题，第二是减少了零件型号数量，没有了齿圈这个单独零件型号，生产只需对一体化设计后的主轴组织管理即可，而且交付周期缩短，第三是加工成本，只需要25元即可。综上，本发明具有能避免齿圈与主轴脱落、能降低管理成本和加工成本低的优点。

附图说明

图1是矩形滚刀单个齿牙的结构示意图。

图2是矩形滚刀加工出的齿形效果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例。一种轴向变量马达主轴矩形花键的加工方法，利用矩形滚刀在主轴上加工出矩形花键，矩形滚刀安装在YB3150E型滚齿机上。

对于矩形滚刀的设计，先选择与主轴上矩形花键形状最相似的标准矩形花键：比如，对L6VE80EZ8/65W-VAB027H5PB-0270泵主轴上的齿圈的矩形花键加工时，选用下面表里的参数，

查询《GB 1144-2001》，取中系列，得到如下参数(未标注数值单位均为mm)为：

1)、外径及公差：De＝122^+0.05，

2)、内径及公差：di＝155_-0.53，

3)、键宽及公差：B＝3.1±0.1，

4)、花键键数：N＝58，

5)、花键倒角：C＝0.2，

6)、键根圆：0.1，

7)、按小径定心。

标准矩形花键轴类型选择：选取带倒角矩形。

矩形花键滚刀设计和计算：

因齿圈上矩形花键参数要求范围超出《GB 1144-2001》中各列表范围，且对齿圈上矩形花键结构分析，矩形滚刀不允许有触角，无法按照标准设计出矩形滚刀。因此，需要定制，按照如下方法进行调整设计：

辅助计算：

1)、矩形花键的计算外径：De1＝Demax-2Cmin，

2)、矩形花键的计算内径：di＝dmin+0.5E(E为齿宽公差)，

3)、矩形花键的计算键宽：B1＝Bmin+0.5E1(E1是齿宽公差)，

4)、矩形花键节圆直径以及节圆半径：根据《复杂刀具设计手册》选择花键定带有倒角时计算公式：df²＝(De1)²-0.75dil²，rj＝df/2，

节圆上的齿形角β：sinβ＝B1/df，

根据《复杂刀具设计手册》选择修正齿形角βj，重新计算节圆直径df及节圆半径rj，df＝B1/sinβ，rj＝df/2。

圆弧面(图1中R所指)相对于矩形滚刀轴向圆心坐标点(X，Y)以及半径R的计算：

从矩形加工原理分析，啮合线是曲线，参考啮合角方程式(Xi，Yi)：

Xi＝rj((α-β)-(sinα-sinβ).cosα)，

Yi＝rj((sinα-sinβ).sinα)，

Sinα＝sinβ/2+((sinβ/2)²+(rj-di/2)/rj)^1/2，

其中，α是啮合角、为变量。

根据啮合角方程式求得n个P(Xi，Yi)，

采用最小二乘法计算代用圆弧(图1中R所指)：

假设圆弧已求出，代入圆弧方程为：(X-Xi)²+(Y-Yi)²＝R²

其中：Xi、Yi表示逼近圆弧(图1中R所指)中心的坐标；R表示逼近圆弧的半径。

采用计算器计算出R、X、Y。

当滚刀理论齿形与代用圆弧在正负两个方向误差最小时，该圆弧即为滚刀理论齿形。

齿形误差计算：总误差△σ＝|△σx|+|△σy|＜△/3，即为合格；

其中：△σx、△σy为各点计算误差，△为齿宽公差。

矩形滚刀的螺旋角λ：sinλ＝tn/πdf,λ＝arcsin(tn/πdf)。

其中：tn是矩形滚刀的法向齿距。

对于矩形滚刀的其余相关参数，从《复杂刀具设计手册》和《GB 1144-2001》中获得，包括如下:

1.1)、矩形滚刀节线到齿顶的高度h1，h1＝(df-di1)/2。其中：di1是矩形花键计算内径；

1.2)、法向齿距tn，tn＝π/Ndf，法向齿厚Sn，Sn＝df(π/N-βj)。

1.3)、第一测量线距节线高度△h1，

△h1＝(0.3-0.4)h1。

辅助角β1，Sinβ1＝(△h1-Y)/R。

距节线△h1处的法向齿厚S1，S1＝Sn-2(X-RCosβ1)。

1.4)、第二测量线距节线高度△h2，

△h2＝h1-(0.4-0.7)。

辅助角β2，Sinβ2＝(△h2-Y)/R。

距节线△h1处的法向齿厚S2，S2＝sn-2(X-RCosβ2)。

1.5)、滚刀齿顶到第一测量线的高度H1：H1＝h1-△h1。

1.6)、滚刀齿顶到第二测量线的高度H2：H2＝h1-△h2。

1.7)、从节线到倒角起始点的距离L：L＝(De1-df)/2。

1.8)：倒角e(图1中e所示):查表选取

1.9)、全齿高H＝h1+L+2cxtan(e)+h2

其中：h2表示齿间凹的深度,此处不进行另外表述。

矩形滚刀校验计算包括如下：

1)、矩形花键节圆直径：df＝N/πtn。

2)、矩形花键在节圆上的齿形角：β＝(tn-sn)/df。

3)、矩形花键的计算齿宽：B1＝dfsinαi。

4)、矩形花键的计算内径：df1＝df-2h1。

5)、校验计算：

5.1)矩形花键分度圆直径df和分度圆螺旋升角β；

5.2)矩形花键的的计算键宽B1；

5.2)矩形花键的的计算内径df1；

当上述计算值与前端计算数据结果一致，则计算无误；

6)、校验代替圆弧半径和代替圆弧半径中心是否协调：R/2-(x²+y²)/2R≤|△σy|,即为校验合格。

注：上述其余相关参数计算所用的所有公式及其计算方法参照《复杂刀具设计手册》和《刀具设计手册》。

在YB3150E滚齿机上验证对非渐开线花键的矩形齿加工：

YB3150E型滚齿机上具有四个挂轮。挂轮是滚齿机的一个重要部件，其主要作用是在齿轮加工过程中调节齿轮的加工深度和角度，确保齿轮的加工质量和精度。通过调节挂轮，可以实现齿轮深度和角度的控制，避免齿轮加工过程中出现噪声大、运行不平稳、寿命短等问题。

1.1)、挂轮计算，根据差动挂轮理论传动比u的计算公式：

u＝A*sinβ₃/m*K＝a/b*c/d，其中：A是滚齿机差动传动链常数，β₃是角度系数，m是模数，K是刀头数,a、b、c、d分别为四个挂轮的直径。

2.2)、刀具安装：依据滚刀螺旋升角λ，调整刀架角度，选取一组齿与零件进行对中，注意齿中心尽量与工件中心处于一条线上，防止齿形左右不对称。

3)、工件安装：对工件外圆和工件上端面进行跳动检查，跳动值不大于0.02，防止齿向产生偏差。

4)、进行滚齿加工。

Claims (4)

1.一种轴向变量马达主轴矩形花键的加工方法，其特征在于：利用矩形滚刀在主轴上加工出矩形花键，矩形滚刀安装在滚齿机上；

所述矩形滚刀外形以及参数确定，包括如下步骤，

a、选择与所要加工的矩形花键最接近的标准矩形花键，查询《GB 1144-2001》，取中系列，得到加工标准矩形花键所用的滚刀的参数组合；

b、对参数组合中的矩形花键直径df及节圆半径rj进行修正，df＝B1/sinβ，rj＝df/2，B1是标准矩形花键的键宽，β是滚刀的齿形角β；

c、滚刀上的各个啮合曲面替换为圆弧面，通过啮合角方程式求得各个圆弧面圆心相较于滚刀轴向中心坐标零点的位置，采用最小二乘法计算圆弧面半径；

已修正后的滚刀作为矩形滚刀加工出主轴上的矩形花键。

2.根据权利要求1所述的轴向变量马达主轴矩形花键的加工方法，其特征在于：所述标准矩形花键轴类型选择为带倒角矩形。

3.根据权利要求1所述的轴向变量马达主轴矩形花键的加工方法，其特征在于：所述矩形滚刀的螺旋角λ，λ＝arcsin(tn/πdf)，tn是矩形滚刀的法向齿距。

4.根据权利要求1所述的轴向变量马达主轴矩形花键的加工方法，其特征在于：所述滚齿机的型号YB3150E，滚齿机的挂轮传动比u，u＝A*sinβ₃/m*K＝a/b*c/d，A是滚齿机差动传动链常数，β₃是角度系数，m是模数，K是刀头数。