CN206241393U - 一种非等边剃齿刀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种非等边剃齿刀，包括非等边剃齿刀的主、副工作面，以及其齿面两侧开设数个容屑槽。所述容屑槽的两侧和渐开线齿面发生相交，形成用于加工工件齿轮的切削刃；所述的非等边剃齿刀的主、副工作面齿廓不相等，即根据啮合几何关系，每一个单齿的副工作面最大曲率半径小于主工作面最大曲率半径。非等边剃齿刀能够使其主工作面与工件齿轮之间的啮合力趋于平稳，不仅可以实现平衡剃齿的条件，而且还能降低啮合传动误差幅值，为减小剃齿齿形中凹误差提供了新的技术思路。

Description

一种非等边剃齿刀

技术领域

本实用新型涉及一种加工刀具的设计范畴，特别是一种非等边剃齿刀。

背景技术

剃齿刀是直齿和斜齿渐开线圆柱齿轮的一种精加工刀具。剃齿时，剃齿刀的切削刃沿工件齿面剃下一层薄金属，可以有效提高被剃齿轮的精度和齿面质量，且加工效率高，刀具寿命长，是成批、大量生产中等精度圆柱齿轮时，应用最广泛的一种加工刀具。

目前，公知的剃齿刀构造是左右齿廓完全相等，与斜齿轮类似的渐开线螺旋面，并在其齿面上开有形成切削刃的窄槽。剃齿刀与工件齿轮进行交错轴螺旋齿轮传动，通过切削刃压入工件齿轮一定深度完成剃削，但未经过修形的剃齿刀在啮合过程中节圆附近发生单点接触，使该处齿面间承受的正压力要比其它部位大，造成切削刃较深地陷入工件齿轮齿面，形成齿形中凹。传统方法依靠经验对剃齿刀进行修磨、试切等方法，以获得最佳啮合角为目标，通过负变位的方式使剃齿刀与工件齿轮啮合过程中的单点接触区域减少甚至消除，达到平衡剃齿。由于大多数情况下根据工件齿轮的参数是无法设计出满足平衡剃齿条件的剃齿刀，这就给剃齿刀的修形带来了工艺问题。

发明内容

针对负变位剃齿的不足以及平衡剃齿条件难以实现，本实用新型的目的在于提供一种非等边剃齿刀。

为了实现上述任务，本实用新型采取如下的技术解决方案：

一种非等边剃齿刀，包括非等边剃齿刀的主、副工作面，以及其齿面上开设数个容屑槽，容屑槽的两侧和渐开线齿面发生相交，形成用于加工工件齿轮的切削刃，其特征在于，所述的非等边剃齿刀的主、副工作面齿廓不相等，即根据啮合几何关系，每一个单齿的副工作面最大曲率半径小于主工作面最大曲率半径。

本实用新型的其它特点是，通过非等边剃齿刀的主、副工作面之间的最大曲率半径差，实现剃削过程中推迟剃齿刀副工作面进入啮合线的起点位置，使其主、副工作面能够同时啮入与工件齿轮接触，达到平衡剃齿条件。

本实用新型的非等边剃齿刀，能够使其主工作面与工件齿轮之间的啮合力趋于平稳，不仅可以实现平衡剃齿的条件，而且还能降低啮合传动误差幅值，为减小剃齿齿形中凹误差提供了新的技术思路。

其创新点在于，对负变位剃齿刀的齿形进行创新设计，通过减小剃齿刀副工作面的齿顶圆值，即减小副工作面的最大曲率半径ρ_max，推迟其进入啮合线的起点位置，使其主、副工作面剃削过程中能够同时啮入与工件齿轮接触，避免主工作面啮合线上的三点区域，保证了主工作面剃削过程中与工件齿轮齿面之间的啮合力趋于平稳，实现平衡剃齿条件，减小剃齿齿形中凹误差。

附图说明

图1是本实用新型的非等边剃齿刀几何模型正视图；

图2是非等边剃齿刀几何模型等轴测视图；

图3是剃齿啮合空间几何模型；

图4是非等边剃齿刀的数学模型图；

图5是非等边剃齿刀的啮合原理示意图；

图6是实例啮合传动误差幅值对比分析图；

图1中的标记为：1、非等边剃齿刀主工作面，2、非等边剃齿刀副工作面，A为详图，按2:1缩放；

图5中K₁K₂为非等边剃齿刀的副工作面啮合线，K₁'K'₂为其主工作面啮合线。P点节点，A点为非等边剃齿刀的副工作面齿顶圆上一点，B点为其主工作面齿顶圆上一点。

具体实施方式

参见图1和图2，按照本实用新型的技术方案，一种非等边剃齿刀，该非等边剃齿刀为盘形结构，形状及参数近似为斜齿圆柱齿轮，包括非等边剃齿刀的主、副工作面，以及其齿面上开设数个容屑槽，容屑槽的两侧和渐开线齿面发生相交，形成用于加工工件齿轮的切削刃，其设计参数根据工件齿轮具体参数要求确定，所述非等边剃齿刀主、副工作面的齿廓不相等，即根据啮合几何关系，每一个单齿的副工作面最大曲率半径小于主工作面最大曲率半径。

本实施例中，通过非等边剃齿刀主、副工作面之间的最大曲率半径差，实现剃削过程中推迟剃齿刀副工作面进入啮合线的起点位置，使主、副工作面能够同时啮入与工件接触，达到平衡剃齿条件。

在图1中，非等边剃齿刀副工作面2齿廓的最大曲率半径ρ_maxB略小于非等边剃齿刀主工作面1齿廓的最大曲率半径ρ_maxA，两者的差根据工件齿轮的参数及啮合几何关系确定。由于非等边剃齿刀主、副工作面齿廓的最大曲率半径不相等，在进入啮合时，副工作面最大曲率半径的减小可以推迟其进入啮合线的起点位置，使主、副工作面同时进入啮合，避免了主工作面啮合线上的三点区域。

参见图3至图6，本实施例给出一种非等边剃齿刀设计实例，通过减小非等边剃齿刀副工作面的齿顶圆半径，推迟非等边剃齿刀副工作面进入啮合线的起点位置，使其主、副工作面剃削过程中能够同时啮入与工件齿轮接触，避免主工作面啮合线上的三点区域，保证了主工作面剃削过程中与工件齿轮齿面之间的啮合力趋于平稳，实现平衡剃齿条件，减小剃齿齿形中凹误差。

具体包括以下部分：

(1)构建空间啮合几何模型；

(2)构建非等边剃齿刀齿面数学模型；

(3)非等边剃齿刀几何关系推导；

(4)根据步骤(1)-(3)中得出的接触特性，最后比较了非等边剃齿刀和负变位剃齿刀在相同啮合条件下与工件齿轮的啮合传动误差幅值情况，最终确定非等边剃齿的剃齿效果更优。

设计步骤包括：

设非等边剃齿刀与被剃齿轮的空间啮合情况如空间坐标系如图3所示，S_h和S_f分别为非等边剃齿刀和工件齿轮的固定坐标系，中心距为a。S_i和S₁为非等边剃齿刀的动坐标系，S₂和S₃为工件齿轮的动坐标系。非等边剃齿刀与工件齿轮分别以ω₁和ω₂的角速度绕Z_h和Z_f轴进行旋转，且两轴之间存在轴交角Σ。非等边剃齿刀由动坐标系S_i转动角至S₁，同时工件齿轮由动坐标系S₂旋转角并以V₀ ⁽²⁾的速度沿Z₃轴轴向进给l至S₃，存在空间关系式(1)如下：

如图4所示，设非等边剃齿刀的主工作面为S，副工作面为S'。

点B和点A分别为各齿顶圆上的一点，ρ_Amax和ρ_Bmax分别为点A、点B的曲率半径。

σ₀为基圆上齿槽半角，θ'与θ分别为面S'和S的参变量。

根据齿轮啮合原理中渐开线螺旋面方程式可知，非等边剃齿刀副工作面S'和非等边剃齿刀主工作面S在动坐标系o-x,y,z下的参数方程可表达为：

根据齿轮啮合原理，式(2)和(3)可推导出啮合线方程，确定啮合线初始点K₁、K₂、K₁'、K'₂在固定坐标系o_h-x_h,y_h,z_h中的位置坐标，并通过啮合线方程求得工件齿轮左，右齿面参数方程(这里对推导过程不做赘述)。

设工件齿轮由动坐标系S₀初始位置旋转角至S₁，非等边剃齿刀的副工作面S'与工件齿轮在啮合线K₁点接触进入啮合，根据空间坐标关系式(1)可表达为：

设当工件齿轮由动坐标系S₀初始位置旋转角至S₂，非等边剃齿刀的主工作面S与工件齿轮在啮合线K'₂点位置接触，非等边剃齿刀的副工作面S'在该瞬时与工件齿轮的啮合点由K₁点移至A点。根据空间坐标关系式(1)可表达为：

通过式(5)和式(6)可分别计算出和值，可通过式(7)计算工件齿轮在A点的曲率半径为：

式中，为动坐标系S₁和S₂之间的夹角即θ为K₁点所对应的展角。根据几何关系可知，非等边剃齿刀的副工作面在A点的曲率半径为：

式中，r₁'，r₂'分别为非等边剃齿刀和工件齿轮的节圆半径，r_b1，r_b2分别为非等边剃齿刀与工件齿轮的基圆半径，β_b1，β_b2分别为非等边剃齿刀和工件齿轮的基圆螺旋角。

根据上述分析，ρ_A'为非等边剃齿刀副工作面的最大曲率半径。ρ_A'与非等边剃齿刀主工作面最大曲率半径ρ_max之间存在以下关系：

通过上述分析可通过式(9)确定非等边剃齿刀主、副工作面存在的几何关系，以曲率半径作为设计参数确定非等边剃齿刀副工作面齿顶圆值。

剃齿刀非等边齿形设计，使两齿廓的最大曲率半径ρ_max不相等。在进入啮合时，该方法可以推迟剃齿刀副工作面进入啮合线的起点位置，保证了主工作面剃削过程中与工件齿轮齿面之间的啮合力趋于平稳。如图5所示，非等边剃齿刀的副工作面齿廓(图示1齿)最大曲率半径减小，使原本从啮合线K₁点延迟至A点进入啮合线，副工作面在A点接触工件齿轮的同时，主工作面(图示2齿)也到达啮合线的K'₂点处与工件齿轮接触，即实现主、副工作面同时进入啮合区域。该方法可使啮合过程中主工作面啮合线上避免单点啮合区，保证了主工作面剃削过程中与工件齿轮齿面之间的啮合力趋于平稳。

如图6所示，通过啮合仿真，在相同的啮合条件下，非等边剃齿刀与工件齿轮啮合时的传动误差幅值小于负变位剃齿刀与工件齿轮啮合时的传动误差幅值，故非等边剃齿刀与工件齿轮齿面之间的啮合力趋于平稳，实现平衡剃齿条件，减小剃齿齿形中凹误差。

Claims (2)

1.一种非等边剃齿刀，包括非等边剃齿刀的主、副工作面，以及其齿面上开设数个容屑槽，所述容屑槽的两侧和渐开线齿面发生相交，形成用于加工工件齿轮的切削刃；其特征在于，所述的非等边剃齿刀的主、副工作面齿廓不相等，即根据啮合几何关系，每一个单齿的副工作面最大曲率半径小于主工作面最大曲率半径。

2.如权利要求1所述的非等边剃齿刀，其特征在于，通过所述主、副工作面之间的最大曲率半径差，实现剃削过程中推迟剃齿刀副工作面进入啮合线的起点位置，使主、副工作面能够同时啮入与工件齿轮接触，达到平衡剃齿条件。