CN2140276Y - 插齿机插斜齿螺旋角调整机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种插齿机插斜齿螺旋角调整机 构，属于圆柱齿轮加工机床制造领域。它由两套曲柄 滑块机构、两套杠杆滑块机构和一套螺旋角合成机构 组成，它可将一些只能插削一种固定螺旋角的普通插 齿机改造成能插削任一旋向，各种螺旋角的万能斜齿 插齿机或新设计一种新型的万能斜齿插齿机。插斜 齿螺旋角的调整靠拨动两曲柄滑块偏心位置来实现， 调整方便，精度高，可保证得到准确的螺旋运动。可 解决小直径、大螺旋角内齿轮的插齿困难，适合单件 生产及多品种小批量生产各种斜齿圆柱齿轮。

Description

本实用新型提出的一种插齿机插斜齿螺旋角调整机构属于圆柱齿轮加工机床制造领域。

目前市场上销售的插齿机只能加工直齿轮或者在插齿机刀架上，设计、制造专用螺旋导轨后加工一种固定螺旋角的斜齿轮。一台插齿机一般只有一副专用螺旋导轨，因为螺旋导轨多次拆装将会影响齿轮的加工精度，螺旋导轨安装调整较复杂，费工、费时，所以一般插齿机插削斜齿轮的螺旋角是不可调整的。

到八十年代中期，美国和西德先后发明了两种可在一定范围内调整插斜齿螺旋角的插齿机，并申请了专利。从西德的专利（专利号3328904）来看，它是一种数控型可调螺旋角插齿机构，由于需要研制高精度、高灵敏度的数控系统，成本高，制造困难，至今未见有产品在市场销售。美国的专利（专利号为4606682）是机械型可调螺旋角插齿机构，它的传动系统如附图1所示，它是利用刀架上的两套曲柄连杆滑块机构，一套驱动主轴作往复直线运动，另一套驱动主轴作往复旋转运动，两种运动合成为主轴的螺旋运动，通过调整一曲柄盘的偏心大小，可调整主轴往复行程的大小；通过调整另一曲柄盘的偏心大小，可改变螺旋齿花键套的行程大小，再通过直齿花键可改变主轴的转角大小，从而可改变插斜齿螺旋角的大小。将附图1所示的两套曲柄连杆滑块机构简化为附图2。设曲柄盘Ⅰ上的偏心点从AO点旋转θ角至A点，连杆L使滑块从BO点垂直移动至B点，也就是主轴及插齿刀垂直移动量为H。另一曲柄盘Ⅱ上的一偏心点从CO点旋转θ′角至C点，连杆L使滑块从DO点垂直移动至D点，其垂直位移量为h，叉架的垂直位移使外导轮作往复螺旋运动，通过花键使主轴及插齿刀作往复旋转运动，叉架垂直移动h时，插齿刀分度圆上的一点从EO点旋转α角至E点。设螺旋齿花键的导程为T，插齿刀分度圆直径为df，那么

α＝360°，h／T

＝π·df·α／360°＝π·df·h／T

当插齿刀垂直位移H，刀具分度圆旋转弧长 时，其插斜齿螺旋角β＝tg^－1

／H。当两曲柄盘旋转任一角度时，β角均应为一定值，才能保证所插斜齿的齿向精度。从β角的计算公式可看出，只要h／H为常数，β角即为定值。设曲柄盘Ⅰ转过θ角时，曲柄盘Ⅱ转过θ′角则

$\mathrm{h\; /H\; =}\frac{\sqrt{l^2{\mathrm{-\; r}}^2{\sin }^2{\theta }^2}\mathrm{+\; r\; -\; rcos\; \theta \; \prime \; -1}}{\sqrt{L^2{\mathrm{-\; R}}^2{\sin }^2\theta }\mathrm{+R\; -\; Rcos\; \theta \; -\; L}}$

式中R、r、L、l均为常数，θ和θ′在0～360°间变化时，h／H值也将随之变化，无论θ＝θ′还是θ≠θ′，h／H都不能完全保证是一常数。由此得出该发明在理论上存在螺旋线误差，且误差范围超过齿轮加工精度标准范围。此外从结构设计与受力分析来看，两套曲柄连杆滑块机构，同时设计在刀架上部，在结构设计上比较困难，曲柄盘Ⅱ经连杆将力传给叉架，再经外导轨使螺旋齿花键作螺旋运动时，受力情况不佳，因连杆与主轴轴心线之间存在一偏心距，必然会产生偏心力矩，将影响插齿精度。该发明不仅于1984年9月在美国申请了专利，而且于1985年和1986年先后在日本和西德申请了专利，但至今没有产品供应市场，这可能是因为该发明存在问题的缘故。

本实用新型的目的是针对上述两种插斜齿螺旋角调整机构的不足，而提出的一种机械型插齿机插斜齿螺旋角调整机构，能在理论上完全消除螺旋线误差，插斜齿螺旋角的调整范围大，结构简单易于实现，精度高，利用本技术可将一些普通插齿机改造成为万能斜齿轮插齿机或新设计一种新型的万能斜齿插齿机。

本实用新型的技术解决方案见附图3和附图4，该机构由一个螺旋角合成机构、两个曲柄滑块机构和两个杠杆滑块机构组成，其中一个主曲柄滑块机构上的辅助轴4通过一个杠杆滑块机构与螺旋角合成机构中的主轴1滑动连接；另一个辅助曲柄滑块机构上的辅助轴16通过另一个杠杆滑块机构与螺旋角合成机构中的连接轴套12滑动连接；这样，两个曲柄滑块机构上各自的辅助轴上下移动就会导致螺旋角合成机构中主轴1、连接轴套12的相应上下移动。主曲柄滑块机构由齿轮21、主曲柄盘5、带框架的辅助轴4、偏心滑块6和偏心轴7组成；辅助曲柄滑块机构由齿轮21、辅助曲柄盘13、带框架的辅助轴16、偏心滑块14和偏心轴15组成。调整偏心轴的位置可改变带框架辅助轴4和16上下移动的行程和速度。两个曲柄滑块机构分别与两个杠杆滑块机构相连，每一杠杆滑块机构都由两个滑块和一根杠杆组成，两个滑块分别安装在杠杆的两端，且两杠杆滑块机构的杠杆比必须相同，即：CD／BC＝C1D1／B1C1。

两杠杆滑块机构通过滑块2和17分别与螺旋角合成机构中的主轴1和连接轴套12相连，螺旋角合成机构由刀架分度蜗轮3，固定螺旋导轨10、活动螺旋导轨9、直导轨23、主轴1、连接轴套12和静压系统组成，活动螺旋导轨外表面上的螺旋花键与固定螺旋导轨内表面上的螺旋花键槽相啮合，活动螺旋导轨内表面上的直导轨花键槽与直导轨外表面上的花键相啮合，活动螺旋导轨9与连接轴套12连为一体，直导轨23固定在主轴1上，主轴1的下端安装刀具，主轴1与连接轴套12安置在同一条轴线上，刀架分度蜗轮8与固定螺旋导轨10连为一体。静压系统有两组，其中一组由节流器11、进油孔25、固定螺旋导轨内表面与活动螺旋导轨外表面之间形成的静压腔26组成，八个竖直的进油孔均匀分布在固定螺旋导轨10中，这些进油孔连通节流器和固定螺旋导轨内表面上的静压腔26；另一组由旋转接头20、节流器19、活动螺旋导轨内表面与直导轨外表面之间形成的静压腔27组成，八个竖直进油孔均匀分布在连接轴套12和活动螺旋导轨9中，这些进油孔连通节流器19和静压腔27，进油管通过旋转接头20与节流器19相通，压力油分别通过16个节流器和16个进油孔到达两个静压腔，使活动螺旋导轨及主轴上直导轨在压力油的作用下处于悬浮状态，不受外力干扰，可消除导轨间隙对传动精度的影响。

本实用新型比美国专利优越的关键在于将曲柄连杆滑块机构改为曲柄滑块机构加杠杆滑块机构，这一改动可从理论上消除螺旋线误差。将附图3所示的机构简化为附图5，当主曲柄盘5转动时，固定在其上的偏心滑块A以R为半径绕中心O旋转，带框架的辅助轴4产生往复直线运动，经滑块B，杠杆3，滑块D使主轴1产生往复直线运动，当滑块A转过角度θ时，辅助轴4垂直移动H1，主轴垂直移动H，其关系式为：H＝H1·CD／BC＝（R－R·｜COSθ｜）·CD／BC＝R（1－｜COSθ｜）·CD／BC

同理，设驱动活动螺旋导轨垂直移动的辅助曲柄盘半径为r，活动螺旋导轨的垂直位移为h，由于杠杆比CD／BC＝C1D1／B1C1，则：h＝r（1－｜COSθ′｜）·C1D1／B1C1＝r（1－｜cosθ′｜）·CD／BC

当取θ′＝θ或者θ′＝θ＋180°时        h／H＝r·（1－｜cosθ｜）·CD／BC／［R·（1－｜COSθ｜）·CD／BC］

＝r／R＝C（常数）

因此，当主、辅曲柄盘在同一相位或相位角相差180°时，其活动螺旋导轨的垂直位移与主轴的垂直位移之比为常数，即为主、辅曲柄盘半径之比。对于一条标准螺旋线来说，它的垂直位移与其转角之比为一常数。所以只要将活动螺旋导轨的螺旋花键做成标准的螺旋线，就能保证活动螺旋导轨的垂直位移与其转角之比为一常数，因为h／H＝C（常数），所以主轴的垂直位移与主轴的转角之比也为常数，因此可使主轴的运动合成为标准的螺旋运动。前述螺旋角计算公式β＝tg^－1（π·df／T·h／H）对本机构仍然适用。

式中：df－插齿刀分度圆直径；

T－活动螺旋导轨上螺旋花键的导程；

h／H＝r／R

所以：β＝tg^－1（π·df／T·r／R），很明显，只要调整R或r的大小，就能改变所插斜齿轮的螺旋角，且其调整范围在理论上不受任何限制。当r＝0，R≠0时，主轴只有往复直线运动，没有往复旋转运动，可以插削直齿圆柱齿轮，其螺旋角βmin＝0°；当r≠0，R＝0时，主轴只有往复旋转运动，无往复直线运动，可以插削环形齿，其螺旋角βmax＝90°；当改变两曲柄盘的偏心方向，使其相位角相差180°时，即可改变主轴的旋转方向，因而可使主轴获得反向的螺旋运动。因此采用本机构可以插削任一旋向，任何角度的斜齿圆柱齿轮。

本实用新型的优点是驱动主轴作往复运动的杠杆滑块机构，处在主轴的中下部，运动平稳，侧向力小，而驱动活动螺旋导轨往复移动的杠杆滑块机构的作用力是作用在活动螺旋导轨的中心线上，与主轴轴心线同心，受力状态好，结构刚性强，两曲柄盘偏心大小的调整可以用公式计算得到，然后通过微调装置调到精确的位置，使用调整方便，精度高，因而可保证得到准确的螺旋运动。

在普通插齿机上改装本实用新型机构，可扩大机床的使用范围，任何旋向，任何螺旋角的斜齿圆柱齿轮均可在一台机床上完成，大大提高了设备的利用率，节省了设备投资与占地面积，便于齿轮行业发展，不断更新开发新品种的斜齿圆柱齿轮。尤其适于中小批生产各种不同旋向和不同螺旋角的斜齿圆柱齿轮。有些小直径、大螺旋角的齿轮，特别是内齿轮，由于受专用螺旋导轨导程的限制，按常规设计难以解决，采用本机构设计的插齿机就可能解决此类难题。

附图1、美国专利的传动系统图

附图2、美国专利两曲柄连杆滑块机构简图

附图3、插齿机插斜齿螺旋角调整机构原理图

附图4、螺旋角合成机构的剖面图

附图5、曲柄滑块和杠杆滑块机构简图

附图3和附图4中所标各数字分别表示如下：1、主轴，2、杠杆滑块机构中的滑块，3、杠杆，4、辅助轴，5、主曲柄盘，6、主曲柄滑块机构中的滑块，7、偏心轴，8、刀架分度蜗轮，9、活动螺旋导轨，10、固定螺旋导轨，11、节流器，12、连接轴套，13、辅助曲柄盘，14、辅助曲柄滑块机构中的滑块，15、偏心轴，16、辅助轴，17、杠杆滑块机构中的滑块，18、杠杆，19、节流器，20、旋转接头，21、齿轮，22、螺钉，23、直导轨，24、活动螺旋导轨的进油孔，25、固定螺旋导轨的进油孔，26、固定螺旋导轨与活动螺旋导轨间形成的静压腔，27、活动螺旋导轨与直导轨间形成的静压腔。

下面介绍本实用新型的一个具体实施例。

对普通YP5150A型插齿机的立柱和刀架部分进行改造，拆去原来的曲柄连杆滑块机构，装上本实用新型，具体做法是：机床的主电动机通过一对塔型皮带轮降速后，将动力传给主曲柄盘，主曲柄盘上开有T形槽，将装有滑块的T形槽螺钉装于主曲柄盘上就可调整滑块的偏心，滑块驱动带矩形框架的辅助轴作垂直运动，为减少滑块与矩形框架运动中的摩擦力，在滑块上、下与框架接触处装有直线运动滚针导轨支承，代号为：6192／20K。由于受框架的限制，滑块在曲柄盘上的圆周运动就转换为辅助轴的上、下直线运动，辅助轴上下各装有一滑动轴承作为支承，辅助轴下部还装有杠杆滑块机构中的滑块槽，该处滑块采用摇杆的形式，可消除圆弧运动转换为直线运动所产生的误差。摇杆的固定端利用原机床曲柄连杆机构中的固定轴，另一端利用原来的摇杆与主轴连接，两根摇杆就相当于附图3中的BC和CD杠杆，固定轴即为C轴。另外，当皮带轮带动主曲柄盘转动时，与主曲柄盘同轴的齿轮21又将运动通过一中间齿轮，传递给与辅助曲柄盘同轴的齿轮，该齿轮与齿轮21模数与齿数完全相同，所以两曲柄盘的转速与转向相同。采用前述同样的结构将辅助曲柄盘上滑块的运动通过两根摇杆一根固定轴传给连接轴套，连接轴套又与活动螺旋导轨用螺钉连为一体，活动螺旋导轨外表面铣成螺旋角为23°58′34″的螺旋花键，与固定螺旋导轨内表面同样角度的螺旋花键槽啮合，活动螺旋导轨内表面铣4条直花键槽，与直导轨外表面的4条直花键啮合，直导轨与主轴固定连为一体，活动螺旋导轨上下运动时在螺旋花键的作用下使直导轨产生旋转运动，也就是使主轴产生旋转运动。固定螺旋导轨与刀架分度蜗轮连为一体，在分度蜗杆的带动下作连续的圆周运动，根据加工对象的齿数分度。分度蜗杆的动力来自传动箱，是原YP5150A型插齿机的部件。螺旋角合成机构的精度保证靠静压系统。静压系统由恒压泵、畜能器、单向阀、溢流阀、若干滤油器、压力继电器和压力表等组成。恒压泵将压力油分为两组压入静压腔内。一组压力油通过八只小孔节流器和固定螺旋导轨上的八个竖直的进油孔，进入固定螺旋导轨内表面与活动螺旋导轨外表面形成的静压腔内。另一组则通过一特制的旋转接头进入另八只小孔节流器，进入连接轴套和活动螺旋导轨上开的八个竖直的进油孔中，再进入活动螺旋导轨内表面与直导轨外表面形成的静压腔中。内外两组压力油使活动螺旋导轨及直导轨处于悬浮状态，这样就消除了运动中导轨间隙对传动精度的影响。由于活动螺旋导轨需沿螺旋线方向作往复运动及圆周进给运动，所以压力油必须通过特制的旋转接头，才能进入节流器和静压腔。

主轴所形成的螺旋运动是由主轴的往复直线运动与在活动螺旋导轨带动下所作的旋转运动合成而来，插斜齿螺旋角的大小靠调整主、辅曲柄盘上滑块的偏心R及r的大小，然后通过公式计算得到。R与r的调整范围越大，插斜齿螺旋角的调整范围也就相应增大。我们取R和r均为0～±55毫米。螺旋角β的大小，与刀具分度圆直径df及r值的大小成正比，与R值的大小成反比。本例的β角调整范围约为0～±45°，完全能满足一般斜齿轮加工的需要。还可以通过设计时改变活动螺旋导轨的导程来满足特定的加工需要。

Claims (5)

1、一种插齿机插斜齿螺旋角调整机构，其特征在于：它由一个螺旋角合成机构，两个曲柄滑块机构和两个杠杆滑块机构组成，其中一个主曲柄滑块机构上的辅助轴4通过一个杠杆滑块机构与螺旋角合成机构中的主轴1滑动连接；另一个辅助曲柄滑块机构上的辅助轴16，通过另一个杠杆滑块机构与螺旋角合成机构中的连接轴套12滑动连接；这样，两个曲柄滑块机构上各自的辅助轴上下移动就会导致螺旋角合成机构中主轴1、连接轴套12的相应上下移动。

2、根据权利要求1所述的插齿机插斜齿螺旋角调整机构，其特征在于：曲柄滑块机构由齿轮21、曲柄盘5和13、带框架的辅助轴4和16、偏心滑块6和14、偏心轴7和15组成，调整偏心轴的位置可改变带框架辅助轴4和16上下移动的行程和速度。

3、根据权利要求1所述的插齿机插斜齿螺旋角调整机构，其特征在于：杠杆滑块机构由两个滑块、一根杠杆组成，两个滑块分别安装在杠杆的两端，且两杠杆滑块机构的杠杆比必须相同。

4、根据权利要求1所述的插齿机插斜齿螺旋角调整机构，其特征在于：螺旋角合成机构由刀架分度蜗轮8、固定螺旋导轨10、活动螺旋导轨9、直导轨23、主轴1、连接轴套12和静压系统组成，活动螺旋导轨外表面上的螺旋花键与固定螺旋导轨内表面上的螺旋花键槽相啮合，活动螺旋导轨内表面上的直导轨花键槽与直导轨外表面上的花键相啮合，活动螺旋导轨9与连接轴套12连为一体，直导轨23固定在主轴1上，主轴1的下端安装刀具，主轴1与连接轴套12安置在同一条轴线上，刀架分度蜗轮8与固定螺旋导轨10连为一体。

5、根据权利要求4所述的螺旋角调整机构，其特征在于：静压系统有两组，其中一组由节流器11、进油孔25、静压腔26组成，八个竖直的进油孔均匀分布在固定螺旋导轨10中，这些进油孔连通节流器和固定螺旋导轨内表面上的静压腔26；另一组由旋转接头20、节流器19、进油孔24、静压腔27组成，八个竖直进油孔均匀分布在连接轴套12和活动螺旋导轨9中，这些进油孔连通节流器19和静压腔27，进油管通过旋转接头20与节流器19相通。

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