弧齿面圆柱齿轮传动副及加工方法和加工设备

本发明涉及一种齿轮传动及这种齿轮的加工方法和专用加工设备。

圆柱齿轮按齿向分类有直齿、斜齿和曲线齿。直齿圆柱齿轮传动，理论上两啮合齿面的接触线应是一条直线，可是由于制造和安装误差，以及受力后变形，会使齿面产生外歪，不能保证接触线为直线。这样就容易发生冲击，噪音及磨损。斜齿轮传动，工作平稳，冲击和噪音较小，但会产生轴向力，使应用受到一定限制。对直齿轮进行鼓形修正，形成双凸形曲线齿，可以减轻上述直齿的缺点，然而加工成本较高。目前，加工弧齿面圆柱齿轮主要有以下几种方法：1、在滚齿机上，利用靠模使滚刀在工件齿宽方向的进给运动轨迹为圆弧，这种方法切齿效率不高。2、在剃齿机上，利用专门装置也能加工，但是要在剃齿前进行粗切齿，由于剃齿效率高，一台剃齿机需要配备数台滚齿机或插齿机进行粗切齿。另外剃齿刀也很昂贵。因此，总的效益并不好。3、据一些资料介绍，利用大直径铣刀、大直径滚刀及大直径齿轮梳刀等可以高效加工双凹形弧齿面圆柱齿轮，但是不能加工双凸形弧齿面圆柱齿轮，故上述方法未得到推广使用。

综上所述，由于目前国内外尚无一种既能加工双凹形，又能加工双凸形弧齿面圆柱齿轮的高效切齿机，所以尽管在理论上弧齿面圆柱齿轮可能具有许多优点，但是双凸形和双凹形弧齿面圆柱齿轮没有作为齿轮传动应用过。

本发明的目的是提供一种传动平稳，承载能力大的弧齿面圆柱齿轮传动副，并提供这种弧齿面圆柱齿轮的加工方法和为实现这种方法而设计的高效切齿机。

本发明的目的是这样实现的，一种弧齿面圆柱齿轮传动副，它包括一对可以互相啮合的齿轮，其特征在于：所述两个互相啮合的齿轮，在中央端剖面的齿形是渐开线，在其它端剖面的齿形是近似渐开线，所述两齿轮之一的分圆柱面与轮齿两齿面的交线是两条凸形曲线，所述另一个齿轮的分圆柱面与轮齿两齿面的交线是两条凹形曲线，所述凸形曲线的曲率半径小于所述凹形曲线的曲率半径。

这种弧齿面圆柱齿轮的加工方法，其特征在于：在两根平行安装的主轴的端部，安装直径相等的两个刀盘，所述刀盘上装有结构对称的刀齿，所述刀盘同速反向向内旋转，共切一个被加工齿轮，所述被加工齿轮的轴线与所述双刀盘的轴线所在的平面垂直，所述被加工齿轮的中央端剖面与所述双刀盘轴线所在的平面重合。

上述加工方法可以采用交错式切齿法，即在所述双刀盘靠近处，将两个刀盘上的所述刀齿，互相交错地插入对方刀齿之间，用所述刀齿的内刀刃，共切同一被加工齿轮的同一双凸形轮齿的两齿面；或者用所述刀齿的外刀刃，共切同一被加工齿轮的同一齿槽内两个双凹形轮齿的对称齿面。

上述加工方法也可以采用分离式切齿法，即在所述双刀盘靠近处，所述刀齿互相分离地并排排列，用所述刀齿的内刀刃，分别切同一被加工齿轮的不同齿槽内双凸形轮齿的对称齿面；或者用所述刀齿的外刀刃，分别切同一被加工齿轮的不同齿槽内双凹形轮齿的对称齿面。

为实现本发明的加工方法而设计一种高效双刀盘切齿机，它包括：床身，主轴箱纵向拖板，横向拖板和回转台，其特征在于：所述主轴箱上平行地安装两根主轴，在所述主轴端部安装两个直径相等同速反向向内旋转的大端面刀盘，所述刀盘上装有结构对称的刀齿。

上述切齿机的所述双刀盘可以包括盘体、压板和基准环，所述盘体的周边上开有若干径向槽，所述刀齿放在所述径向槽内，将所述压板通过螺钉同时压紧两个相邻刀齿，并通过螺钉将所述基准环固定在所述盘体上，在所述基准环和刀齿之间，安装一个调节所述刀齿径向伸出量的调节螺钉。

采用双刀盘成形旋转拉齿法时，安装在所述刀盘上的刀齿，分为粗切区、精切区、光整区和分度区；所述粗切区内，刀齿形状为梯形，逐齿升高；所述精切区内，刀齿主刀刃截形与被加工齿轮齿面截形相同，逐齿升高；所述光整区内，刀齿主刀刃截形与被加工齿轮齿面截形相同，无齿升，所述分度区内，无刀齿，所述刀齿分布在所述刀盘端面同一直径的圆周上。

采用双刀盘成形铣齿法时，所述刀齿形状与所述被加工齿轮的齿面截形相同，所述刀齿分布在所述刀盘端面同一直径的圆周上。

采用双刀盘连续展成切齿法时，所述刀齿的形状都是尺寸相同的梯形，所述刀齿刀刃的安装位置在所述刀盘的端面上呈阿基米德螺旋线分布。

采用双刀盘往返展成法时，所述刀齿的形状都是尺寸相同的梯形，所述刀齿分布在所述刀盘端面同一直径的圆周上。

上述切齿机的所述双刀盘也可以是由砂轮盘、扇形块，压块和平衡块组成，所述刀齿为结构对称的具有内外锥面的筒形砂轮；所述砂轮通过具有楔面的所述扇形块安装在所述砂轮盘的环槽内，与所述楔面配合的压块通过螺钉固定在所述砂轮盘上，所述砂轮盘开有燕尾槽，所述平衡块通过顶丝固定在所述砂轮盘上。

本发明由于采取了以上设计，可以加工出能够啮合传动的双凸形和双凹形齿轮，改直齿轮的线接触为点接触，使其对于制造和装配误差或受力后所发生的歪斜不敏感，可以避免较大负荷集中在齿端部，因而改善了啮合条件，降低了噪音，并提高了齿轮强度，这种优点对重载齿轮传动尤为有利。双凸形圆柱齿轮还可以作为剃齿、磨齿和挤齿的齿坯，也可以作为直齿轮使用。

下面结合附图对本发明的实施例进行详细描述。

附图1是双凸与双凹弧齿面圆柱齿轮传动示意图附图2是本发明双刀盘切齿法原理图附图3是本发明双刀盘切齿机结构示意图附图4是附图3的右视图附图5是为高效双刀盘切齿机配套的双刀盘结构示意图附图6是附图5的仰视图附图7是交错式双刀盘加工双凸形轮齿原理图附图8是交错式双刀盘加工双凹形轮齿原理图附图9是分离式双刀盘加工双凸形轮齿原理图附图10是分离式双刀盘加工双凹形轮齿原理图附图11是成形旋转拉齿双刀盘示意图附图12是连续展成切齿双刀盘示意图附图13是往返展成切齿双刀盘示意图附图14是往返展成磨齿法示意图附图15是磨齿双刀盘结构示意图如图1所示，由双凸形弧齿面圆柱齿轮1和双凹形弧齿面圆柱齿轮2组成的新型圆柱齿轮传动。齿轮1和齿轮2在中央端剖面齿形是渐开线，其它端剖面齿形是近似渐开线。双凸形圆柱齿轮1的分圆柱面与其轮齿两齿面的交线是两条凸形曲线3，双凹形圆柱齿轮2的分圆柱面与其轮齿两齿面的交线是两条凹形曲线4。两个相啮合的齿轮1、2，在接触点处凸形曲线3的曲率半径应小于凹形曲线4的曲率半径。双凸形和双凹形圆柱齿轮传动，两啮合齿面为点接触。使其对制造和装配误差或受力后所发生的歪斜不敏感，传动平稳，噪音低，承载能力大。

如图2所示，在两根平行安装的主轴5、6端部，安装两个直径相等的大端面刀盘7、8，在刀盘7、8的端剖面装有许多刀齿，两个刀盘7、8同速反向向内旋转，共切一个被加工齿轮11，被加工齿轮11的轴线以两个刀盘7、8的轴线所在的平面垂直，被加工齿轮11的中央端剖面与两个刀盘7、8的轴线所在的平面重合。

如图3、图4所示，主轴箱13，纵向拖板14安装在床身12上，回转工作台16和横向拖板15依次安装在纵向拖板14上，在主轴箱13中安装两根平行的主轴5、6，在两根主轴5、6的端部安装两个直径相等，同速反向向内旋转的刀盘7、8。如图5、图6所示，双刀盘7、8由对称的刀齿9、10，结构一样的盘体17和基准环18组成。盘体17沿圆周方向开有许多等宽的径向槽19，刀齿9、10放入径向槽19内，基准环18用螺钉22与盘体17同轴心地固定在盘体17上，在刀齿9、10上拧入调节螺钉23，该调节螺钉23的头部与基准环18接触，用以调节刀齿9、10的径向伸出量。用压板20压在两个相邻刀齿上，用螺钉21将压板20固定在盘体17上。

如图7所示，利用交错式双刀盘切齿。在两个刀盘7、8靠近的地方，将刀盘7上的刀齿9交错地插入刀盘8的刀齿10之间，运动轨迹相交，但刀齿又互不干涉。在加工中，用刀盘7、8上的刀齿9、10的内刀刃共切同一被加工齿轮11的同一轮齿的两齿面，形成两个双凸形弧齿面。如图8所示，用刀盘7、8上的刀齿9、10的外刀刃共切同一被加工齿轮11的同一齿槽内两个双凹形轮齿的对称齿面。

如图9所示，利用分离式双刀盘切齿。在两个刀盘7、8靠近的地方，将刀盘7、8上的刀齿9、10相互分离地并排排列，其运动轨迹不相交，分离距离可以根据需要而定。在加工中，用刀盘7、8上的刀齿9、10的内刀刃分别切被加工齿轮11上两个相邻齿槽的双凸形轮齿的对称齿面，也可以是两个以上齿槽的对称齿面。如图10所示，刀盘7、8上的刀齿9、10的外刀刃分别切被加工齿轮11上两个相邻齿槽或两个以上齿槽内双凹形轮齿的对称齿面。

采用不同的刀齿形状和刀齿安装位置，运用上述交错式和分离式双刀盘切齿原理，都可以加工出双凸形和双凹形弧齿面圆柱齿轮。下面分别加以叙述。由于两个刀盘7、8上的刀齿9、10安装位置都是对称的，所以下面仅以刀盘7为例加以叙述(连续展成法除外)。

双刀盘成形铣齿法：其特点是刀盘7上的刀齿9形状完全相同，并与被加工齿轮11的齿面截形相同，每个刀齿9均安装在刀盘7端面同一直径圆周上。加工时刀盘7回转是主运动，径向进给运动是由纵向拖板14带着被加工齿轮11从径向逐渐切入，切完一个齿槽后，快速退回原位，由回转工作台16带着被加工齿轮11转过一个齿，然后切削下一个齿。采用这种切齿方法，主运动与成形运动无关，便于采用高速切削，但其有空程，使切齿效率有所下降。

如图11所示，双刀盘成形旋转拉齿法：其特点是双刀盘7的刀齿9分粗切区24、精切区25、光整区26和分度区27，所述粗切区24的刀齿9形状为梯形，逐齿升高。精切区25的刀齿9形状与被加工齿轮11齿面截形相同，也逐齿升高，但齿升量比粗切齿少。光整区26刀齿9的齿形与被加工齿轮11齿面截形相同，但无齿升。分度区27无刀齿，用于齿轮分度。粗切区24和精切区25刀齿9的安装位置根据不同的切削图形而定，光整区26刀齿9的安装位置在刀盘7端面同一直径圆周上。加工时，被加工齿轮11由纵向拖板14带动做径向切入，到全齿深后停止，刀盘7、8转一圈切一个齿槽，被加工齿轮11在分度区27由回转工作台6带动分度。采用这种方法，空程很少，生产效率相当高。

如图12所示，双刀盘连续展成切齿法：其特点是刀盘7上的刀齿9齿形相同，全是梯形齿，在刀盘7、8端面，刀齿9、10的刀刃分布在各自的阿基米德螺旋线上，螺旋线的导程为被加工齿轮11齿距的一倍(单头)或两倍(双头)。加工时，刀盘7、8回转，被加工齿轮11在回转工作台16的带动下作协调的转动，形成展成运动。刀盘7、8转一圈，被加工齿轮11转一个齿(单头)或两个齿(双头)。由于刀盘7、8转过一圈的瞬间，刀齿正好与被切齿轮11下一个齿槽对应，因此可以连续进行分度和切齿，为避免损坏刀齿，开始切入部分刀齿应逐渐升高，一对刀盘能加工同模数不同齿数的齿轮，通用性好。

如图13所示，双刀盘往返展成切齿法：其特点是刀盘7上的刀齿9齿形相同，全是梯形齿，刀盘7端面上的刀齿9分布在同一直径圆周上。加工时，刀盘7、8回转，由被加工齿轮11在横向拖板15和旋转工作台16的带动下又转又移，形成展成运动。加工齿轮11与刀齿9脱开后，要进行分度，转过一个齿，然后反向运动切下一个齿槽，就这样往返进行展成切齿。采用这种方法，刀齿形状和安装方法简单，刀盘转速与展成运动无关，为采用硬质合金进行高速切齿提供了条件，又能加工同模数不同齿数的所有齿轮，适合于单件，小批或大批量生产。

运用上述往返展成切齿法的原理，将双刀盘上的刀齿9、10改为砂轮(如图14所示)，即可以成为双砂轮往返展成磨齿法。如图15所示，进行磨齿时双刀盘7、8的盘体是两个带有相同环槽32的砂轮盘28，刀齿是对称的具有内外锥面的筒状砂轮9’、10’，砂轮9’、10’装在砂轮盘28的环槽32内。扇形块29是用来固定砂轮9’、10’的，扇形块29均匀分布在圆周上，其内圆弧是楔面33，与楔面33配合的压块30用螺钉34固定在砂轮盘28上，压块30的上下移动可以卡紧和松开砂轮9’、10’。砂轮盘28上还开有燕尾槽35，平衡块31可以根据需要放在燕尾槽35内，用顶丝36与砂轮盘28固定。加工的时候，砂轮盘9’、10’与加工齿轮接触处像两个梯形刀齿(如图14所示)，砂轮9’、10’的外锥面相当于刀齿9’、10’的外刀刃，砂轮9’、10’的内锥面相当于刀齿9’、10’的内刀刃。其磨齿运动原理与往返展成切齿相同，这里就不详细叙述了。

这种高效双刀盘切齿机还可以用来加工弧齿面直齿圆柱齿轮、链轮、棘轮、凸轮、凸多角形工件和平面等。