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大齒輪基于模具成型的擺線齒錐齒輪半展成加工方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510353676.3

申請日:

2015.06.24

公開號:

CN104889503A

公開日:

2015.09.09

當前法律狀態:

終止

有效性:

無權

法律詳情: 未繳年費專利權終止IPC(主分類):B23F 9/08申請日:20150624授權公告日:20170222終止日期:20170624|||授權|||實質審查的生效IPC(主分類):B23F 9/08申請日:20150624|||公開
IPC分類號: B23F9/08 主分類號: B23F9/08
申請人: 中國農業大學
發明人: 陳英; 芮成杰; 李海濤; 劉平義; 魏文軍; 董學朱
地址: 100193北京市海淀區圓明園西路2號
優先權:
專利代理機構: 北京衛平智業專利代理事務所(普通合伙)11392 代理人: 董琪
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510353676.3

授權公告號:

|||||||||

法律狀態公告日:

2018.07.13|||2017.02.22|||2015.10.07|||2015.09.09

法律狀態類型:

專利權的終止|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種大齒輪基于模具成型的擺線齒錐齒輪半展成加工方法,屬于機械傳動技術領域。大輪基于模具成型的擺線齒錐齒輪半展成加工方法包括:小齒輪采用連續分度無展成切入法銑齒,大齒輪基于連續分度對偶法展成運動規律建立齒面數學模型,通過大齒輪齒面修形得到預定的齒面接觸區、及設計要求的嚙合特性,得到修形后的大齒輪齒面數學模型,建立大齒輪數字化模型,生成模具型腔,大齒輪由模具塑性成形,獲得擺線齒錐齒輪副,較現行的加工技術具有更高的加工效率,降低了批量生產成本。

權利要求書

權利要求書
1.  一種大齒輪基于模具成型的擺線齒錐齒輪半展成加工方法,其特征是包括以下步驟:
(1)計算小齒輪連續分度無展成切入法銑齒調整參數,建立小齒輪齒面數學模型;
(2)依據小齒輪銑齒調整參數,采用連續分度無展成切入銑齒法在專用銑齒機上加工小齒輪;
(3)依據連續、相切接觸之點接觸共軛曲面原理,滿足設計基準點位置及該點處齒輪螺旋角、壓力角條件,基于連續分度對偶法展成運動規律建立大齒輪齒面數學模型;
(4)將大齒輪齒面數學模型和小齒輪齒面數學模型按設計要求的軸交角及各自安裝距虛擬裝配、嚙合傳動,得到擺線齒錐齒輪副理論模型的齒面接觸區;
(5)保持設計基準點的位置以及該點處的壓力角、螺旋角不變,依據齒輪副接觸區位置、形態對大齒輪的齒面修形,得到修形后的大齒輪齒面數學模型,建立大齒輪數字化模型;
(6)基于大齒輪數字化模型制作大齒輪模具型腔,設計大齒輪成型模具,由模具制造大齒輪;
(7)將大、小齒輪按設計要求的軸交角及各自安裝距裝配,得到擺線齒錐齒輪副。

說明書

說明書大齒輪基于模具成型的擺線齒錐齒輪半展成加工方法
技術領域
本發明涉及一種大齒輪基于模具成型的擺線齒錐齒輪半展成加工方法,屬于機械傳動技術領域。
背景技術
曲線齒錐齒輪傳動用于空間垂直相交軸線的運動和動力傳動,目前應用中曲線齒錐齒輪副主要存在兩種制式:奧利康(Oerlikon)和克林根貝爾格(Klingelnberg)長幅外擺線等高齒制,采用連續分度法、端銑刀盤銑齒加工,又稱為端面滾齒法;格里森(Gleason)圓弧收縮齒制,采用單分度法、端銑刀盤銑齒加工,又稱為端面銑齒法。
曲線齒錐齒輪批量生產中為了提高加工效率,大齒輪采用直線齒廓,由端銑刀盤無展成銑削成型,小齒輪采用漸開線齒廓,由端銑刀盤展成運動銑削加工,獲得曲線齒錐齒輪副方法稱為半展成加工方法。圓弧收縮齒制錐齒輪副半展成加工方法,又分為刀傾半展成(SFT)和變性半展成(SFM)兩種加工方法,兩種方法中大齒輪加工方法相同,大齒輪用無展成單分度成型法銑齒,得到齒槽的齒根面為平面,因此限定半展成法應用條件:傳動比i12≥3或大齒輪分錐角δ2≥60°,否則大小端齒高不足。擺線齒錐齒輪副半展成加工方法僅有刀傾半展成(Spirac)法,大齒輪采用連續分度無展成切入法銑齒,得到齒槽的齒根面為根錐面,因此理論上該半展成法無應用條件限制,均可實現等高齒,相嚙合小齒輪采用連續分度對偶法展成銑齒;因此擺線齒錐齒輪副刀傾半展成加工方法可以進一步擴展應用,以獲得擺線齒錐齒輪副高效率制造新方法。
董學朱著《擺線齒錐齒輪及準雙曲面齒輪設計和制造》中,擺線齒錐齒輪刀傾半展成(Spirac)法,大齒輪采用連續分度無展成切入法銑齒、小齒輪采用連續分度對偶法展成銑齒;由于擺線齒錐齒輪按照“產形輪”展成齒輪的原理加工,加工時刀頂旋轉運動曲面即形成齒輪根錐面,因此探索一種小齒輪采用連續分度無展成切入法銑齒,大齒輪基于連續分度對偶法展成運動規律建立齒面數字化模型,大齒輪采用模具成型的新方法,將進一步提高擺線齒錐齒輪副的制造效率。
發明內容
本發明的目的是要提供一種擺線齒錐齒輪副半展成加工新方法,小齒輪采用連續分度無展成切入法銑齒,大齒輪采用模具成型,實現擺線齒錐齒輪副的高效率制造。
為了達到本發明的目的所采取的技術方案如下:
大齒輪基于模具成型的擺線齒錐齒輪半展成加工方法包括:小齒輪采用連續分度無展成切入法銑齒,大齒輪基于連續分度對偶法展成運動規律建立齒面數字化模型、采用模具成型,包括如下步驟:
(1)小齒輪銑齒調整參數計算:采用現有技術擺線齒錐齒輪刀傾半展成(Spirac)法中大齒輪用連續分度無展成切入法銑齒調整參數相同的計算方法,計算出小齒輪連續分度無展成切入法銑齒調整參數, 建立小齒輪齒面數學模型;
(2)小齒輪加工:采用現有技術擺線齒錐齒輪刀傾半展成(Spirac)法中大齒輪用連續分度無展成切入法銑齒加工相同的方法,依據小齒輪銑齒調整參數,采用連續分度無展成切入銑齒法在專用銑齒機上加工小齒輪;
(3)大齒輪齒面數學模型建立:依據連續、相切接觸之點接觸共軛曲面原理,滿足設計基準點位置及該點處齒輪螺旋角、壓力角條件,與現有技術擺線齒錐齒輪刀傾半展成(Spirac)法中小齒輪用連續分度對偶法展成銑齒調整參數計算方法相同,基于連續分度對偶法展成運動規律建立大齒輪齒面數學模型;
(4)齒面嚙合特性仿真分析:將大齒輪齒面數學模型和小齒輪齒面數學模型按設計要求的軸交角及各自安裝距虛擬裝配、嚙合傳動,得到擺線齒錐齒輪副理論模型的齒面接觸區;
(5)大齒輪齒面修形:依據小齒輪不變的原則,保持設計基準點的位置以及該點處的壓力角、螺旋角不變,依據齒輪副接觸區位置、形態對大齒輪的齒面修形,得到修形后的大齒輪齒面數學模型,建立大齒輪數字化模型;
(6)基于大齒輪數字化模型制作大齒輪模具型腔,設計大齒輪成型模具,由模具制造大齒輪;
(7)將大、小齒輪按設計要求的軸交角及各自安裝距裝配,得到擺線齒錐齒輪副。
大齒輪基于模具成型的擺線齒錐齒輪半展成加工方法中:擺線齒錐齒輪副實際應用中軸交角多為90o,大齒輪采用模具成型是高效率制造方法,與其嚙合的小齒輪采用連續分度無展成切入法銑齒,屬于一種半展成高效率加工方法,因此大齒輪基于模具成型的擺線齒錐齒輪半展成加工方法是一種高效制造新方法。
本發明的有益效果在于,所提出的一種大齒輪基于模具成型的擺線齒錐齒輪半展成加工方法,小齒輪采用連續分度無展成切入法銑齒,大齒輪采用模具成型,獲得擺線齒錐齒輪副,較現行的加工技術具有更高的加工效率,降低了批量生產成本。
附圖說明
圖1為連續分度無展成切入法加工小齒輪齒面原理圖;
圖2為連續分度無展成切入法加工獲得的小齒輪三維圖;
圖3為連續分度對偶展成法加工大齒輪齒面原理圖;
圖4為擺線齒錐齒輪副的大齒輪齒廓修形原理圖;
圖5為模具成型的大齒輪三維圖;
圖6為半展成加工新方法所獲得擺線齒錐齒輪副。
圖中:1--刀盤,2--外刀,3--內刀,4--小齒輪,5--大齒輪,6--產形輪。
具體實施方式
下面根據附圖對本發明的實施例進行描述。
擺線齒錐齒輪副主要設計參數:
小齒輪:齒數23,旋向左旋,齒寬26mm,分錐角31.185°,安裝距57.3373mm,齒頂高2.7324mm;
大齒輪:齒數38,旋向右旋,齒寬24mm,分錐角58.815°,安裝距34.7042mm,齒頂高2.2115mm,
公用參數:軸交角90°,齒全高5.5619mm,設計基準點P法向模數2.472mm,設計基準點P法向壓力角20°,設計基準點P螺旋角35°;
刀具參數:刀齒組數13,刀盤名義半徑88mm。
利用大齒輪基于模具成型的擺線齒錐齒輪半展成加工方法進行生產時,可按照如下步驟進行:
(1)小齒輪銑齒調整參數計算:采用現有技術擺線齒錐齒輪刀傾半展成(Spirac)法中大齒輪用連續分度無展成切入法銑齒調整參數相同的計算方法,如圖1所示,依據刀盤1相對小齒輪4的相對運動關系,由刀盤1的外刀2、內刀3分別形成小齒輪4齒槽的凹面和凸面原理,計算出小齒輪連續分度無展成切入法銑齒調整參數,建立小齒輪齒面數學模型;
(2)小齒輪加工:采用現有技術擺線齒錐齒輪刀傾半展成(Spirac)法中大齒輪用連續分度無展成切入法銑齒加工相同的方法,依據(1)中計算所得小齒輪銑齒調整參數,采用連續分度無展成切入銑齒法在S17型銑齒機上加工小齒輪,得到小齒輪如圖2所示;
(3)大齒輪齒面數學模型建立:依據連續、相切接觸之點接觸共軛曲面原理,滿足設計基準點P位置及該點處齒輪螺旋角、壓力角條件,與現有技術擺線齒錐齒輪刀傾半展成(Spirac)法中小齒輪用連續分度對偶法展成銑齒調整參數計算方法相同,基于連續分度對偶法展成運動規律建立大齒輪齒面數學模型,如圖3所示,依據刀盤1相對大齒輪5的相對運動關系,由刀盤1的外刀2、內刀3分別形成大齒輪5齒槽的凹面和凸面;
(4)齒面嚙合特性仿真分析:將大齒輪齒面數學模型和小齒輪齒面數學模型按設計要求的軸交角及各自安裝距虛擬裝配、嚙合傳動,得到擺線齒錐齒輪副理論模型的齒面接觸區,常稱小齒輪凹面與大齒輪凸面為工作面,小齒輪凸面與大齒輪凹面為非工作面;
(5)大齒輪齒面修形:依據小齒輪不變的原則,保持設計基準點P的位置以及該點處的壓力角、螺旋角不變,依據齒輪副接觸區位置、形態,在滿足傳動重合度及傳動比誤差最小條件下對大齒輪的齒面修形,如圖4所示的修形原理,以通過修正壓力角實現齒廓修形為主,其它修形為輔,得到修形后的大齒輪齒面數學模型,建立大齒輪數字化模型;
(6)基于大齒輪數字化模型制作大齒輪模具型腔,設計大齒輪成型模具,由模具制造大齒輪(如圖5所示);
(7)將大、小齒輪按設計要求的軸交角及各自安裝距裝配,得到擺線齒錐齒輪副;如圖6所示,擺線齒錐齒輪副中,小齒輪4為左旋、與其嚙合的大齒輪5為右旋。
大齒輪基于模具成型的擺線齒錐齒輪半展成加工方法中,大齒輪采用模具成型是高效率制造方法,與其嚙合的小齒輪采用連續分度無展成切入法銑齒,屬于一種半展成高效率加工方法,因此大齒輪基于模具成型的擺線齒錐齒輪半展成加工方法是一種高效制造新方法。擺線齒錐齒輪副新加工方法特征為:
如圖1、圖2所示,小齒輪基于Spirac法中大齒輪加工原理,采用連續分度無展成切入法銑齒加工,可以滿足小齒輪的無展成成型要求,得到小齒輪根錐面上滿足螺旋角要求的等高齒面,實現小齒輪高效制造;相對Spirac法的小齒輪加工方法,采用連續分度無展成切入法加工提高了小齒輪齒根強度、避免了小齒輪齒頂變尖,提高了小齒輪承載能力。
如圖3~5所示,大齒輪基于Spirac法中小齒輪加工原理,采用連續分度對偶法展成運動規律建立大齒輪齒面數學模型,通過大齒輪齒面修形得到預定的齒面接觸區、及設計要求的嚙合特性,得到修形后的大齒輪齒面數學模型,建立大齒輪數字化模型,生成模具型腔,大齒輪由模具塑性成形;大齒輪由模具塑性成形有利于自身強度提高,可以保障大齒輪的承載能力和工作壽命。對于特定參數的擺線齒錐齒輪副,可以在輪壞參數設計過程中通過調整高度變位系數和切向變位系數滿足大、小齒輪的等強度或等壽命設計要求。

關 鍵 詞:
齒輪 基于 模具 成型 擺線 半展成 加工 方法
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