用于多齿分度装置，特别是用于多齿分度盘的弹性端齿盘组

摘要

一种用于多齿精密分度的弹性端齿盘组，由 具有径向延伸端面齿的至少两个圆环形端齿盘组 成。每个盘及与之相啮合的每对盘上的端面齿都 有相同的齿宽、齿数及齿和齿槽的形状。相互啮 合的一对盘中有一个盘的轴向弹性槽开在端齿槽 底部，另一个则开在每个端齿上，并在该盘上齿 槽底部开一轴向槽。本发明弹性端齿盘组可使啮 合着的每个齿都能自由变形，并在所有齿的高度 略有不同时，使所有齿都同时接触，从而进一步 提高弹性端齿盘的分度精度。

说明书

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本发明涉及一种用于多齿精密分度的弹性齿端齿盘组。

弹性齿多齿分度技术是在刚性齿多齿分度的基础上发展起来的一项精密分度技术。

图1（a）为现有的弹性齿端齿盘图。

图1（b）为现有的弹性齿端齿盘啮合图。

图1（c）为现有的弹性齿端齿盘的齿形图。

一九六七年，弹性齿分度台在我国首次研制成功。现有的用于多齿分度装置，特别是多齿分度盘的弹性齿端齿盘组，是由具有径向延伸端面齿的至少两个圆环形端齿盘组成的。端面齿采用如图1（e）所示的对称齿形，在弹性齿端齿盘组中的每个盘及互相啮合的每对盘上的端面齿都具有相同的齿宽、齿数及齿和齿槽的形状。每个齿盘上的端面齿槽的底部开有轴向弹性槽，齿宽S与槽深t之比一般为1∶4到1∶8，齿形角α一般可取60°、45°、90°等，其中以60°最为常用，轴向弹性槽的宽度a一般为0.3-1毫米，齿向长度b通常在4～30毫米内选择。弹性齿多齿分度台的分度最小间隔视其齿数而定，齿数为N时，最小分度值为：

φmin＝ 360/(N) （1）

在只有一对齿圈的分度台上，只能分出：

φi＝ (i)/(N) 360（i＝1、2、…N）（2）

这个角度，齿盘的材料一般采用优质碳素结构钢或合金钢，并进行调质、时效或齿面氮化等热处理工艺。弹性齿多齿分度台在工作时需施加较大的轴向力，其加力装置可以是机械式的，气动的及液压的各种机构，包括动盘和定盘在内的端齿盘组工作时，由能自动调心的加力装置，通过动盘沿齿盘的齿圈轴线方向施以轴向啮合力。由于齿形角α使啮合面上产生一切向分力，这个力能使弹性齿产生弹性变形，变形的大小视每一啮合齿组啮合面间的相对误差大小而正比地变化。当动盘齿圈与定盘齿圈上参与啮合的齿已啮合完毕，啮合运动停止。从而获得了一个分度定位位置。为了获得另一个分度定位位置，则必须使动盘沿轴向升起一定高度后，与定盘脱啮，再将动盘相对定盘转过i（i＝1，2，…N-1）个齿，然后动盘落下，在这个新位置上重新与定盘啮合。这一啮合定位-脱齿-转位-再啮合定位的过程就完成了一次分度。

目前，现有的弹性齿多齿分度台的分度精度已提高到0.2秒以内。这也是美国Mooro特种工具公司在六十年代对刚性齿多齿分度台已达到的精度。

现有的弹性齿是在每个齿槽的底部开有轴向弹性槽，使每个端面齿都形成一个悬臂梁。当两个端齿盘啮合时，如上所述，齿将产生弹性变形，同时也产生相应的弹性回复力。力与齿的弹性变形量成正比，故这一力也与齿圈上各啮合齿之间的相对位置误差的大小成正比。由于圆周上几何分度误差的封闭性，产生于圆周上的各齿弹性恢复力也趋于封闭。因此，弹性齿多齿分度台对个别齿位置的较大加工误差是不敏感的，这种不敏感性也可称之为弹性补偿作用。正是这种特性体现了弹性齿多齿分度技术的优点。我们可以从理论上来分析弹性齿的这个优点。

我们假设把弹性齿多齿分度台的一个齿盘固定不动（称为定盘），另一个齿盘靠轴向啮合运动及啮合力使两个齿盘啮合定位。我们若在齿盘一侧划一轴向直线作为基准0线，假定定盘与动盘的0位线可以绝对对准。那么，我们定义第n个齿的几何对称轴线与这0位线之间实际夹角与理论夹角之差为几何分度误差;定盘记作ón′，动盘记作ón″。记第n齿的侧向弯曲刚度，定盘为Kn′，动盘为Kn″，若啮合能最终达到所有啮合齿之间都无侧隙（即“无隙啮合”），则动盘必定受到一个由各齿的变形形成的弹性回复力的合力矩M的作用：

M＝r（K′nδ′n+K″nδ″n）>

式中：r为齿节圆半径。

因为啮合后的齿盘处于静止状态，M＝0，故：

r（K′nδ′n+K″nδ″n）＝0>

假如此时有条件Kn′＝Kn″＝K（n＝1，2，…，N）成立，则：

M＝rNK（δ′n+δ″n）＝0>

因为r、n、K都是不为0的正数，根据我们所设的任意性，必有：

δ′n＝δ″n＝0>

上式正是圆周分度误差封闭的原理。这样，我们从理论上证明了，当齿刚度一致及达到无隙啮合时，在某一个啮合定位位置上，弹性齿多齿分度台的定位与齿的几何位置误差无关，且不产生造成分度台误差运动的扭矩。因此在上述条件下工作的弹性齿多齿分度台，分度误差为0。

由于齿加工中不仅必然带来齿的几何位置误差，也必然造成齿刚度有误差。所以，实际的弹性齿多齿分度台总是存在误差的。但现有的弹性齿结构，使两个齿盘在啮合时，齿与齿之间的相对误差会产生传递。这种传递使原相对误差较小的齿的相对误差增大，而且，这种影响随着接触的齿数的增加而增加，加上摩擦力的迭加影响，使得保证全部齿都同时两侧接触所需的啮合力增大到难以实现的地步。因而，现有的弹性齿结构，并不能保证无隙啮合的条件，这样，上述理论分析就不能成立。所以，现有弹性齿多齿分度台仍需极精细的研磨，而其分度精度也不高于刚性齿多齿分度台。

为了提高弹性齿多齿分度台的精度，通常的解决途径是极精细地加工和研磨，以尽量减少δn′和δn″，这样势必增加加工制造周期和费用。

本发明的目的在于对现有弹性齿的结构进行改进，使齿盘上所有的齿在啮合时都能独立地弹性变形，不会产生误差传递。这样，所有的齿都能达到无隙啮合，前述的理论前提就有了保证，从而保证了弹性齿多齿分度台获得高精度的条件。

本发明的具体解决方案如下：

在用于多齿分度装置，特别是多齿分度盘的弹性齿端齿盘组上，由具有径向延伸端面齿的至少两个圆环形端齿盘组成。每个盘及与之相啮合的每对盘上的端面齿，有着相同的齿宽、齿数及齿和齿槽的形状，每个齿盘上都开有轴向弹性槽。其中一个盘的轴向弹性槽位于端齿槽的底部，本发明的特征在于，将与之相啮合的另一个端齿盘上的轴向弹性槽开在每个端齿上。

本发明对现有的弹性齿端齿盘所作的改进之优点在于：两个齿盘的齿一对一地啮合时，每对啮合齿间的相对分度误差不会向相邻齿传递，这样个别误差大的啮合齿对在啮合时产生的变形由这对齿独立承担。我们把每对齿独立弹性变形的效应称为切向弹性效应。因而不存在各齿对互相影响和摩擦力叠加的问题，从而使弹性齿多齿分度盘能达到无隙啮合的状态。本发明弹性齿的这个优点也可从理论分析中得出：

弹性齿的理论证实，只要符合啮合达到各齿无侧隙和两个齿盘的所有齿侧向弯曲刚度一致的条件，则其分度误差为零。实际上两个齿盘的所有齿侧向弯曲刚度是不一致的。这样Kn′与Kn″（n＝1、2……N）不为常数，此时我们总可找到一个K，使

Kn′＝K+δKn′

Kn″＝K+δKn″ （7）

成立，将（7）式代入（3）式，则有

M＝NrK（δn′+δn″）+r（δn′δKn′

+δn″δKn″）>

因为如上所证

δn′＝δn″＝0

所以

M＝r（δKn′δn′+δKn″δn″）>

本发明弹性齿多齿分度盘可达到无隙啮合。则我们从（9）式中可以看出，由于δKn′，δKn″及δn′·δn″都是随机小量，且齿数N一般较大，根据大数定律，这些随机小量一般是正态分布，则M为二阶无穷小。因此分度误差是一个二阶小量，从而保证了弹性齿多齿分度盘的高精度。

总之，本发明的效果在于能使弹性齿多齿分度盘的精度进一步提高，同时又能降低加工费用和制造周期。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图2（a）为本发明弹性齿端齿盘图。

图2（b）为本发明弹性齿端齿盘啮合图。

图2（c）为本发明弹性齿端齿盘齿形图。

本发明的最好结构如图2所示。端面齿为图2（c）所示的对称形。盘〔1〕为现有结构的端齿盘。其轴向弹性槽位于端齿槽的底部。盘〔2〕为本发明端齿盘，其轴向弹性槽〔3〕位于端齿上，并且该槽的中心线位于齿的中心线上，此位置使齿盘具有最佳弹性平均作用。齿形角α约为60°，齿顶可修成圆弧形。在盘〔2〕上齿槽的底部开有一轴向槽〔4〕，所开的轴向槽能产生我们称之为的轴向弹性效应。在啮合着的两个齿盘有齿高误差时，假定齿较高的一对齿无隙啮合后，在一定的啮合力作用下，有轴向槽的齿的两侧能微微地张开或合拢，使其它齿对也进入无隙啮合状态。

本发明弹性齿端齿盘组的工作过程与现有技术相同，也是由加载装置通过动齿盘沿轴线方向施加轴向力，使动盘与定盘啮合，获得一个分度定位位置，然后把动盘沿轴向升起，与定盘脱啮，再使动盘转过几个齿后下降下来，在新的分度定位位置上与定盘重新啮合来完成一次分度的。

发明人用一般分度头加工图2所示的各单个齿盘，在不研齿的情况下，分度精度为3秒（单个齿盘的角误差累积值在360秒左右）。在短期研磨后，其角分度误差很快提高到±0.1秒。该实施例表明本发明弹性齿端齿盘确比现有的弹性端齿盘更容易达到高的精度。