弧齿圆柱齿轮及其加工方法和加工装置

摘要

本发明公开了一种属于齿轮技术领域内的弧齿圆柱齿轮及其加工方法和加工装置；其齿轮的齿线是圆弧的一部分，齿廓为渐开线或圆弧，齿轮的周向齿厚相等；这种齿轮加工方法的主要内容为：在加工齿轮时，刀片作回转运动，刀片与被加工齿轮间进行展成法加工，并保持刀片的工作基面法向不变；本发明还提供了一种等齿厚弧齿圆柱齿轮的加工装置。通过本发明可以实现等齿厚弧齿圆柱齿轮的加工，所加工的弧齿圆柱齿轮，其传动副啮合平稳，啮合重合度大，承载能力强，噪音小。其可应用于各种机械传动系统中，特别适用于高速、重载、低噪音的齿轮传动机构中。

说明书

技术领域

本发明涉及一种齿轮及其加工方法以及加工装置，属于齿轮技术领域。

背景技术

弧齿圆柱齿轮传动理论上具有啮合平稳、噪音小、承载力强等特点，早已受到关注，目前有多种文献提及的弧齿圆柱齿轮及其加工方法，但现有技术并不能加工出周向齿厚相等的弧齿圆柱齿轮，如专利文献ZL90105655.3所公开的弧齿圆柱齿轮及其加工方法，其齿线是圆弧的一部分，齿廓为渐开线或圆弧，其在加工时是由固定在旋转盘上的刀片对圆柱齿轮进行切削，刀片绕旋转圆盘轴心转动，通过刀片回转中心与圆柱齿轮中间截面之间的距离可以加工出正圆弧齿轮或斜圆弧齿轮；加工时，刀片的工作基面法向随旋转圆盘转动而不断变换，以该方法加工出来的弧齿圆柱齿轮，其在齿线圆弧的法向方向上齿槽宽度是相等的，即齿轮的法向槽宽相等，而齿轮的周向槽宽不等，这样在齿轮的周向方向上的齿厚就不相等。对于正弧齿圆柱齿轮，齿轮边缘的周向齿厚小于齿轮中部的周向齿厚，齿线圆弧包含的圆周角越大，这种不相等现象越明显，在进行展成法加工时，甚至会导致弧齿的两边缺失，影响齿轮强度；同时，这种不相等会导致齿轮在传动时易断齿，齿轮副的啮合不平稳，承载能力差；目前，尚无周向等齿厚的弧齿圆柱齿轮及其加工方法的记载；现有的加工方法并不能加工出周向齿厚相等的弧齿圆柱齿轮，所以目前弧齿圆柱齿轮很少被应用。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种啮合平稳、噪音小、承载力强的弧齿圆柱齿轮。

本发明的目的之二是提供一种加工该弧齿圆柱齿轮的方法。

本发明的目的之三是提供一种实现该加工方法的加工装置。

本发明的目的之一是这样实现的：一种弧齿圆柱齿轮，其齿线是圆弧的一部分，齿廓为渐开线或圆弧，在齿轮的周向方向上任意位置的齿厚相等。

由于齿厚在齿轮的周向方向上厚度相等，并且是弧状齿线，因此，弧齿圆柱齿轮传动副啮合重合度大，啮合平稳，承载能力强；同时，其运行平稳、噪音小，其可应用于各种机械传动系统中，特别适用于高速、重载、低噪音的齿轮传动机构中。

本发明的目的之二是这样实现的：一种加工弧齿圆柱齿轮的加工方法，包括如下步骤：

(1)固定被加工圆柱齿轮，使被加工圆柱齿轮可沿圆柱齿轮轴心作圆周运动，并根据被加工圆柱齿轮的分度圆半径调整齿轮中心到刀架的距离；

(2)将加工齿形的刀片固定在刀架上，使刀片在与圆柱齿轮轴心相平行的平面内作回转运动，回转运动半径等于圆弧齿线半径，同时使刀片工作基面法向保持不变；

(3)刀片作回转运动的同时，被加工圆柱齿轮旋转，刀架或工件在齿轮加工啮合处切向进给，使被加工圆柱齿轮与刀片之间实现展成法切齿，即可获得弧齿圆柱齿轮。

当刀片运动轨迹的中心位于圆柱齿轮的中间截面上时，可加工出正弧齿圆柱齿轮；当刀片运动轨迹的中心不在圆柱齿轮中间截面上时，所加工出的弧齿圆柱齿轮为斜弧齿圆柱齿轮；因此通过调整圆柱齿轮和刀片运动轨迹的相对位置即可实现正弧齿圆柱齿轮或斜弧齿圆柱齿轮的加工。

本发明的目的之三是这样实现的：一种弧齿圆柱齿轮的加工装置，包括两个轴心相对固定的刀架盘，刀架盘之间设有连杆，连杆两端分别活动连接在两刀架盘上，连杆与两刀架盘轴心之间的连线相平行，连杆上固定有至少一个刀片。

实现弧齿圆柱齿轮周向等齿厚的关键在于使刀片在随圆盘回转的同时，其刀片工作基面的法向保持不变。本发明的目的之三提供了实现该运动的装置，使用时，使待加工圆柱齿轮轴心与刀片运动平面相平行，刀片安装在连杆上，转动刀架盘，连杆随刀架盘作平移运动，从而保证刀片工作基面法向方向保持不变，实现刀刃沿圆柱齿轮周向方向上的切削宽度相等。在上述情况下，使刀片与被加工齿轮之间进行展成法切齿，即可获得周向等齿厚圆柱齿轮。

作为上述装置的进一步改进，所述连杆上沿连杆方向均布有若干刀片。该技术方案可使刀架盘转动的同时，刀架与被加工齿轮间作直线进给运动，其进给速度与被加工齿轮的旋转速度有一定的速比，使刀片与被加工齿轮之间进行展成法切齿。当被加工圆柱齿轮转动一圈，各刀片沿圆柱齿轮周向切削出一个完整的弧齿圆柱齿轮。该技术方案使弧齿圆柱齿轮加工更方便，加工效率提高。

为在一套装置上实现不同圆弧半径的齿线的加工，所述两刀架盘上相对应位置设有若干与连接柱相配合的连接孔。使用时，改变连接柱位置，即可改变刀片回转运动轨迹的回转半径，其切削出来的齿线圆弧的半径随刀片的旋转半径的变化而变化。

附图说明

图1为等齿厚正弧齿圆柱齿轮轴侧图。

图2为等齿厚斜弧齿圆柱齿轮示意图。

图3为本发明的加工方法的原理图。

图4为单刀片齿轮加工装置结构示意图。

图5为多刀片齿轮加工装置结构示意图。

其中，1齿轮孔，2正弧齿圆柱齿轮，3齿，4齿槽，5斜弧齿圆柱齿轮，6齿线，7刀片运动轨迹，8被加工圆柱齿轮，9刀片，10刀片工作基面，11刀架盘，12连杆，13连接柱，14支架，15连接孔，S_t、S_c为周向齿厚，P_t、P_c为周向齿槽宽，C-C为齿轮中间截面。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，正弧齿圆柱齿轮2，是弧齿圆柱齿轮的一种形式，齿轮的外圆周上设有若干齿线是圆弧的齿3，齿轮齿廓为渐开线或圆弧，在齿轮的周向方向上任意位置的齿厚相等，在齿轮圆周方向上的各齿槽4宽度亦相等；齿线为沿齿轮的中间截面对称的正圆弧，齿轮的轴心处设有齿轮孔1，以便于安装。

实施例2

如图2所示，斜弧齿圆柱弧齿轮5，也是弧齿圆柱齿轮的一种形式，其齿线6是圆弧的一部分，齿廓为渐开线或圆弧，齿厚在齿轮的周向方向上厚度相等，即Sc＝St，齿线6为沿齿轮的中间截面C-C不对称的斜圆弧。

实施例3

如图3所示，对于周向等齿厚弧齿圆柱齿轮，其在加工时，通过回转刀片对其切削，刀片的回转半径等于齿线的圆弧半径，但刀片不随着旋转，即刀片的工作基面法方向保持不变，用这种加工方法加工出来的弧齿圆柱齿轮是周向槽宽相等，即Pt与Pc相等；这样在两齿槽间的周向齿厚St与Sc也相等。其具体生产方法可以包括如下步骤：

(1)固定被加工圆柱齿轮8，使被加工圆柱齿轮8沿圆柱齿轮轴心作圆周运动，并根据被加工圆柱齿轮的分度圆半径调整齿轮中心到刀架的距离；

(2)将加工齿形的刀片固定在刀架上，使刀片在与圆柱齿轮轴心相平行的平面内作圆周运动，刀片的运动轨迹7平行于圆柱齿轮轴心，同时刀片9的工作基面10法向方向保持不变；

(3)刀片9作回转运动的同时，被加工圆柱齿轮8旋转，刀架或工件在齿轮加工啮合处切向进给，使被加工圆柱齿轮8与刀片9之间实现展成法切齿，即可获得弧齿圆柱齿轮。

当刀片运动轨迹的中心位于圆柱齿轮的中间截面C-C上时，即可加工出正弧齿圆柱齿轮；当刀片运动轨迹的中心不在圆柱齿轮中间截面C-C上时，所加工出的弧齿圆柱齿轮为斜弧齿圆柱齿轮。

实施例4

如图4所示，一种加工周向等齿厚弧齿圆柱齿轮的单刀片加工装置，是根据周向等齿厚弧齿圆柱齿轮的加工原理图设计的加工装置，包括两个轴心相固定的刀架盘11，两刀架盘轴心均设置在支架14上，刀架盘11之间设有连杆12，连杆12两端分别由连接柱13活动连接在两刀架盘11上，连杆12与两刀架盘11轴心之间的连线相平行，连杆12上固定有一刀片9，为了实现周向等齿厚弧齿圆柱齿轮的加工，保证齿轮周向等齿厚，其实质是刀片9在切削过程中随连杆12运动，但刀片9的工作基面法向不随着变换。其运动过程是两刀架盘11等速旋转，旋转的两刀架盘11驱动连杆12平动，连杆12带动刀片9运动；在刀片9切削过程中，刀架移动的同时被加工圆柱齿轮8旋转；刀架移动速度与被加工圆柱齿轮8旋转速度之间有确定的运动速比，从而实现展成加工运动；或者是被加工圆柱齿轮8作旋转运动时，安装被加工圆柱齿轮8的工作台作直线移动，齿轮的旋转运动和工作台的直线移动之间有确定的运动速比；每加工完一个齿后，齿轮作l/z圈分度，再加工下一个齿，这样，可以很好的实现齿轮的加工；通过刀片回转中心与圆柱齿轮中间截面之间的距离可以加工出正圆弧齿轮或斜圆弧齿轮。两刀架盘上相对应位置设有若干与连接柱13相配合的连接孔15，将连接柱13装入不同的相互对应的连接孔15中，可实现不同齿线半径的弧齿加工。

实施例5

图5为加工周向等齿厚弧齿圆柱齿轮的多刀片9加工装置，包括两个轴心相固定的刀架盘11，两刀架盘轴心均设置在支架14上，刀架盘11之间设有连杆12，连杆12两端分别活动连接在两刀架盘11上，连杆12与两刀架盘11轴心之间的连线相平行，连杆12上沿连杆12方向均布有若干刀片9。采用多刀片以展成法加工整个齿轮，将刀片9间距离设置为πm(m为齿轮模数)或πm的倍数；切削时每个刀片9加工一个齿槽，若干个刀片9就可以连续加工整个齿轮；连杆12和刀片9可以看为与被加工弧齿圆柱齿轮8相啮合的弧齿齿条。