一种全工序法弧齿锥齿轮的齿坯修正方法

摘要

本发明公开了一种全工序法弧齿锥齿轮的齿坯修正方法，对大轮齿坯锥度进行修正，直至大轮凹面节锥中点螺旋角和大轮凸面节锥中点螺旋角均等于大轮设计中点螺旋角；并对小轮齿坯锥度进行修正，直至小轮凹面节锥中点螺旋角和小轮凸面节锥中点螺旋角均等于小轮设计中点螺旋角；然后对齿坯几何参数进行修正。解决了由于现有齿坯修正方法在节锥中点处凹面和凸面的螺旋角无法精确相等，导致对弧齿锥齿轮副的啮合性能造成不利影响的问题。本发明的齿坯修正方法利用了全工序法加工原理，使得修正后的齿坯在节锥中点处凹面和凸面的螺旋角可以精确的相等，并且都等于设计中点螺旋角，改善了全工序法弧齿锥齿轮副的啮合性能。

说明书

技术领域

本发明属于弧齿锥齿轮技术领域，尤其涉及一种全工序法弧齿锥齿轮的齿坯修正方法。

背景技术

全工序法是一种先进的弧齿锥齿轮加工方法，即齿轮副的大轮和小轮都用双面法加工，只用一个刀盘同时完成凹面和凸面的切削，可以提高生产效率和产品质量。

齿坯设计是弧齿锥齿轮副设计制造的第一个环节。齿轮副正确啮合需要齿轮副在节锥中点处凹面和凸面的螺旋角都等于设计中点螺旋角。但是，用双面法加工时，由于刀盘同时把齿槽的凹面和凸面一起完成切削，如果按标准齿高收缩设计根锥角，切出的齿轮副在节锥上齿槽和齿厚不能与锥距成比例收缩，在节锥中点处凹面和凸面的螺旋角也不相等，这会导致齿轮副不能正确啮合。

因此，需要对齿坯参数进行修正，由于压力角、螺旋角、刀盘半径都是确定值，所以只能改变根锥角来使得齿槽齿厚满足正常的收缩。

目前，对于大轮和小轮都用双面法加工的情况，常用的齿坯修正方法是通过近似的方法求出满足要求的大轮和小轮的齿根角之和，然后再把修正后的齿根角和与修正前的齿根角和的差值分配给大轮和小轮，一种是平均分配，另一种是按倾斜点的齿高比例进行分配。这种齿坯修正方法是一种近似的方法，进行了简化处理，而且没有利用全工序法的加工原理，所以用现有方法修正后的齿坯在节锥中点处凹面和凸面的螺旋角不是精确的相等，而在节锥中点处凹面螺旋角和凸面螺旋角的差异会对全工序法加工的弧齿锥齿轮副的啮合性能有不利的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全工序法弧齿锥齿轮的齿坯修正方法，解决了由于现有齿坯修正方法未利用全工序法加工原理，修正后的齿坯在节锥中点处凹面和凸面的螺旋角无法精确相等，导致对弧齿锥齿轮副的啮合性能造成不利影响的问题。本发明的齿坯修正方法利用了全工序法加工原理，使得修正后的齿坯在节锥中点处凹面和凸面的螺旋角可以精确的相等，并且都等于设计中点螺旋角，改善了全工序法弧齿锥齿轮副的啮合性能。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种全工序法弧齿锥齿轮的齿坯修正方法，基于全工序法的加工原理，对大轮齿坯锥度进行修正，直至大轮凹面节锥中点螺旋角和大轮凸面节锥中点螺旋角均等于大轮设计中点螺旋角；并对小轮齿坯锥度进行修正，直至小轮凹面节锥中点螺旋角和小轮凸面节锥中点螺旋角均等于小轮设计中点螺旋角；然后对齿坯几何参数进行修正。

更进一步地，本发明的特点还在于：

对大轮齿坯锥度进行修正，具体包括以下步骤：

步骤(1.1)：根据大轮齿坯参数确定大轮刀具几何参数；

步骤(1.2)：根据大轮齿坯参数以及对大轮齿面的微观修形要求，确定大轮机床调整参数，大轮机床调整参数是指大轮刀具相对于大轮齿坯的运动关系参数；

步骤(1.3)：根据大轮刀具几何参数和大轮机床调整参数，确定出大轮节锥中点处的一阶参数；然后根据大轮节锥中点处的一阶参数，确定在大轮节锥中点处沿着节锥方向的螺旋角，大轮凹面节锥中点螺旋角记为β_mWV，大轮凸面节锥中点螺旋角记为β_mWX；

步骤(1.4)：判断β_mWV、β_mWX以及大轮设计中点螺旋角β_mW是否相等；若相等则大轮根锥角满足要求；若不相等则进行步骤(1.5)；

步骤(1.5)：修改大轮根锥角和大轮根锥中点螺旋角β_mfW，重复步骤(1.1)～步骤(1.4)，直至β_mWV、β_mWX以及β_mW均相等，得到满足要求的大轮根锥角为止。

对小轮齿坯锥度进行修正，具体包括以下步骤：

步骤(2.1)：根据小轮的齿坯参数确定小轮刀具几何参数；

步骤(2.2)：根据小轮的齿坯参数以及对小轮齿面的微观修形要求确定小轮机床调整参数，小轮机床调整参数是指小轮刀具相对于小轮齿坯的运动关系参数；

步骤(2.3)：根据小轮刀具几何参数和小轮机床调整参数，确定出小轮节锥中点处的一阶参数；然后根据小轮节锥中点处的一阶参数，确定在小轮节锥中点处沿着节锥方向的螺旋角，小轮凹面节锥中点螺旋角记为β_mPV，小轮凸面节锥中点螺旋角记为β_mPX；

步骤(2.4)：判断β_mPV、β_mPX以及小轮设计中点螺旋角β_mP是否相等；若相等则小轮根锥角满足要求；若不相等则进行步骤(2.5)；

步骤(2.5)：修改小轮根锥角和小轮根锥中点螺旋角β_mfP，重复步骤(2.1)～步骤(2.4)，直至β_mPV、β_mPX以及β_mP均相等，得到满足要求的小轮根锥角；

对齿坯几何参数进行修正，具体包括以下步骤：

步骤(3.1)：根据得到的满足要求的大轮根锥角，修正小轮面锥角，使得在轴截面内小轮的面锥母线与大轮的根锥母线平行；

并根据得到的满足要求的小轮根锥角，修正大轮面锥角，使得在轴截面内大轮的面锥母线与小轮的根锥母线平行；

步骤(3.2)：保证齿轮副的中点齿顶高和齿根高不变，对发生变化的齿坯几何参数进行修正。

其中大轮采用成形法或者展成法加工。

其中小轮采用展成法加工。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的一种全工序法弧齿锥齿轮的齿坯修正方法，考虑了全工序法的加工原理，通过迭代保证大轮凹面节锥中点螺旋角和大轮凸面节锥中点螺旋角都精确的等于大轮设计中点螺旋角，保证小轮凹面节锥中点螺旋角和小轮凸面节锥中点螺旋角都精确的等于小轮设计中点螺旋角，然后对齿坯几何参数进行修正，使得修正后的齿坯几何参数更加适合全工序法的加工方式，改善了全工序法弧齿锥齿轮副的啮合性能。

附图说明

图1为本发明提供的弧齿锥齿轮大轮的节锥示意图。

图2为本发明提供的弧齿锥齿轮小轮的节锥示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明提供了一种全工序法弧齿锥齿轮的齿坯修正方法，在依据ISO标准将齿坯几何参数确定的基础上，基于全工序法的加工原理，对大轮齿坯锥度进行修正，直至大轮凹面节锥中点螺旋角和大轮凸面节锥中点螺旋角均等于大轮设计中点螺旋角。并对小轮齿坯锥度进行修正，直至小轮凹面节锥中点螺旋角和小轮凸面节锥中点螺旋角均等于小轮设计中点螺旋角。然后对其他相关齿坯几何参数进行修正。

参见图1，M_WV点表示大轮凹面节锥中点，M_WX点表示大轮凸面节锥中点，β_mWV表示大轮凹面节锥中点螺旋角，β_mWX表示大轮凸面节锥中点螺旋角，v_Wv_W表示大轮凹面齿线，x_Wx_W表示大轮凸面齿线。对大轮齿坯锥度进行修正，具体包括以下步骤：

步骤(1.1)、确定大轮刀具几何参数：根据大轮齿坯参数确定大轮刀具几何参数；大轮刀具几何参数包括刀具的名义半径、刀片压力角、刀顶宽等。

步骤(1.2)、确定大轮机床调整参数：根据大轮齿坯参数以及对大轮齿面的微观修形要求，确定大轮机床调整参数，大轮机床调整参数是指大轮刀具相对于大轮齿坯的运动关系参数；

步骤(1.3)、确定大轮节锥中点参数：根据大轮刀具几何参数和大轮机床调整参数，确定出大轮节锥中点处的一阶参数；然后根据大轮节锥中点处的一阶参数，确定在大轮节锥中点处沿着节锥方向的螺旋角，大轮凹面节锥中点螺旋角记为β_mWV，大轮凸面节锥中点螺旋角记为β_mWX。

需要说明的是，大轮节锥中点是指大轮节锥与齿宽中部的交点。

步骤(1.4)、修正大轮根锥角：判断β_mWV、β_mWX以及大轮设计中点螺旋角β_mW是否相等；若相等则大轮根锥角满足要求；若不相等则进行步骤(1.5)；

步骤(1.5)修改大轮根锥角和大轮根锥中点螺旋角β_mfW，重复步骤(1.1)～步骤(1.4)，直至β_mWV、β_mWX以及β_mW均相等，得到满足要求的大轮根锥角为止。

需要说明的是，大轮设计中点螺旋角β_mW是指大轮齿坯设计时要求的节锥中点处的螺旋角。大轮根锥中点螺旋角β_mfW是指在大轮根锥母线的切平面上，在齿宽中部并位于齿槽中心的点的螺旋角。

在这里，修正大轮根锥角的目标约束是大轮在节锥中点处凹面的螺旋角β_mWV和凸面的螺旋角β_mWX相等，并且都等于大轮设计中点螺旋角β_mW；以此为目标约束，迭代求解满足要求的新的大轮根锥角；修正大轮根锥角是指以大轮根锥角和大轮根锥中点螺旋角β_mfW为自变量，当不满足目标约束时，修改大轮根锥角和大轮根锥中点螺旋角β_mfW的值，重新确定大轮刀具几何参数、大轮机床调整参数，进而重新计算出大轮节锥中点螺旋角，判断是否满足目标约束，如果不满足，则再次修改大轮根锥角和大轮根锥中点螺旋角β_mfW，如此迭代直至大轮节锥中点螺旋角满足目标约束，从而确定出满足要求的大轮根锥角。

参见图2，M_PV点表示小轮凹面节锥中点，M_PX点表示小轮凸面节锥中点，β_mPV表示小轮凹面节锥中点螺旋角，β_mPX表示小轮凸面节锥中点螺旋角，v_Pv_P表示小轮凹面齿线，x_Px_P表示小轮凸面齿线。对小轮齿坯锥度进行修正，具体包括以下步骤：

步骤(2.1)、确定小轮刀具几何参数：根据小轮的齿坯参数确定小轮刀具几何参数；

步骤(2.2)、确定小轮机床调整参数：根据小轮的齿坯参数以及对小轮齿面的微观修形要求确定小轮机床调整参数，小轮机床调整参数是指小轮刀具相对于小轮齿坯的运动关系参数；

步骤(2.3)、确定小轮节锥中点参数：根据小轮刀具几何参数和小轮机床调整参数，确定出小轮节锥中点处的一阶参数；然后根据小轮节锥中点处的一阶参数，确定在小轮节锥中点处沿着节锥方向的螺旋角，小轮凹面节锥中点螺旋角记为β_mPV，小轮凸面节锥中点螺旋角记为β_mPX；

需要说明的是，小轮节锥中点是指小轮节锥与齿宽中部的交点。

步骤(2.4)、修正小轮根锥角：判断β_mPV、β_mPX以及小轮设计中点螺旋角β_mP是否相等；若相等则小轮根锥角满足要求；若不相等则进行步骤(2.5)；

步骤(2.5)：修改小轮根锥角和小轮根锥中点螺旋角β_mfP，重复步骤(2.1)～步骤(2.4)，直至β_mPV、β_mPX以及β_mP均相等，得到满足要求的小轮根锥角；

需要说明的是，小轮设计中点螺旋角β_mP是指小轮齿坯设计时要求的节锥中点处的螺旋角。小轮根锥中点螺旋角β_mfP是：在小轮根锥母线的切平面上，在齿宽中部并位于齿槽中心的点的螺旋角。

在这里，修正小轮根锥角的目标约束是小轮在节锥中点处凹面的螺旋角β_mPV和凸面的螺旋角β_mPX相等，并且都等于小轮设计中点螺旋角β_mP；以此为目标约束，迭代求解满足要求的新的小轮根锥角；修正小轮根锥角是指以小轮根锥角和小轮根锥中点螺旋角β_mfP为自变量，当不满足目标约束时，修改小轮根锥角和小轮根锥中点螺旋角β_mfP的值，重新确定小轮刀具几何参数、小轮机床调整参数，进而重新计算出小轮节锥中点螺旋角，判断是否满足目标约束，如果不满足，则再次修改小轮根锥角和小轮根锥中点螺旋角，如此迭代直至小轮节锥中点螺旋角满足目标约束，从而确定出满足要求的小轮根锥角。

然后对其他相关齿坯几何参数进行修正，具体包括以下步骤：

步骤(3.1)：确定了新的大轮根锥角后，为了保证等顶隙，在轴截面内小轮的面锥母线要与大轮的根锥母线平行，根据这个原则修正小轮面锥角。

同理，确定了新的小轮根锥角后，在轴截面内大轮的面锥母线要与小轮的根锥母线平行，根据这个原则修正大轮面锥角。

步骤(3.2)：在修正了大轮和小轮的根锥角和面锥角之后，一些相关的齿坯几何尺寸也跟着发生变化，保证齿轮副的中点齿顶高和齿根高不变，对发生变化的齿坯几何参数重新计算，进行修正。

本发明提供的一种全工序法弧齿锥齿轮的齿坯修正方法能够适用于采用成形法或者展成法加工的大轮。

下面结合实施例对本发明进行详细说明：

实施例：

针对一对用全工序法加工的客车后桥齿轮副进行齿坯修正。

客车后桥齿轮副的基本参数如表1所示：

表1齿轮副基本参数

具体实施如下：

步骤1、对大轮齿坯锥度进行修正：

(1.1)确定大轮刀具几何参数：根据大轮的齿坯参数确定大轮刀具的几何参数。

(1.2)确定大轮机床调整参数：根据大轮的齿坯参数以及对大轮齿面的微观修形要求确定大轮机床调整参数，即大轮刀具相对于大轮齿坯的运动关系，本实施例中大轮采用成形法加工。

(1.3)确定大轮节锥中点参数：根据大轮刀具几何参数和大轮机床调整参数，确定出大轮节锥中点处的一阶参数。然后根据大轮节锥中点处的一阶参数，确定在该点处沿着节锥方向的螺旋角，大轮凹面节锥中点的螺旋角记为β_mWV，大轮凸面节锥中点的螺旋角记为β_mWX，如图1所示。

(1.4)修正大轮根锥角：修正大轮根锥角的目标约束是大轮凹面节锥中点螺旋角β_mWV和大轮凸面节锥中点螺旋角β_mWX相等，并且都等于大轮设计中点螺旋角β_mW，即公式(1)，本实施例中大轮设计中点螺旋角β_mW为35.833333°。以此为目标约束，迭代求解满足要求的新的大轮根锥角。如果不满足目标约束，则进行步骤(1.5)；

(1.5)修改大轮根锥角和大轮根锥中点螺旋角β_mfW，重新执行步骤(1.1)～(1.4)，直至确定出满足要求的大轮根锥角。最终迭代求解出的大轮根锥角为75.349°，大轮根锥中点螺旋角为35.958°。修正前大轮凹面节锥中点螺旋角β_mWV为35.508513°，修正后大轮凹面节锥中点螺旋角β_mWV为35.833325°。修正前大轮凸面节锥中点螺旋角β_mWX为35.887142°，修正后大轮凸面节锥中点螺旋角β_mWX为35.833325°。

β_mWX＝β_mWV＝β_mW>

可以看出，修正前，大轮凹面节锥中点螺旋角和凸面节锥中点螺旋角是不相等的，也不等于大轮设计中点螺旋角。修正后，可以保证大轮凹面节锥中点螺旋角和凸面节锥中点螺旋角相等，并且都等于大轮设计中点螺旋角。

步骤2、对小轮齿坯锥度进行修正：

(2.1)确定小轮刀具几何参数：根据小轮的齿坯参数确定小轮刀具的几何参数。

(2.2)确定小轮机床调整参数：根据小轮的齿坯参数以及对小轮齿面的微观修形要求确定小轮机床调整参数，即小轮刀具相对于小轮齿坯的运动关系，小轮采用展成法加工。

(2.3)确定小轮节锥中点参数：根据小轮刀具几何参数和小轮机床调整参数，确定出小轮节锥中点处的一阶参数。然后根据小轮节锥中点处的一阶参数，确定在该点处沿着节锥方向的螺旋角，小轮凹面节锥中点的螺旋角记为β_mPV，小轮凸面节锥中点的螺旋角记为β_mPX，如图2所示。

(2.4)修正小轮根锥角：修正小轮根锥角的目标约束是小轮凹面节锥中点螺旋角β_mPV和小轮凸面节锥中点螺旋角β_mPX相等，并且都等于小轮设计中点螺旋角β_mP，即公式(2)，本实施例中小轮设计中点螺旋角β_mP为43.850000°。以此为目标约束，迭代求解满足要求的新的小轮根锥角。如果不满足目标约束，则进行步骤(2.5)：

(2.5)修改小轮根锥角和小轮根锥中点螺旋角β_mfP，重新执行步骤(2.1)～(2.4)，直至确定出满足要求的小轮根锥角。最终迭代求解出的小轮根锥角为10.878°，小轮根锥中点螺旋角为43.849°。修正前小轮凹面节锥中点螺旋角β_mPV为44.010503°，修正后小轮凹面节锥中点螺旋角β_mPV为43.849999°。修正前小轮凸面节锥中点螺旋角β_mPX为43.711185°，修正后小轮凸面节锥中点螺旋角β_mPX为43.849999°。

β_mPX＝β_mPV＝β_mP>

可以看出，修正前，小轮凹面节锥中点螺旋角和凸面节锥中点螺旋角是不相等的，也不等于小轮设计中点螺旋角。修正后，可以保证小轮凹面节锥中点螺旋角和凸面节锥中点螺旋角相等，并且都等于小轮设计中点螺旋角。

步骤3、对其他相关齿坯几何参数进行修正：

确定了新的大轮根锥角后，为了保证等顶隙，在轴截面内小轮的面锥母线要与大轮的根锥母线平行；同理，确定了新的小轮根锥角后，在轴截面内大轮的面锥母线要与小轮的根锥母线平行。根据这个原则修正小轮面锥角和大轮面锥角。

保证齿轮副的中点齿顶高和齿根高不变，在修正了大轮和小轮的根锥角和面锥角之后，一些相关的齿坯几何尺寸也跟着发生变化，将这些发生变化的齿坯参数重新计算。修正前后发生变化的齿坯几何参数见下表2。

表2修正前后的齿轮副的齿坯几何参数

本发明与现有的近似方法相比，考虑了全工序法的加工原理，通过迭代保证大轮凹面节锥中点螺旋角和凸面节锥中点螺旋角都精确的等于大轮的设计中点螺旋角，保证小轮凹面节锥中点螺旋角和凸面节锥中点螺旋角都精确的等于小轮的设计中点螺旋角，对齿坯几何参数进行修正，使得修正后的齿坯几何参数更加适合全工序法的加工方式，改善了全工序法弧齿锥齿轮副的啮合性能。