CN101362230B - 外啮合珩磨圆柱齿轮的机床和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外啮合珩磨圆柱齿轮的机床和方法，克服难以提高齿轮加工精度的问题。该机床包括第一、二珩磨轮、主动加载齿轮、1、2号被动加载齿轮、工件轴、第一、二珩磨轴。第一珩磨轴与第二珩磨轴平行，通过轴承水平或者垂直地安装在箱体上，工件轴处于两珩磨轴之间，并和两磨轴交角为。第一、二珩磨轮分别固定安装在第一、二珩磨轴的左端，主动加载齿轮、1、2号被动加载齿轮分别安装在工件轴、第一、二珩磨轴的右端，安装在工件轴左端的被加工齿轮与第一、二珩磨轮相啮合，主动加载齿轮与1、2号被动加载齿轮相啮合。其方法包括调试机床与修整珩磨轮和珩磨被加工齿轮两大步骤。本发明是成批或大量生产圆柱淬硬齿轮精加工的专用机床。

Description

外啮合珩磨圆柱齿轮的机床和方法

技术领域

本发明涉及一种渐开线圆柱齿轮精加工的设备与方法，更具体地说，它涉及一种外啮合珩磨圆柱齿轮的机床和方法。

背景技术

珩齿是对淬硬齿轮进行精加工的一种方法，借助含有磨料的珩轮与被珩齿轮齿面间的压力和相对滑动进行切削。最普通的是以外啮合形式，在“自由啮合”过程中加工。具有成本低、设备简单的突出优点，但矫正误差能力很差，难以提高齿轮加工精度。采用具有强制传动链的珩磨机床，可以克服上述缺点，如瑞士的法西尔(

)、莱森豪尔(Reishaur)的数控内啮合珩齿机矫正误差能力强、生产率高，性能优越，但采用内啮合珩磨轮进行珩磨工作，机床需采用大型精密轴承及多轴联动数控系统，机床制造比较复杂且价格昂贵。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的问题，提供了一种具有强制传动链的珩磨后的轮齿具有高质量、高效率的，而机床造价较低的具有双珩磨轮的外啮合珩磨圆柱齿轮的机床。同时也提供一种对淬硬齿轮进行珩磨精加工的方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用了如下技术方案实现的：外啮合珩磨圆柱齿轮的机床，包括有箱体，电控制柜，第一珩磨轮、第二珩磨轮、主动加载齿轮、1号被动加载齿轮、2号被动加载齿轮、工件轴、第一珩磨轴与第二珩磨轴。

第一珩磨轴与第二珩磨轴平行，通过轴承水平或者垂直地安装在箱体上，轴距为A＝A₁+A₂，工件轴处于第一珩磨轴、第二珩磨轴之间，并和第一珩磨轴、第二珩磨轴空间交角为

，工件轴在第一珩磨轴与第二珩磨轴所确定的平面上的投影线和第一珩磨轴、第二珩磨轴平行，工件轴和第一珩磨轴、第二珩磨轴的轴间最短距离分别为A₁、A₂，A₁和A₂相等或者不等。

第一珩磨轮、第二珩磨轮分别固定安装在第一珩磨轴、第二珩磨轴的左端，主动加载齿轮、1号被动加载齿轮、2号被动加载齿轮分别安装在工件轴、第一珩磨轴、第二珩磨轴的右端，工件轴的左端用来安装被加工齿轮，被加工齿轮与第一珩磨轮、第二珩磨轮相啮合，主动加载齿轮与1号被动加载齿轮、2号被动加载齿轮相啮合，并构成了13啮合区、14啮合区、25啮合区、26啮合区。安装1号被动加载齿轮的第一珩磨轴的端部、安装2号被动加载齿轮的第二珩磨轴的端部或者工件轴的端部和电机连接。即形成第一套技术方案与第二套技术方案。

第一套技术方案中所述的相互平行的轴距为A＝A₁+A₂的第一珩磨轴与第二珩磨轴，也能够以与水平面夹角为

的方位安装在箱体上，处于第一珩磨轴和第二珩磨轴之间的工件轴通过轴承水平地安装在箱体上，工件轴在第一珩磨轴与第二珩磨轴所确定的平面上的投影线和第一珩磨轴、第二珩磨轴平行，工件轴和第一珩磨轴、第二珩磨轴的轴间最短距离分别为A₁、A₂，A₁和A₂相等或者不等。即形成第三套技术方案。

第一、二、三技术方案中所述的第一珩磨轮、第二珩磨轮、1号被动加载齿轮与2号被动加载齿轮为锥形齿轮，第一珩磨轮、第二珩磨轮的小端和1号被动加载齿轮、2号被动加载齿轮的小端相对地安装在第一珩磨轴、第二珩磨轴的两端，珩磨轮齿顶及齿根圆锥锥顶半角为：

齿顶圆锥锥顶半角 ${\mathrm{\δ}}_e={\mathrm{tg}}^{-1}\left[\frac{R_e-\sqrt{{(\sqrt{{R_e}^2-{R_b}^2}-B_0\mathrm{Sin\ψ})}^2+{R_b}^2}}{B_0}\right]$

齿根圆锥锥顶半角 ${\mathrm{\δ}}_i={\mathrm{tg}}^{-1}\left[\frac{\sqrt{{(\sqrt{{R_i}^2-{R_b}^2}-B_0\mathrm{Sin\ψ})}^2+{R_b}^2}-R_i}{B_0}\right]$

式中，R_e.珩磨轮的顶圆半径，R_i.珩磨轮的根圆半径，R_b.珩磨轮的基圆半径，B₀.珩磨轮齿宽。主动加载齿轮采用的是沿齿轮宽度为变齿厚的直齿轮，即采用的是轮齿两侧齿面分别为旋向相反的螺旋渐开面，螺旋角取很小值，β_b2＝0.5°～1°，与其相啮合的1号被动加载齿轮、2号被动加载齿轮的螺旋角分别为左旋或右旋，大小等于ψ-β_b2。被加工齿轮与主动加载齿轮，第一珩磨轮与1号被动加载齿轮，第二珩磨轮与2号被动加载齿轮之间的关系是：Z₁＝Z₂、R_b1＝R_b2，Z₃＝Z₅、R_b3＝R_b5，Z₄＝Z₆、R_b4＝R_b6，A₁＝R_b1+R_b3＝R_b2+R_b5，A₂＝R_b1+R_b4＝R_b2+R_b6，β_b3＝ψ±β_b1、β_b4＝ψ+β_b1、β_b5＝ψ±β_b2、β_b6＝ψ+β_b2，其中：Z₁.被加工齿轮的齿数，Z₂.主动加载齿轮的齿数，Z₃.第一珩磨轮的齿数，Z₄.第二珩磨轮的齿数，Z₅.1号被动加载齿轮的齿数，Z₆.2号被动加载齿轮的齿数，R_b1.被加工齿轮的基圆半径，R_b2.主动加载齿轮的基圆半径，R_b3.第一珩磨轮的基圆半径，R_b4.第二珩磨轮的基圆半径，R_b5.1号被动加载齿轮的基圆半径，R_b6.2号被动加载齿轮的基圆半径，β_b1.被加工齿轮的基圆螺旋角，β_b2.主动加载齿轮的基圆螺旋角，β_b3.第一珩磨轮的基圆螺旋角，β_b4.第二珩磨轮的基圆螺旋角，β_b5.1号被动加载齿轮的基圆螺旋角，β_b6.2号被动加载齿轮的基圆螺旋角；所述的主动加载齿轮与滑环借助于滑键滑动连接在轴端，滑环和主动加载齿轮右端面接触，主动加载齿轮和滑环内孔滑键槽分别与滑键两侧工作面靠紧并用螺钉固紧。所述的第二珩磨轮是采用能够圆周调整相位的锥面弹性环固定连接在第二珩磨轴的左端；第一、二、三技术方案中所述的第一珩磨轮与第二珩磨轮采用能够修整的氧化铝磨料、树脂结合剂制成，轮齿工作面为渐开螺旋面，或者采用淬硬钢制成第一珩磨轮与第二珩磨轮，轮齿工作齿面为采用经齿轮磨床精密磨削后的表面镀覆CBN。

所述的采用外啮合珩磨圆柱齿轮的机床精加工圆柱齿轮的方法包括以下步骤：

1)调试机床与修整珩磨轮

(1)松开第二珩磨轴上以弹性环固定安装的第二珩磨轮，在工件轴的左端安装金刚石修整轮，转动第二珩磨轴使金刚石修整轮与第一珩磨轮，使1号被动加载齿轮与主动加载齿轮，使主动加载齿轮与2号被动加载齿轮的齿面之间均消隙接触，再转动第二珩磨轮消除与金刚石修整轮的间隙然后固紧第二珩磨轮。

(2)开动机床并使主动加载齿轮轴向移动加载修整第一珩磨轮与第二珩磨轮，修整完毕，卸载并停机，卸下金刚石修整轮。

2)珩磨被加工齿轮

(1)将被加工齿轮安装在工件轴的左端，使其端面与工件轴的轴肩靠紧，然后轴向移动主动加载齿轮进行加载，使被加工齿轮双侧齿面与第一珩磨轮和第二珩磨轮接触连接，即达到被加工齿轮两侧齿面珩磨余量均等状态，紧固被加工齿轮。

(2)调整机床确定珩磨速度v₀

按公式 $v_0=\frac{R_{b0}{\mathrm{\ω}}_0}{\cos {\mathrm{\β}}_{b1}}\sin \mathrm{\ψ}$ 进行调整，

式中：R_b0.珩磨轮基圆半径，ω₀.珩磨轮回转角速度，β_b1.被加工齿轮基圆螺旋角，ψ.可取10°-15°。

(3)然后开机、加载直至去除珩磨余量，随之卸载，停机并卸下已加工好的被加工齿轮，进入下一个重复上述步骤的工作循环。

方法技术方案中所述的珩磨轮基圆半径R_b0和珩磨轮回转角速度ω₀的选取，当第一珩磨轮的基圆半径等于第二珩磨轮的基圆半径时，即R_b3＝R_b4时，ω₃＝ω₄，其中，ω₃.第一珩磨轮的回转角速度，ω₄.第二珩磨轮的回转角速度。当第一珩磨轮的基圆半径不等于第二珩磨轮的基圆半径时，即R_b3≠R_b4时，ω₃≠ω₄。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.采用本发明所述的外啮合珩磨圆柱齿轮的机床，被加工齿轮的轮齿的几何形状和精度主要取决于金刚石修整轮，被加工齿轮的轮齿即是金刚石修整轮的“克隆”(clone)复制品，所以一切齿面修形包括齿形(齿顶或齿根修整、齿形鼓形)、齿向(鼓形齿、非对称齿、锥度齿、鼓形锥度齿)、拓扑(扭曲齿)均可由金刚石修整轮实施。此性能类似瑞士Reishauer RZP环面磨齿，被加工齿轮完全按修整轮复制；

2.本发明所述的外啮合珩磨圆柱齿轮的机床运动极其简单，对比瑞士Fssler、Reishauer RZR、CNC内啮合珩齿机，无需多轴联动数控装置、无需大型精密轴承，机床设计、制造简单，成本大幅降低；

3.采用本发明所述的外啮合珩磨圆柱齿轮的机床加工盘状齿轮无需配穿芯轴，无需轴向走刀，更有利于提高生产效率；

4.本发明所述的外啮合珩磨圆柱齿轮的机床工作功率封闭、节能；

5.本发明所述的外啮合珩磨圆柱齿轮的机床体积小、占地少；

6.本发明所述的外啮合珩磨圆柱齿轮的机床专用于成批、大量生产盘状淬硬齿轮的精加工。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是交叉轴直线接触共轭齿面几何关系图；

图2是双珩磨轮的外啮合珩磨圆柱齿轮的机床的结构原理示意图；

图3-a)是珩磨轮和被加工齿轮啮合关系的主视图；

图3-b)是珩磨轮和被加工齿轮啮合关系的俯视图；

图4是主动加载齿轮结构与消隙结构示意图；

图5是卧式的双珩磨轮的外啮合珩磨圆柱齿轮的机床的结构示意图；

图中：1.被加工齿轮，2.主动加载齿轮，3.第一珩磨轮，4.第二珩磨轮，5.1号被动加载齿轮，6.2号被动加载齿轮，7.滑环，8.螺钉，9.滑键，10.箱体，11.电机，12.滑板，13.螺杆，14.螺母，15.床身，I.工件轴，II.第一珩磨轴，III.第二珩磨轴，Z₁.被加工齿轮的齿数，Z₂.主动加载齿轮的齿数，Z₃.第一珩磨轮的齿数，Z₄.第二珩磨轮的齿数，Z₅.1号被动加载齿轮的齿数，Z₆.2号被动加载齿轮的齿数，R_b1.被加工齿轮的基圆半径，R_b2.主动加载齿轮的基圆半径，R_b3.第一珩磨轮的基圆半径，R_b4.第二珩磨轮的基圆半径，R_b5.1号被动加载齿轮的基圆半径，R_b6.2号被动加载齿轮的基圆半径，β_b1.被加工齿轮的基圆螺旋角，β_b2.主动加载齿轮的基圆螺旋角，β_b3.第一珩磨轮的基圆螺旋角，β_b4.第二珩磨轮的基圆螺旋角，β_b5.1号被动加载齿轮的基圆螺旋角，β_b6.2号被动加载齿轮的基圆螺旋角，a.13啮合区，b.14啮合区，c.25啮合区，d.26啮合区，b.被加工齿轮的齿宽，B₃.第一珩磨轮的齿宽，.轴交角，Q.内公切面，A₁.工件轴与第一珩磨轴的轴间最短距离，A₂.工件轴第二珩磨轴的轴间最短距离。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

双珩磨轮外啮合珩磨圆柱齿轮的机床是一种专用的适用于大量或成批生产渐开线圆柱齿轮的一种精加工珩磨设备。机床由床身15、箱体10、三根轴即工件轴I、第一珩磨轴II、第二珩磨轴III，二个珩磨轮即第一珩磨轮3、第二珩磨轮4，一个主动加载齿轮2、二个被动加载齿轮即1号被动加载齿轮5、2号被动加载齿轮6所组成。精加工圆柱齿轮前，首先采用金刚石修整轮在本发明所述的双珩磨轮的外啮合珩磨圆柱齿轮的机床上对二个珩磨轮进行修整，然后，再采用本发明所述的双珩磨轮外啮合珩磨圆柱齿轮的机床对被加工齿轮进行加工。所以说被加工齿轮即是金刚石修整轮的“克隆”复制。本发明所述的双珩磨轮的外啮合珩磨圆柱齿轮的机床可完成一切轮齿齿面的修形，机床运动极其简单、制造容易、造价低廉。双珩磨轮分别与被加工齿轮对应侧以直线接触进行齿面珩磨，生产效率高。

本发明的主要技术构思是按交叉轴直线接触共轭齿面确定珩磨轮轮齿工作表面；采用分置于被加工齿轮轮齿两侧的一对珩磨轮的轮轴与被加工齿轮的轮轴构成夹角为ψ但方向相反的空间交叉轴的传动；被加工齿轮与珩磨轮间存在基圆柱公切面Q，两珩磨轮同时对被加工齿轮轮齿两侧以线接触方式进行珩磨加工，珩磨轮与被加工齿轮法向基节相等。

1.具体说明按交叉轴直线接触共轭齿面几何关系的确定，以加工右旋齿轮齿面∑₁为例：

参阅图1，两齿轮的轮轴为空间交叉轴传动，∑₁为被加工齿轮右旋渐开螺旋面齿面，∑₃第一为珩磨轮工作齿面，两齿轮基圆柱具有内公切面Q，Q面上的发生线ML按基圆柱半径为R_b1的被加工齿轮1展开齿面∑₁，∑₁为基圆螺旋角等于β_b1的右旋渐开螺旋面；ML按基圆柱半径为R_b3的珩磨轮3展开齿面∑₃，∑₃为基圆螺旋角等于β_b3的左旋渐开螺旋面，是为珩磨轮工作齿面，但β_b3≠β_b1。∑₁、∑₃两齿面相切接触在直母线ML，保持螺旋啮合基本条件，两齿轮法向基节相等，两齿面可以达到正确的啮合。此时，两轴间轴交角ψ＝β_b1-β_b3，两轴间中心距A₁＝R_b1+R_b3。

2.具体说明分置于被加工齿轮轮齿两侧的一对珩磨轮及加载齿轮的布局、结构及几何关系：

参阅图2，轴距为A＝A₁+A₂，工件轴I处于第一珩磨轴II和第二珩磨轴III之间，工件轴I在第一珩磨轴II轴和第二珩磨轴III所确定的平面上的投影线是一条与第一珩磨轴II和第二珩磨轴III平行的直线，工件轴I与第一珩磨轴II、第二珩磨轴III构成空间交叉轴，夹角为

，工件轴I与第一珩磨轴II、第二珩磨轴III的轴间最短距离分别为A₁、A₂，A₁和A₂可相等也可不等；或者相互平行的第一珩磨轴II与第二珩磨轴III，以与面水平面夹角为

的方位安装在箱体10上。工件轴I还是处于第一珩磨轴II和第二珩磨轴III之间，水平地安装在箱体10上，所以，工件轴I与第一珩磨轴II、第二珩磨轴III构成空间交叉轴，夹角为

当然，第一珩磨轴II与第二珩磨轴III平行，通过轴承垂直地安装在箱体上，也可以是工件轴I通过轴承垂直地安装在箱体上，工件轴I与由平行的第一珩磨轴II与第二珩磨轴III所确定的平面夹角为

实际上一共可形成四套技术方案。不管那种方式工件轴I左(上)端安装被加工齿轮1，右(下)端安装以滑键连接可在工件轴I右(下)端轴向滑移的主动加载齿轮2，第一珩磨轴II左(上)端安装有第一珩磨轮3，右(下)端安装有1号被动加载齿轮5，它们均与第一珩磨轴II固定连接，第二珩磨轴III左(上)端安装有第二珩磨轮4，第二珩磨轮4与第二珩磨轴III左(上)端采用锥面弹性环连接，可在圆周范围内调整相位后再固紧，第二珩磨轴III右(下)端固定安装有2号被动加载齿轮6；第一珩磨轮3、第二珩磨轮4和被加工齿轮1，1号被动加载齿轮5、2号被动加载齿轮6与主动加载齿轮2构成了13啮合区a、14啮合区b、25啮合区c和26啮合区d。安装1号被动加载齿轮5的第一珩磨轴II的端部或者安装2号被动加载齿轮6的第二珩磨轴III的端部和动力源连接。第一珩磨轮3、第二珩磨轮4、1号被动加载齿轮5与2号被动加载齿轮6为锥形齿轮，第一珩磨轮3、第二珩磨轮4的小端和1号被动加载齿轮5、2号被动加载齿轮6的小端相对地安装在第一珩磨轴II、第二珩磨轴III的两端，珩磨轮齿顶及齿根圆锥锥顶半角为：

齿顶圆锥锥顶半角 ${\mathrm{\δ}}_e={\mathrm{tg}}^{-1}\left[\frac{R_e-\sqrt{{(\sqrt{{R_e}^2-{R_b}^2}-B_0\mathrm{Sin\ψ})}^2+{R_b}^2}}{B_0}\right]$

齿根圆锥锥顶半角 ${\mathrm{\δ}}_i={\mathrm{tg}}^{-1}\left[\frac{\sqrt{{(\sqrt{{R_i}^2-{R_b}^2}-B_0\mathrm{Sin\ψ})}^2+{R_b}^2}-R_i}{B_0}\right]$

式中，R_e.珩磨轮的顶圆半径，R_i.珩磨轮的根圆半径，R_b.珩磨轮的基圆半径，B₀.珩磨轮齿宽；

参阅图2与图3，工件轴I、第一珩磨轴II与第二珩磨轴III左端两个啮合区为13啮合区a与14啮合区b，第一珩磨轮3、第二珩磨轮4与被加工齿轮1的啮合关系，展开绘于图3。其中图3-a)表示了工件轴I、第一珩磨轴II、第二珩磨轴III同时平行于齿轮基圆柱切平面Q，Q面即为图示纸面，第二珩磨轴III则系转过180°将14啮合区b与13啮合区a示于被加工齿轮1同一侧；图3-b)是图3-a)的俯视投影图，由于Q面是被加工齿轮1和珩磨轮基圆柱的内公切面，在图3-a)中反映了工件轴I、第一珩磨轴II的夹角为ψ₁，工件轴I、第二珩磨轴III的夹角为ψ₂及13啮合区a、14啮合区b。右端主动加载齿轮2和1号被动加载齿轮5、2号被动加载齿轮6形成的25啮合区c、26啮合区d的状况和左端一致。本发明中所述的13啮合区a、14啮合区b、25啮合区c、26啮合区d四个啮合区均为轴交角等于

齿面按直线接触的交叉轴传动。被加工齿轮1与主动加载齿轮2，第一珩磨轮3与1号被动加载齿轮5，第二珩磨轮4与2号被动加载齿轮6之间的关系是：Z₁＝Z₂、R_b1＝R_b2，Z₃＝Z₅、R_b3＝R_b5，Z₄＝Z₆、R_b4＝R_b6，A₁＝R_b1+R_b3＝R_b2+R_b5，A₂＝R_b1+R_b4＝R_b2+R_b6，β_b3＝ψ±β_b1、β_b4＝ψ+β_b1、β_b5＝ψ±β_b2、β_b6＝ψ+β_b2。

在满足上述条件下，转矩以任何一轴输入均使得第一珩磨轴II、第二珩磨轴III同向回转，而工件轴I反向旋转。当珩磨轮宽度B₀>b+2(ρ_max-ρ_min)tgψ时，其中，b.被加工齿轮齿宽，ρ_max.被加工齿轮齿顶渐开线曲率半径、ρ_min.被加工渐开线起始点曲率半径，珩齿轮无需轴向进给，既提高了珩齿的效率又简化了珩齿机床的运动及结构。

计算珩磨速度 $v_0=\frac{R_{b0}{\mathrm{\ω}}_0}{\cos {\mathrm{\β}}_{b1}}\sin \mathrm{\ψ}$

式中：R_b0.珩磨轮基圆半径(笼统地讲，不确定指是第一珩磨轮3还是第二珩磨轮4)，ω₀.珩磨轮回转角速度，β_b1.被加工齿轮基圆螺旋角，ψ.可取10°-15°。所述的珩磨轮基圆半径R_b0和珩磨轮回转角速度ω₀的选取，当第一珩磨轮的基圆半径R_b3等于第二珩磨轮的基圆半径R_b4时，分二种情况，1)R_b1＝R_b3＝R_b4，ω₁＝ω₃＝ω₄，2)R_b3＝R_b4≠R_b1，ω₃＝ω₄≠ω₁；当第一珩磨轮的基圆半径R_b3不等于第二珩磨轮的基圆半径R_b4时，分三种情况，1)R_b1≠R_b3≠R_b4时，ω₁≠ω₃≠ω₄，2)R_b3≠R_b4，R_b1＝R_b3时，ω₃≠ω₄，ω₁＝ω₃，3)R_b3≠R_b4，R_b1＝R_b4时，ω₃≠ω₄，ω₁＝ω₄，其中，ω₃.第一珩磨轮的回转角速度，ω₄.第二珩磨轮的回转角速度，ω₁.被加工齿轮的回转角速度，R_b1.被加工齿轮的基圆半径。

参阅图2与图4，工件轴I、第一珩磨轴II与第二珩磨轴III的右端为加载部分。右端加载部分由主动加载齿轮2和1号被动加载齿轮5、2号被动加载齿轮6组成，啮合状态完全类同于左端，被加工齿轮1和主动加载齿轮2、第一珩磨轮3和1号被动加载齿轮5、第二珩磨轮4和2号被动加载齿轮6一一对应，但不同的是主动加载齿轮2采用变齿厚的直齿轮，即齿轮两侧齿面分别为旋向相反的螺旋渐开面，螺旋角取很小值，如β_b2＝0.5°～1°，相应1号被动加载齿轮5、2号被动加载齿轮6的螺旋角分别为左旋或右旋，等于ψ-β_b2。在结构上，主动加载齿轮2可在工件轴I上轴向滑动，主动加载齿轮2的轴向滑动可以借助凸轮机构、液压拨叉或者螺纹传动副来实现，主动加载齿轮2内孔的键槽与滑键间的间隙则靠与主动加载齿轮2可紧固成一体的滑环7与其圆周错位消除。松开螺钉8时，使得主动加载齿轮2和滑环7内孔键槽分别与滑键9两侧工作面靠紧，然后固紧螺钉8即可。主动加载齿轮2的齿宽B₂要加大，满足轴向移动加载时不产生脱啮。由于主动加载齿轮2为一齿厚变化的直齿轮，当其沿工件轴I轴向移动Δ1时，(方向为齿厚大端指向齿厚小端)，将迫使1号被动加载齿轮5、2号被动加载齿轮6各自向相反方向附加回转Δφ逐渐消除各啮合轮齿间隙，进而使接触齿面加载，左端被加工齿轮1双侧齿面同时受到第一珩珩磨轮3和第二珩磨轮4的加载。如此时处于输入转矩的状况，将进行对被加工齿轮1齿面的珩磨加工。反之，如主动加载齿轮2反向轴向移动(方向自齿厚小端指向齿厚大端)，将实现卸载。如前述，取β_b2＝0.5°～1°，沿工件轴I轴向移动Δ1为10mm，相当于沿被加工齿轮基圆切线方向进给0.087～0.175mm。此加载、卸载过程在静态(各轴不旋转)、动态(各轴旋转进行齿面珩磨)情况下均可进行。当回转动力源从工件轴I输入，在工件轴I、第一珩磨轴II间和工件轴I、第二珩磨轴III间形成两套功率封闭环流。

为了提高加载部分寿命，主动加载齿轮2、1号被动加载齿轮5、2号被动加载齿轮6要求采用耐磨性好的钢材，采用淬火乃至涂覆耐磨涂层等技术措施。

设计、计算主动加载齿轮2、第一珩磨轮3、第二珩磨轮4、1号被动加载齿轮5与2号被动加载齿轮6的主要参数，其步骤如下：

通常被加工齿轮1给定法向模数为m_n、法向分度圆压力角为α_n、齿数Z₁、分度圆螺旋角为β₁及旋向、齿宽为b等主要参数及轴交角

值。

1.被加工齿轮1的计算参数

1)基圆螺旋角β_b1＝sin^-1(sinβ₁conα_n)

2)端面模数 $m_t=\frac{m_n}{\cos {\mathrm{\β}}_1}$

3)端面分度圆压力角 ${\mathrm{\α}}_t={\sin }^{-1}\left(\frac{{\sin \mathrm{\α}}_n}{{\mathrm{con\β}}_{b1}}\right)$

4)基圆半径 $R_{b1}=\frac{Z_1{m}_t{\cos \mathrm{\α}}_t}{2}$

5)法向基节ρ_n＝πm_ncosα_n。

2.设计、计算主动加载齿轮2的主要参数

主动加载齿轮2的齿数为Z₂、基圆半径R_b2，必须与被加工齿轮1的基圆半径R_b1相等，因此，主动加载齿轮2的端面参数与被加工齿轮1的端面参数均相等，轮齿两侧齿面基圆螺旋角β_b2方向相反，大小需设定，可取β_b2＝0.5°-1°。

1)法向模数 $m_{n2}=\frac{m_n{\cos \mathrm{\α}}_n}{{\cos \mathrm{\α}}_t}$

2)法向分度圆压力角α_n2＝sin^-1(sinα_tcosβ_b2)

3)分度圆螺旋角 ${\mathrm{\β}}_2={\cos }^{-1}\left(\frac{\mathrm{tg}{\mathrm{\α}}_{n2}}{\mathrm{tg}{\mathrm{\α}}_t}\right)$

4)法向基节p_n2＝πm_n2cosα_n2

5)齿宽B₂需满足轴向移动不脱啮的基本要求。

3.设计、计算第一珩磨轮3的主要参数

第一珩磨轮3与被加工齿轮1的轮齿一侧齿面啮合工作，其m_n3、α_n3、p_n3均与被加工齿轮1的m_n2、α_n2、p_n2相同。

1)齿数Z₃

齿数Z₃务必选取和被加工齿轮1的齿数Z₁无公因数，齿数Z₃多，第一珩磨轮3的寿命高且啮合重合度大，由此产生的均化效应有利于提高珩磨精度，但机床结构趋大。

2)基圆螺旋角

3)分度圆螺旋角 ${\mathrm{\β}}_3={\sin }^{-1}\left(\frac{\sin {\mathrm{\β}}_{b3}}{\cos {\mathrm{\α}}_n}\right)$

4)端面模数 $m_{t3}=\frac{m_n}{\cos {\mathrm{\β}}_3}$

5)端面分度圆压力角 ${\mathrm{\α}}_{t3}={\sin }^{-1}\left(\frac{\sin {\mathrm{\α}}_n}{\cos {\mathrm{\β}}_{b3}}\right)$

6)分度圆半径 $R_3=\frac{Z_3{m}_{t3}}{2}$

7)基圆半径 $R_{b3}=\frac{Z_3{m}_{t3}}{2}\cos {\mathrm{\α}}_{t3}$

8)第一珩磨轮3齿宽

4.设计、计算第二珩磨轮4的主要参数

第二珩磨轮4的设计、计算与第一珩磨轮3步骤基本上一致，不同的是：

1)第二珩磨轮4的齿数Z₄确定原则与第一珩磨轮3的齿数Z₃确定原则相同，但可以不等于Z₃。目的是使第一珩磨轮3与第二珩磨轮4大小接近一致。

2)基圆螺旋角β_b4＝ψ+β_b1

其余步骤按第一珩磨轮3的计算。

5.设计、计算1号被动加载齿轮5的主要参数

1号被动加载齿轮5与主动加载齿轮2啮合工作、与第一珩磨轮3同轴，要求Z₅＝Z₃、R_b5＝R_b3、p_n5＝p_n2，并令m_n5＝m_n2、α_n5＝α_n2、B₅＝B₃。

1)基圆螺旋角

2)分圆螺旋角 ${\mathrm{\β}}_5={\sin }^{-1}\left(\frac{\sin {\mathrm{\β}}_{b5}}{\cos {\mathrm{\α}}_{n2}}\right)$

3)端面模数 $m_{t5}=\frac{m_{n2}}{\cos {\mathrm{\β}}_5}$

4)端面分度圆压力角 ${\mathrm{\α}}_{t5}={\sin }^{-1}\left(\frac{\sin {\mathrm{\α}}_{n2}}{\cos {\mathrm{\β}}_{b5}}\right)$

5)分度圆半径 $R_5=\frac{Z_5{m}_{t5}}{2}$

6.设计、计算2号被动加载齿轮6的主要参数

2号被动加载齿轮6与主动加载齿轮2啮合工作，与第二珩磨轮4同轴，要求Z₆＝z₄、R_b6＝R_b4、p_n6＝p_n2，并令m_n6＝m_n2、α_n6＝α_n2、B₆＝B₃。

基圆螺旋角β_b6＝ψ+β_b2，

其余步骤按1号被动加载齿轮5的计算。

7.珩磨轮齿顶及齿根圆锥锥顶半角

珩磨轮齿顶及齿根理论上应是单叶双曲面，为便于加工采用圆锥面代用。

齿顶圆锥锥顶半角 ${\mathrm{\δ}}_e={\mathrm{tg}}^{-1}\left[\frac{R_e-\sqrt{{(\sqrt{{R_e}^2-{R_b}^2}-B_0\mathrm{Sin\ψ})}^2+{R_b}^2}}{B_0}\right]$

齿根圆锥锥顶半角 ${\mathrm{\δ}}_i={\mathrm{tg}}^{-1}\left[\frac{\sqrt{{(\sqrt{{R_i}^2-{R_b}^2}-B_0\mathrm{Sin\ψ})}^2+{R_b}^2}-R_i}{B_0}\right]$

式中，R_e.珩磨轮的顶圆半径，R_i.珩磨轮的根圆半径，R_b.珩磨轮的基圆半径，B₀.珩磨轮齿宽。

以上计算以珩磨轮中间截面为准。

第一珩磨轮3与第二珩磨轮4采用可修整的氧化铝磨料、树脂结合剂制成齿轮状珩磨轮(外形更像插齿刀)，工作面仍为渐开螺旋面，采用与被加工齿轮完全相同(齿高、齿宽应加大)的金刚石涂层高精度滚轮修整最方便，如采用淬硬钢制造珩磨轮，工作齿面经齿轮磨床精密磨削，表面镀覆CBN(cubic boronnitride)亦可。

实施例

参阅图5，本发明所述的外啮合珩磨圆柱齿轮的机床是一种专用机床，分卧式和立式两种结构。本实施例所述的是属于卧式结构中的一种，即外啮合珩磨圆柱齿轮的机床中的第一珩磨轴II与第二珩磨轴III相互平行，以与面水平面夹角为

的方位安装在箱体10上。工件轴I处于第一珩磨轴II和第二珩磨轴III之间，水平地安装在箱体10上，所以，工件轴I与第一珩磨轴II、第二珩磨轴III构成空间交叉轴，夹角为

水平设置的工件轴I左端安装被加工齿轮1(修整时安装金刚石修整轮)，右端安装主动加载齿轮2，齿轮2可沿滑键9轴向移动达到加载或卸载之目的。滑环7与螺钉8用于消除滑键间隙，滑环7与电机11的输出轴连成一体。电机轴与工件轴I的轴线要重合。电机11通过固定安装在床身15上的底座内的螺杆13、螺母14及滑板12完成电机11及主动加载齿轮2的轴向位移。图中还表示了与工件轴I交角为

的第一珩磨轮轴II，其左端安装第一珩磨轮3，右端安装1号被动加载齿轮5。(第二珩磨轴III、第二珩磨轮4及2号被动加载齿轮6采取拆除省略画法)。以上结构符合本发明的技术方案。

被加工齿轮：m_n＝4mm、α_n＝20°、Z₁＝50、β＝10°(右旋)、b＝30mm、

 

	mn(mm)	αn(°)	Z1	B(mm)	β1(°)	βb1(。)	mt(mm)	αt(°)	pn(mm)	Rb(mm)	R1(mm)
												加工齿轮(轮1)	4	20	50	30	10(右)	9.391(右)	4.062	20.284	11.809	95.252	101.55
	mn2(mm)	αn2(°)	Z2	B2(mm)	β2(°)	βb2(°)	m2(mm)	α2(°)	pn2(mm)	Rb2(mm)	R2(mm)
												主动加载齿轮(轮2)	4.007	20.283	50	50	0.594	0.50	4.007	20.284	11.808	95.252	100.175
	mn3(mm)	αn3(°)	Z3	B3(mm)	β3(°)	βb3(°)	m3(mm)	α3(°)	pn3(mm)	Rb3(mm)	R3(mm)
												珩磨轮(轮3)	4	20	63	40	5.97	5.609(右)	4.022	20.1	11.809	118.977	126.693
	mn4(mm)	αn4(°)	Z4	B(mm)	β4(°)	βb4(°)	M4(mm)	α4(°)	pn4(mm)	Rb4(mm)	R4(mm)
												珩磨轮(轮4)	4	20	57	40	26.07	24.391(左)	4.392	22.508	11.809	116.01	125.172
	mn5(mm)	αn5(°)	Z5	B(mm)	β5(°)	βb5(°)	m5(mm)	α5(°)	pn5(mm)	Rb5(mm)	R5(mm)
												被动加载齿轮(轮5)	4.007	20.283	63	40	15.482	14.5(左)	4.158	20.98	11.808	118.977	130.977

 

	mn6(mm)	αn6(°)	Z6	B(mm)	β6(°)	βb6(°)	m6(mm)	α6(°)	pn6(mm)	Rb6(mm)	R6(mm)
												被动加载齿轮(轮6)	4.007	20.283	57	40	15.482	14.5(右)	4.158	20.98	11.808	116.01	118.503

中心距A₁＝R_b1+R_b3＝214.229(mm)

      A₂＝R_b1+R_b4＝211.262(mm)

采用双珩磨轮外啮合珩磨圆柱齿轮的机床精加工圆柱齿轮的方法：

1.调试机床与修整珩磨轮

1)松开第二珩磨轴III上以弹性环固定安装的第二珩磨轮4，在工件轴I的左端安装金刚石修整轮，转动第二珩磨轴III使金刚石修整轮与第一珩磨轮3，使1号被动加载齿轮5与主动加载齿轮2，使主动加载齿轮2与2号被动加载齿轮6的齿面之间均消隙接触，再转动第二珩磨轮4消除与金刚石修整轮的间隙然后固紧第二珩磨轮4；

2)开动机床并使主动加载齿轮2轴向移动加载修整第一珩磨轮3与第二珩磨轮4，修整完毕，卸载并停机，卸下金刚石修整轮。

2.珩磨被加工齿轮

1)将被加工齿轮1安装在轴I的左端，使其端面靠紧，然后轴向移动主动加载齿轮2，加载至被加工齿轮1双侧齿面与第一珩磨轮3和第二珩磨轮4均匀接触(此时因被加工齿轮并未固紧，允许自转调整，达到轮齿两侧齿面珩磨余量均等)，固紧被加工齿轮1；

2)调整机床确定珩磨速度v₀

按公式

进行调整，

式中：R_b0.珩磨轮基圆半径，ω₀.珩磨轮回转角速度，β_b1.被加工齿轮基圆螺旋角，ψ.可取10°-15°；所述的珩磨轮基圆半径R_b0和珩磨轮回转角速度ω₀的选取，当第一珩磨轮的基圆半径R_b3等于第二珩磨轮的基圆半径R_b4时，分二种情况，1)R_b3＝R_b4＝R_b1，ω₃＝ω₄＝ω₁，2)R_b3＝R_b4≠R_b1，ω₃＝ω₄≠ω₁；当第一珩磨轮的基圆半径R_b3不等于第二珩磨轮的基圆半径R_b4时，分三种情况，1)R_b1≠R_b3≠R_b4时，ω₁≠ω₃≠ω₄，2)R_b3≠R_b4，R_b1＝R_b3时，ω₃≠ω₄，ω₁＝ω₃，3)R_b3≠R_b4，R_b1＝R_b4时，ω₃≠ω₄，ω₁＝ω₄，其中，ω₁.被加工齿轮的回转角速度，ω₃.第一珩磨轮的回转角速度，ω₄.第二珩磨轮的回转角速度，R_b1.被加工齿轮的基圆半径，R_b3.第一珩磨轮的基圆半径，R_b4.第二珩磨轮的基圆半径。

3)然后开机、加载直至去除珩磨余量，随之卸载，停机并卸下已加工好的被加工齿轮1，进入下一个重复上述步骤的工作循环。

Claims (6)

1.一种外啮合珩磨圆柱齿轮的机床，包括有箱体(10)、电机(11)、第一珩磨轮(3)、第二珩磨轮(4)、主动加载齿轮(2)、1号被动加载齿轮(5)、2号被动加载齿轮(6)、工件轴(I)、第一珩磨轴(II)与第二珩磨轴(III)；第一珩磨轴(II)与第二珩磨轴(III)平行，通过轴承水平或者垂直地安装在箱体(10)上，轴距为A＝A₁+A₂，工件轴(I)处于第一珩磨轴(II)、第二珩磨轴(III)之间，并和第一珩磨轴(II)、第二珩磨轴(III)空间交角为ψ，工件轴(I)在第一珩磨轴(II)与第二珩磨轴(III)所确定的平面上的投影线和第一珩磨轴(II)、第二珩磨轴(III)平行，工件轴(I)和第一珩磨轴(II)、第二珩磨轴(III)的轴间最短距离分别为A₁、A₂，A₁和A₂相等或者不等；第一珩磨轮(3)、第二珩磨轮(4)分别固定安装在第一珩磨轴(II)、第二珩磨轴(III)的左端，主动加载齿轮(2)、1号被动加载齿轮(5)、2号被动加载齿轮(6)分别安装在工件轴(I)、第一珩磨轴(II)、第二珩磨轴(III)的右端，工件轴(I)的左端用来安装被加工齿轮(1)，被加工齿轮(1)与第一珩磨轮(3)、第二珩磨轮(4)相啮合，主动加载齿轮(2)与1号被动加载齿轮(5)、2号被动加载齿轮(6)相啮合，并构成了13啮合区(a)、14啮合区(b)、25啮合区(c)、26啮合区(d)，安装1号被动加载齿轮(5)的第一珩磨轴(II)的端部、安装2号被动加载齿轮(6)的第二珩磨轴(III)的端部或者工件轴(I)的端部和电机(11)连接；其特征在于，所述的第一珩磨轮(3)、第二珩磨轮(4)、1号被动加载齿轮(5)与2号被动加载齿轮(6)为锥形齿轮，第一珩磨轮(3)、第二珩磨轮(4)的小端和1号被动加载齿轮(5)、2号被动加载齿轮(6)的小端相对地安装在第一珩磨轴(II)、第二珩磨轴(III)的两端，珩磨轮齿顶及齿根圆锥锥顶半角为：

齿顶圆锥锥顶半角 ${\mathrm{\δ}}_e={\mathrm{tg}}^{-1}\left[\frac{R_e-\sqrt{{(\sqrt{{R_e}^2-{R_b}^2}-B_0\mathrm{Sin\ψ})}^2+{R_b}^2}}{B_0}\right]$

齿根圆锥锥顶半角 ${\mathrm{\δ}}_i={\mathrm{tg}}^{-1}\left[\frac{\sqrt{{(\sqrt{{R_i}^2-{R_b}^2}+B_0\mathrm{Sin\ψ})}^2+{R_b}^2}-R_i}{B_0}\right]$

式中，R_e.珩磨轮的顶圆半径，R_i.珩磨轮的根圆半径，R_b.珩磨轮的基圆半径，B₀.珩磨轮齿宽；

主动加载齿轮(2)采用的是沿齿轮宽度为变齿厚的直齿轮，即采用的是轮齿两侧齿面分别为旋向相反的螺旋渐开面，该主动加载齿轮的基圆螺旋角β_b2＝0.5°～1°，与其相啮合的1号被动加载齿轮(5)、2号被动加载齿轮(6)的螺旋角分别为左旋或右旋，大小等于ψ-β_b2；

被加工齿轮(1)与主动加载齿轮(2)，第一珩磨轮(3)与1号被动加载齿轮(5)，第二珩磨轮(4)与2号被动加载齿轮(6)之间的关系是：Z₁＝Z₂、R_b1＝R_b2，Z₃＝Z₅、R_b3＝R_b5，Z₄＝Z₆、R_b4＝R_b6，A₁＝R_b1+R_b3＝R_b2+R_b5，A₂＝R_b1+R_b4＝R_b2+R_b6，β_b3＝ψ±β_b1、

β_b5＝ψ±β_b2、

其中：Z₁.被加工齿轮的齿数，Z₂.主动加载齿轮的齿数，Z₃.第一珩磨轮的齿数，Z₄.第二珩磨轮的齿数，Z₅.1号被动加载齿轮的齿数，Z₆.2号被动加载齿轮的齿数，R_b1.被加工齿轮的基圆半径，R_b2.主动加载齿轮的基圆半径，R_b3.第一珩磨轮的基圆半径，R_b4.第二珩磨轮的基圆半径，R_b5.1号被动加载齿轮的基圆半径，R_b6.2号被动加载齿轮的基圆半径，β_b1.被加工齿轮的基圆螺旋角，β_b2.主动加载齿轮的基圆螺旋角，β_b3.第一珩磨轮的基圆螺旋角，β_b4.第二珩磨轮的基圆螺旋角，β_b5.1号被动加载齿轮的基圆螺旋角，β_b6.2号被动加载齿轮的基圆螺旋角。

2.按照权利要求1所述的外啮合珩磨圆柱齿轮的机床，其特征在于，所述的相互平行的轴距为A＝A₁+A₂的第一珩磨轴(II)与第二珩磨轴(III)，以与水平面夹角为ψ的方位安装在箱体(10)上，处于第一珩磨轴(II)和第二珩磨轴(III)之间的工件轴(I)通过轴承水平地安装在箱体(10)上，工件轴(I)在第一珩磨轴(II)与第二珩磨轴(III)所确定的平面上的投影线和第一珩磨轴(II)、第二珩磨轴(III)平行，工件轴(I)和第一珩磨轴(II)、第二珩磨轴(III)的轴间最短距离分别为A₁、A₂，A₁和A₂相等或者不等。

3.按照权利要求1所述的外啮合珩磨圆柱齿轮的机床，其特征在于，所述的主动加载齿轮(2)与滑环(7)借助于滑键(9)滑动连接在轴端，滑环(7)和主动加载齿轮(2)右端面接触，主动加载齿轮(2)和滑环(7)内孔滑键槽分别与滑键(9)两侧工作面靠紧并用螺钉(8)固紧；

所述的第二珩磨轮(4)是采用能够圆周调整相位的锥面弹性环固定连接在第二珩磨轴(III)的左端。

4.按照权利要求3所述的外啮合珩磨圆柱齿轮的机床，其特征在于，所述的第一珩磨轮(3)与第二珩磨轮(4)采用能够修整的氧化铝磨料、树脂结合剂制成，轮齿工作面为渐开螺旋面，或者采用淬硬钢制成第一珩磨轮(3)与第二珩磨轮(4)，轮齿工作齿面为采用经齿轮磨床精密磨削后的表面镀覆CBN。

5.采用权利要求1所述的外啮合珩磨圆柱齿轮的机床精加工圆柱齿轮的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

1)调试机床与修整珩磨轮

(1)松开第二珩磨轴(III)上以弹性环固定安装的第二珩磨轮(4)，在工件轴(I)的左端安装金刚石修整轮，转动第二珩磨轴(III)使金刚石修整轮与第一珩磨轮(3)，使1号被动加载齿轮(5)与主动加载齿轮(2)，使主动加载齿轮(2)与2号被动加载齿轮(6)的齿面之间均消隙接触，再转动第二珩磨轮(4)消除与金刚石修整轮的间隙然后固紧第二珩磨轮(4)；

(2)开动机床并使主动加载齿轮(2)轴向移动加载修整第一珩磨轮(3)与第二珩磨轮(4)，修整完毕，卸载并停机，卸下金刚石修整轮；

2)珩磨被加工齿轮

(1)将被加工齿轮(1)安装在工件轴(I)的左端，使其端面与工件轴(I)的轴肩靠紧，然后轴向移动主动加载齿轮(2)进行加载，使被加工齿轮(1)双侧齿面与第一珩磨轮(3)和第二珩磨轮(4)接触连接，即达到被加工齿轮(1)两侧齿面珩磨余量均等状态，紧固被加工齿轮(1)；

(2)调整机床确定珩磨速度v₀

按公式 $v_0=\frac{R_{b0}{\mathrm{\ω}}_0}{\cos {\mathrm{\β}}_{b1}}\sin \mathrm{\ψ}$ 进行调整，

式中：R_b0.珩磨轮基圆半径，ω₀.珩磨轮回转角速度，β_b1.被加工齿轮基圆螺旋角，ψ.取10°-15°；

(3)然后开机、加载直至去除珩磨余量，随之卸载，停机并卸下已加工好的被加工齿轮(1)，进入下一个重复上述步骤的工作循环。

6.按照权利要求5所述的采用权利要求1所述的外啮合珩磨圆柱齿轮的机床精加工圆柱齿轮的方法，其特征在于，所述的珩磨轮基圆半径R_b0和珩磨轮回转角速度ω₀的选取，当第一珩磨轮的基圆半径R_b3等于第二珩磨轮的基圆半径R_b4时，即R_b3＝R_b4时，ω₃＝ω₄，其中，ω₃.第一珩磨轮的回转角速度，ω₄.第二珩磨轮的回转角速度；

当第一珩磨轮的基圆半径R_b3不等于第二珩磨轮的基圆半径R_b4时，即R_b3≠R_b4时，ω₃≠ω₄。

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