CN107717137A - 一种齿顶倒圆方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于齿轮制造领域，涉及根据齿轮廓形计算砂轮廓形的设计方法，解决目前齿顶倒圆仍需手工打磨的问题，提出了一种新的齿顶倒圆方法。该方法采用专用倒圆砂轮在蜗杆砂轮磨齿机上加工齿顶圆角，与传统手工打磨齿顶倒圆相比，大大提高了加工效率与加工质量。首先根据现阶段齿轮制造工艺分析齿顶倒圆必须在齿轮加工完成后进行单独倒圆工序，然后提出一种根据齿轮的几何参数与倒圆尺寸计算专用蜗杆砂轮廓形的设计方法。

Description

一种齿顶倒圆方法

技术领域

本发明属于齿轮制造领域，涉及根据齿轮廓形计算砂轮廓形的设计方法，解决齿顶倒圆仍需手工打磨的问题，提出了一种新的齿轮制造工艺。

背景技术

大量理论和实践表明，齿轮的边缘棱角会因为小的磕碰易造成齿面凸起而产生噪声和损伤啮合齿面，并且这种边缘棱角在热处理的过程中易引起应力集中，影响齿轮的力学性能导致齿轮容易疲劳磨损，降低齿轮寿命。因而在齿轮制造领域中，对齿轮进行倒棱与倒圆处理已成为一道重要工序。

齿轮倒圆分为齿廓倒圆与齿顶倒圆。齿廓倒圆通常在倒棱机上，通过挤棱刀或成型铣刀进行加工，与齿廓倒圆相比齿顶倒圆的作用更加重要，因为在齿轮传动中，主动齿轮的齿顶尖点直接与从动齿轮的齿面接触啮合，易产生冲击，引起振动与噪音。

齿顶倒圆工艺复杂，同时考虑圆角的加工精度要求较低，因而现阶段的齿顶倒圆仍是采用人工打磨的方式，效率低下，浪费人力工时，并且表面质量粗糙，急需一种新的齿顶倒圆工艺来代替手工作业。

为避免人工打磨破坏已经加工完成的齿轮啮合面，现阶段的齿顶倒圆工序必须安排在磨齿精加工之前，滚齿粗加工之后，考虑圆角尺寸较小，无法忽略精加工余量，因而磨齿加工时会破坏已经加工完成的圆角，如图1所示，出现切触起点被去除甚至整个圆角都被去除的现象，切触点被去除会引起齿廓部分与齿顶圆角产生新的尖点，易产生应力集中与啮合冲击。

齿顶倒圆不宜在齿形修形的磨齿工艺中加工，因为磨齿的修形量很小，而齿顶倒圆半径通常在0.1到0.5之间，材料去除量较大，会影响齿形修形的精度。所以新的齿顶倒圆工艺必须安排在齿轮磨齿精加工之后，且不能破坏已经加工完成的齿轮啮合面。

发明内容

针对上述人工打磨齿顶圆角的效率低质量差的问题，本发明提供了一种齿顶倒圆方法，该方法实现用展成原理加工齿顶圆角，达到替代现阶段手工打磨齿顶圆角的目的。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种齿顶倒圆方法，在传统齿轮加工中的滚齿与磨齿工序完成后再进行单独的齿顶圆角加工，作为齿轮加工的最终工序，将传统滚齿—手工打磨—磨齿的工序，改变为滚齿—磨齿—蜗杆砂轮倒圆的工序。

作为本发明的一种优选方案，蜗杆砂轮倒圆是用展成原理磨削齿顶圆角。

作为本发明的另一种优选方案，蜗杆砂轮倒圆的工序中所采用的倒圆蜗杆砂轮是根据齿顶圆角的几何尺寸来设计计算砂轮廓形；砂轮廓形方程是：

式中，θ∈(θ1，θ2)，R_a表示齿顶圆半径，R表示倒圆半径，α是圆心坐标的求解参数，θ1表示齿顶圆上的圆弧角度，θ2表示齿廓渐开线上的圆弧角度，X₁，Y₁为圆弧方程，X₂，Y₂为砂轮端面廓形方程；ρ是节园半径。

作为本发明的一种改进方案，倒圆蜗杆砂轮不会与齿廓啮合部分和齿顶圆部分相接触。

本发明的技术效果是：采用蜗杆砂轮加工齿顶圆角，效率高，大量节省人力工时，并且加工出的齿轮圆角精度高，表面质量好，加工过程中不会产生干涉，在蜗杆砂轮磨齿机中通过修整砂轮即可加工，易于实现。

附图说明

图1为滚齿加工的圆角在精加工后出现齿顶尖点的结构示意图；

图2为齿顶圆角与齿廓曲线、齿顶圆曲线的几何关系图；

图3为齿顶倒圆蜗杆砂轮及其廓形的结构示意图；

图4为加工仿真结果的示意图。

图中，1—齿顶；2—精加工齿廓；3—粗加工齿廓；4—精加工齿廓；5—粗加工齿廓；H—精加工余量0.1mm-0.15mm。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

根据具体的齿轮参数与倒圆半径，确定圆弧的起点坐标、终点坐标与圆心位置。如图2，圆心位置可根据齿廓法向量与齿顶圆法向量两种方式表达，二者的结果相等，从而建立等式：

将渐开线方程与齿顶圆方程代入(1)式：

其中R_b表示渐开线基圆半径，R_a表示齿顶圆半径，R表示倒圆半径，α表示齿顶圆上的圆弧角度，θ表示齿廓渐开线上的圆弧角度。求解(2)式得到θ与α，将其分别代入起始点坐标：

(R_b(sinθ-θcosθ)，R_b(cosθ+θsinθ)) (3)

与终止点坐标

(R_acosα，R_asinα) (4)

得到最终修缘曲线方程(X1，Y1)为：

齿廓法向量(N_x，N_y)为：

其中：R_b表示渐开线基圆半径，R_a表示齿顶圆半径，R表示倒圆半径。根据齿轮啮合原理，将齿廓点的坐标与对应的法向量坐标代入啮合方程：

其中表示齿廓法向量，表示相对速度，下角标1与2分别表示在不同的坐标系S1与S2下，A矩阵由下式推导，根据坐标变换有以下关系：

φ是变换转角，是变换矩阵，相对速度可看做S2坐标系下的齿廓方程对时间的导数：

(r_x，r_y)是S1坐标系下的齿廓方程，ρ是节园半径，对啮合方程进行变形化简：

将(8)(9)式代入(10)式，求解矩阵A为：

将(10)代入(7)式，求解啮合方程，得到齿廓点进入啮合所需的转角φ,再通过坐标变换得到产形齿条的廓形：

产形齿条的廓形即砂轮的断面廓形，CAD中对端面廓形进行螺旋扫掠，即得到齿顶倒圆的蜗杆砂轮。

为避免加工时蜗杆砂轮与齿轮齿顶接触，需要对砂轮齿根处进行特殊处理，用多段内凹的圆弧代替最初的齿根部分，圆弧之间彼此相切，不存在尖点，从而利于金刚滚轮对砂轮的修整，最终设计得到的砂轮如图3所示。

将上述设计计算得到的砂轮安装在蜗杆砂轮磨齿机中，齿轮的装夹与相位找正同传统的磨齿工艺相同，在CAD软件中进行bool运算仿真，从仿真结果(如图4所示)可以看出此发明的正确性与可行性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种齿顶倒圆方法，其特征在于，在传统齿轮加工中的滚齿与磨齿工序完成后再进行单独的齿顶圆角加工，作为齿轮加工的最终工序，将传统滚齿—手工打磨—磨齿的工序，改变为滚齿—磨齿—蜗杆砂轮倒圆的工序。

2.根据权利要求1所述一种齿顶倒圆方法，其特征在于，蜗杆砂轮倒圆是用展成原理磨削齿顶圆角。

3.根据权利要求2所述一种齿顶倒圆方法，其特征在于，蜗杆砂轮倒圆的工序中所采用的倒圆蜗杆砂轮是根据齿顶圆角的几何尺寸来设计计算砂轮廓形；砂轮廓形方程是：

<mrow> <mfenced open='[' close=']'> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>X</mi> <mn>2</mn> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>Y</mi> <mn>2</mn> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>=</mo> <mfenced open='[' close=']'> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>X</mi> <mn>1</mn> </msub> <mi>cos</mi> <mi>&amp;Phi;</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>Y</mi> <mn>1</mn> </msub> <mi>sin</mi> <mi>&amp;Phi;</mi> <mo>+</mo> <mi>&amp;rho;&amp;Phi;</mi> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>X</mi> <mn>1</mn> </msub> <mi>sin</mi> <mi>&amp;Phi;</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>Y</mi> <mn>1</mn> </msub> <mi>cos</mi> <mi>&amp;Phi;</mi> <mo>-</mo> <mi>&amp;rho;</mi> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>

式中，θ∈(θ₁，θ_２)，R_a表示齿顶圆半径，R表示倒圆半径，α是圆心坐标的求解参数，θ₁表示齿顶圆上的圆弧角度，θ₂表示齿廓渐开线上的圆弧角度，X₁，Y₁为圆弧方程，X₂，Y₂为砂轮端面廓形方程，ρ是节园半径。

4.根据权利要求3所述一种齿顶倒圆方法，其特征在于，倒圆蜗杆砂轮不会与齿廓啮合部分和齿顶圆部分相接触。