CN210789529U - 一种平行轴线齿轮滚刀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种平行轴线齿轮滚刀，属于齿轮加工刀具技术领域。所述滚刀包括凸齿和凹齿两种类型，其中凸齿滚刀用于凹齿平行轴线齿轮的滚齿加工，凹齿滚刀用于凸齿平行轴线齿轮的滚齿加工。其特征是滚刀齿高小，滚刀法向齿形为圆弧曲线的包络曲线。滚刀对应的基本齿条法向齿形为圆弧，但其节线位于接触点处，而不位于圆心附近。本实用新型提出的一种专门用于加工平行轴线齿轮的滚齿刀具，便于制造。在平行轴线齿轮加工生产时能够使用一把刀具对同一模数不同齿数的平行轴线齿轮进行加工，减少刀具种类和数量和降低成本，从而为平行轴线齿轮批量化生产提供基础。

Description

一种平行轴线齿轮滚刀

技术领域

本实用新型涉及齿轮加工刀具技术领域，尤其涉及一种平行轴线齿轮滚刀。

背景技术

平行轴线齿轮是一种基于空间共轭曲线啮合理论的新型齿轮，其具有齿数少、效率高、无相对滑动、在接触点综合曲率半径小等优点。其可用于食品领域、包装机械、机器人等领域。目前，对于平行轴线齿轮的加工主要采用指状铣刀、盘形铣刀等成形刀具进行加工。但采用成形刀具会产生分度误差，而且加工效率相对较低。

常用的齿轮制造工艺有铣齿、滚齿、刨齿、剃齿、插齿、磨齿等。其中滚齿加工工艺应用最广。其生产效率高、加工精度高、适应性好，对于具有相同模数和压力角的齿轮均可采用同一把滚刀进行加工。但是，由于齿形不同，目前已有的齿轮滚刀无法对平行轴线齿轮进行加工。因此，需要对平行轴线齿轮滚刀进行设计，从而提高线齿轮生产效率，为平行轴线齿轮批量化生产提供基础。

实用新型内容

为了解决现有平行轴线齿轮加工手段单一、生产效率相对较低的问题，本实用新型提供了一种用于平行轴线齿轮滚齿加工的专用滚刀。提升了线齿轮加工效率和加工精度，为平行轴线齿轮批量化生产提供基础。

本实用新型的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种平行轴线齿轮滚刀，包括基圆柱以及在基圆柱上呈螺旋状分布着的基本螺旋表面；基本螺旋表面上间隔分布着滚刀刀齿与容屑槽，一排滚刀刀齿对应一条容屑槽；每一个滚刀刀齿包括一个前刀面、一个顶刃后刀面、一个侧刃后刀面、一条切削刃以及一条顶刃；

所述基本螺旋表面由平行轴线齿轮滚刀轴向齿形轮廓或端面齿形轮廓沿螺旋线旋转得到。

所述平行轴线齿轮滚刀包括凸齿滚刀和凹齿滚刀两种类型，其中凸齿滚刀用于凹齿平行轴线齿轮的滚齿加工，凹齿滚刀用于凸齿平行轴线齿轮的滚齿加工。

所述平行轴线齿轮滚刀，凸齿滚刀的端面齿形为两段相互对称的凸型曲线，所述凹齿滚刀的端面齿形为两段相互对称的凹型曲线。平行轴线齿轮滚刀端面齿形曲线可以统一表示为：

(sin(α₀)+sin(t))

式中，t为参变量，x_d1为平行轴线齿轮滚刀端面齿形曲线的横坐标，y_d1为平行轴线齿轮滚刀端面齿形曲线的纵坐标，r为基本齿廓的圆弧半径，β₁为平行轴线齿轮滚刀螺旋角，α₀为基本齿条的名义压力角，r_j为平行轴线齿轮滚刀节圆半径，基本齿廓为平行轴线齿轮滚刀基本齿条的法向齿形曲线；当α₀＞0，t∈(0，pi)，平行轴线齿轮滚刀端面齿形曲线为凹型曲线；当α₀＜0，t∈(pi，2*pi)，平行轴线齿轮滚刀端面齿形曲线为凸型曲线。

所述平行轴线齿轮滚刀，对比相同模数的渐开线齿轮滚刀，平行轴线齿轮滚刀齿高为渐开线齿轮滚刀齿高的1/3-1/4。由于平行轴线齿轮是点接触齿轮，增大齿高不会增大线齿轮的重合度，反而会削弱线齿轮的齿根弯曲强度。因此平行轴线齿轮齿高仅为渐开线齿轮滚刀齿高的1/3-1/4，滚刀齿高也仅为渐开线齿轮滚刀齿高的1/3-1/4。

所述平行轴线齿轮滚刀对于模数相同、齿数不同的平行轴线齿轮能够使用一把平行轴线齿轮滚刀进行加工。平行轴线齿轮滚刀加工出来的线齿轮为纯滚动齿轮。由于线齿轮是点接触齿轮，其接触点在齿面上的集合为一条螺旋线，我们称这条螺旋线为线齿轮的接触线。线齿轮上的接触线可以表示为：

式中，x为接触线的横坐标，y为接触线的纵坐标，z为接触线的竖坐标，m为接触点所在螺旋线半径，n为螺旋线螺距参数，t为参变量，ts为接触点起始角度，te为接触线结束角度。

所述平行轴线齿轮滚刀的两侧两条法向齿形曲线相互对称。平行轴线齿轮滚刀对应的基本齿条法向齿形曲线为圆弧，所述基本齿条法向齿形曲线表示为：

x_f2＝e+r*cos(t)；

y_f2＝r*sin(t)-r*sin(α₀)；

式中，t为参变量，x_f2为平行轴线齿轮滚刀基本齿条法向齿形曲线的横坐标，y_f2为平行轴线齿轮滚刀基本齿条法向齿形曲线的纵坐标，e为偏移距离；r为基本齿廓的圆弧半径，基本齿条的法向齿形曲线即为基本齿廓，α₀为基本齿廓的名义压力角。

所述平行轴线齿轮滚刀基本齿条的端面齿形曲线位于凹齿平行轴线齿轮对应的假想齿条端面齿形与凸齿平行轴线齿轮对应的假想齿条端面齿形之间；对于不同齿数的平行轴线齿轮均可采用同一把铣刀加工。平行轴线齿轮滚刀加工得到的线齿轮能够与同一把线齿轮铣刀加工得到的平行轴线齿轮进行互换。

与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

1、与已有线齿轮加工技术相比，本实用新型在加工线齿轮过程中不存在分度运动，因而加工精度更高。且加工过程为连续切削，加工效率更高。

2、采用一把线齿轮滚刀即可对同一模数的线齿轮进行加工，减少了刀具数量，便于管理，有利于降低生产成本。

3、滚齿加工制造工艺简单，在加工不同模数齿轮时只需更换为相应模数滚刀即可完成加工。

4、可以在不改变传统滚齿机结构的情况下采用传统滚齿机加工线齿轮，无需另外增加企业成本，有利于线齿轮的推广与发展。

附图说明

图1是本发明滚刀结构示意图。

图2是本发明凸齿线齿轮滚刀基本齿条的法向齿形曲线。

图3是本发明凹齿线齿轮滚刀基本齿条的法向齿形曲线。

图4是凸弧线齿轮滚刀基本蜗杆与基本齿条啮合状态示意图。

图5是凹弧线齿轮滚刀基本蜗杆与基本齿条啮合状态示意图。

图6是凸弧线齿轮和凹弧线齿轮对应的假想齿条端面齿形曲线与平行轴线齿轮滚刀对应的基本齿条端面齿形对比。

图7是不同节圆半径凹齿平行轴线齿轮与凸齿平行轴线齿轮对应的齿条的端面齿形曲线。

图中：

基圆柱1，基本螺旋表面2，滚刀刀齿3，容屑槽4，前刀面5，顶刃后刀面6，侧刃后刀面7，切削刃8，顶刃9，滚刀轴向齿形轮廓10，铣齿凸弧线齿轮端面齿形对应的假想齿条端面齿形11，基本齿条端面齿形12，铣齿凹弧线齿轮端面齿形对应的假想齿条端面齿形 13，大节圆半径凸齿平行轴线齿轮假想齿条端面齿形14，小节圆半径凸齿平行轴线齿轮假想齿条端面齿形15，大节圆半径凹齿平行轴线齿轮假想齿条端面齿形16，小节圆半径凸齿平行轴线齿轮假想齿条端面齿形17。

具体实施方式

为了更加清楚的说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型的范围。

实施例：

如图1所示，本实施例是一种线齿轮滚刀，包括基圆柱1以及在基圆柱1上呈螺旋状分布着的基本螺旋表面2；基本螺旋表面2上间隔分布着滚刀刀齿3与容屑槽4，一排滚刀刀齿对应一条容屑槽；每一个滚刀刀齿3包括一个前刀面5、一个顶刃后刀面6、一个侧刃后刀面7、一个顶刃9以及一个切削刃8。所述基本螺旋表面2由平行轴线齿轮滚刀轴向齿形轮廓10或端面齿形轮廓沿螺旋线旋转得到。

平行轴线齿轮滚刀包括凸齿滚刀和凹齿滚刀两种类型，其中凸齿滚刀用于凹齿平行轴线齿轮的滚齿加工，凹齿滚刀用于凸齿平行轴线齿轮的滚齿加工。

所述凸齿滚刀的端面齿形为两段相互对称的凸型曲线，所述凹齿滚刀的端面齿形为两段相互对称的凹型曲线；平行轴线齿轮滚刀端面齿形曲线可以统一表示为：

(sin(α₀)+sin(t))

式中，t为参变量，x_d1为平行轴线齿轮滚刀端面齿形曲线的横坐标，y_d1为平行轴线齿轮滚刀端面齿形曲线的纵坐标，r为基本齿廓的圆弧半径，基本齿廓为平行轴线齿轮滚刀基本齿条的法向齿形曲线，β₁为平行轴线齿轮滚刀螺旋角，α₀为基本齿廓的名义压力角，r_j为平行轴线齿轮滚刀节圆半径；当α₀＞0，t∈(0，pi)，平行轴线齿轮滚刀端面齿形曲线为凹型曲线；当α₀＜0，t∈(pi，2*pi)，平行轴线齿轮滚刀端面齿形曲线为凸型曲线。

为了获得良好的齿根弯曲强度，平行轴线齿轮滚刀齿高是渐开线齿轮滚刀齿高的1/3-1/4。如图2和图3所示，平行轴线齿轮滚刀法向齿形曲线可认为由平行轴线齿轮滚刀基本齿条法向齿形曲线包络得到，平行轴线齿轮滚刀两侧两条法向齿形曲线相互对称，平行轴线齿轮滚刀对应的基本齿条法向齿形曲线为圆弧，平行轴线齿轮滚刀基本齿条法向齿形曲线可以表示为：

x_f2＝e+r*cos(t)；

y_f2＝r*sin(t)-r*sin(α₀)；

式中，t为参变量，x_f2为平行轴线齿轮滚刀基本齿条法向齿形曲线的横坐标，y_f2为平行轴线齿轮滚刀基本齿条法向齿形曲线的纵坐标，e为偏移距离；r为基本齿廓的圆弧半径，基本齿条的法向齿形曲线即为基本齿廓，α₀为基本齿廓的名义压力角。

如图4和图5所示，本实施例中，平行轴线齿轮滚刀与基本齿条共轭啮合。平行轴线齿轮滚刀包括凸齿滚刀和凹齿滚刀两种类型，其中凸齿滚刀用于凹齿平行轴线齿轮的滚齿加工，凹齿滚刀用于凸齿平行轴线齿轮的滚齿加工。

平行轴线齿轮滚刀基本齿条端面齿形曲线可以表示为：

y_d2＝r*sin(t)-r*sin(α₀)；

式中，t为参变量，x_d2为平行轴线齿轮滚刀基本齿条的端面齿形曲线横坐标，y_d2为平行轴线齿轮滚刀基本齿条的端面齿形曲线纵坐标，β₂为平行轴线齿轮螺旋角。

所述平行轴线齿轮滚刀对于模数相同、齿数不同的平行轴线齿轮能够使用一把平行轴线齿轮滚刀进行加工。平行轴线齿轮滚刀加工出来的线齿轮为纯滚动齿轮。由于线齿轮是点接触齿轮，其接触点在齿面上的集合为一条螺旋线，我们称这条螺旋线为线齿轮的接触线。线齿轮上的接触线可以表示为：

式中，x为接触线的横坐标，y为接触线的纵坐标，z为接触线的竖坐标，m为接触点所在螺旋线半径，n为螺旋线螺距参数，t为参变量，ts为接触点起始角度，te为接触线结束角度。所述平行轴线齿轮滚刀的左右两条法向齿形曲线相互对称。

如图6所示，基本齿条端面齿形曲线12位于与凹弧平行轴线齿轮端面齿形对应的假想齿条端面齿形曲线13与凸弧平行轴线齿轮端面齿形对应的假想齿条端面齿形曲线11之间。因此，所切得的平行轴线齿轮端面齿形也位于凹弧平行轴线齿轮端面齿形与凸弧平行轴线齿轮端面齿形之间。所以，平行轴线齿轮滚刀滚齿加工得到的线齿轮端面齿形为铣齿加工得到的平行轴线齿轮端面齿形的近似，两者之间具有互换性。

如图7所示，大节圆半径凸齿平行轴线齿轮假想齿条端面齿形14位于小节圆半径凸齿平行轴线齿轮假想齿条端面齿形15内侧。大节圆半径凹齿平行轴线齿轮假想齿条端面齿形 16位于小节圆半径凹齿平行轴线齿轮假想齿条端面齿形17外侧。线齿轮节圆半径越大，一对相互啮合的平行轴凹齿线齿轮和凸齿线齿轮对应的齿条端面齿形越来越分开。所以，设计的平行轴线齿轮滚刀总是可以对半径大于所选的一对凹齿和凸齿线齿轮节圆半径的平行轴线齿轮进行加工，并能够与铣齿加工得到的平行轴线齿轮进行互换。

本实用新型针对线齿轮的结构特点，提出了一种平行轴线齿轮专用加工滚刀以及平行轴线齿轮滚刀设计方法，大大简化了平行轴线齿轮滚刀设计过程。改善了平行轴线齿轮加工精度，提高了平行轴线齿轮加工效率。为平行轴线齿轮批量化生产奠定了生产基础。有利于线齿轮的进一步推广与应用。

Claims (6)

1.一种平行轴线齿轮滚刀，包括凸齿滚刀和凹齿滚刀两种类型，其中凸齿滚刀用于凹齿平行轴线齿轮的滚齿加工，凹齿滚刀用于凸齿平行轴线齿轮的滚齿加工，其特征在于，平行轴线齿轮滚刀包括基圆柱以及在基圆柱上呈螺旋状分布着的基本螺旋表面；基本螺旋表面上间隔分布着滚刀刀齿与容屑槽，一排滚刀刀齿对应刀齿前的一条容屑槽；每一个滚刀刀齿包括一个前刀面、一个顶刃后刀面、一个侧刃后刀面、一条切削刃以及一条顶刃；

所述基本螺旋表面由平行轴线齿轮滚刀轴向齿形轮廓或端面齿形轮廓沿螺旋线旋转得到。

2.根据权利要求1所述的平行轴线齿轮滚刀，其特征在于，所述凸齿滚刀的端面齿形为两段相互对称的凸型曲线，所述凹齿滚刀的端面齿形为两段相互对称的凹型曲线；平行轴线齿轮滚刀端面齿形曲线可以统一表示为：

(sin(α₀)+sin(t))

式中，t为参变量，x_d1为平行轴线齿轮滚刀端面齿形曲线的横坐标，y_d1为平行轴线齿轮滚刀端面齿形曲线的纵坐标，r为基本齿廓的圆弧半径，基本齿廓为平行轴线齿轮滚刀基本齿条的法向齿形曲线，β₁为平行轴线齿轮滚刀螺旋角，α₀为基本齿廓的名义压力角，r_j为平行轴线齿轮滚刀节圆半径；当α₀＞0，t∈(0，pi)，平行轴线齿轮滚刀端面齿形曲线为凹型曲线；当α₀＜0，t∈(pi，2*pi)，平行轴线齿轮滚刀端面齿形曲线为凸型曲线。

3.根据权利要求1所述的平行轴线齿轮滚刀，其特征在于：对比相同模数的渐开线齿轮滚刀，平行轴线齿轮滚刀齿高为渐开线齿轮滚刀齿高的1/3-1/4。

4.根据权利要求1所述的平行轴线齿轮滚刀，其特征在于，对于模数相同、齿数不同的平行轴线齿轮能够使用一把平行轴线齿轮滚刀进行加工；平行轴线齿轮滚刀加工出来的线齿轮为纯滚动齿轮；由于线齿轮是点接触齿轮，其接触点在齿面上的集合为一条螺旋线，我们称这条螺旋线为线齿轮的接触线；线齿轮上的接触线可以表示为：

式中，x为接触线的横坐标，y为接触线的纵坐标，z为接触线的竖坐标，m为接触点所在螺旋线半径，n为螺旋线螺距参数，t为参变量，ts为接触点起始角度，te为接触线结束角度。

5.根据权利要求2所述的平行轴线齿轮滚刀，其特征在于，平行轴线齿轮滚刀的两侧两条基本齿条的法向齿形曲线相互对称；平行轴线齿轮滚刀对应的基本齿条法向齿形曲线为圆弧，所述平行轴线齿轮滚刀基本齿条法向齿形曲线可以表示为：

x_f2＝e+r*cos(t)；

y_f2＝r*sin(t)-r*sin(α₀)；

式中，x_f2为平行轴线齿轮滚刀基本齿条法向齿形曲线的横坐标，y_f2为平行轴线齿轮滚刀基本齿条法向齿形曲线的纵坐标，e为偏移距离；r为基本齿廓的圆弧半径，α₀为基本齿廓的名义压力角。

6.根据权利要求1所述的平行轴线齿轮滚刀，其特征在于：平行轴线齿轮滚刀基本齿条的端面齿形曲线位于凹齿平行轴线齿轮对应的假想齿条端面齿形与凸齿平行轴线齿轮对应的假想齿条端面齿形之间；对于不同齿数的平行轴线齿轮均可采用同一把铣刀加工；平行轴线齿轮滚刀加工得到的平行轴线齿轮能够与同一把线齿轮铣刀加工得到的平行轴线齿轮进行互换。

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