專利名稱：對數(shù)螺旋線齒錐齒輪及加工該齒輪用對數(shù)螺旋線凸輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種對數(shù)螺旋線齒錐齒輪及加工該齒輪用對數(shù)螺旋線凸輪，屬于機械領(lǐng)域。
齒輪生產(chǎn)在現(xiàn)代化機械制造業(yè)中占有重要地位，而錐齒輪在機械傳動中的應(yīng)用更是相當(dāng)普遍，在錐齒輪傳動中，由于直齒錐齒輪在傳動的平穩(wěn)性以及承載能力等方面，不如更加優(yōu)越的螺旋錐齒輪，所以大型機械傳動中的重型齒輪一般都采用螺旋錐齒輪，現(xiàn)有的螺旋錐齒輪按齒面節(jié)線分，大致有三種，一種是圓弧齒錐齒輪，一種是延伸外擺線齒錐齒輪，還有一種是準(zhǔn)漸開線齒錐齒輪。這三種齒輪中使用最廣泛的是圓弧齒錐齒輪，其次就是延伸外擺線齒錐齒輪。螺旋錐齒輪與直齒錐齒輪相比，在使用上有以下優(yōu)點1.增大了接觸比，也就是增加了重迭系數(shù)，由于螺旋錐齒輪的齒線是曲線的，在傳動過程中至少有兩個或兩個以上的齒同時接觸，重迭交替接觸的結(jié)果，減輕了沖擊，使傳動平穩(wěn)，降低了噪音；2.由于螺旋角的關(guān)系，重迭系數(shù)增大，因而負(fù)荷比壓降低，磨損較均勻，相應(yīng)的增大了齒輪的負(fù)載能力，增長了使用壽命；3.可以實現(xiàn)大的傳動比，小輪的齒數(shù)可以少至五齒；4.可以調(diào)整刀盤半徑，利用齒線曲率修正接觸區(qū)；5.可以進(jìn)行齒面的研磨，以降低噪音、改善接觸區(qū)和提高齒面光潔度，但是現(xiàn)有的螺旋錐齒輪的缺陷也是非常顯著的。首先是嚙合的精度難以進(jìn)一步提高，這是由現(xiàn)有螺旋錐齒輪本身的齒形特點所造成，例如圓弧齒錐齒輪和延伸外擺線齒錐齒輪，它們的齒面節(jié)線分別為圓弧的一部分和延伸外擺線的一部分，無論是圓弧齒錐齒輪還是延伸外擺線齒錐齒輪，它們在齒長方向上齒面節(jié)線各點的螺旋角是不等的，因此一對匹配的螺旋錐齒輪除齒面節(jié)線中點處螺旋角是相等的之外，其它各點處的螺旋角是不等的，根據(jù)螺旋錐齒輪嚙合原理可知，一對螺旋錐齒輪要想正確嚙合必須滿足以下條件1.兩輪的螺旋角必須大小相等，方向相反；2.兩輪的法向壓力角相等；3.兩輪的法向模數(shù)必須相等，雖然后兩個條件能夠滿足，但由于現(xiàn)有螺旋錐齒輪齒形本身的原因，第一個條件是無法滿足的，要想提高其嚙合精度，必須對匹配的一對螺旋錐齒輪的螺旋角進(jìn)行修正，使其盡可能相等，這樣才能使兩個相互匹配的齒輪正確嚙合，顯然，要使相互匹配的兩個螺旋錐齒輪在齒長方向上，齒面節(jié)線各點的螺旋角完全相等，加工工件的工藝是相當(dāng)復(fù)雜的，甚至是不可能的，因此嚙合精度的提高是有限的，而且也使齒輪本身造價大大提高了，另外，在使用過程中，修正后的匹配齒輪，只能同時使用，同時更換，不能單獨更換，這就造成了相當(dāng)大的浪費，極大地提高了設(shè)備使用和維護的費用。其次，現(xiàn)有螺旋錐齒輪的制作是比較復(fù)雜的，特別是在重型齒輪的制作上更是如此。我們知道制作現(xiàn)有圓弧齒錐齒輪的切齒原理是按“假想平頂齒輪”原理考慮的，也就是在切齒過程中，假想有一個平頂齒輪與機床搖臺同心，它通過機床搖臺的轉(zhuǎn)動而與被切削齒輪做無隙的嚙合，這個假想平頂齒輪就是刀具，刀具切削刃在齒坯上逐漸切出齒形，若加工的齒輪越大，這個假想的平頂齒輪(即刀具)也就越大，刀具的制作以及刀具刃的修磨也就更加困難，加工齒輪所需設(shè)備也就更加龐大復(fù)雜，制作現(xiàn)有延伸外擺線齒錐齒輪也是如此，我們知道延伸外擺線齒錐齒輪的切齒原理是按“假想平面齒輪原理考慮的”就是在切齒過程中，以假想平面齒輪與被切齒輪做無隙嚙合，這個假想平面齒輪就是刀具，刀具的切削刃在齒坯上逐漸切出齒形，顯然加工的齒輪越大，這個假想平面齒輪(即刀具)，也就越大，由此我們不難看出，現(xiàn)有螺旋錐齒輪的制作是比較復(fù)雜的，特別是在制作重型齒輪方面就更加困難了，重型齒輪體積寵大，加工它們所用的銑刀盤也相當(dāng)寵大，大型銑刀盤本身制作就相當(dāng)困難，而且其刃的修磨也相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，可見加工大型齒輪的設(shè)備無疑也是相當(dāng)龐大復(fù)雜的，這不僅極大地提高大型齒輪的生產(chǎn)成本及生產(chǎn)的技術(shù)難度，而且也使大型齒輪規(guī)格尺寸進(jìn)一步提高受到限制。
本實用新型的目的旨在提供一種新的螺旋錐齒輪以及加工這種齒輪用的凸輪，即對數(shù)螺旋線齒錐齒輪及加工該齒輪用對數(shù)螺旋線凸輪。這種新的螺旋錐齒輪不僅囊括了現(xiàn)有螺旋錐齒輪的全部優(yōu)點，而且解決了現(xiàn)有螺旋錐齒輪存在的無法克服的缺陷問題，它不僅使螺旋錐齒輪的嚙合精度得到極大的提高，而且使制作工藝的難度及生產(chǎn)成本大大降低，特別是在制造重型齒輪方面其優(yōu)勢更為突出，極大地擴大了齒輪制作的規(guī)格范圍。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的本實用新型的錐齒輪為對數(shù)螺旋線齒錐齒輪，其齒面節(jié)線是對數(shù)螺旋線的一部分，其齒形為端面齒形為延長漸開線，軸向剖面齒形為曲線，在法向剖面內(nèi)齒形為直線。該對數(shù)螺旋線齒錐齒輪的螺旋角可以在30°～40°中任意取值。加工該對數(shù)螺旋線齒錐齒輪用的凸輪為對數(shù)螺旋線輪，它包括一端有軸孔并與軸固定在一起的支承板和嵌在支承板中與支承板齊平并帶有一通槽的凸片兩部分，其中通槽為曲線槽，該曲線為對數(shù)螺旋線的一部分，相當(dāng)于對數(shù)螺旋線齒錐齒輪的假想平面齒輪的齒面節(jié)線，該曲線的螺旋角與被加工工件的螺旋角是相等的。本實用新型錐齒輪是通過以下措施切制而成的1.切制的刀具采用20°(因為公稱法向壓力角是20°)普通直線刀刃的碟形銑刀；2.切制過程是先讓刀具旋轉(zhuǎn)一個螺旋角的角度，并使其作旋轉(zhuǎn)切削運動，同時刀具沿主床身作等速進(jìn)給運動，工件則通過對數(shù)螺旋線輪作對數(shù)螺旋線旋轉(zhuǎn)運動，刀具的切削刃在齒坯上逐漸切出齒形。本實用新型的錐齒輪，其齒面節(jié)線是由銑刀作等速進(jìn)給運動和工件按對數(shù)螺旋線旋轉(zhuǎn)運動所合成的，因此是一條精確的對數(shù)螺旋線，由對數(shù)螺旋線的性質(zhì)可知本實用新型錐齒輪其螺旋角是處處相等的，由于銑刀螺牙是法向直廓工件的，切削刃平面垂直于齒面節(jié)線，切削刃的壓力角等于錐齒輪的法向壓力角，都是20°，因此形成本實用新型錐齒輪的齒形為端面齒形為延長漸開線，軸向剖面齒形為曲線，法向剖面內(nèi)齒形為直線型，由于銑刀為普通碟形銑刀，其切削刃為直線，所以，銑刀極易制造和刃磨，由于刀具極易制造，相似于銑刀的砂輪也易制造，很容易實現(xiàn)磨齒，因此對數(shù)螺旋線齒錐齒輪是一種高精度齒輪。由上述本實用新型錐齒輪切制過程不難看出本實用新型錐齒輪，其相互匹配的一對很容易滿足螺旋錐齒輪正確嚙合所需的下列條件1.兩輪的螺旋角大小相等，方向相反；2.兩輪的法向壓力角相等(均為20°)；3.兩輪的法向模數(shù)相等(由機床本身決定)。因此，本發(fā)明的錐齒輪能夠完全正確嚙合，其制作工藝簡單的類似于“延長漸開線蝸桿”螺旋面的形成原理，所不同的只是延長漸開線蝸桿的螺旋面在圓柱上，是普通螺旋線；而對數(shù)螺旋線齒錐齒輪的螺旋面在錐體上，而且是對數(shù)螺旋線。
與現(xiàn)有的螺旋錐齒輪相比本實用新型優(yōu)點在于1.囊括了現(xiàn)有螺旋錐齒輪的全部優(yōu)點，即①增大了接觸比，減輕了沖擊，使齒輪傳動更加平穩(wěn)，降低了噪音；②由于螺旋角處處相等，極大地增大了重迭系數(shù)，因而負(fù)荷比壓大大降低，磨損更加均勻，極大地增大了齒輪的負(fù)載能力，增長了使用壽命；③可以實現(xiàn)大的傳動比，小輪的齒數(shù)可以比現(xiàn)有螺旋錐齒輪的齒數(shù)更少；④不需修正接觸區(qū)即可完全正確嚙合；⑤齒面研磨相當(dāng)簡單容易，使齒面光潔度更高，噪音更低。
2.解決了現(xiàn)有螺旋錐齒輪存在的嚙合精度難以進(jìn)一步提高，以及制作復(fù)雜，技術(shù)難度大，生產(chǎn)成本高，特別在重型齒輪方面其規(guī)格尺寸難以進(jìn)一步提高等一系列問題，其加工的精度高，是一種高精度齒輪，嚙合精度之高是現(xiàn)有螺旋錐齒輪難以相比的，其制作是相當(dāng)簡單的，其加工工藝采用螺牙法向直廓工藝類似于“延長漸開線蝸桿”螺旋面的形成原理，其刀具是20°普通直線刀刃的碟形銑刀，制造是很簡單的，刃磨也很容易，而且刀具不會因加工重型齒輪尺寸規(guī)格增大而增大，因而可大幅度降低重型齒輪的生產(chǎn)成本和技術(shù)難度，便于擴大加工重型齒輪的規(guī)格尺寸范圍。
3.容易實現(xiàn)磨齒，這是因為刀具是直線刀刃的碟形銑刀，極易制造，所以相似于銑刀的砂輪也是直線型的極易制造，實現(xiàn)磨齒也就很容易。
4.由于本實用新型的錐齒輪其螺旋角不需修正即能保證齒輪完全正確嚙合，其嚙合精度相當(dāng)高是現(xiàn)有螺旋錐齒輪無法達(dá)到的，因此，齒輪更換可單個進(jìn)行，而不象現(xiàn)有螺旋錐齒輪更換需成對進(jìn)行，因此大大降低設(shè)備使用和維護的費用。
5.本實用新型加工規(guī)格范圍廣，不僅可加工成螺旋角為30°～40°的錐齒輪，而且還可加工成等高齒錐齒輪，漸縮齒錐齒輪，既可加工軸線為90°傳動的錐齒輪，也可加工軸線大于90°或小于90°傳動的錐齒輪。


如下圖1為本實用新型的錐齒輪假想平面齒輪示意圖；圖2為本實用新型的錐齒輪等高齒齒輪齒面立體示意圖；圖3為本實用新型的對數(shù)螺旋線凸輪示意圖；圖4為圖3的切剖示意圖；圖5為本實用新型的錐齒輪螺旋角為30時的齒面節(jié)線示意圖。
其中[1]一本實用新型錐齒輪假想平面齒輪的節(jié)錐面、[2]---假想平面齒輪的齒面節(jié)線與本實用新型錐齒輪的齒面節(jié)線共軛、[3]---齒面節(jié)線各點的螺旋角、[4]---凸面、[5]---齒頂、[6]---凹面、[7]---齒底、[8]---齒形、[9]---齒面節(jié)線、[10]---凸輪、[11]---支承板、[12]---凸片、[13]---對數(shù)螺旋線曲線槽、[14]---軸孔、[15]---軸1、[16]---軸2、[17]---螺旋角為30°的對數(shù)螺旋線齒面節(jié)線。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做詳細(xì)描述如下本實用新型的錐齒輪為對數(shù)螺旋線齒錐齒輪，其齒面節(jié)線[9]是對數(shù)螺旋線的一部分，其齒形[8]為端面齒形為延長漸開線，軸向剖面齒形為曲線，在法向剖面內(nèi)齒形為直線。該對數(shù)螺旋線齒錐齒輪的螺旋角[3]可以在30°～40°中任意取值。加工該對數(shù)螺旋線齒錐齒輪用的凸輪[10]為對數(shù)螺旋線輪，它的轉(zhuǎn)動是按照對數(shù)螺旋線的運動規(guī)律旋轉(zhuǎn)的，它包括一端有軸孔[14]并與軸1[15]固定在一起的支承板[11]和嵌在支承板中與支承板齊平并帶有一通槽[13]的凸片[12]兩部分，其中通槽為曲線槽，該曲線為對數(shù)螺旋線的一部分，相當(dāng)于對數(shù)螺旋線齒錐齒輪的假想平面齒輪的齒面節(jié)線[2]，該曲線的螺旋角與被加工工件的螺旋角是相等的。由對數(shù)螺旋線的性質(zhì)可知，對數(shù)螺旋線上各點的螺旋角是彼此相等的。對數(shù)螺旋線齒錐齒輪的齒面包括凸面[4]、齒頂[5]、凹面[6]、齒底[7]部分。切制本實用新型錐齒輪的機床是YL27250，刀具采用20°(因為公稱法向壓力角是20°)普通直線刀刃的碟形銑刀；切制過程是先讓刀具旋轉(zhuǎn)一個螺旋角[3]的角度，并使刀具作旋轉(zhuǎn)切削運動，同時刀具沿主床身作等速進(jìn)給運動，工件則通過對數(shù)螺旋線凸輪[10]作對數(shù)螺旋線旋轉(zhuǎn)運動(凸輪[10]的旋轉(zhuǎn)是靠嵌在凸輪曲線槽[13]內(nèi)軸2[16]的平移實現(xiàn)的)，刀具的切削刃在齒坯上逐漸切出齒形，其切削的方式是采用銑刀螺牙法向直廓齒坯的方式，工藝類似于螺牙法向直廓蝸桿的工藝，形成的齒形為端面齒形為延長漸開線，軸向剖面齒形為曲線，法向剖面內(nèi)齒形為直線。
對數(shù)螺旋線的極座標(biāo)方程式為ρ＝b、其螺旋角的方程式為ctgβ=ΔρρΔθ=ρ′=bθlnb]]>令θ＝0，則，bθ＝1，ctgβ＝1nb，當(dāng)β＝30°時，b＝ectg30°≈5.6522，所以螺旋角β＝30，其齒面節(jié)線的極座標(biāo)方程式為ρ≈5.6522θ。
權(quán)利要求1.一種螺旋錐齒輪，其特征在于上述錐齒輪為對數(shù)螺旋線齒錐齒輪，其齒形為端面齒形為延長漸開線，軸向剖面齒形為曲線，在法向剖面內(nèi)齒形為直線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錐齒輪，其特征在于該對數(shù)螺旋線齒錐齒輪的螺旋角為30°～40°中的任意一個角度。
3.一種加工權(quán)利要求1所述錐齒輪用凸輪，其特征在于上述凸輪為對數(shù)螺旋線輪，它包括一端有軸孔并與軸固定在一起的支承板和嵌在支承板中與支承板齊平并帶有一通槽的凸片兩部分，其中通槽為曲線槽，該曲線為對數(shù)螺旋線的一部分。
專利摘要本實用新型涉及一種對數(shù)螺旋線齒錐齒輪及加工該齒輪用對數(shù)螺旋線凸輪，屬于機械領(lǐng)域，其特點是該齒輪的齒面節(jié)線為對數(shù)螺旋線，其齒形為端面齒形為延長漸開線，軸向剖面齒形為曲線，在法向剖面內(nèi)齒形為直線，該凸輪按對數(shù)螺旋線規(guī)律旋轉(zhuǎn)，且其上有一與被加工工件齒面節(jié)線相同的曲線槽，該齒輪是一種高精度齒輪，不僅嚙合精度高，而且加工簡單，維修方便，填補了我國不能加工大型齒輪的空白，使加工大型齒輪的技術(shù)難度及成本大幅度降低。
文檔編號F04B49/00GK2227764SQ9520997
公開日1996年5月22日 申請日期1995年4月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月28日
發(fā)明者宋廣岐 申請人:宋廣岐