[發明專利]一種變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪滾切加工及滾刀設計方法

有效

• 申請號: 202110291776.3
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN112935415B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 劉斐;陳永洪;葉馨欣;羅文軍;陳兵奎
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: B23F5/20
• 分類號: B23F5/20;B23F21/16
• 代理公司: 成都瑞創華盛知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51270
• 代理人: 鄧瑞;辜強

1.一種變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪滾切加工及滾刀設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、在變齒厚漸開線變齒厚齒輪滾刀和漸開線變齒厚齒輪的共軛齒廓之間加入一個變導程變齒厚的變導程變齒厚媒介齒條，使變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪滾刀、變導程變齒厚媒介齒條、變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪三者兩兩之間形成等價共軛關系；

S2、根據變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪之間的嚙合函數及齒面參數計算得出變導程變齒厚媒介齒條的齒面方程；

S3、根據變導程變齒厚媒介齒條的齒面方程計算得出變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪滾刀的齒面方程；

S4、通過已知計算出的變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪滾刀的齒面方程，制造出變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪滾刀；

S5、通過變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪滾刀旋轉及變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪旋轉的范成運動展成漸開線齒廓，再通過變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪滾刀的軸向竄動及沿被加工齒輪的軸向移動相結合展成兩側不等螺旋角，進而完成整個變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪的滾切加工；

在步驟S1中，構建變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪固定坐標系σ_n，變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪活動坐標系σ₂，根據齒輪嚙合原理得到齒面方程：

變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪左齒面的齒面方程為：

變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪右齒面的齒面方程表示為：

式中，r_b3和r_b4代表變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪兩側齒面的基圓半徑，β_L和β_R代表變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪兩側齒面螺旋角，δ_L和δ_R代表變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪基圓上兩側齒面的齒厚參數，α_n是變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪法向壓力角，λ_g代表變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪齒面上的點沿齒高方向的移動參數，θ_g代表變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪齒面上的點沿齒向方向的移動參數；

由兩共軛齒面既不嵌入也不脫離的正確嚙合條件，變導程變齒厚媒介齒條與變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪之間的嚙合函數表達式為：

Φ₂(u v)＝cosβ(ω₂v-ω₂lsinα_n-v₃cosα_n+ω₂bcosα_n)

式中，u和v媒介齒條齒面坐標參數；β為變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪左側或右側齒面螺旋角，ω₂為變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪轉動角速度，l為媒介齒條的移動距離，v₃為媒介齒條移動速度，b為媒介齒條到變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪傳動的嚙合距離；

根據上述表達式可得變導程變齒厚媒介齒條與變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪之間的接觸線函數為：

式中，為變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪轉動角，i₁₂為變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪和變齒厚漸開線斜齒圓柱滾刀傳動比；

在步驟S2中，構建連接介質架的活動坐標系σ₃，構建連接到左齒面的輔助坐標系σ₅，構建連接到右齒面的輔助坐標系σ₅′，β_L和β_R為變導程變齒厚媒介齒條兩側傾角，當β_L≠β_R時取不同的值，p_L和p_R分別為變導程變齒厚媒介齒條兩側導程，S_L和S_R分別為齒厚參數，α_tR和α_tL分別為變導程變齒厚媒介齒條兩側橫向壓力角，結合與變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪之間的嚙合函數及齒面參數計算得出變導程變齒厚媒介齒條的齒面方程為：

變導程變齒厚媒介齒條左齒面在σ₅中的齒面方程和單位法向量：

變導程變齒厚媒介齒條右齒面在σ₅′中的齒面方程和單位法向量：

其中，u_L和v_L為媒介齒條左側齒面坐標參數，u_R和v_R為媒介齒條右側齒面坐標參數；

由兩共軛齒面既不嵌入也不脫離的正確嚙合條件，有變導程變齒厚媒介齒條與變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪滾刀之間的嚙合函數表達式為：

式中，ω₁為變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪滾刀轉動角速度，a為變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪和滾刀之間的中心距，β為變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪滾刀左側或右側齒面螺旋角；

根據上述表達式得到變導程變齒厚媒介齒條與變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪滾刀之間的接觸線函數為：

在步驟S3中，構建變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪滾刀固定坐標系σ₁，變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪活動坐標系σ_m，根據變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪滾刀兩側螺旋角不同，滾刀的齒厚沿軸向呈線性變化，且變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪滾刀面為一個漸開線螺旋面，結合坐標與變導程變齒厚媒介齒條的嚙合函數計算變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪滾刀齒面方程：

變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪滾刀左齒面的齒面方程為：

變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪滾刀右齒面的齒面方程為：

式中，r_b1和r_b2分別是變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪滾刀兩側齒面基底半徑，λ_w代表變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪滾刀齒面上的點沿齒高方向的移動參數，θ_w代表變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪滾刀齒面上的點沿齒向方向的移動參數，δ_L和δ_R分別是變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪滾刀兩側齒面基圓的齒厚參數，p_L和p_R分別是變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪滾刀兩側齒面導程；

在步驟S5中，變齒厚漸開線斜齒圓柱齒輪滾刀的軸向竄動v₂以及及沿被加工齒輪的軸向移動v₁的關系為：

式中：α_n為法向壓力角，β_L和β_R為變導程變齒厚媒介齒條兩側傾角，p_L和p_R分別為變導程變齒厚媒介齒條兩側導程。