非對稱滾刀及其設計方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種加工齒輪用的滾刀及其設計方法。
【背景技術】
[0002] 齒輪傳動系統常用到同時與兩個齒輪嚙合的中間惰輪或行星輪，由于它們的齒牙 受雙向彎曲載荷作用，該齒輪的齒根最容易出現彎曲折斷，例如在GB/T 3480-1997《漸開 線圓柱齒輪承載能力計算方法》P56中規定：對于受對稱雙向彎曲的齒輪（如中間輪或行星 輪），應將齒輪的彎曲疲勞極限值乘上系數0. 7作為這類齒輪能承受的彎曲疲勞極限。另 外，中間惰輪或行星輪左右齒面分別與兩個不同的齒輪嚙合，因此中間惰輪或行星輪齒牙 左右側分別承受的彎曲強度不同，嚙合所需齒面漸開線的起始點也不同，而漸開線的起始 點高低直接影響齒輪的齒根圓弧曲率半徑，進而影響齒輪的齒根彎曲強度。傳統的設計方 法不考慮左右齒面漸開線的起始點差異，設計的齒形為左右齒面及齒根完全對稱，參見GB/ T 1356-2001《通用機械和重型機械用圓柱齒輪標準基本齒條齒廓》，為完全對稱齒廓；因 此，為了保證左、右齒面漸開線起始點相同，且具有足夠的漸開線嚙合長度，使得左右齒廓 齒根曲線曲率半徑均很小，這進一步降低了中間惰輪或行星輪的齒根彎曲強度。
【發明內容】
[0003] 本發明的第一目的是提供一種能使被加工齒輪左右齒廓獲得不同的漸開線起始 點直徑和齒根曲線的非對稱滾刀。
[0004] 本發明的第二目的是提供一種非對稱滾刀的設計方法。
[0005] 實現上述第一目的的技術方案是：
[0006] 一種非對稱滾刀，所述非對稱滾刀的軸向齒廓由左側齒廓和右側齒廓組成，所述 左側齒廓由直線段HI、IJ、KL和圓弧段JK組成；所述右側齒廓由直線段PO、ON、ML和圓弧 段匪組成；
[0007] 所述直線段HI與軸線I的夾角為所述左側齒廓的主切削刃齒形角α ;所述軸線 I為對刀時通過被加工齒輪分度圓圓心且垂直于非對稱滾刀分度線II的軸線；所述直線段 IJ與軸線I的夾角為左側齒廓的非造型切削刃齒形角βρ α，且β 1= 7°~14° ; 所述圓弧段JK與直線段IJ、KL相切于點J和點K ;直線段KL平行于非對稱滾刀分度線II ;
[0008] 所述右側齒廓的直線段PO與軸線I的夾角為α ;所述直線段ON與軸線I的夾角 為右側齒廓的非造型切削刃齒形角β2, β2< α，且β 2= 7°~14° ;所述圓弧段匪與 直線段ON、ML相切于點N和點M ;直線段ML平行于非對稱滾刀分度線II ;
[0009] 所述左側齒廓具有凸角厚度H1，所述右側齒廓具有凸角厚度H2，允許H 1^ H2;
[0010] 所述非對稱滾刀軸向齒廓在分度線II上的齒厚為Sn，左側齒廓在分度線II上的厚 度為Snl，右側齒廓在分度線II上的厚度Sn2, Sn= S nl+Sn2，允許Snl辛S η2;
[0011] 所述左側齒廓的圓弧段JK的半徑為R1;右側齒廓的圓弧段NM的半徑為R 2;0 < R 1 < R2S Rmax，其中Rmax按如下公式計算：
[0012]
;其中ha為所述非對稱滾刀齒頂高。
[0013] 采用本發明加工被加工齒輪時，所述左側齒廓直線段HI所在的刀具段滾切被加 工齒輪左側形成齒廓QSG的漸開線段QS，所述左側齒廓的直線段IJ、KL和圓弧段JK所在 的刀具段滾切被加工齒輪左側形成齒廓QSG的齒根曲線SG ;所述右側齒廓直線段PO所在 的刀具段滾切被加工齒輪右側形成齒廓UTG的漸開線段UT，所述右側齒廓的PO、ON、ML和 圓弧段NM所在的刀具段滾切被加工齒輪右側形成齒廓UTG的齒根曲線TG。本發明能夠將 被加工齒輪加工成為其左右齒廓具有不同的漸開線起始點直徑和不同曲率半徑的齒根曲 線的非完全對稱齒輪。
[0014] 實現上述第二目的的技術方案是：
[0015] -種非對稱滾刀的設計方法，所述非對稱滾刀的軸向齒形按以下步驟進行設計：
[0016] 第一步，設定被加工齒輪的基本參數為模數m、齒數z、壓力角αη、變位系數X，被 加工齒輪左側齒廓QSG的漸開線起始點直徑為dFfl，被加工齒輪右側齒廓UTG的漸開線起始 點直徑為dFf2;
[0017] 第二步，按以下公式確定非對稱滾刀的齒形參數：
[0018] 1)根據公式I，確定非對稱滾刀的齒頂高ha;
[0019] ha= h a*m 公式 I ;
[0020] 其中ha*為非對稱滾刀的齒頂高系數，h := I. 30~I. 45 ;
[0021] 2)根據公式II，確定非對稱滾刀的齒根高hf;
[0022] hf=hf*m 公式 II ;
[0023] 其中h/為非對稱滾刀的齒根高系數，h /= 1. 2~1. 25 ;
[0024] 3)根據公式III，確定非對稱滾刀的全齒高h
[0025] h = ha+hf 公式III ;
[0026] 4)根據公式IV，確定非對稱滾刀軸向齒廓在分度線II上的齒距卩"
[0027] Pn= Jim 公式IV ;
[0028] 5)非對稱滾刀左側齒廓的齒形角和非對稱滾刀右側齒廓的齒形角均為α :
[0029] α = αη 公式V ;
[0030] 6)根據公式VI~VIL確定非對稱滾刀軸向齒廓在分度線II上的齒厚Sn:
[0031] Sn=SnJSn2 公式 VI;
[0032] Snl= 0· 25 π m-xtan a-q i 公式W ;
[0033] Sn2= 0· 25 π m-xtan a-q 2 公式VH ;
[0034] 其中：?和q2*別為左側齒廓和右側齒廓的留磨量，允許qi# q2;
[0035] 7)非對稱滾刀左側齒廓的非造型切削刃齒形角β JP非對稱滾刀右側齒廓的非造 型切削刃齒形角β2分別滿足如下要求：
[0036] β ^ α，β 2< α，推薦β種β 2取值范圍為7°~14。；
[0037] 8)左側齒廓凸角厚度H1和右側齒廓凸角厚度H2按公式IX和X確定：
[0038] H1= q !+w 公式IX
[0039] H2= q 2+w ；公式X
[0040] 其中，w為齒根的沉切深度，
[0041] 9)左側齒廓圓弧段JK的半徑R1可由下述方法確定：
[0042] 根據被加工齒輪參數，在刀具模塊中輸入留磨量qi、齒頂高系數ha'齒根高系數 h/、左側齒廓凸角厚度H1、非對稱滾刀左側齒廓的非造型切削刃齒形角β i，由半徑R1、凸角 厚度氏和非造型切削刃齒形角β 同決定被加工齒輪左側齒廓QSG的漸開線起始點直徑 dFfl，計算獲得半徑R1的值；
[0043] 10)右側齒廓的圓弧段匪的半徑R2可由下述方法確定：
[0044] 根據被加工齒輪參數，在刀具模塊中輸入留磨量q2、齒頂高系數ha'齒根高系數 h/、右側齒廓凸角厚度H2、非對稱滾刀右側齒廓的非造型切削刃齒形角β 2，由半徑R2、凸角 厚度4和非造型切削刃齒形角β 2共同決定被加工齒輪右側齒廓UTG的漸開線起始點直徑 dFK，計算獲得半徑R2的值；
[0045] 11)確定左側齒廓凸角高度Iii和右側齒廓凸角高度h。：
[0046]
[0047]
[0048] 本發明通過設置左側齒廓和右側齒廓不同的非造型切削刃齒形角β JP β 2、凸角 厚度氏和H2、圓弧半徑&和R2、分度線上的厚度Snl和S &，使非對稱滾刀獲得非對稱的左側 齒廓和右側齒廓，本方法設計出來的非對稱滾刀非常適合加工參與雙向嚙合的惰輪或行星 輪，提高非完全對稱齒輪的強度和可靠性。本發明帶來的另一種有益效果是：當有需要（如 被加工齒輪熱處理后左右齒面存在較大不同變形時），可將左側齒廓的留磨量1和右側齒 廓留磨量％根據左右齒輪各自不相等變形量取不相等的磨削量，有利于提高左右齒面硬化 層均勻性。
【附圖說明】
[0049] 以下結合附圖給出的實施例對本發明作進一步詳細的說明。
[0050] 圖1是本發明的非對稱滾刀的軸向齒形圖；
[0051] 圖2是圖1中的左側齒廓圖；
[0052] 圖3是圖1中的右側齒廓圖；
[0053] 圖4是本發明的非對稱滾刀加工被加工齒輪時的示意圖。
【具體實施方式】
[0054] 如圖1、2、3所示，本發明的一種非對稱滾刀，所述非對稱滾刀3的軸向齒廓由左側 齒廓1和右側齒廓2組成，所述左側齒廓1由直線段HI、IJ、KL和圓弧段JK組成；所述右 側齒廓2由直線段PO、ON、ML和圓弧段匪組成；
[0055] 所述直線段HI與軸線I的夾角為所述左側齒廓1的主切削刃齒形角α ;所述軸 線I為對刀時通過被加工齒輪分度圓圓心且垂直于非對稱滾刀3分度線II的軸線；所述直 線段IJ與軸線I的夾角為左側齒廓1的非造型切削刃齒形角βρ α，且β 1=7°~ 14° ;所述圓弧段JK與直線段IJ、KL相切于點J和點K ;直線段KL平行于非對稱滾刀分度 線II ;
[0056] 所述右側齒廓2的直線段PO與軸線I的夾角為α ;所述直線段ON與軸線I的夾 角為右側齒廓2的非造型切削刃齒形角β2, β2< α，且β 2= 7°~14° ;所述圓弧段匪 與直線段ON、ML相切于點N和點M ;直線段ML平行于非對稱滾刀分度線II ;
[0057] 所述左側齒廓1具有凸角厚度H1，所述右側齒廓2具有凸角厚度H2，允許H 1^ H 2;
[0058] 所述非對稱滾刀3軸向齒廓在分度線II上的齒厚為Sn，左側齒廓1在分度線II上 的厚度為Snl，右側齒廓2在分度線II上的厚度Sn2, Sn= S nl+Sn2，允許Snl辛S η2;
[0059] 所述左側齒廓1的圓弧段JK的半徑為R1;右側齒廓2的圓弧段匪的半徑為R 2;0 <札< R2彡Rmax，其中Rmax按如下公式計算：
[0060]
其中ha為所述非對稱滾刀3齒頂高。
[0061] 如圖1、2、3所示，本發明的一種非對稱滾刀3的軸向齒形設計方法，所述非對稱滾 刀3的軸向齒形按以下步驟進行設計：
[0062] 第一步，設定被加工齒輪4的基本參數為模數m、齒數z、壓力角αη、變位系數X