一种变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚切加工及滚刀设计方法技术

本发明专利技术提供了一种变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚切加工及滚刀设计方法，包括使变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀、变导程变齿厚媒介齿条、变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮三者两两之间形成等价共轭关系；计算得出变导程变齿厚媒介齿条的齿面方程；计算得出变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀的齿面方程；通过计算出的变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀的齿面方程，制造出变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀；利用变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀完成整个变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮的滚切加工，本发明专利技术能够完成相同模数相同压力角不同螺旋角的变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮的快速滚切加工，其对应齿轮滚刀设计简单制造方便，为变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮的批量化生产提供基础。

【技术实现步骤摘要】
一种变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚切加工及滚刀设计方法
本专利技术涉及齿轮及齿轮滚刀设计加工领域，特别是一种变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚切加工及滚刀设计方法。
技术介绍
乒变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮是一种广泛的渐开线斜齿圆柱齿轮。其主要几何特点是沿齿轮轴向各端面变位系数呈线性变化，两侧螺旋角也不相等，从而形成了锥形齿顶及齿根以及沿齿轮轴向线性变化的齿厚。变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮可以传递任意类型旋转运动，包括平行轴、相交轴及交错轴旋转运动。并且，通过控制齿轮副相对轴向位置，可以实现无侧隙的精密传动。目前，变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮已被广泛应用于全驱动汽车变速系统、船用齿轮箱、机器人用RV减速器以及其他精密传动领域。变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀加工时，滚刀相当于齿面两侧螺旋角不相等且较大的螺旋齿轮，其齿数即为滚刀的头数，工件相当于另一个螺旋齿轮，以固定的速比旋转，依照螺旋齿轮副啮合原理，用展成法切削齿轮的刀具。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。但是传统滚齿机上加工变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮还需要在滚齿轮上增加工件工作台相对刀架的径向进给传动链，并且由于变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮两侧螺旋角不同，普通滚刀需要对两侧齿面分别加工。随着科技的发展和需求的提升，变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮的需求越来越大，因此需要更高的加工效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚切加工及滚刀设计方法，以解决上述技术背景中所提出的问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚切加工及滚刀设计方法，包括以下步骤：S1、在变齿厚渐开线变齿厚齿轮滚刀和渐开线变齿厚齿轮的共轭齿廓之间加入一个变导程变齿厚的变导程变齿厚媒介齿条，使变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀、变导程变齿厚媒介齿条、变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮三者两两之间形成等价共轭关系；S2、根据变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮之间的啮合函数及齿面参数计算得出变导程变齿厚媒介齿条的齿面方程；S3、根据变导程变齿厚媒介齿条的齿面方程计算得出变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀的齿面方程；S4、通过已知计算出的变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀的齿面方程，制造出变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀；S5、通过变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀旋转及变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮旋转的范成运动展成渐开线齿廓，再通过变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀的轴向窜动及沿被加工齿轮的轴向移动相结合展成两侧不等螺旋角，进而完成整个变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮的滚切加工。上述
技术实现思路
中，进一步的，在步骤S1中，构建变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮固定坐标系σn，变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮活动坐标系σ2，根据齿轮啮合原理得到齿面方程：变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮左齿面的齿面方程为：变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮右齿面的齿面方程表示为：式中，rb3和rb4代表变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮两侧齿面的基圆半径，βL和βR代表变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮两侧齿面螺旋角，δL和δR代表变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮基圆上两侧齿面的齿厚参数，αn是变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮法向压力角，λg代表变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮齿面上的点沿齿高方向的移动参数，θg代表变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮齿面上的点沿齿向方向的移动参数；由两共轭齿面既不嵌入也不脱离的正确啮合条件，变导程变齿厚媒介齿条与变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮之间的啮合函数表达式为：Φ2(uv)＝cosβ(ω2v-ω2lsinαn-v3cosαn+ω2bcosαn)式中，u和v媒介齿条齿面坐标参数；β为变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮左侧或右侧齿面螺旋角，ω2为变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮转动角速度，l为媒介齿条的移动距离，v3为媒介齿条移动速度，b为媒介齿条到变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮传动的啮合距离；根据上述可得变导程变齿厚媒介齿条与变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮之间的接触线函数为：式中，为变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮转动角，i12为变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮和变齿厚渐开线斜齿圆柱滚刀传动比。上述
技术实现思路
中，进一步的，在步骤S2中，构建连接介质架的活动坐标系σ3，构建连接到左齿面的辅助坐标系σ5，构建连接到右齿面的辅助坐标系σ5′，βL和βR为变导程变齿厚媒介齿条两侧倾角，当βL≠βR时取不同的值，pL和pR分别为变导程变齿厚媒介齿条两侧导程，SL和SR分别为齿厚参数，αtR和αtL分别为变导程变齿厚媒介齿条两侧横向压力角，结合与变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮之间的啮合函数及齿面参数计算得出变导程变齿厚媒介齿条的齿面方程为：变导程变齿厚媒介齿条左齿面在σ5中的齿面方程和单位法向量：变导程变齿厚媒介齿条右齿面在σ5′中的齿面方程和单位法向量：其中，uL和vL为媒介齿条左侧齿面坐标参数，uR和vR为媒介齿条右侧齿面坐标参数；由两共轭齿面既不嵌入也不脱离的正确啮合条件，有变导程变齿厚媒介齿条与变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀之间的啮合函数表达式为：式中，ω1为变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀转动角速度，a为变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮和滚刀之间的中心距，β为变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀左侧或右侧齿面螺旋角；根据上述得到变导程变齿厚媒介齿条与变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀之间的接触线函数为：上述
技术实现思路
中，进一步的，在步骤S3中，构建变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀固定坐标系σ1，变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮活动坐标系σm，根据变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀两侧螺旋角不同，滚刀的齿厚沿轴向呈线性变化，且变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀面为一个渐开线螺旋面，结合坐标与变导程变齿厚媒介齿条的啮合函数计算变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀齿面方程：变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀左齿面的齿面方程为：变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀右齿面的齿面方程为：式中，rb1和rb2分别是变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀两侧齿面基底半径，λw代表变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀齿面上的点沿齿高方向的移动参数，θw代表变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀齿面上的点沿齿向方向的移动参数，δL和δR分别是变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀两侧齿面基圆的齿厚参数，pL和pR分别是变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀两侧齿面导程。上述
技术实现思路
中，进一步的，在步骤S5中，变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀的轴向窜动v2以及及沿被加工齿轮的轴向移动v1的关系为：式中：αn为法向压力角，βL和βR为变导程变齿厚媒介齿条两侧倾角，pL和pR分别为变导程变齿厚媒介齿条两侧导程。一种变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮及滚刀，所述变齿厚渐开线变齿厚齿轮滚刀两侧齿面的齿形、模数和旋向相同而导程角不同，且变齿厚渐开线变齿厚齿轮滚刀形成渐变的刃口厚度，刀齿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚切加工及滚刀设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、在变齿厚渐开线变齿厚齿轮滚刀和渐开线变齿厚齿轮的共轭齿廓之间加入一个变导程变齿厚的变导程变齿厚媒介齿条，使变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀、变导程变齿厚媒介齿条、变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮三者两两之间形成等价共轭关系；/nS2、根据变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮之间的啮合函数及齿面参数计算得出变导程变齿厚媒介齿条的齿面方程；/nS3、根据变导程变齿厚媒介齿条的齿面方程计算得出变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀的齿面方程；/nS4、通过已知计算出的变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀的齿面方程，制造出变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀；/nS5、通过变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀旋转及变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮旋转的范成运动展成渐开线齿廓，再通过变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀的轴向窜动及沿被加工齿轮的轴向移动相结合展成两侧不等螺旋角，进而完成整个变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮的滚切加工。/n

【技术特征摘要】
1.一种变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚切加工及滚刀设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在变齿厚渐开线变齿厚齿轮滚刀和渐开线变齿厚齿轮的共轭齿廓之间加入一个变导程变齿厚的变导程变齿厚媒介齿条，使变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀、变导程变齿厚媒介齿条、变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮三者两两之间形成等价共轭关系；
S2、根据变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮之间的啮合函数及齿面参数计算得出变导程变齿厚媒介齿条的齿面方程；
S3、根据变导程变齿厚媒介齿条的齿面方程计算得出变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀的齿面方程；
S4、通过已知计算出的变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀的齿面方程，制造出变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀；
S5、通过变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀旋转及变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮旋转的范成运动展成渐开线齿廓，再通过变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚刀的轴向窜动及沿被加工齿轮的轴向移动相结合展成两侧不等螺旋角，进而完成整个变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮的滚切加工。


2.根据权利要求1所述的一种变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚切加工及滚刀设计方法，其特征在于，在步骤S1中，构建变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮固定坐标系σn，变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮活动坐标系σ2，根据齿轮啮合原理得到齿面方程：
变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮左齿面的齿面方程为：



变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮右齿面的齿面方程表示为：



式中，rb3和rb4代表变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮两侧齿面的基圆半径，βL和βR代表变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮两侧齿面螺旋角，δL和δR代表变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮基圆上两侧齿面的齿厚参数，αn是变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮法向压力角，λg代表变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮齿面上的点沿齿高方向的移动参数，θg代表变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮齿面上的点沿齿向方向的移动参数；
由两共轭齿面既不嵌入也不脱离的正确啮合条件，变导程变齿厚媒介齿条与变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮之间的啮合函数表达式为：
Φ2(uv)＝cosβ(ω2v-ω2lsinαn-v3cosαn+ω2bcosαn)
式中，u和v媒介齿条齿面坐标参数；β为变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮左侧或右侧齿面螺旋角，ω2为变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮转动角速度，l为媒介齿条的移动距离，v3为媒介齿条移动速度，b为媒介齿条到变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮传动的啮合距离；
根据上述可得变导程变齿厚媒介齿条与变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮之间的接触线函数为：



式中，为变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮转动角，i12为变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮和变齿厚渐开线斜齿圆柱滚刀传动比。


3.根据权利要求1所述的一种变齿厚渐开线斜齿圆柱齿轮滚切加工及滚刀设计方法，其特征在于，在步骤S2中，构建连接介质架的活动坐标系σ3，构建连接到左齿面的辅助坐标系σ5，构建连接到右齿面的辅助坐标系σ5′，βL和βR为变导程变齿厚媒介齿条两侧倾角，当βL≠βR时取不同的值，pL和pR分别为变导程变齿厚媒介齿条两侧导程，SL和SR分别为齿厚参数，αtR和αtL分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘斐，陈永洪，叶馨欣，罗文军，陈兵奎，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50