人字齒面齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其人字齒面齒輪的銑齒加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于齒輪傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種人字齒面齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其人字齒面齒輪的銑齒加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]面齒輪作為一種新型傳動(dòng)具有很多優(yōu)點(diǎn)，如重合度高、承載能力高、用于功率分支傳動(dòng)中，分流精度高。鑒于其傳動(dòng)優(yōu)勢(shì)，最早應(yīng)用于直升機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)，隨著制造技術(shù)的進(jìn)步，面齒輪傳動(dòng)在車輛、風(fēng)電等傳動(dòng)領(lǐng)域亦有所應(yīng)用。
[0003]面齒輪傳動(dòng)是一種圓柱齒輪與錐齒輪相嚙合的傳動(dòng)方式，首先進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段的是直齒面齒輪傳動(dòng)，即直齒圓柱齒輪與面齒輪組成的嚙合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。為了進(jìn)一步開發(fā)性能優(yōu)良的面齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，或便于面齒輪的加工，出現(xiàn)了一些新型的面齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，主要有:
[0004](1)斜齒面齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu):如圖1所示為由芝加哥大學(xué)的Litvin、波音公司的Heath等人所研發(fā)的斜齒面齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。相比于直齒面齒輪，應(yīng)用斜齒面齒輪能顯著提高傳動(dòng)系統(tǒng)的功重比，減低噪音，減輕振動(dòng)，降低成本。
[0005](2)弧線齒面齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu):公開號(hào)為CN101225878A的發(fā)明專利公開了一種弧線齒面齒輪副及其加工方法，該弧線齒面齒輪副由于小輪與大輪的輪齒相互包容，具有點(diǎn)接觸特性、承載能力大、傳動(dòng)效率高的優(yōu)點(diǎn)。公開號(hào)為US2013/0042711A1的發(fā)明專利公開了一種斜交弧線齒面齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如圖2所示，這種面齒輪機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)雙向旋轉(zhuǎn)與雙向直移，并且可以實(shí)現(xiàn)斜交軸間的動(dòng)力或速度的傳遞。
[0006](3) Conical面齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu):公開號(hào)為US005941124A的發(fā)明專利公開了 Conical面齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其制造方法與應(yīng)用實(shí)例。如圖3所示，在該機(jī)構(gòu)中，漸開線螺旋面構(gòu)成了小輪齒形，面齒輪的齒形通過(guò)共軛原理定義。該機(jī)構(gòu)允許在高速傳動(dòng)條件下傳遞大扭矩，可用于直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)。
[0007](4)Coniface面齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu):格林森公司為了使得面齒輪的加工可采用通用刀具和鳳凰機(jī)床來(lái)實(shí)現(xiàn)，研究了用平面刀具加工面齒輪的方法，并將該方法加工的面齒輪稱為Coniface面齒輪。其專利公開號(hào)為US20120099939A1。
[0008](5)其他為改善面齒輪傳動(dòng)嚙合與承載性能的齒面設(shè)計(jì):公開號(hào)為CN101725671A的發(fā)明專利公開了一種高重合度面齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該面齒輪機(jī)構(gòu)具有動(dòng)態(tài)特性好、載能力高的特點(diǎn)，重合度大于等于2。公開號(hào)為US005845533A的發(fā)明專利公開了一種修形面齒輪傳動(dòng)，對(duì)其滾刀的齒廓進(jìn)行了修形，并改變了刀具的沿工件軸線的進(jìn)給量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)齒向修形；該專利的實(shí)施目的為:通過(guò)簡(jiǎn)單而又便宜的度量手段，使工程師能夠選擇最有利的承載方式的齒側(cè)間隙，這個(gè)間隙不受小輪軸向位置的影響；簡(jiǎn)化面齒輪傳動(dòng)的安裝，使得小輪軸向位置對(duì)嚙合沒(méi)有任何影響。
[0009]從上述這些專利所論述的內(nèi)容可知，其目標(biāo)是追求承載能力更大、嚙合性能更優(yōu)、制造方便、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪音小等優(yōu)良性能。
[0010]然而上述類型的面齒輪存在如下問(wèn)題:對(duì)于傳統(tǒng)的直齒、Coniface面齒輪存在重合度小、承載能力不高的特點(diǎn)、伴隨有振動(dòng)與噪音；對(duì)于斜齒、Conical面齒輪，由于引入了螺旋角，將削弱了面齒輪傳動(dòng)中，小輪無(wú)軸向力這一優(yōu)勢(shì)；以上各類面齒輪傳動(dòng)都需要設(shè)計(jì)成點(diǎn)接觸的嚙合形式(避免安裝誤差、支撐變形引起的邊緣接觸，或輪齒不能接觸等不利影響)，不能有效利用其齒寬承載。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種設(shè)計(jì)新穎合理、承載能力大、嚙合性能好、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪音小、實(shí)用性強(qiáng)、使用效果好的人字齒面齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
[0012]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種人字齒面齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于:包括軸線相互垂直設(shè)置且相互嚙合的人字齒面齒輪和人字齒圓柱齒輪，所述人字齒面齒輪包括圓盤形輪體和設(shè)于圓盤形輪體中間位置處的齒輪軸，所述圓盤形輪體的一側(cè)表面設(shè)有以齒輪軸的中心為圓心的環(huán)形分布的第一人字齒，所述人字齒圓柱齒輪的輪體外圓周上設(shè)置有第二人字齒，所述第一人字齒由對(duì)接呈人字形的第一右旋輪齒和第一左旋輪齒組成，所述第二人字齒由對(duì)接呈人字形的第二左旋輪齒和第二右旋輪齒組成，所述第二左旋輪齒與第一右旋輪齒相嚙合，所述第二右旋輪齒與第一左旋輪齒相嚙合。
[0013]上述的人字齒面齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述第一人字齒的數(shù)量為第二人字齒的數(shù)量的6?15倍。
[0014]本發(fā)明還提供了一種方法步驟簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便、能夠最大限度上利用人字齒面齒輪的齒寬的對(duì)人字齒面齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中人字齒面齒輪的第一人字齒進(jìn)行銑齒加工的方法，其特征在于該方法包括以下步驟:
[0015]步驟一、構(gòu)建銑齒加工裝置:所述銑齒加工裝置包括人字齒面齒輪安裝軸、指狀銑刀、銑刀安裝軸和銑刀運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于加工人字齒面齒輪的圓盤形輪體與人字齒面齒輪安裝軸固定連接；所述銑刀運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第一轉(zhuǎn)盤和與第一轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)連接的第二轉(zhuǎn)盤，以及Z向運(yùn)動(dòng)滑塊、Y向運(yùn)動(dòng)滑塊、X向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和X向運(yùn)動(dòng)滑塊，所述Z向運(yùn)動(dòng)滑塊嵌入安裝在第二轉(zhuǎn)盤中且能夠在第二轉(zhuǎn)盤內(nèi)做Z軸方向上的運(yùn)動(dòng)，所述Y向運(yùn)動(dòng)滑塊與Z向運(yùn)動(dòng)滑塊在Y軸方向上滑動(dòng)連接，所述X向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌與Y向運(yùn)動(dòng)滑塊固定連接，所述X向運(yùn)動(dòng)滑塊與X向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌在X軸方向上滑動(dòng)連接，所述指狀銑刀與銑刀安裝軸固定連接，所述銑刀安裝軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接在X向運(yùn)動(dòng)滑塊上；
[0016]步驟二、采用銑齒加工裝置在圓盤形輪體上粗加工第一人字齒:第二轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，Z向運(yùn)動(dòng)滑塊在Z軸方向上運(yùn)動(dòng)，且第二轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)角ξ 3與Ζ向運(yùn)動(dòng)滑塊的位移S滿足S =Ρ ξ s，Ρ為人字齒圓柱齒輪的螺旋導(dǎo)程，在第二轉(zhuǎn)盤與ζ向運(yùn)動(dòng)滑塊的合成螺旋齒向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)下，使指狀銑刀在齒向做螺旋進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；與此同時(shí)，X向運(yùn)動(dòng)滑塊帶動(dòng)指狀銑刀沿X向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌滑動(dòng)，使指狀銑刀在圓盤形輪體上做齒廓方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；與此同時(shí)，盤形輪體隨驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，指狀銑刀在第一轉(zhuǎn)盤的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)軸與第一轉(zhuǎn)盤的運(yùn)動(dòng)構(gòu)成了指狀銑刀與要在圓盤形輪體上加工的第一人字齒的嚙合運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)角Φ:與第一轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)角ΦΒ滿足￠:=0 bNzM,隊(duì)為第二人字齒的齒數(shù)，N:為第一人字齒的齒數(shù)；與此同時(shí)，指狀銑刀隨銑刀安裝軸旋轉(zhuǎn)；用來(lái)粗切出全齒高為2.25m的第一人字齒；m為人字齒面齒輪的模數(shù)；
[0017]步驟三、第一人字齒精加工修形:第二轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，Z向運(yùn)動(dòng)滑塊在Z軸方向上運(yùn)動(dòng)，且第二轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)角? 3與Ζ向運(yùn)動(dòng)滑塊的位移S滿足S = Ρ ξ s，在第二轉(zhuǎn)盤與Z向運(yùn)動(dòng)滑塊的合成螺旋齒向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)下，使指狀銑刀在齒向做螺旋進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；與此同時(shí)，X向運(yùn)動(dòng)滑塊帶動(dòng)指狀銑刀沿X向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌滑動(dòng)，使指狀銑刀在圓盤形輪體上做齒廓方向的進(jìn)給與修形運(yùn)動(dòng)；與此同時(shí)，盤形輪體隨驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，指狀銑刀在第一轉(zhuǎn)盤的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)軸與第一轉(zhuǎn)盤的運(yùn)動(dòng)構(gòu)成了指狀銑刀與要在圓盤形輪體上加工的第一人字齒的嚙合運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)角Φ1與第一轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)角φ Β滿足Φ Φ具作1;與此同時(shí)，指狀銑刀隨銑刀安裝軸旋轉(zhuǎn)，用來(lái)精切出全齒高為2.25m+aS2的第一人字齒；其中，a為齒向拋物線修形參數(shù)。
[0018]上述的方法，其特征在于:所述指狀銑刀的刀刃形狀與人字齒圓柱齒輪齒廓的法向截線形狀相同。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020]1、本發(fā)明人字齒面齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)新穎合理。
[0021]2、本發(fā)明人字齒面齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有對(duì)稱的輪齒，雙齒承載，增加了面齒輪的有效齒寬，消除了人字齒圓柱齒輪的軸向力，承載能力大幅增加。
[0022]3、本發(fā)明人字齒面齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的人字齒圓柱齒輪可自動(dòng)軸向?qū)χ?，均載效果好。
[0023]4、本發(fā)明人字齒面齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力傳遞平順，噪音低。
[0024]5、本發(fā)明人字齒面齒輪銑齒加工方法的方法步驟簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，可加工無(wú)退刀槽人字齒面齒輪，能夠最大限度上利用人字齒面齒輪的齒寬。
[0025]6、本發(fā)明人字齒面齒輪銑齒加工方法應(yīng)用了齒面修形技術(shù)，對(duì)第一人字齒進(jìn)行了精加工修形，能夠根據(jù)嚙合性能的需要，合理規(guī)劃第一人字齒接觸路徑的位置。
[0026]7、本發(fā)明的實(shí)用性強(qiáng)，使用效果好，便于推廣使用。
[0027]綜上所述，本發(fā)明人字齒面齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)新穎合理，承載能力大，嚙合性能好，傳動(dòng)平穩(wěn)、噪音小，實(shí)用性強(qiáng)，使用效果好，人字齒面齒輪的銑齒加工方法的方法步驟簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，能夠最大限度上利用人字齒面齒輪的齒寬。
[0028]下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為斜齒面齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖2為斜交弧線齒面齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖3為Conical面齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖4為本發(fā)明人字齒面齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖5為本發(fā)明第一人字齒的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖6為本發(fā)明第二人字齒的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖7為本發(fā)明銑齒加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]附圖標(biāo)記說(shuō)明:
[0037]1一人字齒面齒輪； 2—人字齒圓柱齒輪； 3—第一人字齒；
[0038]4一第二人字齒；5—第二左旋輪齒；6—第二右旋輪齒；
[0039]7一第一右旋輪齒；8—第一左旋輪齒；9一圓盤形輪體；
[0040]10一軸孔延長(zhǎng)段；11一人字齒面齒輪安裝軸；12—指狀鐵刀；
[0041]13—第一轉(zhuǎn)盤；14一第二轉(zhuǎn)盤；15 — Z向運(yùn)動(dòng)滑塊；
[0042]16—Y向運(yùn)動(dòng)滑塊；17—X向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌；18—X向運(yùn)動(dòng)滑塊；
[0043]19一鐵刀安裝軸；20—機(jī)架。
【具體實(shí)施方式】
[0044]如圖4、圖5和圖6所不，本發(fā)明的人字齒面齒輪傳動(dòng)機(jī)