翟后權(quán)

摘 要：弧齒圓柱齒輪具備重疊系數(shù)大、強(qiáng)度高、傳動(dòng)平穩(wěn)以及承載能力強(qiáng)的特點(diǎn)，能獲得較大的傳動(dòng)比，所以在汽車行業(yè)、機(jī)床行業(yè)、礦山機(jī)械行業(yè)等應(yīng)用較多。本文就主要分析弧齒圓柱齒輪的加工方法，為弧齒圓柱齒輪的應(yīng)用提供相應(yīng)借鑒。

關(guān)鍵詞：弧齒圓柱齒輪；加工方法

弧齒圓柱齒輪的概念是由日本學(xué)者長(zhǎng)谷川吉提出的，鑒于其具備很多優(yōu)點(diǎn)，所以吸引了國(guó)外許多學(xué)者的注意與研究。在弧齒圓柱齒輪的加工方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究了多種加工方法，其中比較典型的就是旋轉(zhuǎn)刀盤銑削法與平行連桿法。但針對(duì)這兩種加工方法的工藝及其優(yōu)缺點(diǎn)方面的研究卻很少。但加工工藝對(duì)加工效率以及工業(yè)生產(chǎn)都有重要影響，為此，本文就主要分析弧齒圓柱齒輪的上述兩種加工方法。

1.旋轉(zhuǎn)刀盤法

圖1為弧齒圓柱齒輪的旋轉(zhuǎn)刀盤銑削加工方法，如圖所示，刀盤以 為中心軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并沿著y軸進(jìn)給移動(dòng)。被加工齒輪繞著軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)給，有效調(diào)節(jié)刀盤進(jìn)速度以及被加工齒輪進(jìn)給速度，促使弧齒圓柱齒輪展成運(yùn)動(dòng)得以實(shí)現(xiàn)[1]。

圖1 旋轉(zhuǎn)刀盤銑削法加工弧齒圓柱齒輪

2.平行連桿法

圖2為弧齒圓柱齒輪的平行連桿加工方法。如圖所示，傳動(dòng)鏈前端的電機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)架，接著主動(dòng)架利用連桿帶動(dòng)從動(dòng)架（設(shè)置有弧齒圓柱齒輪的加工刀片）。因?yàn)榧庸さ臅r(shí)候刀具前刀面是不會(huì)變化的，因此，能有效確?；↓X圓柱齒輪的凹齒面與凸齒面齒線半徑一致[2]。

圖2平行連桿法加工弧齒圓柱齒輪

3.兩種加工方法工藝的分析和對(duì)比

（1）系統(tǒng)剛度。旋轉(zhuǎn)刀盤法具有構(gòu)件少和傳動(dòng)鏈短的特點(diǎn)，刀盤能直接安裝在機(jī)床主軸，所以系統(tǒng)剛度由機(jī)床剛度決定，因而系統(tǒng)剛度很高；在平行連桿法里因?yàn)閭鲃?dòng)鏈長(zhǎng)，且含有連桿（剛度很低），為此，其系統(tǒng)剛度由平行連桿的剛度決定，因而系統(tǒng)剛度很低。

（2）切削速度。旋轉(zhuǎn)刀盤法切削齒輪主要是通過(guò)安裝多把刀在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的刀盤上，因?yàn)榈侗P屬于回轉(zhuǎn)體，就理論上來(lái)說(shuō)其自身沒(méi)有不平衡質(zhì)量，即便出現(xiàn)動(dòng)載荷也是由很少加工誤差質(zhì)量形成的，用較小的配重實(shí)現(xiàn)動(dòng)平衡即可。所以旋轉(zhuǎn)刀盤法能實(shí)現(xiàn)很高轉(zhuǎn)速，具備很高的切削速度。平行連桿機(jī)構(gòu)剛性差，動(dòng)力學(xué)不平衡，所以轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候手正弦擾動(dòng)較大，倘若要平衡其動(dòng)載荷，就要增加較大的平衡重，進(jìn)而增加機(jī)構(gòu)負(fù)擔(dān)；加之因?yàn)閯偠炔钊菀壮霈F(xiàn)振動(dòng)及共振，所以平行連桿法的切削速度難以有效提升，加工齒輪齒面質(zhì)量較差。

（3）工藝生產(chǎn)效率。因?yàn)榍邢魉俣群蜕a(chǎn)加工效率基本上是成正比的，所以旋轉(zhuǎn)刀盤法的生產(chǎn)效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于平行連桿法的生產(chǎn)效率。

（4）加工齒形合理性分析?；趦煞N加工方法齒條的基礎(chǔ)上分析其加工齒形的合理性。旋轉(zhuǎn)刀盤法加工出來(lái)的齒條其凹凸齒面齒線的半徑以及徑向齒寬齒槽寬均不一，表現(xiàn)為中間厚和兩端薄，但法向齒寬及齒槽寬均一致。加之，旋轉(zhuǎn)刀盤法加工弧齒圓柱齒輪其輪齒呈現(xiàn)為鼓形齒，有易潤(rùn)滑等優(yōu)勢(shì)，而且轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中能在齒間間隙產(chǎn)生動(dòng)壓油膜，有效提升齒輪動(dòng)潤(rùn)滑接觸強(qiáng)度等，即便其接觸區(qū)域小而且基本集中在中截面周圍，但旋轉(zhuǎn)刀盤法加工弧齒圓柱齒輪還是屬于較為合理的齒面結(jié)構(gòu)。平行連桿法加工弧齒圓柱齒輪其齒條的凹凸齒面齒線半徑、徑向以及法向齒寬與齒槽寬均一致，雖說(shuō)此機(jī)構(gòu)加工的齒輪可以達(dá)到全齒寬線嚙合，但鑒于弧齒圓柱齒輪的兩端面都有楔形變薄的現(xiàn)象，為此，全齒線嚙合對(duì)齒輪接觸強(qiáng)度的提升沒(méi)有促進(jìn)作用，也就是說(shuō)平行連桿法加工弧齒圓柱齒輪缺乏合理性。

（5）齒面加工精度分析。從圖1和圖2可以看出，兩種加工方法加工出來(lái)的齒輪表層都有刀痕，需要加工處理后才能應(yīng)用。其中，旋轉(zhuǎn)刀盤法能有效提升切削速度，能用砂輪代替道具，對(duì)齒輪做剃齒、磨齒等處理；平行連桿法不能有效提升切削速度，也就不能對(duì)齒輪進(jìn)行磨齒、剃齒等加工。所以，旋轉(zhuǎn)刀盤法能實(shí)現(xiàn)很高的齒面精度，平行連桿法則不能。

（6）硬齒面加工分析。加工硬齒面齒輪要求具備較大切削力和切削速度，還可能用到磨齒工藝，但通過(guò)上文分析，這些條件平行連桿加工法都難以達(dá)到，只有旋轉(zhuǎn)刀盤法才能滿足需求，為此，旋轉(zhuǎn)刀盤法能用于加工硬齒面，平行連桿加工法則不能。

3.分析對(duì)比結(jié)果

通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)刀盤加工方法和平行連桿加工方法進(jìn)行對(duì)比分析后，總結(jié)了兩種加工方法各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，如表1所示。

本文主要分析了弧齒圓柱齒輪的兩種加工方法，即旋轉(zhuǎn)刀盤法和平行連桿法，通過(guò)對(duì)比分析兩種加工方法，得出采取旋轉(zhuǎn)刀盤法加工弧齒圓柱齒輪更好。

參考文獻(xiàn)：

[1]常青林.弧齒圓柱齒輪兩種加工方法工藝分析[J].機(jī)械傳動(dòng)，2014（06）：96-100

[2]宋愛(ài)平，吳偉偉，高尚等.弧齒圓柱齒輪理想幾何參數(shù)及其加工方法[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（12）：1735-1740