[实用新型]超高精密复杂曲面齿条及其配套齿轮

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种精密机械，具体为一种超高精密复杂曲面齿条，同时还公开了与齿条配套的齿轮的加工方法。

背景技术

目前常规的齿条面是为梯形，与之匹配的齿轮表面牙齿也是梯形，采用梯形的齿条和齿轮在传动过程中容易出现以下问题：1、传动过程中，齿轮和齿轮啮合时有反向间隙；2、由于间隙的存在影响了传动的精度；传动速度慢；噪音大。

为了提高传动精度，设计出了波浪形齿条用于替代梯形齿条，同时将与之配套的齿轮牙齿也修改成波浪形，但是由于齿轮为一整体钢件，在齿轮与齿条的啮合传动过程中易出现偏心抖动，影响了传动进度，不能做到无缝隙传动；再则由于齿轮和齿条在传动过程中处于抖动状态，使用噪声大。另外，由于齿条上表面波浪形的锯齿存在大量的凸面与凹面，加工难度大，实际加工出的齿面粗糙，达不到高精度，使传动啮合过程中产生间隙，影响精度。

实用新型内容

实用新型目的：为了解决现有技术中的问题,本实用新型提供了一种超高精密复杂曲面齿条、该齿条的加工方法及其配套齿轮。本实用新型所述齿轮及齿条啮合运行误差小，使用噪音低、传动精度高，消除了齿轮与齿条啮合的反向间隙；同时提供的齿条加工方法采用渐进多次加工法实现了高精度加工。

技术方案：为了实现上述目的，本实用新型所述的一种超高精密的齿轮，包括：轮骨架、轴承和圆滚柱；所述轮骨架上设有固定孔；轴承固定在固定孔内，圆滚柱装配于轴承内。

本实用新型中所述轮骨架为工字型，由上端面、下端面和中间连接柱构成，中间连接柱位于上端面、下端面之间，上端面和下端面上设有固定孔，并且上端面与下端面上的固定孔位置大小一一对应。上端面和下端面优选采用圆盘形，固定孔分布于圆盘外沿，排列成圆形。

本实用新型中所述轴承为一组，每个固定孔内配一个轴承，固定孔与轴承之间为过盈配合；所述圆滚柱为一组，每个轴承内配一根圆滚柱，圆滚柱与轴承精密配合。固定孔与轴承之间为过盈配合，将轴承牢固的固定于轮骨架上，使传动时轮骨架与轴承一体同速传动；圆滚柱与轴承之间为精密配合，在传动过程中，当圆滚柱受到不均衡压力时，圆滚柱在轴承内可以做自传，自动调整位置，使接触面均衡受力，这样的设计既起到了缓冲抗震的作用，又防止了齿轮和齿条在啮合过程中因接触面受力不均产生抖动的现象，提高了传动精度，降低了运行噪声，消除了齿轮与齿条啮合的反向间隙。

为了更好的将圆滚柱固定于齿轮轴承内，本实用新型在所述齿轮的轮骨架两端还配有防止圆滚柱轴向滑动的挡片。

本实用新型还公开了一种与上述超高精密的齿轮相适配的超高精度复杂曲面齿条，所述齿条上表面为契合超高精密的齿轮圆滚柱运动轨迹的锯齿。由于锯齿的形状就是齿轮圆滚柱的运动轨迹，所以能够实现齿轮和齿条在啮合传动中做到无间隙高精度传动。

所述锯齿齿面的形状按照如下方法得出：

（1）取与齿条匹配的齿轮的垂直于轴向的横截面；

（2）从横截面中单独取出圆滚柱横截面放入坐标系中，作出圆滚柱横截面的外切圆,外切圆半径为a；圆滚柱半径为b；外切圆周长为2πa；圆滚柱个数为n；

（3）按照如下公式求出外切圆上任意一点(x,y)的1/4周期的轨迹L1；

x=at-bsint；

y=a-bcost；

t为（x,y）点在坐标系中的角度;

（4）将L1沿Y轴方向做镜像得到轨迹L2；

（5）将L1向左平移距离b;将L2向右平移距离b;将L1和L2下端补上滚珠半圆轨迹，得到轨迹L3；

（6）将轨迹L3沿X轴方向平移，每次平移距离d=2πa/n；并保留原有轨迹，得到一个轨迹群；

（7）保留轨迹群中相邻两条轨迹交点以下的轨迹，得到一条新的轨迹L4；L4即为锯齿齿面轨迹，按照齿条要求长度选取锯齿长度做成齿条即可。

本实用新型中还公开了一种超高精度复杂曲面齿条的加工方法，该方法的步骤如下：

（1）对选取的型材做机械性能处理，即对型材做热加工，加热温度为850摄氏度-1100摄氏度，加热时间为24小时-48小时；

（2）对做过机械性能处理的形成做粗加工，按照要求的形状作出粗略的造型，在型材表面形成齿面，即在要求数据参数的基础上放2-3mm的单边余量；

（3）去应力处理，即再次进行热加工，加工温度保持在600摄氏度-650摄氏度；保温时间4-8小时；

（4）加工半径，即将齿面加工到接近要求的尺寸，单边余量为0.4-0.6mm;

（5）对齿面进行高频淬火，淬火温度控制在1100摄氏度-1200摄氏度，将硬度HRC调整到50-62度；