[发明专利]一种磨削面齿轮的鼓形蜗杆砂轮廓形设计方法

说明书

本发明公开了一种磨削面齿轮的鼓形蜗杆砂轮廓形设计方法，依据插齿刀加工面齿轮的工作原理，将插齿刀演变为一种鼓形蜗杆砂轮，用于展成磨削面齿轮。基于插齿刀廓形，在鼓形蜗杆基体法截面上构造一对与插齿刀齿廓一致的齿形线，以该对齿形线为母线沿鼓形蜗杆砂轮基体表面作特定的螺旋运动，通过母线螺旋扫掠的方法形成鼓形蜗杆砂轮型面。此外，依据鼓形蜗杆砂轮基体表面螺旋线方程计算砂轮螺旋升角，所述鼓形蜗杆砂轮法截面位置由砂轮名义螺旋升角确定。由该方法设计计算鼓形蜗杆砂轮廓形不用求解复杂的啮合方程，计算过程简单，避免了廓形计算结果受奇异点的限制，得到的蜗杆砂轮廓形精度高。

技术领域

本发明属于齿轮制造领域，尤其是面齿轮的磨削加工，具体涉及一种磨削面齿轮的鼓形蜗杆砂轮廓形设计方法。

技术背景

面齿轮传动具有结构紧凑、安装调整方便以及重合度大等优点，现已应用于飞机、汽车、风电、机器人等领域。要将面齿轮应用于高速、重载的工况，必须提高面齿轮齿面硬度和精度，提高齿面硬度一般采用热处理工艺，热处理工序之后，磨齿便是提高齿面精度必不可少的精加工工序，然而面齿轮的磨削加工一直是面齿轮制造工艺中的重点和难点。

LITVIN等于1992年和2000年先后提出采用碟形砂轮和蜗杆砂轮磨削面齿轮的方法，并开发了相应的面齿轮专用磨齿机床。格里森公司推出CONIFACE磨削方法，采用一种特殊的渐开线刃盘形砂轮磨削面齿轮，但是该方法只能得到近似的齿面，且对机床参数调整要求较高。国内西北工业大学方宗德、赵宁等以及中南大学唐进元等都对碟形砂轮磨削面齿轮的理论和方法进行了研究，南京航空航天大学朱如鹏等针对蜗杆砂轮展成磨削面齿轮展开研究，均取得了大量成果，也已在少部分国产磨齿机床上实现了面齿轮磨削加工。但是目前针对磨削面齿轮的蜗杆砂轮型面设计计算大多基于啮合理论，通过求解啮合方程获得蜗杆砂轮型面，计算过程和结果复杂且所得型面受到奇异点的限制。北京航空航天大学王延忠等为避免求解复杂啮合方程，提出通过圆柱齿轮演变为球形滚刀用于滚切面齿轮，该方法可以避免滚刀基蜗杆上的奇异点限制，但是球形滚刀的尺寸受到圆柱齿轮尺寸的限制。因此设计一种不需要求解复杂啮合方程且不受演变前的齿轮尺寸限制的蜗杆砂轮对工程实践中面齿轮展成磨削技术的发展意义重大。

发明内容

针对现有方法存在的缺陷，本发明提供了一种磨削面齿轮的鼓形蜗杆砂轮廓形设计方法，依据插齿刀加工面齿轮的工作原理，将插齿刀演变为一种鼓形蜗杆砂轮，首先基于插齿刀廓形，在鼓形蜗杆基体法截面上构造一对与插齿刀齿廓一致的齿形线，然后以该对齿形线为母线沿鼓形蜗杆砂轮基体表面作特定的螺旋运动，通过母线螺旋扫掠的方法形成鼓形蜗杆砂轮型面；以该方法演变计算鼓形蜗杆砂轮廓形过程简单，所得廓形精度可控，既大大提高了计算效率又提高了设计精度。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种磨削面齿轮的鼓形蜗杆砂轮廓形设计方法，该方法包括如下步骤：

1)建立由插齿刀向鼓形蜗杆砂轮演变成形的坐标系：如图1所示，其中O_w-X_wY_wZ_w为与鼓形蜗杆砂轮固连的动坐标系，O-XYZ和O_n-X_nY_nZ_n均为固定坐标系且YOZ平面和Y_nO_nZ_n平面分别与蜗杆轴截面和法截面重合，二者之间的夹角为λ₀，O_s-X_sY_sZ_s为假想齿形线的运动坐标系，O₁-X₁Y₁Z₁为辅助坐标系，O₁-X₁Y₁Z₁与O_n-X_nY_nZ_n两者原点之间的最短距离为E；