漸開線斜齒輪兩種設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的對比分析

周湘衡，翁 承，劉少龍

(1.中鋼集團(tuán)衡陽重機(jī)有限公司，湖南 衡陽 421002;2.中國重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710032;3.中鋼集團(tuán)衡陽重機(jī)技工學(xué)校，湖南 衡陽 421002)

0 前言

傳統(tǒng)的漸開線斜齒輪是以法向模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的，但是，近年來以端面模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的漸開線斜齒輪也常常遇到，特別是在一些引進(jìn)設(shè)備上。其實(shí)以端面模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的斜齒輪和以法向模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的斜齒輪本質(zhì)上是一樣的，只是表述的方式不同而已。人們熟悉法向模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的漸開線斜齒輪各部分相互關(guān)系，實(shí)際上以端面模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的漸開線斜齒輪的壓力角與螺旋角的相互關(guān)系和一般的斜齒輪是一樣的。本文對兩種齒輪的參數(shù)關(guān)系和加工方法進(jìn)行了分析比較。

1 兩種模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的斜齒輪加工方法選擇和幾何計算

如圖1 所示，兩種模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的漸開線斜齒輪加工:用滾刀或齒條形刀具切齒的法向模數(shù)的斜齒輪;用插齒刀切齒端面模數(shù)斜齒輪。用滾刀或片銑刀切齒以及磨齒的斜齒輪，刀具是順著齒輪的螺旋方向進(jìn)行的，因此必須按斜齒輪的法向模數(shù)來選取刀具的模數(shù)。即以法向模數(shù)mn為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)(指法向模數(shù)和法向壓力角)。當(dāng)用斜齒插齒刀(或斜齒梳齒刀)來切制斜齒輪(人字齒)時，就以端面模數(shù)mt為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)(指端面模數(shù)和端面壓力角)。端面模數(shù)和法向模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)是指同名模數(shù)和同名壓力角為標(biāo)準(zhǔn)值。如法向模數(shù)和端面模數(shù)均為標(biāo)準(zhǔn)值的(煤礦提升機(jī)中的傳動齒輪)，如端面模數(shù)、法向壓力角為標(biāo)準(zhǔn)值，端面壓力角是隨螺旋角變化的情況(SKN12 型機(jī)床加工的斜齒輪)。端面模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的斜齒輪端面上的幾何尺寸可直接套用直齒輪的有關(guān)公式來計算，但均須用端面參數(shù)代入。所有斜齒輪的端面齒形都是漸開線，而法向不是。兩種模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的斜齒輪的幾何計算見表1。

圖1 兩種模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的漸開線斜齒輪的加工Fig.1 Schematic processing of involutes helical gear with two modules as standard

表1 兩種模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的斜齒輪的幾何計算公式(角變位為例)Tab.1 Geometry calculation of involutes helical gear with two modules as standard (angular deflection)

2 幾何尺寸及齒形對比

采用端面模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的斜齒輪，模數(shù)、齒形角、齒數(shù)和變位系數(shù)相同但螺旋角不相等，在端面上的尺寸和齒形完全相同，但法向齒形不同，因其分度圓直徑與分度圓螺旋角大小無關(guān);而同等條件下采用法向模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的斜齒輪，在法向和端面上的齒形不相同，但幾何尺寸相同，因其分度圓直徑與分度圓螺旋角大小有關(guān)。已知斜齒輪mt=10，αt=20°，h*at=1，z=25，xt=0.4，β=15°，兩種模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)時的幾何計算結(jié)果對比見表2。

表2 同參數(shù)兩種模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的斜齒輪幾何計算結(jié)果對比Tab.2 Comparison on geometry calculation results of helical gear with same parameter and two standards mm

3 兩種模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的斜齒輪的測繪

從兩種模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)斜齒輪的幾何計算看出:以端面模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的斜齒輪的分度圓直徑與分度圓螺旋角大小無關(guān)，可使用人字齒輪窄退刀槽或無退刀槽，提高設(shè)計檔次，使結(jié)構(gòu)緊湊、降低造價，適用于硬度不很高的齒面，不便于磨齒。以法向模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的斜齒輪分度圓螺旋角β 的測量是比較復(fù)雜的一項(xiàng)工作，對于變位斜齒輪或單配斜齒輪而言，更為復(fù)雜些。因?yàn)槁菪桥c變位系數(shù)可以互相起補(bǔ)償作用，但對于以端面模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的斜齒輪而言相對要“容易”一些。因?yàn)樗穆菪铅?一般來說根據(jù)機(jī)床和刀具特點(diǎn)是有一定規(guī)律可循的，如15°、22.5°、23°、30°等。而且所有端面上的幾何計算可以按直齒輪計算、法向的幾何計算按斜齒輪對待，所以對于端面模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的斜齒輪端面上的參數(shù)可以按直齒輪測繪，法向的參數(shù)可以按以法向模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的斜齒輪測繪。其測繪方法、手段和以法向模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的斜齒輪測繪是一樣。

4 結(jié)束語

通過上述對比分析可知:以端面模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的斜齒輪主要幾何特點(diǎn)為，分度圓直徑與分度圓螺旋角大小無關(guān)，并且具有直齒輪和斜齒輪的性能;當(dāng)以端面模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的斜齒輪模數(shù)、齒形角和齒數(shù)及變位系數(shù)相同但螺旋角不同時，其在端面上的尺寸和齒形完全相等，但法向齒形不同;以端面模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計人字齒輪具有退刀槽收窄甚至沒有退刀槽的設(shè)計優(yōu)點(diǎn)。本文為斜齒輪及人字齒輪的加工方法的選擇和應(yīng)用提供了參考。

［1］機(jī)修手冊編委會.機(jī)修手冊(1 卷)，設(shè)備修理設(shè)計(下冊)(3 版)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1993:205－216.

［2］中國機(jī)械工程學(xué)會.機(jī)修手冊(3 冊).圓柱齒輪傳動［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1976:76－80.

［3］周湘衡.以端面模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的斜齒輪之幾何計算［J］.有色設(shè)備，2004(1):5－7.

［4］袁俊哲，劉華明，唐宜勝.齒輪刀具設(shè)計(上冊)(1 版)［M］.北京:新時代出版，1983:108－113.

［5］廖曉玲，周湘衡.195B 挖掘機(jī)人字齒輪的測繪［J］.煤礦機(jī)械，2006，27(1):109－111.

［6］吳序堂，齒輪嚙合原理［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

［7］濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(8 版)［M］.北京:高等教育出版社，2006.

［8］孫恒，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理(7 版)［M］.北京:高等教育出版社，2006.

［9］中國重型機(jī)械工業(yè)協(xié)會《全國重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)》編寫委員會.重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)(3 卷)［S］.昆明:云南科技出版社，2007.