試論弧齒圓柱齒輪的加工方法

翟后權(quán)

摘 要：弧齒圓柱齒輪具備重疊系數(shù)大、強度高、傳動平穩(wěn)以及承載能力強的特點，能獲得較大的傳動比，所以在汽車行業(yè)、機床行業(yè)、礦山機械行業(yè)等應用較多。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用提供相應借鑒。

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者長谷川吉提出的，鑒于其具備很多優(yōu)點，所以吸引了國外許多學者的注意與研究。在弧齒圓柱齒輪的加工方面，國內(nèi)外學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。但針對這兩種加工方法的工藝及其優(yōu)缺點方面的研究卻很少。但加工工藝對加工效率以及工業(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)運動，并沿著y軸進給移動。被加工齒輪繞著軸進行轉(zhuǎn)動進給，有效調(diào)節(jié)刀盤進速度以及被加工齒輪進給速度，促使弧齒圓柱齒輪展成運動得以實現(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，傳動鏈前端的電機帶動主動架，接著主動架利用連桿帶動從動架（設置有弧齒圓柱齒輪的加工刀片）。因為加工的時候刀具前刀面是不會變化的，因此，能有效確保弧齒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比

（1）系統(tǒng)剛度。旋轉(zhuǎn)刀盤法具有構(gòu)件少和傳動鏈短的特點，刀盤能直接安裝在機床主軸，所以系統(tǒng)剛度由機床剛度決定，因而系統(tǒng)剛度很高；在平行連桿法里因為傳動鏈長，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安裝多把刀在高速轉(zhuǎn)動的刀盤上，因為刀盤屬于回轉(zhuǎn)體，就理論上來說其自身沒有不平衡質(zhì)量，即便出現(xiàn)動載荷也是由很少加工誤差質(zhì)量形成的，用較小的配重實現(xiàn)動平衡即可。所以旋轉(zhuǎn)刀盤法能實現(xiàn)很高轉(zhuǎn)速，具備很高的切削速度。平行連桿機構(gòu)剛性差，動力學不平衡，所以轉(zhuǎn)動的時候手正弦擾動較大，倘若要平衡其動載荷，就要增加較大的平衡重，進而增加機構(gòu)負擔；加之因為剛度差容易出現(xiàn)振動及共振，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。因為切削速度和生產(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)效率要遠遠高于平行連桿法的生產(chǎn)效率。

（4）加工齒形合理性分析。基于兩種加工方法齒條的基礎上分析其加工齒形的合理性。旋轉(zhuǎn)刀盤法加工出來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，有易潤滑等優(yōu)勢，而且轉(zhuǎn)動過程中能在齒間間隙產(chǎn)生動壓油膜，有效提升齒輪動潤滑接觸強度等，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，雖說此機構(gòu)加工的齒輪可以達到全齒寬線嚙合，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，全齒線嚙合對齒輪接觸強度的提升沒有促進作用，也就是說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的齒輪表層都有刀痕，需要加工處理后才能應用。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，也就不能對齒輪進行磨齒、剃齒等加工。所以，旋轉(zhuǎn)刀盤法能實現(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，但通過上文分析，這些條件平行連桿加工法都難以達到，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.分析對比結(jié)果

通過對旋轉(zhuǎn)刀盤加工方法和平行連桿加工方法進行對比分析后，總結(jié)了兩種加工方法各自的優(yōu)點和缺點，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，通過對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：

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

[2]宋愛平，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].上海交通大學學報，2010（12）：1735-1740