一種多節粘接滾柱式斜齒節圓夾的設計

曲娜，徐婷

（陜西法士特齒輪有限責任公司，陜西 西安 710119）

前言

自動液力變速器是自動擋汽車傳動系統中的重要裝置之一，汽車的前進、后退以及增速、減速都要靠其傳動來實現[1]。在自動液力變速器的變速箱中，行星輪系是傳動的關鍵部件，同時也是受力較復雜且柔性較大的部件[2]。行星輪系主要由太陽輪、若干行星小齒輪及齒圈組成。其中太陽輪及行星輪多采用小模數斜齒輪，這類零件由于熱后加工時多以齒部節圓為基準要求保證端面、內孔跳動等，所以節圓夾是必需的工裝。然而在設計傳統節圓夾時發現對于小模數斜齒輪，由于其相鄰齒廓間隙小，對應的節圓夾滾柱直徑較小，設計時常出現小直徑滾柱外圓無法露出保持架的情況，導致卡盤無法夾持滾柱而定位齒部節圓，因此傳統節圓夾并不適用。基于此，本文針對這類零件提出了一種新型節圓夾的設計方案。

1 典型零件特征示例

如圖1所示是第一行星排太陽輪的示意圖及齒部參數，這是一種典型的多齒數小模數斜齒輪。圖2為其熱后車工藝，夾具夾持齒部節圓定位沉孔端面，以車后內孔為基準，要求分圓跳動不大于0.032，沉孔端面跳動不大于0.02。能夠與齒部節圓接觸并起到定位作用的夾具，自然是節圓夾。

圖1 典型零件示意圖及齒部參數

圖2 機加工示意圖

2 傳統節圓夾設計方案

2.1 傳統節圓夾結構及參數計算

節圓夾是齒輪加工中一種常用的夾具。如圖3所示，傳統型節圓夾主要由滾柱與保持架組成，滾柱中心穿過一鐵絲，將鐵絲錫焊固定在保持架上，三爪卡盤通過夾持外露部分的滾柱外圓間接固定齒部節圓起到定位作用。

圖3 傳統節圓夾結構示意

表1 傳統節圓夾計算結果

為該太陽輪設計傳統節圓夾，表1是各參數的計算結果。如表所示，三種設計方案中“卡爪夾緊直徑與節圓夾外徑間隙”均為負值，這意味著節圓夾滾柱固定在保持架上后其外圓無法露出保持架外徑，因此卡爪無法卡持滾柱而定位工件。

2.2 原因分析

傳統節圓夾不適用于多齒數小模數斜齒輪，主要是因其相鄰齒廓間隙小，而要使滾柱接觸節圓，滾柱直徑必然比較小，加之保持架有強度要求，厚度無法減薄，這就導致小直徑滾柱外徑無法露出保持架外徑而無法定位工件，如圖4所示。

圖4 小模數傳統型節圓夾示意圖

3 粘接滾柱式節圓夾設計方案

由上可知，由于小直徑滾柱無法露出保持架外部，傳統型節圓夾不適用于定位多齒數小模數斜齒輪，所以本文針對此類零件，提出一種多節粘接滾柱式節圓夾設計方案，圖 5是該新型節圓夾的示意圖。

圖5 粘接滾柱式節圓夾設計方案示意圖

該節圓夾主要由圓板式保持架、滾柱部分和固定鐵絲組成。

（1）本方案將滾柱站立在保持架上，使滾柱外圓無法外露的問題得到解決。

（2）由于圖1的太陽輪螺旋角較大（17°），因此一體式滾柱無法完全插入齒槽形成有效線接觸，這會導致夾持點位過少而定位不緊，故本方案使用橡膠粘接多節滾柱的方式使滾柱整體具有彈性，能夠實現滾柱與齒輪齒槽邊緣形成多段線接觸，保證夾持效果；其中兩節實心滾柱與卡盤接觸，保證卡盤夾緊時，實心滾柱部分不至于變形失效；開孔滾柱中穿過一帶球頭的鐵絲，與保持架連接，實現滾柱與保持架的固定。

（3）滾柱與保持架之間設置的連接間隙，能夠保證滾柱在站立時，實現角度的微調；為了能夠匹配各種試樣的齒輪，要求連接面的傾斜角與齒輪的螺旋角一致，并且使滾柱與連接面垂直設置，從而使滾柱與保持架之間的傾斜角也與齒輪的螺旋角一致，保證本夾具可應用于不同的齒輪結構中。該節圓夾粘接滾柱部分的細節圖如圖6所示。

圖6 新型節圓夾細節圖

圖7 新型節圓夾使用示意圖

該夾具的使用方法是：先將節圓夾具保持架定位在齒輪零件需要加工的端面，然后將滾柱嵌入相對應的齒槽內，人工使滾柱的粘接件處發生彈性形變，使滾柱與齒槽形成多段線接觸；最后將節圓夾具與齒輪零件整體塞入三爪卡盤進行固定，卡盤接觸滾柱外露部分間接夾緊齒輪零件，如圖7所示。

4 總結

由于傳統型節圓夾不適用于定位多齒數小模數斜齒輪，故本文提出了一種多節粘接滾柱式節圓夾的設計方案。多節滾柱通過橡膠進行粘接，可以使滾柱整體具有彈性，更好地接觸齒槽，達到夾持節圓的目的；保持架部分棄用了傳統的圓環形式，采用一個開孔圓板，降低了加工難度，避免了傳統型節圓夾小徑滾柱無法露出保持架的問題。

參考文獻

[1] 王革新,強天綱.基于有限元的變速器軸靜力學分析[J].黑龍江交通科技,2010(1):99-100.

[2] 張媛,冷崇杰，王晶.行星齒輪減速器內齒圈模態分析[J].食品與機械,2010(1):110-112.