漸開線斜齒輪兩種設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)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(duì)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(jì)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(shí)，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(dòng)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(jì)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(jì)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(jì)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(duì)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(shí)的幾何計(jì)算結(jié)果對(duì)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(jì)算結(jié)果對(duì)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(cè)繪

從兩種模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)斜齒輪的幾何計(jì)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(jì)檔次，使結(jié)構(gòu)緊湊、降低造價(jià)，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(cè)量是比較復(fù)雜的一項(xiàng)工作，對(duì)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(duì)于以端面模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的斜齒輪而言相對(duì)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(jì)算可以按直齒輪計(jì)算、法向的幾何計(jì)算按斜齒輪對(duì)待，所以對(duì)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(cè)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(cè)繪。其測(cè)繪方法、手段和以法向模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的斜齒輪測(cè)繪是一樣。

4 結(jié)束語

通過上述對(duì)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(shí)，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(jì)人字齒輪具有退刀槽收窄甚至沒有退刀槽的設(shè)計(jì)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。

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