磨斜齒輪內孔的節圓夾具設計新法

柏學華

磨斜齒輪內孔的節圓夾具設計新法

柏學華

（江蘇天工大成安全技術有限公司 江蘇鹽城 224000）

本文作者對磨斜齒輪內孔的節圓夾具設計進行了設計介紹，希望可以為研究磨斜齒輪內孔的節圓夾具設計提供依據和參考。

磨斜齒輪內孔節圓；夾具設計；制造

磨斜齒輪內孔節圓夾具無論設計還是制造都比磨直齒輪內孔節圓夾具困難。如果被加工齒輪齒數不能被3整除，困難更大。

我廠產品TY295齒輪精度要求較高，而且都是斜齒輪，采用20CrM-nTi材料制造，須經滲碳淬火。齒形加工采用滾剃珩，齒圈的徑向跳動精度是靠磨內孔工序獲得的。為了保證磨齒精度，保證齒圈徑向跳動控制在0.038mm之內，且滿足大批量連續生產要求，必須設計節圓定位磨齒夾具。而TY295齒輪螺旋角為11.5°，其中幾種齒輪齒數為23齒、38齒、46齒，均不能被3整除；另外模數只有3，常規方法設計夾具很困難。幾經試驗，本人設計了帶有斜齒輪螺旋角的三條阿基米德螺旋面構成的磨斜齒輪內孔節圓夾具。

1 結構原理

夾具結構如圖1所示：主要由夾具體、定位鋼球、保持架、蓋板組成。磨孔時以齒輪節圓為定位基準，六只鋼球為定位元件。夾具體上有三條帶螺旋角的阿基米德螺旋面，使斜齒輪能按節圓正確定位夾緊。加工時，磨削力方向與夾緊力方向一致，保證工件在夾具體中能保持正確、可靠的定位和夾緊。

2 安裝與調試

將夾具安裝在內圓磨床的四爪卡盤上，校正夾具體徑跳和端跳，然后將具有6只鋼球的保持架套入斜齒輪的齒槽中，再放進夾具體內，用專用扳手旋轉齒輪直至楔緊為止。這樣，齒輪就安裝完畢。

3 夾具設計

節圓夾具主要零件是夾具體，下面介紹設計方法，夾具體外形如圖2。

圖1

圖2 夾具體結構

已知：齒數 Z、法向模數Mn、法向齒形角 αon、分度圓螺旋角 βf，分度圓上法向最小弧齒厚Sfmin及齒頂圓直徑De。

（1）將齒形法向參數轉換為端面參數：

端面模數：Ms=Mn/cosβf；

分度圓上端面最小弧齒厚：Sfsmin=Sfmin/cosβf。

（4）鋼球與端面齒形的接觸點向量半徑：rf={De-（2～4）}/2。

（6）按DL求出同中心位置與法向齒形接觸的鋼球直徑：

（7）按 dn選出鋼球實際直徑 dn，1.728≤dn≤dn。

（8）按dn求出同中心位置與端面齒形接觸的鋼球直徑：DL=dn/cosβ0。

（9）按齒形端面參數，求出直徑為dL的鋼球與齒輪端面齒形接觸后的最小中心距：Amin=r0/cosα2，式中 cosα2=Sfmin/2rf+invαos+dL/2r0-π/2。

（10）求直徑為dn的鋼球與法向齒形接觸時的最小公切圓直徑：Dmin=2αmin+dn。

（11）求夾具體 R1、R2：R1=Dmin/2+ρ·θ1，R2=dmin/2-ρ·θ2。

式中：ρ為鏟齒車床有關的系數，取決于鏟齒車床的鏟程。

4 實例說明

現以TY295型柴油23齒齒輪為例進行計算如下：

已知：Z=23，mn=3，βf=11°31′29″，Sfsmin=4.62，rf=30.209，re=33.006，旋向左：

（1）求得鋼球直徑：dL=7.14；

（2）按 dn求得 dL=dn/cosβf=7.269；

（3）最小中心距：Amin=r0/cosα2=38.189；

（4）最小公切圓直徑：Dmin=2Amin+dn=83.518；

（5）求夾具體 R1、R2尺寸。

由C8955說明書可查得：59A-95-5凸輪在270°范圍內鏟程為1，故60°范圍內鏟程為 60/270×1=2/9，所以可求得 ρ=2/3π，當凸輪在 270°范圍內鏟程變化時值也隨之相應變化，具體變化值如表1。

表1

所以，R1=Dmin/2+2/3π×2π/9=41.907

式中，2π/9（即20°）是從進口點到夾緊死點的圓心角，根據經驗，此時夾緊效果最好。

R2=Dmin/2+2/3π×π/9=41.684

式中：π/9（即40°）是從出口點到夾緊死點的圓心角，考慮到結構和磨損量取π/9較好。

（6）斜齒輪導程：T=ctgβf+π×2rf=1084.973。

5 制造

在磨斜齒輪節圓夾具制造中，一般零件制造都比較容易，但夾具體上的三條帶有斜齒輪螺旋角的阿基米德螺旋面精度要求較高，加工比較困難。它既是阿基米德螺旋面，又具有一定的螺旋角以適應斜齒輪定位的需要。當被加工齒輪的齒數不是3的整數倍時，三條阿基米德螺旋面在圓周上就不能等分，這時制造難度就更大。必須解決以下幾個問題：

（1）阿基米德螺旋面的制造。

（2）保證三條阿基米德螺旋面在圓周上的不等分分布。

（3）保證按節圓上計算出的螺旋導程。

（4）制造過程中的測量。

為了保證以上四個問題的解決，我們利用C8955鏟齒車床進行鏟磨加工。具體做法如下：

（1）選擇C8955鏟齒車床凸輪59A-95-5來加工阿基米德螺旋面。

該凸輪在270°范圍內鏟程為1。根據圖2所示，阿基米德螺旋面從入口到出口范圍共60°。升程K=41.907-41.684=0.223，而凸輪在60°范圍內的升程K=0.222，完全能保證工件的需要。

（2）分齒

分齒，主要是解決三條阿基米德螺旋面在在圓周上的不等分分布，我們將其齒數按照8、8、7的分配形式分布，在鏟磨加工時，利用槽數掛輪來實現阿基米德螺旋面的分度。具體是鏟齒車床的槽數掛輪采用23的整數倍齒數齒輪：23×3=69，槽數交換齒輪為：a1c1/b1d1=3/10，取：a1=69，b1=69，c1=30，d1=100。

每鏟一條阿基米德螺旋面后，靠鏟齒凸輪相對機床主軸轉動8/23或7/23圈，再加工第二條、第三條阿基米德螺旋面，直至完成。

（3）差動

差動，主要是保證按節圓計算出的螺旋導程，由于被加工齒輪導程T=1084.973，所以在鏟磨加工中必須掛差動掛輪。C8955鏟齒車床的差動掛輪調配公式：a2c2/b2d2=76.2Z/T，因為是單頭加工，Z=1，所以a2c2/b2d2=76.2×1/1084.973。

取 a2=16，b2=128，c2=109，d2=194，實際導程是 1084.977，導程誤差為0.004，滿足設計要求。

（4）制造時測量

由于三條阿基米德螺旋面在圓周上不等分布，測量比較困難，我們用一個經過磨削的標準齒輪，把鋼球保持架放到齒輪相對應的槽中，鏟磨加工時進行測量。鋼球轉到從螺旋面入口R1到出口R3之間1/3的位置最好。這種大致測量法在加工時容易掌握，且精度也較好。

TG751.5

A

1004-7344（2016）31-0218-02

2016-10-22