一種齒輪倒棱機的設計

呂彎彎

(河南應用技術職業學院，河南 鄭州 450042)

0 引言

對于行星傳動中軟齒面傳動的齒輪[1]，由于齒輪所使用的材料、刀具在加工過程中的磨損、齒輪的加工方法等因素的影響，會使齒輪頂部產生毛刺，它的存在會影響齒輪傳動的平穩性、增大齒輪傳動的噪音等。目前市面上去除毛刺的機加工方法一般有設計專用的滾刀[2]刀具去除和鉗工手工去除兩種。設計專用的滾刀刀具去除毛刺，成本較高、周期較長；鉗工手工去除，既不能保證去除余量的均勻性、勞動強度大、去除毛刺效率低，同時也污染了環境、對人體造成一定的危害，以上因素不利于在中小型企業推廣和企業競爭力的提高。

經市場調研，某磨棱機廠生產制造的YM系列齒輪磨棱倒角機適用于齒輪等赤形零件的齒端磨棱倒角，應用于機械制造等行業的批量生產，目前已被國內大型齒輪廠所采用。對于齒輪倒棱[3]的最小模數為2 mm，其機構比較復雜，體積比較龐大。從加工效率上分析，此機器只能對齒輪單件生產；從制造成本的經濟性上分析，造價較高，一般每臺需要8～9萬元。為了降低機器的制造成本，提高去除毛刺的效率，本文設計了一臺價格低廉、生產效率高的齒輪倒棱機來去除齒輪端部的金屬毛刺。

1 齒輪倒棱機的總體設計

1.1 設計要求

該齒輪倒棱機的總體設計要求如表1所示。

1.2 總體結構設計及工作原理

1)總體結構

綜合表1所述的設計要求，設計出了齒輪倒棱機的整體結構，三維模型如圖1，圖2為圖1的局部放大圖。

表1 設計要求

圖1 齒輪倒棱機三維模型圖

圖2 齒輪倒棱機三維模型局部放大圖

2)工作原理

該齒輪倒棱機的工作原理：經直齒圓柱齒輪二級減速器，使動力傳遞給曲柄搖桿機構。經曲軸一端傳遞至活動滑枕，使活動滑枕帶動側面的銼刀沿滑枕固定導軌做往復直線運動；經曲軸另一端將運動傳遞至蝸桿，動力由蝸輪蝸桿機構傳遞至凸輪機構，凸輪機構帶動夾具體按照凸輪的外廓形狀作等加或等減速運動，夾具體上設置有彈簧裝置，夾具體依靠彈簧提供的動力逐漸靠近銼刀[4]，從而使工件與銼刀相接觸，對相對應位置處的齒槽去除毛刺。加工完該齒槽后，齒輪利用自身自動進行分度[5]，無需人工操作，自動進入下一個齒槽進行毛刺的去除，直至該齒輪組所有齒槽毛刺去除完畢為止。

1.3 間歇分度機構的組成及工作原理

1)間歇分度機構的組成(圖3)

圖3 間歇分度機構

2)工作原理

曲軸通過蝸輪蝸桿[6]、齒輪副傳動，使撥盤順時針轉動。依據計算所得的傳動比，可知：曲軸每轉8圈，撥盤轉動1圈；撥盤順時針轉動時，撥盤與滑動件相接觸，產生向下的力使彈簧受壓，從而帶動滑動件和部件1同時向下運動，使超越離合手柄和加工的齒輪同時順時針轉動；齒輪轉動時，部件2的荊爪受到一定的壓力而退出當前齒槽，部件2的荊爪與齒輪齒頂相接觸，當齒輪轉過一個齒距時，荊爪進入第二個齒槽，此時，超越離合[7]手柄與部件1的卡爪一直接觸；當撥盤與滑動件的接觸部分分離時，機構中的限位裝置使超越離合手柄恢復到最初狀態時[8]，彈簧的彈力使滑動件和部件1同時向上運動，即完成一個齒槽的加工。該間歇分度機構按照上述軌跡周期性運動，直至整個齒輪倒棱完畢[5]。

2 凸輪機構的設計

已知凸輪的基圓半徑r0=30 mm，凸輪沿順時針方向等速轉動。而從動件的運動規律如圖4所示。

圖4 從動件s-φ運動規律圖

凸輪沿順時針方向轉動，n=6.857 r/min，推程角Φ=72°，最大行程為h=10 mm；基圓半徑r0=15.00 mm；凸輪轉角φ=360°。

(1)凸輪的角速度ω

把n=6.875 r/min代入下式得：

=0.719 rad/s

(2)凸輪的推程角Φ

Φ=72°×π/180°=1.256 rad

(3) 凸輪的轉角φ

φ=360°×π/180°=6.24 rad

(4)從動件的速度v

(1)

把ω=0.719 rad/s，Φ=1.256 rad，h=10 mm代入(1)式得：

v=5.7 mm/s

(5)凸輪機構的壓力角

(2)

把v=5.7 mm/s，ω=0.719 rad/s，r0=30 mm，s=6 mm代入(2)式得：

α=23°

(6) 許用壓力角[α]

經查閱資料，本機構中[α]應取30°～35°。αmax、[α]、αc三者之間的關系如下：

αmax≤[α]<αc

其中，αmax為凸輪運動過程中出現的最大壓力角，[α]為許用壓力角，αc為臨界壓力角。

即上面所算的α=23°<[α]。

3 平面連桿機構的運動分析

如圖1所示，由曲軸8、連桿9、搖桿11組成的曲柄搖桿機構中，lAB=0.0547 m，lBC=0.32 m，lCD=0.16 m ，AD投影在XY平面內，X軸投影距離為0.32 m，Y軸投影距離為0.135 m，φ=46°，根據經驗，取銼刀的速度vc=0.1 m/s，則B點的速度與加速度的分析如圖5所示。

圖5 速度與加速度分析圖

(1)速度分析

用基點法分析B，C兩點間的速度關系：

vB=vC+vBC

(3)

方向：⊥AB⊥CD⊥CB

大小： 0.1 m/s

經計算分析可知，式(3)中：

vB=0.136 m/s，ωBC=0.233 rad/s，ωAB=2.486 rad/s，

(2)加速度分析

連桿上BC兩點間的加速度關系式為：

(4)

B→AC→DB→C⊥BC

經計算分析可知：式(4)中

aB=0.042 m/s2

4 結語

該齒輪倒棱機，采用工件沿軸線水平放置、方形銼刀沿導軌做往復直線運動，從而完成去除毛刺的加工工序[9]。該齒輪倒棱機可以同時完成5個齒輪的加工，具備較高的自動分度精度，制造成本低、外形尺寸小，除了上、下料需要人工，其余操作全部實現自動化，提高了去除毛刺的效率，去除余量更加均勻，也改善了工人的工作環境。經后期的研發改進，也可對內齒輪[10]進行去除毛刺，因而該齒輪倒棱機具備一定的市場推廣前景。