本實(shí)用新型涉及一種加工刀具的設(shè)計(jì)范疇，特別是一種非等邊剃齒刀。

背景技術(shù)：

剃齒刀是直齒和斜齒漸開(kāi)線圓柱齒輪的一種精加工刀具。剃齒時(shí)，剃齒刀的切削刃沿工件齒面剃下一層薄金屬，可以有效提高被剃齒輪的精度和齒面質(zhì)量，且加工效率高，刀具壽命長(zhǎng)，是成批、大量生產(chǎn)中等精度圓柱齒輪時(shí)，應(yīng)用最廣泛的一種加工刀具。

目前，公知的剃齒刀構(gòu)造是左右齒廓完全相等，與斜齒輪類似的漸開(kāi)線螺旋面，并在其齒面上開(kāi)有形成切削刃的窄槽。剃齒刀與工件齒輪進(jìn)行交錯(cuò)軸螺旋齒輪傳動(dòng)，通過(guò)切削刃壓入工件齒輪一定深度完成剃削，但未經(jīng)過(guò)修形的剃齒刀在嚙合過(guò)程中節(jié)圓附近發(fā)生單點(diǎn)接觸，使該處齒面間承受的正壓力要比其它部位大，造成切削刃較深地陷入工件齒輪齒面，形成齒形中凹。傳統(tǒng)方法依靠經(jīng)驗(yàn)對(duì)剃齒刀進(jìn)行修磨、試切等方法，以獲得最佳嚙合角為目標(biāo)，通過(guò)負(fù)變位的方式使剃齒刀與工件齒輪嚙合過(guò)程中的單點(diǎn)接觸區(qū)域減少甚至消除，達(dá)到平衡剃齒。由于大多數(shù)情況下根據(jù)工件齒輪的參數(shù)是無(wú)法設(shè)計(jì)出滿足平衡剃齒條件的剃齒刀，這就給剃齒刀的修形帶來(lái)了工藝問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)負(fù)變位剃齒的不足以及平衡剃齒條件難以實(shí)現(xiàn)，本實(shí)用新型的目的在于提供一種非等邊剃齒刀。

為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本實(shí)用新型采取如下的技術(shù)解決方案：

一種非等邊剃齒刀，包括非等邊剃齒刀的主、副工作面，以及其齒面上開(kāi)設(shè)數(shù)個(gè)容屑槽，容屑槽的兩側(cè)和漸開(kāi)線齒面發(fā)生相交，形成用于加工工件齒輪的切削刃，其特征在于，所述的非等邊剃齒刀的主、副工作面齒廓不相等，即根據(jù)嚙合幾何關(guān)系，每一個(gè)單齒的副工作面最大曲率半徑小于主工作面最大曲率半徑。

本實(shí)用新型的其它特點(diǎn)是，通過(guò)非等邊剃齒刀的主、副工作面之間的最大曲率半徑差，實(shí)現(xiàn)剃削過(guò)程中推遲剃齒刀副工作面進(jìn)入嚙合線的起點(diǎn)位置，使其主、副工作面能夠同時(shí)嚙入與工件齒輪接觸，達(dá)到平衡剃齒條件。

本實(shí)用新型的非等邊剃齒刀，能夠使其主工作面與工件齒輪之間的嚙合力趨于平穩(wěn)，不僅可以實(shí)現(xiàn)平衡剃齒的條件，而且還能降低嚙合傳動(dòng)誤差幅值，為減小剃齒齒形中凹誤差提供了新的技術(shù)思路。

其創(chuàng)新點(diǎn)在于，對(duì)負(fù)變位剃齒刀的齒形進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，通過(guò)減小剃齒刀副工作面的齒頂圓值，即減小副工作面的最大曲率半徑ρ_max，推遲其進(jìn)入嚙合線的起點(diǎn)位置，使其主、副工作面剃削過(guò)程中能夠同時(shí)嚙入與工件齒輪接觸，避免主工作面嚙合線上的三點(diǎn)區(qū)域，保證了主工作面剃削過(guò)程中與工件齒輪齒面之間的嚙合力趨于平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)平衡剃齒條件，減小剃齒齒形中凹誤差。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的非等邊剃齒刀幾何模型正視圖；

圖2是非等邊剃齒刀幾何模型等軸測(cè)視圖；

圖3是剃齒嚙合空間幾何模型；

圖4是非等邊剃齒刀的數(shù)學(xué)模型圖；

圖5是非等邊剃齒刀的嚙合原理示意圖；

圖6是實(shí)例嚙合傳動(dòng)誤差幅值對(duì)比分析圖；

圖1中的標(biāo)記為：1、非等邊剃齒刀主工作面，2、非等邊剃齒刀副工作面，A為詳圖，按2:1縮放；

圖5中K₁K₂為非等邊剃齒刀的副工作面嚙合線，K₁'K'₂為其主工作面嚙合線。P點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，A點(diǎn)為非等邊剃齒刀的副工作面齒頂圓上一點(diǎn)，B點(diǎn)為其主工作面齒頂圓上一點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

參見(jiàn)圖1和圖2，按照本實(shí)用新型的技術(shù)方案，一種非等邊剃齒刀，該非等邊剃齒刀為盤(pán)形結(jié)構(gòu)，形狀及參數(shù)近似為斜齒圓柱齒輪，包括非等邊剃齒刀的主、副工作面，以及其齒面上開(kāi)設(shè)數(shù)個(gè)容屑槽，容屑槽的兩側(cè)和漸開(kāi)線齒面發(fā)生相交，形成用于加工工件齒輪的切削刃，其設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)工件齒輪具體參數(shù)要求確定，所述非等邊剃齒刀主、副工作面的齒廓不相等，即根據(jù)嚙合幾何關(guān)系，每一個(gè)單齒的副工作面最大曲率半徑小于主工作面最大曲率半徑。

本實(shí)施例中，通過(guò)非等邊剃齒刀主、副工作面之間的最大曲率半徑差，實(shí)現(xiàn)剃削過(guò)程中推遲剃齒刀副工作面進(jìn)入嚙合線的起點(diǎn)位置，使主、副工作面能夠同時(shí)嚙入與工件接觸，達(dá)到平衡剃齒條件。

在圖1中，非等邊剃齒刀副工作面2齒廓的最大曲率半徑ρ_maxB略小于非等邊剃齒刀主工作面1齒廓的最大曲率半徑ρ_maxA，兩者的差根據(jù)工件齒輪的參數(shù)及嚙合幾何關(guān)系確定。由于非等邊剃齒刀主、副工作面齒廓的最大曲率半徑不相等，在進(jìn)入嚙合時(shí)，副工作面最大曲率半徑的減小可以推遲其進(jìn)入嚙合線的起點(diǎn)位置，使主、副工作面同時(shí)進(jìn)入嚙合，避免了主工作面嚙合線上的三點(diǎn)區(qū)域。

參見(jiàn)圖3至圖6，本實(shí)施例給出一種非等邊剃齒刀設(shè)計(jì)實(shí)例，通過(guò)減小非等邊剃齒刀副工作面的齒頂圓半徑，推遲非等邊剃齒刀副工作面進(jìn)入嚙合線的起點(diǎn)位置，使其主、副工作面剃削過(guò)程中能夠同時(shí)嚙入與工件齒輪接觸，避免主工作面嚙合線上的三點(diǎn)區(qū)域，保證了主工作面剃削過(guò)程中與工件齒輪齒面之間的嚙合力趨于平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)平衡剃齒條件，減小剃齒齒形中凹誤差。

具體包括以下部分：

(1)構(gòu)建空間嚙合幾何模型；

(2)構(gòu)建非等邊剃齒刀齒面數(shù)學(xué)模型；

(3)非等邊剃齒刀幾何關(guān)系推導(dǎo)；

(4)根據(jù)步驟(1)-(3)中得出的接觸特性，最后比較了非等邊剃齒刀和負(fù)變位剃齒刀在相同嚙合條件下與工件齒輪的嚙合傳動(dòng)誤差幅值情況，最終確定非等邊剃齒的剃齒效果更優(yōu)。

設(shè)計(jì)步驟包括：

設(shè)非等邊剃齒刀與被剃齒輪的空間嚙合情況如空間坐標(biāo)系如圖3所示，S_h和S_f分別為非等邊剃齒刀和工件齒輪的固定坐標(biāo)系，中心距為a。S_i和S₁為非等邊剃齒刀的動(dòng)坐標(biāo)系，S₂和S₃為工件齒輪的動(dòng)坐標(biāo)系。非等邊剃齒刀與工件齒輪分別以ω₁和ω₂的角速度繞Z_h和Z_f軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，且兩軸之間存在軸交角Σ。非等邊剃齒刀由動(dòng)坐標(biāo)系S_i轉(zhuǎn)動(dòng)角至S₁，同時(shí)工件齒輪由動(dòng)坐標(biāo)系S₂旋轉(zhuǎn)角并以V₀⁽²⁾的速度沿Z₃軸軸向進(jìn)給l至S₃，存在空間關(guān)系式(1)如下：

如圖4所示，設(shè)非等邊剃齒刀的主工作面為S，副工作面為S'。

點(diǎn)B和點(diǎn)A分別為各齒頂圓上的一點(diǎn)，ρ_Amax和ρ_Bmax分別為點(diǎn)A、點(diǎn)B的曲率半徑。

σ₀為基圓上齒槽半角，θ'與θ分別為面S'和S的參變量。

根據(jù)齒輪嚙合原理中漸開(kāi)線螺旋面方程式可知，非等邊剃齒刀副工作面S'和非等邊剃齒刀主工作面S在動(dòng)坐標(biāo)系o-x,y,z下的參數(shù)方程可表達(dá)為：

根據(jù)齒輪嚙合原理，式(2)和(3)可推導(dǎo)出嚙合線方程，確定嚙合線初始點(diǎn)K₁、K₂、K₁'、K'₂在固定坐標(biāo)系o_h-x_h,y_h,z_h中的位置坐標(biāo)，并通過(guò)嚙合線方程求得工件齒輪左，右齒面參數(shù)方程(這里對(duì)推導(dǎo)過(guò)程不做贅述)。

設(shè)工件齒輪由動(dòng)坐標(biāo)系S₀初始位置旋轉(zhuǎn)角至S₁，非等邊剃齒刀的副工作面S'與工件齒輪在嚙合線K₁點(diǎn)接觸進(jìn)入嚙合，根據(jù)空間坐標(biāo)關(guān)系式(1)可表達(dá)為：

設(shè)當(dāng)工件齒輪由動(dòng)坐標(biāo)系S₀初始位置旋轉(zhuǎn)角至S₂，非等邊剃齒刀的主工作面S與工件齒輪在嚙合線K'₂點(diǎn)位置接觸，非等邊剃齒刀的副工作面S'在該瞬時(shí)與工件齒輪的嚙合點(diǎn)由K₁點(diǎn)移至A點(diǎn)。根據(jù)空間坐標(biāo)關(guān)系式(1)可表達(dá)為：

通過(guò)式(5)和式(6)可分別計(jì)算出和值，可通過(guò)式(7)計(jì)算工件齒輪在A點(diǎn)的曲率半徑為：

式中，為動(dòng)坐標(biāo)系S₁和S₂之間的夾角即θ為K₁點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的展角。根據(jù)幾何關(guān)系可知，非等邊剃齒刀的副工作面在A點(diǎn)的曲率半徑為：

式中，r₁'，r₂'分別為非等邊剃齒刀和工件齒輪的節(jié)圓半徑，r_b1，r_b2分別為非等邊剃齒刀與工件齒輪的基圓半徑，β_b1，β_b2分別為非等邊剃齒刀和工件齒輪的基圓螺旋角。

根據(jù)上述分析，ρ_A'為非等邊剃齒刀副工作面的最大曲率半徑。ρ_A'與非等邊剃齒刀主工作面最大曲率半徑ρ_max之間存在以下關(guān)系：

通過(guò)上述分析可通過(guò)式(9)確定非等邊剃齒刀主、副工作面存在的幾何關(guān)系，以曲率半徑作為設(shè)計(jì)參數(shù)確定非等邊剃齒刀副工作面齒頂圓值。

剃齒刀非等邊齒形設(shè)計(jì)，使兩齒廓的最大曲率半徑ρ_max不相等。在進(jìn)入嚙合時(shí)，該方法可以推遲剃齒刀副工作面進(jìn)入嚙合線的起點(diǎn)位置，保證了主工作面剃削過(guò)程中與工件齒輪齒面之間的嚙合力趨于平穩(wěn)。如圖5所示，非等邊剃齒刀的副工作面齒廓(圖示1齒)最大曲率半徑減小，使原本從嚙合線K₁點(diǎn)延遲至A點(diǎn)進(jìn)入嚙合線，副工作面在A點(diǎn)接觸工件齒輪的同時(shí)，主工作面(圖示2齒)也到達(dá)嚙合線的K'₂點(diǎn)處與工件齒輪接觸，即實(shí)現(xiàn)主、副工作面同時(shí)進(jìn)入嚙合區(qū)域。該方法可使嚙合過(guò)程中主工作面嚙合線上避免單點(diǎn)嚙合區(qū)，保證了主工作面剃削過(guò)程中與工件齒輪齒面之間的嚙合力趨于平穩(wěn)。

如圖6所示，通過(guò)嚙合仿真，在相同的嚙合條件下，非等邊剃齒刀與工件齒輪嚙合時(shí)的傳動(dòng)誤差幅值小于負(fù)變位剃齒刀與工件齒輪嚙合時(shí)的傳動(dòng)誤差幅值，故非等邊剃齒刀與工件齒輪齒面之間的嚙合力趨于平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)平衡剃齒條件，減小剃齒齒形中凹誤差。