加工齿圈支座专用滚刀的设计

(a)齿圈支座齿形(d<d_i)
(b)普通齿轮齿形(d>d_i)图1 齿圈支座齿形与普通齿轮齿形对比

齿圈支座是拖拉机上的一个关键零件，其外部齿形为直齿渐开线圆柱齿形，采用专用滚刀加工。齿圈支座齿形的主要参数为：模数m=3.25mm，齿数z=62，齿形角a=20°，大径d_e=213mm，小径d_i=205mm，分圆直径d=201.5mm。齿圈支座齿形的特点是其分圆直径小于小径(d<d_i)，而普通齿轮齿形的分圆直径通常大于小径，如图1所示。本文根据齿轮啮合原理推导了d<d_i时滚刀齿形参数的设计计算方法。

齿轮滚刀是按螺旋齿轮啮合原理滚切加工齿轮。滚刀的旋转运动构成主切削运动，滚刀轴线与工件端面倾斜成一定角度，滚刀转动时形成展成运动和圆周进给运动。滚刀加工过程相当于一个斜齿圆柱齿轮与被加工齿轮作螺旋齿轮啮合。

一对渐开线圆柱齿轮要正常啮合，两齿轮的法向基节必须相等，即pm₀cosa₀=pmcosa，由此可得 m₀cosa₀=mcosa(1)式中：m₀，a₀——滚刀的法向模数和法向齿形角

m，a——被加工齿轮的法向模数和法向齿形角

式(1)可有两种解法：

当a=a₀时：m=m₀

(2)

当a≠a₀时：m₀=mcosa/cosa₀

(3)

由式(2)、(3)可知，当齿轮齿形的d>d_i时，滚刀的m₀、a₀应等于被加工齿轮的m、a；当齿轮齿形的d<d_i时，滚刀的m₀、a₀与被加工齿轮的m、a可不相等，只要满足式(3)即可。

齿圈支座专用滚刀的齿形参数设计计算如下：

1. 齿圈支座与滚刀的啮合节圆d_j、齿形角a_j和齿厚s_j d_j=(d_e+d_i)/2
   cosa_j=dcosa/d_j可得 a_j=(a_e+a_i)/2
   d_j=dcosa/cosa_j
   s_j=d_j(s/d+inva-inva_j)式中：d、d_e、d_i——齿圈支座的分圆直径、大径和小径
   a_e、a_i——对应于d_e和d_i的齿形角
   s——齿圈支座的分圆弧齿厚
2. 滚刀的法向模数m₀、齿形角a₀ a₀=a_j
   m₀=mcosa/cosa₀
   
   图2 滚刀轴向齿形参数
3. 滚刀轴向齿形参数(见图2) t_z=pm/cosl_f
   s₀=(pm-s_j)/cosl_f
   h_e=(d_j-d_i)/2
   h=(d_e-d_i)/2式中：l_f——滚刀分度圆螺旋升角

齿圈支座专用滚刀其它结构参数的设计计算与普通齿轮滚刀相同。

设计实例：齿圈支座齿形参数为z=62，m=3.27mm，a=20°，d_e=213mm，d_i=205mm，d=201.5mm，s=6.696mm。通过设计计算，可得齿圈支座专用滚刀的法向和轴向齿形参数为：a₀=25°037"，m₀=3.37mm，t_z=12.592mm，s_z=6.804mm，h_e=2.1mm；h=3.656mm。加工实践证明，该滚刀加工精度稳定，可达到产品和工艺要求。