非对称滚刀及其设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种加工齿轮用的滚刀及其设计方法。
【背景技术】
[0002] 齿轮传动系统常用到同时与两个齿轮啮合的中间惰轮或行星轮，由于它们的齿牙 受双向弯曲载荷作用，该齿轮的齿根最容易出现弯曲折断，例如在GB/T 3480-1997《渐开 线圆柱齿轮承载能力计算方法》P56中规定：对于受对称双向弯曲的齿轮（如中间轮或行星 轮），应将齿轮的弯曲疲劳极限值乘上系数0. 7作为这类齿轮能承受的弯曲疲劳极限。另 外，中间惰轮或行星轮左右齿面分别与两个不同的齿轮啮合，因此中间惰轮或行星轮齿牙 左右侧分别承受的弯曲强度不同，啮合所需齿面渐开线的起始点也不同，而渐开线的起始 点高低直接影响齿轮的齿根圆弧曲率半径，进而影响齿轮的齿根弯曲强度。传统的设计方 法不考虑左右齿面渐开线的起始点差异，设计的齿形为左右齿面及齿根完全对称，参见GB/ T 1356-2001《通用机械和重型机械用圆柱齿轮标准基本齿条齿廓》，为完全对称齿廓；因 此，为了保证左、右齿面渐开线起始点相同，且具有足够的渐开线啮合长度，使得左右齿廓 齿根曲线曲率半径均很小，这进一步降低了中间惰轮或行星轮的齿根弯曲强度。
【发明内容】
[0003] 本发明的第一目的是提供一种能使被加工齿轮左右齿廓获得不同的渐开线起始 点直径和齿根曲线的非对称滚刀。
[0004] 本发明的第二目的是提供一种非对称滚刀的设计方法。
[0005] 实现上述第一目的的技术方案是：
[0006] 一种非对称滚刀，所述非对称滚刀的轴向齿廓由左侧齿廓和右侧齿廓组成，所述 左侧齿廓由直线段HI、IJ、KL和圆弧段JK组成；所述右侧齿廓由直线段PO、ON、ML和圆弧 段匪组成；
[0007] 所述直线段HI与轴线I的夹角为所述左侧齿廓的主切削刃齿形角α ;所述轴线 I为对刀时通过被加工齿轮分度圆圆心且垂直于非对称滚刀分度线II的轴线；所述直线段 IJ与轴线I的夹角为左侧齿廓的非造型切削刃齿形角βρ α，且β 1= 7°~14° ; 所述圆弧段JK与直线段IJ、KL相切于点J和点K ;直线段KL平行于非对称滚刀分度线II ;
[0008] 所述右侧齿廓的直线段PO与轴线I的夹角为α ;所述直线段ON与轴线I的夹角 为右侧齿廓的非造型切削刃齿形角β2, β2< α，且β 2= 7°~14° ;所述圆弧段匪与 直线段ON、ML相切于点N和点M ;直线段ML平行于非对称滚刀分度线II ;
[0009] 所述左侧齿廓具有凸角厚度H1，所述右侧齿廓具有凸角厚度H2，允许H 1^ H2;
[0010] 所述非对称滚刀轴向齿廓在分度线II上的齿厚为Sn，左侧齿廓在分度线II上的厚 度为Snl，右侧齿廓在分度线II上的厚度Sn2, Sn= S nl+Sn2，允许Snl辛S η2;
[0011] 所述左侧齿廓的圆弧段JK的半径为R1;右侧齿廓的圆弧段NM的半径为R 2;0 < R 1 < R2S Rmax，其中Rmax按如下公式计算：
[0012]
;其中ha为所述非对称滚刀齿顶高。
[0013] 采用本发明加工被加工齿轮时，所述左侧齿廓直线段HI所在的刀具段滚切被加 工齿轮左侧形成齿廓QSG的渐开线段QS，所述左侧齿廓的直线段IJ、KL和圆弧段JK所在 的刀具段滚切被加工齿轮左侧形成齿廓QSG的齿根曲线SG ;所述右侧齿廓直线段PO所在 的刀具段滚切被加工齿轮右侧形成齿廓UTG的渐开线段UT，所述右侧齿廓的PO、ON、ML和 圆弧段NM所在的刀具段滚切被加工齿轮右侧形成齿廓UTG的齿根曲线TG。本发明能够将 被加工齿轮加工成为其左右齿廓具有不同的渐开线起始点直径和不同曲率半径的齿根曲 线的非完全对称齿轮。
[0014] 实现上述第二目的的技术方案是：
[0015] -种非对称滚刀的设计方法，所述非对称滚刀的轴向齿形按以下步骤进行设计：
[0016] 第一步，设定被加工齿轮的基本参数为模数m、齿数z、压力角αη、变位系数X，被 加工齿轮左侧齿廓QSG的渐开线起始点直径为dFfl，被加工齿轮右侧齿廓UTG的渐开线起始 点直径为dFf2;
[0017] 第二步，按以下公式确定非对称滚刀的齿形参数：
[0018] 1)根据公式I，确定非对称滚刀的齿顶高ha;
[0019] ha= h a*m 公式 I ;
[0020] 其中ha*为非对称滚刀的齿顶高系数，h := I. 30~I. 45 ;
[0021] 2)根据公式II，确定非对称滚刀的齿根高hf;
[0022] hf=hf*m 公式 II ;
[0023] 其中h/为非对称滚刀的齿根高系数，h /= 1. 2~1. 25 ;
[0024] 3)根据公式III，确定非对称滚刀的全齿高h
[0025] h = ha+hf 公式III ;
[0026] 4)根据公式IV，确定非对称滚刀轴向齿廓在分度线II上的齿距卩"
[0027] Pn= Jim 公式IV ;
[0028] 5)非对称滚刀左侧齿廓的齿形角和非对称滚刀右侧齿廓的齿形角均为α :
[0029] α = αη 公式V ;
[0030] 6)根据公式VI~VIL确定非对称滚刀轴向齿廓在分度线II上的齿厚Sn:
[0031] Sn=SnJSn2 公式 VI;
[0032] Snl= 0· 25 π m-xtan a-q i 公式W ;
[0033] Sn2= 0· 25 π m-xtan a-q 2 公式VH ;
[0034] 其中：?和q2*别为左侧齿廓和右侧齿廓的留磨量，允许qi# q2;
[0035] 7)非对称滚刀左侧齿廓的非造型切削刃齿形角β JP非对称滚刀右侧齿廓的非造 型切削刃齿形角β2分别满足如下要求：
[0036] β ^ α，β 2< α，推荐β种β 2取值范围为7°~14。；
[0037] 8)左侧齿廓凸角厚度H1和右侧齿廓凸角厚度H2按公式IX和X确定：
[0038] H1= q !+w 公式IX
[0039] H2= q 2+w ；公式X
[0040] 其中，w为齿根的沉切深度，
[0041] 9)左侧齿廓圆弧段JK的半径R1可由下述方法确定：
[0042] 根据被加工齿轮参数，在刀具模块中输入留磨量qi、齿顶高系数ha'齿根高系数 h/、左侧齿廓凸角厚度H1、非对称滚刀左侧齿廓的非造型切削刃齿形角β i，由半径R1、凸角 厚度氏和非造型切削刃齿形角β 同决定被加工齿轮左侧齿廓QSG的渐开线起始点直径 dFfl，计算获得半径R1的值；
[0043] 10)右侧齿廓的圆弧段匪的半径R2可由下述方法确定：
[0044] 根据被加工齿轮参数，在刀具模块中输入留磨量q2、齿顶高系数ha'齿根高系数 h/、右侧齿廓凸角厚度H2、非对称滚刀右侧齿廓的非造型切削刃齿形角β 2，由半径R2、凸角 厚度4和非造型切削刃齿形角β 2共同决定被加工齿轮右侧齿廓UTG的渐开线起始点直径 dFK，计算获得半径R2的值；
[0045] 11)确定左侧齿廓凸角高度Iii和右侧齿廓凸角高度h。：
[0046]
[0047]
[0048] 本发明通过设置左侧齿廓和右侧齿廓不同的非造型切削刃齿形角β JP β 2、凸角 厚度氏和H2、圆弧半径&和R2、分度线上的厚度Snl和S &，使非对称滚刀获得非对称的左侧 齿廓和右侧齿廓，本方法设计出来的非对称滚刀非常适合加工参与双向啮合的惰轮或行星 轮，提高非完全对称齿轮的强度和可靠性。本发明带来的另一种有益效果是：当有需要（如 被加工齿轮热处理后左右齿面存在较大不同变形时），可将左侧齿廓的留磨量1和右侧齿 廓留磨量％根据左右齿轮各自不相等变形量取不相等的磨削量，有利于提高左右齿面硬化 层均匀性。
【附图说明】
[0049] 以下结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0050] 图1是本发明的非对称滚刀的轴向齿形图；
[0051] 图2是图1中的左侧齿廓图；
[0052] 图3是图1中的右侧齿廓图；
[0053] 图4是本发明的非对称滚刀加工被加工齿轮时的示意图。
【具体实施方式】
[0054] 如图1、2、3所示，本发明的一种非对称滚刀，所述非对称滚刀3的轴向齿廓由左侧 齿廓1和右侧齿廓2组成，所述左侧齿廓1由直线段HI、IJ、KL和圆弧段JK组成；所述右 侧齿廓2由直线段PO、ON、ML和圆弧段匪组成；
[0055] 所述直线段HI与轴线I的夹角为所述左侧齿廓1的主切削刃齿形角α ;所述轴 线I为对刀时通过被加工齿轮分度圆圆心且垂直于非对称滚刀3分度线II的轴线；所述直 线段IJ与轴线I的夹角为左侧齿廓1的非造型切削刃齿形角βρ α，且β 1=7°~ 14° ;所述圆弧段JK与直线段IJ、KL相切于点J和点K ;直线段KL平行于非对称滚刀分度 线II ;
[0056] 所述右侧齿廓2的直线段PO与轴线I的夹角为α ;所述直线段ON与轴线I的夹 角为右侧齿廓2的非造型切削刃齿形角β2, β2< α，且β 2= 7°~14° ;所述圆弧段匪 与直线段ON、ML相切于点N和点M ;直线段ML平行于非对称滚刀分度线II ;
[0057] 所述左侧齿廓1具有凸角厚度H1，所述右侧齿廓2具有凸角厚度H2，允许H 1^ H 2;
[0058] 所述非对称滚刀3轴向齿廓在分度线II上的齿厚为Sn，左侧齿廓1在分度线II上 的厚度为Snl，右侧齿廓2在分度线II上的厚度Sn2, Sn= S nl+Sn2，允许Snl辛S η2;
[0059] 所述左侧齿廓1的圆弧段JK的半径为R1;右侧齿廓2的圆弧段匪的半径为R 2;0 <札< R2彡Rmax，其中Rmax按如下公式计算：
[0060]
其中ha为所述非对称滚刀3齿顶高。
[0061] 如图1、2、3所示，本发明的一种非对称滚刀3的轴向齿形设计方法，所述非对称滚 刀3的轴向齿形按以下步骤进行设计：
[0062] 第一步，设定被加工齿轮4的基本参数为模数m、齿数z、压力角αη、变位系数X