一种齿轮倒棱机的设计

吕弯弯

(河南应用技术职业学院，河南 郑州 450042)

0 引言

对于行星传动中软齿面传动的齿轮[1]，由于齿轮所使用的材料、刀具在加工过程中的磨损、齿轮的加工方法等因素的影响，会使齿轮顶部产生毛刺，它的存在会影响齿轮传动的平稳性、增大齿轮传动的噪音等。目前市面上去除毛刺的机加工方法一般有设计专用的滚刀[2]刀具去除和钳工手工去除两种。设计专用的滚刀刀具去除毛刺，成本较高、周期较长；钳工手工去除，既不能保证去除余量的均匀性、劳动强度大、去除毛刺效率低，同时也污染了环境、对人体造成一定的危害，以上因素不利于在中小型企业推广和企业竞争力的提高。

经市场调研，某磨棱机厂生产制造的YM系列齿轮磨棱倒角机适用于齿轮等赤形零件的齿端磨棱倒角，应用于机械制造等行业的批量生产，目前已被国内大型齿轮厂所采用。对于齿轮倒棱[3]的最小模数为2 mm，其机构比较复杂，体积比较庞大。从加工效率上分析，此机器只能对齿轮单件生产；从制造成本的经济性上分析，造价较高，一般每台需要8～9万元。为了降低机器的制造成本，提高去除毛刺的效率，本文设计了一台价格低廉、生产效率高的齿轮倒棱机来去除齿轮端部的金属毛刺。

1 齿轮倒棱机的总体设计

1.1 设计要求

该齿轮倒棱机的总体设计要求如表1所示。

1.2 总体结构设计及工作原理

1)总体结构

综合表1所述的设计要求，设计出了齿轮倒棱机的整体结构，三维模型如图1，图2为图1的局部放大图。

表1 设计要求

图1 齿轮倒棱机三维模型图

图2 齿轮倒棱机三维模型局部放大图

2)工作原理

该齿轮倒棱机的工作原理：经直齿圆柱齿轮二级减速器，使动力传递给曲柄摇杆机构。经曲轴一端传递至活动滑枕，使活动滑枕带动侧面的锉刀沿滑枕固定导轨做往复直线运动；经曲轴另一端将运动传递至蜗杆，动力由蜗轮蜗杆机构传递至凸轮机构，凸轮机构带动夹具体按照凸轮的外廓形状作等加或等减速运动，夹具体上设置有弹簧装置，夹具体依靠弹簧提供的动力逐渐靠近锉刀[4]，从而使工件与锉刀相接触，对相对应位置处的齿槽去除毛刺。加工完该齿槽后，齿轮利用自身自动进行分度[5]，无需人工操作，自动进入下一个齿槽进行毛刺的去除，直至该齿轮组所有齿槽毛刺去除完毕为止。

1.3 间歇分度机构的组成及工作原理

1)间歇分度机构的组成(图3)

图3 间歇分度机构

2)工作原理

曲轴通过蜗轮蜗杆[6]、齿轮副传动，使拨盘顺时针转动。依据计算所得的传动比，可知：曲轴每转8圈，拨盘转动1圈；拨盘顺时针转动时，拨盘与滑动件相接触，产生向下的力使弹簧受压，从而带动滑动件和部件1同时向下运动，使超越离合手柄和加工的齿轮同时顺时针转动；齿轮转动时，部件2的荆爪受到一定的压力而退出当前齿槽，部件2的荆爪与齿轮齿顶相接触，当齿轮转过一个齿距时，荆爪进入第二个齿槽，此时，超越离合[7]手柄与部件1的卡爪一直接触；当拨盘与滑动件的接触部分分离时，机构中的限位装置使超越离合手柄恢复到最初状态时[8]，弹簧的弹力使滑动件和部件1同时向上运动，即完成一个齿槽的加工。该间歇分度机构按照上述轨迹周期性运动，直至整个齿轮倒棱完毕[5]。

2 凸轮机构的设计

已知凸轮的基圆半径r0=30 mm，凸轮沿顺时针方向等速转动。而从动件的运动规律如图4所示。

图4 从动件s-φ运动规律图

凸轮沿顺时针方向转动，n=6.857 r/min，推程角Φ=72°，最大行程为h=10 mm；基圆半径r0=15.00 mm；凸轮转角φ=360°。

(1)凸轮的角速度ω

把n=6.875 r/min代入下式得：

=0.719 rad/s

(2)凸轮的推程角Φ

Φ=72°×π/180°=1.256 rad

(3) 凸轮的转角φ

φ=360°×π/180°=6.24 rad

(4)从动件的速度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)凸轮机构的压力角

(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) 许用压力角[α]

经查阅资料，本机构中[α]应取30°～35°。αmax、[α]、αc三者之间的关系如下：

αmax≤[α]<αc

其中，αmax为凸轮运动过程中出现的最大压力角，[α]为许用压力角，αc为临界压力角。

即上面所算的α=23°<[α]。

3 平面连杆机构的运动分析

如图1所示，由曲轴8、连杆9、摇杆11组成的曲柄摇杆机构中，lAB=0.0547 m，lBC=0.32 m，lCD=0.16 m ，AD投影在XY平面内，X轴投影距离为0.32 m，Y轴投影距离为0.135 m，φ=46°，根据经验，取锉刀的速度vc=0.1 m/s，则B点的速度与加速度的分析如图5所示。

图5 速度与加速度分析图

(1)速度分析

用基点法分析B，C两点间的速度关系：

vB=vC+vBC

(3)

方向：⊥AB⊥CD⊥CB

大小： 0.1 m/s

经计算分析可知，式(3)中：

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

(2)加速度分析

连杆上BC两点间的加速度关系式为：

(4)

B→AC→DB→C⊥BC

经计算分析可知：式(4)中

aB=0.042 m/s2

4 结语

该齿轮倒棱机，采用工件沿轴线水平放置、方形锉刀沿导轨做往复直线运动，从而完成去除毛刺的加工工序[9]。该齿轮倒棱机可以同时完成5个齿轮的加工，具备较高的自动分度精度，制造成本低、外形尺寸小，除了上、下料需要人工，其余操作全部实现自动化，提高了去除毛刺的效率，去除余量更加均匀，也改善了工人的工作环境。经后期的研发改进，也可对内齿轮[10]进行去除毛刺，因而该齿轮倒棱机具备一定的市场推广前景。