一種齒輪倒棱機(jī)的設(shè)計(jì)

呂彎彎

(河南應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450042)

0 引言

對于行星傳動(dòng)中軟齒面?zhèn)鲃?dòng)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(chǎn)生毛刺，它的存在會影響齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性、增大齒輪傳動(dòng)的噪音等。目前市面上去除毛刺的機(jī)加工方法一般有設(shè)計(jì)專用的滾刀[2]刀具去除和鉗工手工去除兩種。設(shè)計(jì)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(dòng)強(qiáng)度大、去除毛刺效率低，同時(shí)也污染了環(huán)境、對人體造成一定的危害，以上因素不利于在中小型企業(yè)推廣和企業(yè)競爭力的提高。

經(jīng)市場調(diào)研，某磨棱機(jī)廠生產(chǎn)制造的YM系列齒輪磨棱倒角機(jī)適用于齒輪等赤形零件的齒端磨棱倒角，應(yīng)用于機(jī)械制造等行業(yè)的批量生產(chǎn)，目前已被國內(nèi)大型齒輪廠所采用。對于齒輪倒棱[3]的最小模數(shù)為2 mm，其機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，體積比較龐大。從加工效率上分析，此機(jī)器只能對齒輪單件生產(chǎn)；從制造成本的經(jīng)濟(jì)性上分析，造價(jià)較高，一般每臺需要8～9萬元。為了降低機(jī)器的制造成本，提高去除毛刺的效率，本文設(shè)計(jì)了一臺價(jià)格低廉、生產(chǎn)效率高的齒輪倒棱機(jī)來去除齒輪端部的金屬毛刺。

1 齒輪倒棱機(jī)的總體設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)要求

該齒輪倒棱機(jī)的總體設(shè)計(jì)要求如表1所示。

1.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理

1)總體結(jié)構(gòu)

綜合表1所述的設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)出了齒輪倒棱機(jī)的整體結(jié)構(gòu)，三維模型如圖1，圖2為圖1的局部放大圖。

表1 設(shè)計(jì)要求

圖1 齒輪倒棱機(jī)三維模型圖

圖2 齒輪倒棱機(jī)三維模型局部放大圖

2)工作原理

該齒輪倒棱機(jī)的工作原理：經(jīng)直齒圓柱齒輪二級減速器，使動(dòng)力傳遞給曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。經(jīng)曲軸一端傳遞至活動(dòng)滑枕，使活動(dòng)滑枕帶動(dòng)側(cè)面的銼刀沿滑枕固定導(dǎo)軌做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；經(jīng)曲軸另一端將運(yùn)動(dòng)傳遞至蝸桿，動(dòng)力由蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)傳遞至凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)夾具體按照凸輪的外廓形狀作等加或等減速運(yùn)動(dòng)，夾具體上設(shè)置有彈簧裝置，夾具體依靠彈簧提供的動(dòng)力逐漸靠近銼刀[4]，從而使工件與銼刀相接觸，對相對應(yīng)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(dòng)進(jìn)行分度[5]，無需人工操作，自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)齒槽進(jìn)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(jī)構(gòu)的組成及工作原理

1)間歇分度機(jī)構(gòu)的組成(圖3)

圖3 間歇分度機(jī)構(gòu)

2)工作原理

曲軸通過蝸輪蝸桿[6]、齒輪副傳動(dòng)，使撥盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。依據(jù)計(jì)算所得的傳動(dòng)比，可知：曲軸每轉(zhuǎn)8圈，撥盤轉(zhuǎn)動(dòng)1圈；撥盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，撥盤與滑動(dòng)件相接觸，產(chǎn)生向下的力使彈簧受壓，從而帶動(dòng)滑動(dòng)件和部件1同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)，使超越離合手柄和加工的齒輪同時(shí)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，部件2的荊爪受到一定的壓力而退出當(dāng)前齒槽，部件2的荊爪與齒輪齒頂相接觸，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距時(shí)，荊爪進(jìn)入第二個(gè)齒槽，此時(shí)，超越離合[7]手柄與部件1的卡爪一直接觸；當(dāng)撥盤與滑動(dòng)件的接觸部分分離時(shí)，機(jī)構(gòu)中的限位裝置使超越離合手柄恢復(fù)到最初狀態(tài)時(shí)[8]，彈簧的彈力使滑動(dòng)件和部件1同時(shí)向上運(yùn)動(dòng)，即完成一個(gè)齒槽的加工。該間歇分度機(jī)構(gòu)按照上述軌跡周期性運(yùn)動(dòng)，直至整個(gè)齒輪倒棱完畢[5]。

2 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

已知凸輪的基圓半徑r0=30 mm，凸輪沿順時(shí)針方向等速轉(zhuǎn)動(dòng)。而從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖4所示。

圖4 從動(dòng)件s-φ運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖

凸輪沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，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(zhuǎn)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(zhuǎn)角φ

φ=360°×π/180°=6.24 rad

(4)從動(dòng)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(jī)構(gòu)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(jīng)查閱資料，本機(jī)構(gòu)中[α]應(yīng)取30°～35°。αmax、[α]、αc三者之間的關(guān)系如下：

αmax≤[α]<αc

其中，αmax為凸輪運(yùn)動(dòng)過程中出現(xiàn)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(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)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(jī)構(gòu)中，lAB=0.0547 m，lBC=0.32 m，lCD=0.16 m ，AD投影在XY平面內(nèi)，X軸投影距離為0.32 m，Y軸投影距離為0.135 m，φ=46°，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取銼刀的速度vc=0.1 m/s，則B點(diǎn)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(diǎn)法分析B，C兩點(diǎn)間的速度關(guān)系：

vB=vC+vBC

(3)

方向：⊥AB⊥CD⊥CB

大?。?0.1 m/s

經(jīng)計(jì)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(diǎn)間的加速度關(guān)系式為：

(4)

B→AC→DB→C⊥BC

經(jīng)計(jì)算分析可知：式(4)中

aB=0.042 m/s2

4 結(jié)語

該齒輪倒棱機(jī)，采用工件沿軸線水平放置、方形銼刀沿導(dǎo)軌做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，從而完成去除毛刺的加工工序[9]。該齒輪倒棱機(jī)可以同時(shí)完成5個(gè)齒輪的加工，具備較高的自動(dòng)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(huán)境。經(jīng)后期的研發(fā)改進(jìn)，也可對內(nèi)齒輪[10]進(jìn)行去除毛刺，因而該齒輪倒棱機(jī)具備一定的市場推廣前景。