专利名称：锥齿轮及锥齿轮的加工方法
技术领域：
本发明涉及齿轮及其加工工艺，尤其是锥齿轮及锥齿轮的加工方法。
背景技术：
锥齿轮用于传递两相交铀的运动和动力，其传动可看成是两个锥顶共点的圆锥体 相互作纯滚动。根据齿轮的大小、使用环境的不同，可以为实心式、轮辐式、腹板式等形式； 轴孔可以与锥齿轮两端平齐，也可以沿锥齿轮轴向设置轴孔延长段。锥齿轮沿齿宽方向的 齿廓大小与其距锥顶的距离成正比，大的一端为大端、小的一端为小端。锥齿轮的结构参数 包括顶锥、分度圆锥、背锥、内锥等，其中顶锥又称面锥，并由面锥锥面构成齿顶面。以直齿圆锥齿轮为例，锥齿轮在设计时，其齿廓曲线为空间的球面渐开线，由于球 面无法展开为平面，给设计计算及制造带来不便。为此引入了背锥这一结构，具体的说，过 分度圆锥母线的大端端点A作垂直于分度圆锥母线的直线，该直线与分度圆锥轴线相交于 点0，以分度圆锥轴线为轴线，OA为母线作圆锥，该圆锥即为背锥。背锥母线与球面切于锥 齿轮大端的分度圆上，并与分度圆锥母线以直角相接。在上述点A附近，背锥锥面和球面非 常接近，且锥距与大端模数的比值越大，两者越接近，即背锥的齿形与大端球面的因形越接 近。因此根据设计手册和教科书的设计惯例，通常近似地用背锥上的齿形来代替大端球面 上的理论齿形，背锥面可以展开成平面，从而解决了锥齿轮的设计制造问题。内锥与面锥锥顶朝向相反、锥面相交，内锥的设置则是为了避免相互啮合的两个 锥齿轮之间相互干涉，为相配合锥齿轮的小端提供避让空间。因此，相应的，锥齿轮的外轮廓面包括面锥锥面、背锥锥面、内锥锥面，面锥锥面与 背锥锥面相交且相交的棱边构成锥齿轮的大端齿顶圆，面锥锥面与内锥锥面相交且相交的 棱边构成锥齿轮的小端齿顶圆。现有的圆锥齿轮除了少量小型齿轮，如与齿轮轴为一体的锥齿轮，可以采用精锻 成型以外，通常通过铸造、锻造形成齿坯，然后通过车削加工锥齿轮的外轮廓面，完成外轮 廓面加工后通过插齿、铣齿等方法完成齿成型，最后经热处理后完成齿轮加工。由于面锥锥面、背锥锥面均为斜面，在加工过程中无法作为定位面，只能通过轴孔 固定定位，而为了加工轴孔，则需要提供外圆定位面，因此现有的齿坯粗坯通常为圆环或圆 盘。以如图1所示的汽车差速器从动锥齿轮为例，具体的加工步骤为1)通过圆环状齿坯的 外圆柱面将齿坯固定于机床，然后车轴孔和后端面；2)卸下齿坯并翻转齿坯，然后重新通 过齿坯的外圆柱面将齿坯固定于机床，车内锥；3)卸下齿坯，通过轴孔将齿坯重新固定于 机床，车背锥；4)卸下齿坯并翻转齿坯，然后重新通过轴孔将齿坯固定于机床，车面锥；5) 齿成型；6)热处理。上述外轮廓面的车削加工过程中，每一步均需要对齿坯进行固定、定位，因此步骤 多、操作繁琐。由于面锥、背锥的加工需要翻转齿坯，大端齿顶圆处为两次加工的终点交汇 处，无法在车削过程中在大端齿顶圆处形成圆弧过渡；内锥成型于面锥之前，由于刀具角度 问题，面锥成型时也无法同时在小端齿顶圆处形成圆弧过渡。因此在面锥形成后，大、小端齿顶圆处容易在操作过程中由于碰撞等崩裂形成不良品，同时大、小端齿顶圆处较锋利，容 易划伤操作人员，尤其是位于最外侧的大端齿顶圆处。由于大、小端齿顶圆处应力集中，在 后续的齿成型过程中，大、小端齿顶圆处同样容易产生毛刺及形成崩裂不良品，不利于后续 加工，因此在锥齿轮的整个加工过程中通常还增加了大量针对毛刺、崩裂的返工打磨步骤， 虽然能够通过打磨消除部分不良品，但同时打磨容易在小端齿顶圆处形成倒毛刺，影响锥 齿轮的使用。因此，现有锥齿轮的成品率通常低于80%。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种节省材料、加工方便、成品率高的锥齿轮 及锥齿轮的加工方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是锥齿轮，其外轮廓面通过车削成型 包括面锥的锥面，所述外轮廓面还包括与面锥同轴并相交的外圆的柱面，所述外圆直径与 面锥锥底圆直径相等并构成锥齿轮的最大外径，所述面锥锥面与外圆柱面相交的棱边构成 锥齿轮的大端齿顶圆。本方案没有采用现有锥齿轮背锥的设计，克服了长期以来锥齿轮的设计定势，也 可以说是克服了本领域技术人员的技术偏见，提供了一种新的设计思路。本方案的锥齿轮 由于外圆的设置，其成品的体积是大于同规格的现有锥齿轮的，因此对于本领域技术人员 而言必定认为其材料用量是增加的。虽然成品体积有所增加，但实际上由于外圆由始至终 均存在，齿坯外轮廓面能够加工成与成品锥齿轮外形相适应的形状，即包括面锥、外圆，相 较于现有圆环状齿坯，面锥加工余量小，沿车削路径，加工余量一致，与现有三角形切削区 域相比，车削循环少，加工效率极高、精度高，其齿坯实际上节省了大量的材料。而且通过外 圆的设置，在放置、搬运时，均能通过外圆柱面接触，避免了尖锐部位的存在，在整个齿轮加 工过程中能够有效防止大端齿顶圆的崩裂不良。在本方案中取消了现有背锥的设置。但进一步的，为了节省材料、方便加工，保证 与现有锥齿轮外形的相似，避免改动与锥齿轮相配合的齿轮箱等结构，所述外轮廓面包括 与面锥同轴且锥底相对的假背锥的锥面，所述外圆柱面的轴向两端分别与假背锥和面锥的 锥面相交；所述外圆柱面的轴向高度与车削机床的卡盘夹持宽度相适应。这里的假背锥仅 仅是为了保证本方案锥齿轮与现有锥齿轮形状的相似，而并不是用于锥齿轮的近似设计和 制造。进一步的，为了避免崩裂对大端齿顶圆以下齿成型区域的影响，锥齿轮的大端齿 根位于外圆柱面内。进一步的，所述外轮廓面包括法向与面锥轴向平行的圆环状后端面，所述后端面 相对外圆位于假背锥轴向上的另一侧，所述后端面与假背锥锥面相交且相交处通过圆角过渡。为了进一步的防止大端齿顶圆处的崩裂不良，所述面锥锥面与外圆柱面的相交处 通过圆角过渡。进一步的，所述外轮廓面包括与面锥同轴的内锥的锥面，所述内锥与面锥锥顶朝 向相反，所述内锥锥面与面锥锥面相交且相交处通过圆角过渡，所述内锥锥面与面锥锥面 相交的棱边构成锥齿轮的小端齿顶圆。
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面锥锥面同外圆柱面和内锥锥面相交处均通过圆角过渡，有效避免大、小端齿顶 圆处的应力集中，避免在后续的铣齿过程中形成崩裂不良品。同时上述各圆角过渡的设置 还能有效避免尖锐部位划伤操作人员。而从形状上看，本方案的锥齿轮并不能对加工过程有所改善，尤其是在同时设置 面锥、外圆、假背锥时。对于本领域技术人员而言，按现有加工方法及加工思路的教导，均 会认为该外圆是在完成面锥、假背锥的加工之后通过打磨形成的，需要额外增加外圆的成 型步骤，因此必然导致加工步骤的增加、加工效率的降低。但实际上，由于外圆的增加，避开 “背锥与节锥垂直”这一设计准则，能够方便的对现有加工步骤的顺序进行调整，从而大大 提高加工效率。本发明锥齿轮的加工方法，包括如下步骤1)锥齿轮的外轮廓面包括面锥锥面、 与面锥同轴的外圆的柱面，外圆柱面和面锥锥面相交且相交处棱边构成锥齿轮的大端齿顶 圆；通过锻造或铸造制作形状与锥齿轮形状相适应的齿坯，所述齿坯的外轮廓面包括与面 锥锥面对应的锥面和与外圆柱面对应的柱面；2)通过齿坯外轮廓面中与外圆柱面对应的 柱面将齿坯固定于机床，且齿坯外轮廓面中与面锥锥面对应的锥面朝向固定侧；3)车削成 型相对面锥位于外圆另一侧的锥齿轮外轮廓面；4)车削成型锥齿轮的轴孔；5)卸下齿坯并 翻转齿坯，然后通过轴孔将齿坯重新固定于机床，且齿坯外轮廓面中与面锥锥面对应的锥 面朝向加工侧；6)依次车削成型锥齿轮的面锥锥面、面锥锥面与外圆柱面相交处的圆角过 渡、外圆柱面；7)齿成型；8)热处理。现有的锥齿轮加工工艺加工轴孔、后端面及内锥时必须依靠齿坯外圆柱面定位夹 紧，而现有锥齿轮，其背锥是与齿轮的节锥垂直、与内锥平行的，因此轴孔、后端面及内锥必 须在加工背锥之前加工，而加工轴孔、后端面与内锥分处齿轮的两面，因此二者必须分开加 工，这就至使加工时必须增加一个翻面的动作。另外，加工背锥时，夹具需要依靠内锥与面 锥之间的一个过渡平面定位，而此平面在加工面锥后不存在或变短因而不能以此定位，因 此背锥必须在面锥成形之前加工，所以在此处又增加了 一个翻面动作。而本发明的锥齿轮由于避开“背锥与节锥垂直”这一设计准则，外轮廓面各组成 部分的加工顺序能够合理优化，整个加工过程中，仅需固定两次、翻转一次，步骤少、操作简 单，从而直接减少齿轮翻面及重新装夹次，极大地提高齿轮质量及加工效率，能降低导致崩 裂不良的几率。在设置有假背锥时，进一步的，所述锥齿轮相对面锥位于外圆另一侧的外轮廓面 包括假背锥的锥面，所述假背锥与面锥同轴且锥底相对，所述外圆柱面的两端分别与假背 锥和面锥的锥面相交；所述齿坯的外轮廓面包括与假背锥锥面对应的锥面；所述假背锥成 型于所述步骤3)。作为一种优选方案，所述锥齿轮相对面锥位于外圆另一侧的外轮廓面包括相交的 假背锥锥面和圆环状后端面；所述假背锥与面锥同轴且锥底相对，所述外圆柱面的两端分 别与假背锥和面锥的锥面相交；所述后端面法向与面锥轴向平行，所述后端面相对外圆位 于假背锥轴向上的另一侧；所述齿坯的外轮廓面包括与假背锥锥面对应的锥面和与后端面 对应的圆环面；所述步骤3)依次车削成型后端面、假背锥锥面与后端面相交处的圆角过 渡、假背锥锥面。在设置有内锥时，进一步的，所述锥齿轮外轮廓面包括内锥的锥面，所述内锥与面锥锥顶朝向相反，所述内锥锥面与面锥锥面相交且相交处棱边构成锥齿轮的小端齿顶圆； 在所述步骤6)之后、步骤7)之前车削成型内锥锥面，并成型面锥锥面与内锥锥面相交处的 圆角过渡。本发明的锥齿轮及其加工方法，通过锥齿轮外轮廓面的改变，提高了加工效率、成 品率，降低生产成本，取得了本领域技术人员所预料不到的技术效果，克服了长期以来锥齿 轮的设计定势，提供了一种新的设计和加工思路，并取得了比现有技术更好的加工效果。
图1是现有圆锥齿轮的轴向剖视图；图2是本发明圆锥齿轮的轴向剖视图；图3是本发明锥齿轮及现有锥齿轮的比较图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。如图2所示，本发明的锥齿轮，其外轮廓面通过车削成型包括面锥1的锥面，所述 外轮廓面还包括与面锥1同轴并相交的外圆3的柱面，所述外圆3直径与面锥1锥底圆直 径相等并构成锥齿轮的最大外径，所述面锥1锥面与外圆3柱面相交的棱边构成锥齿轮的 大端齿顶圆。上述最大直径即锥齿轮的理论外径。本方案的锥齿轮没有采用现有锥齿轮背锥的设计，克服了长期以来锥齿轮的设计 定势，也可以说是克服了本领域技术人员的技术偏见，提供了一种新的设计思路。本方案的 锥齿轮由于外圆3的设置，其成品的体积是大于同规格的现有锥齿轮的，因此对于本领域 技术人员而言必定认为其材料用量是增加的。虽然成品体积有所增加，但实际上由于外圆 3由始至终均存在，齿坯外轮廓面能够加工成与成品锥齿轮外形相适应的形状，即包括面锥 1、外圆3，相较于现有圆环状粗坯，面锥1加工余量小，沿车削路径，加工余量一致，与现有 三角形切削区域相比，车削循环少，加工效率极高、精度高，其齿坯制作中实际上节省了大 量的材料。而且通过外圆3的设置，在放置、搬运时，均能通过外圆3柱面接触，避免了尖锐 部位的存在，在整个齿轮加工过程中能够有效防止大端齿顶圆的崩裂不良。在本方案中取消了现有背锥的设置。但进一步的，为了节省材料、方便加工，保证 与现有锥齿轮外形的相似，避免改动与锥齿轮相配合的齿轮箱等结构，所述外轮廓面包括 与面锥1同轴且锥底相对的假背锥2的锥面，所述外圆3柱面的轴向两端分别与假背锥2 和面锥1的锥面相交；所述外圆3柱面的轴向高度与车削机床的卡盘夹持宽度相适应。这 里的假背锥2仅仅是为了保证本方案锥齿轮与现有锥齿轮形状的相似，而并不是用于锥齿 轮的近似设计和制造，因此应当仅理解为锥齿轮背部的锥，将其称之为假背锥2是为了方 便称呼和理解，其锥顶角可以与现有锥齿轮的背锥相同、也可以不相同。进一步的，为了保证齿的整个外侧均为平面，避免崩裂对大端齿顶圆以下齿成型 区域的影响，锥齿轮的大端齿根位于外圆3柱面内。根据锥齿轮的不同，相对面锥1位于外圆3另一侧的锥齿轮外轮廓面可以是任意 的，但必然包括一个法向与锥齿轮轴线平行的面作为加工面锥1时的基准面。最好的，所述 外轮廓面包括法向与面锥1轴向平行的圆环状后端面5，所述后端面5相对外圆3位于假背锥2轴向上的另一侧，所述后端面5与假背锥2锥面相交且相交处通过圆角过渡。采用上 述后端面5作为加工面锥1时的基准面，加工方便，后端面5与面锥1轴向距离最近，因此 定位精度高；同时，后端面5的设置及后端面5与假背锥2之间圆角过渡的设置，在放置、搬 运时，还能通过后端面5接触，减少崩裂不良品，该放置方式的稳定性更好。为了进一步的防止大端齿顶圆处的崩裂不良，所述面锥1锥面与外圆3柱面的相 交处通过圆角过渡。通过假背锥2或工装的设置使外圆3与机床脱离，面锥1锥面与外圆3 柱面可在通过一个步骤加工完成，因此该圆角过渡能够直接车削成型，无需增加加工步骤。内锥在锥齿轮的设计中并不是必须的，如一大一小两个相配合的锥齿轮，可仅在 大轮上设置内锥。为了在设置有内锥时，避免小端齿顶圆处的崩裂，所述外轮廓面包括与面 锥1同轴的内锥4的锥面，所述内锥4与面锥2锥顶朝向相反，所述内锥4锥面与面锥1锥 面相交且相交处通过圆角过渡，所述内锥4锥面与面锥1锥面相交的棱边构成锥齿轮的小 端齿顶圆。面锥1锥面同外圆3柱面和内锥4锥面相交处均通过圆角过渡，有效避免大、小端 齿顶圆处的应力集中，避免在后续的铣齿过程中形成崩裂不良品。崩裂不良品的减少，能有 效减少返工打磨步骤，彻底避免由于打磨产生的倒毛刺。上述各圆角过渡能有效避免尖锐 部位划伤操作人员。从形状上看，本方案的锥齿轮并不能对加工过程有所改善，尤其是在同时设置面 锥1、外圆3、假背锥2时。对于本领域技术人员而言，按现有加工方法及加工思路的教导， 均会认为该外圆3是在完成面锥1、假背锥2的加工之后通过打磨形成的，需要额外增加外 圆3的成型步骤，因此必然导致加工步骤的增加、加工效率的降低。但实际上，由于外圆3 的增加，避开“背锥与节锥垂直”这一设计准则，能够方便的对现有加工步骤的顺序进行调 整，从而大大提高加工效率。具体的，锥齿轮的加工方法，包括如下步骤1)锥齿轮的外轮廓面包括面锥1锥 面、与面锥1同轴的外圆3的柱面，外圆3柱面和面锥1锥面相交且相交处棱边构成锥齿轮 的大端齿顶圆；通过锻造或铸造制作形状与锥齿轮形状相适应的齿坯，所述齿坯的外轮廓 面包括与面锥1锥面对应的锥面和与外圆3柱面对应的柱面；2)通过齿坯外轮廓面中与外 圆3柱面对应的柱面将齿坯固定于机床，且齿坯外轮廓面中与面锥1锥面对应的锥面朝向 固定侧；3)车削成型相对面锥1位于外圆3另一侧的锥齿轮外轮廓面；4)车削成型锥齿轮 的轴孔；5)卸下齿坯并翻转齿坯，然后通过轴孔将齿坯重新固定于机床，且齿坯外轮廓面 中与面锥1锥面对应的锥面朝向加工侧；6)依次车削成型锥齿轮的面锥1锥面、面锥1锥 面与外圆3柱面相交处的圆角过渡、外圆3柱面；7)齿成型；8)热处理。上述的固定侧即靠近机床卡盘的一侧，加工侧即靠近加工刀具的一侧。现有的锥齿轮加工工艺加工轴孔、后端面5及内锥4时必须依靠齿坯外圆柱定位 夹紧，而现有锥齿轮，其背锥是与齿轮的节锥垂直、与内锥4平行的，因此轴孔、后端面5及 内锥4必须在加工背锥之前加工，而加工轴孔、后端面5与内锥4分处齿轮的两面，因此二 者必须分开加工，这就至使加工时必须增加一个翻面的动作。另外，加工背锥时，夹具需要 依靠内锥4与面锥1之间的一个过渡平面定位，而此平面在加工面锥1后不存在或变短因 而不能以此定位，因此背锥必须在面锥1成形之前加工，所以在此处又增加了一个翻面动 作。
而本方案的锥齿轮由于避开“背锥与节锥垂直”这一设计准则，采用在保证理论外 径的基础上增加外圆3的设计。因此无需考虑背锥是与齿轮的节锥垂直、与内锥4平行的， 外轮廓面各组成部分的加工顺序能够合理优化，将外轮廓面的所有组成分为左侧外轮廓面 和右侧外轮廓面，整个加工过程中，仅需固定两次、翻转一次，就能分别完成左侧外轮廓面、 右侧外轮廓面的加工，从而直接减少齿轮翻面及重新装夹次，极大地提高齿轮质量及加工 效率。在加工左侧外轮廓面时，通过齿坯与外圆3柱面对应的柱面固定，以相对外圆3位 于面锥1另一侧的锥齿轮端面作为定位基准，如以内锥4与面锥1之间的一个过渡平面定 位；在加工右侧外轮廓面时，通过轴孔固定，保证两侧外轮廓面的同轴，以相对面锥1位于 外圆3另一侧的锥齿轮端面作为定位基准，如以后端面5定位。在设置有假背锥2时，所述锥齿轮相对面锥1位于外圆3另一侧的外轮廓面包括 假背锥2的锥面，所述假背锥2与面锥1同轴且锥底相对，所述外圆3柱面的两端分别与假 背锥2和面锥1的锥面相交；所述齿坯的外轮廓面包括与假背锥2锥面对应的锥面；所述假 背锥2成型于所述步骤3)。在设置有假背锥2、后端面5时，所述锥齿轮相对面锥1位于外圆3另一侧的外轮 廓面包括相交的假背锥2锥面和圆环状后端面5 ；所述假背锥2与面锥1同轴且锥底相对， 所述外圆3柱面的两端分别与假背锥2和面锥1的锥面相交；所述后端面5法向与面锥1 轴向平行，所述后端面5相对外圆3位于假背锥2轴向上的另一侧；所述齿坯的外轮廓面包 括与假背锥2锥面对应的锥面和与后端面5对应的圆环面；所述步骤3)依次车削成型后端 面5、假背锥2锥面与后端面5相交处的圆角过渡、假背锥2锥面。后端面5、假背锥2锥面 与后端面5相交处的圆角过渡、假背锥2锥面一刀成型，加工效率高。在设置有内锥4时，所述锥齿轮外轮廓面包括内锥4的锥面，所述内锥4与面锥2 锥顶朝向相反，所述内锥4锥面与面锥1锥面相交且相交处棱边构成锥齿轮的小端齿顶圆； 在所述步骤6)之后、步骤7)之前车削成型内锥4锥面，并成型面锥1锥面与内锥4锥面相 交处的圆角过渡。内锥4成型与面锥1之后，克服了内锥4成型与面锥1之前时，由于刀具 角度问题，面锥1成型时无法同时在小端齿顶圆处形成圆弧过渡的问题。内锥4可以直接 通过车削成型，当为了节省材料、方便加工，最好的，在齿坯上设置与内锥4对应的锥面。与现有锥齿轮相比，本方案锥齿轮的设计理论和齿的成型理论均不会发生变化。 具体的讲，在设计时，同样可以通过辅助线的形式借助背锥进行设计；齿成型后的测量，可 以通过计算获得的或者在计算机辅助设计时测量的特征尺寸进行代替、或者通过数控机床 直接进行测量。实施例用于汽车差速器的从动锥齿轮，额定扭矩为400N m，主减速比为41/8，结构如图 2所示，锥齿轮中心为轴孔，锥齿轮外轮廓面通过车削而成包括面锥1锥面、假背锥2锥面、 内锥4锥面、外圆3柱面、后端面5。所述假背锥2与面锥1同轴且锥底相对，所述外圆3柱 面的轴向两端分别与假背锥2和面锥1的锥面相交；所述内锥4与面锥2锥顶朝向相反，所 述内锥4锥面与面锥1锥面相交；所述后端面5为圆环状其法向与面锥1轴向平行，所述后 端面5相对外圆3位于假背锥2轴向上的另一侧。外圆3柱面的轴向高度与车削机床的卡 盘夹持宽度相适应，且锥齿轮的大端齿根位于外圆3柱面内。所述外圆3直径与面锥1锥
9底圆直径相等并构成锥齿轮的最大外径，所述面锥1锥面与外圆3柱面相交的棱边构成锥 齿轮的大端齿顶圆，内锥4锥面与面锥1锥面相交的棱边构成锥齿轮的小端齿顶圆。假背 锥2锥面与后端面5相交处、面锥1锥面与外圆3柱面相交处、内锥4锥面与面锥1锥面相 交处均通过圆角过渡。加工方法包括如下步骤1)锥齿轮的外轮廓面包括面锥1锥面、外圆3柱面、假背 锥2锥面、圆环状后端面5、内锥4锥面；通过锻造或铸造制作形状与锥齿轮形状相适应的 齿坯，所述齿坯的外轮廓面包括与面锥1锥面对应的锥面、与外圆3柱面对应的柱面、与假 背锥2锥面对应的锥面、与后端面5对应的圆环面、与内锥4锥面对应的锥面；2)通过齿坯 外轮廓面中与外圆3柱面对应的柱面将齿坯固定于机床，且齿坯与假背锥2锥面对应的锥 面朝向加工侧；3)依次车削成型后端面5、假背锥2锥面与后端面5相交处的圆角过渡、假 背锥2锥面；4)车削成型锥齿轮的轴孔；5)卸下齿坯并翻转齿坯，然后通过轴孔将齿坯重 新固定于机床，且齿坯外轮廓面中与面锥1锥面对应的锥面朝向加工侧；6)依次车削成型 锥齿轮的面锥1锥面、面锥1锥面与外圆3柱面相交处的圆角过渡、外圆3柱面；车削成型 内锥4锥面，并成型面锥1锥面与内锥4锥面相交处的圆角过渡；7)齿成型；8)热处理。具体的讲，本实施例的左侧外轮廓面包括假背锥2锥面、后端面5、轴孔内表面 ’左 侧外轮廓面包括外圆3柱面、面锥1锥面、内锥4锥面。在加工左侧外轮廓面时，通过齿坯 与外圆3柱面对应的柱面固定，以内锥4与面锥1之间的一个过渡平面定位，该过渡平台在 面锥1锥面与内锥4锥面相交处圆角过渡成型后消失；在加工右侧外轮廓面时，通过轴孔固 定，保证两侧外轮廓面的同轴，以后端面5定位。根据工程试验结果，成品率由现有的80%提高至90%以上，每件锥齿轮的平均加 工时间由8分钟减少至2. 5分钟，材料利用率由56. 提高至73. 2%。与现有锥齿轮的比较图如图3所示，图3中虚线7表示的为现有锥齿轮的轮廓线。采用与现有锥齿轮相同材料、热处理工艺制成的样品进行了疲劳测试，试验输入 转速为958r/min，输入扭转为400N m，结果如表1所示，完全符合相关标准的要求。表1、实施例中锥齿轮的疲劳试验结果
权利要求
锥齿轮，其外轮廓面通过车削成型包括面锥(1)的锥面，其特征在于所述外轮廓面还包括与面锥(1)同轴并相交的外圆(3)的柱面，所述外圆(3)直径与面锥(1)锥底圆直径相等并构成锥齿轮的最大外径，所述面锥(1)锥面与外圆(3)柱面相交的棱边构成锥齿轮的大端齿顶圆。
2.如权利要求1所述的锥齿轮，其特征在于所述外轮廓面包括与面锥(1)同轴且锥 底相对的假背锥(2)的锥面，所述外圆(3)柱面的轴向两端分别与假背锥(2)和面锥(1) 的锥面相交；所述外圆(3)柱面的轴向高度与车削机床的卡盘夹持宽度相适应。
3.如权利要求2所述的锥齿轮，其特征在于锥齿轮的大端齿根位于外圆(3)柱面内。
4.如权利要求2或3所述的锥齿轮，其特征在于所述外轮廓面包括法向与面锥(1)轴 向平行的圆环状后端面(5)，所述后端面(5)相对外圆(3)位于假背锥(2)轴向上的另一 侧，所述后端面(5)与假背锥(2)锥面相交且相交处通过圆角过渡。
5.如权利要求1、2或3所述的锥齿轮，其特征在于所述面锥⑴锥面与外圆(3)柱 面的相交处通过圆角过渡。
6.如权利要求1、2或3所述的锥齿轮，其特征在于所述外轮廓面包括与面锥(1)同轴 的内锥⑷的锥面，所述内锥⑷与面锥⑵锥顶朝向相反，所述内锥⑷锥面与面锥(1) 锥面相交且相交处通过圆角过渡，所述内锥(4)锥面与面锥(1)锥面相交的棱边构成锥齿 轮的小端齿顶圆。
7.锥齿轮的加工方法，包括如下步骤1)锥齿轮的外轮廓面包括面锥(1)锥面、与面锥(1)同轴的外圆(3)的柱面，外圆(3) 柱面和面锥(1)锥面相交且相交处棱边构成锥齿轮的大端齿顶圆；通过锻造或铸造制作形 状与锥齿轮形状相适应的齿坯，所述齿坯的外轮廓面包括与面锥(1)锥面对应的锥面和与 外圆(3)柱面对应的柱面；2)通过齿坯外轮廓面中与外圆(3)柱面对应的柱面将齿坯固定于机床，且齿坯外轮廓 面中与面锥(1)锥面对应的锥面朝向固定侧；3)车削成型相对面锥(1)位于外圆(3)另一侧的锥齿轮外轮廓面；4)车削成型锥齿轮的轴孔；5)卸下齿坯并翻转齿坯，然后通过轴孔将齿坯重新固定于机床，且齿坯外轮廓面中与 面锥(1)锥面对应的锥面朝向加工侧；6)依次车削成型锥齿轮的面锥(1)锥面、面锥(1)锥面与外圆(3)柱面相交处的圆角 过渡、外圆⑶柱面；7)齿成型；8)热处理。
8.如权利要求7所述的锥齿轮的加工方法，其特征在于所述锥齿轮相对面锥(1)位 于外圆(3)另一侧的外轮廓面包括假背锥(2)的锥面，所述假背锥(2)与面锥(1)同轴且 锥底相对，所述外圆⑶柱面的两端分别与假背锥⑵和面锥⑴的锥面相交；所述齿坯的 外轮廓面包括与假背锥(2)锥面对应的锥面；所述假背锥(2)成型于所述步骤3)。
9.如权利要求7或8所述的锥齿轮的加工方法，其特征在于所述锥齿轮相对面锥(1) 位于外圆(3)另一侧的外轮廓面包括相交的假背锥(2)锥面和圆环状后端面(5)；所述假 背锥(2)与面锥(1)同轴且锥底相对，所述外圆(3)柱面的两端分别与假背锥(2)和面锥(1)的锥面相交；所述后端面(5)法向与面锥(1)轴向平行，所述后端面(5)相对外圆(3) 位于假背锥(2)轴向上的另一侧；所述齿坯的外轮廓面包括与假背锥(2)锥面对应的锥面 和与后端面(5)对应的圆环面；所述步骤3)依次车削成型后端面(5)、假背锥(2)锥面与 后端面(5)相交处的圆角过渡、假背锥(2)锥面。
10.如权利要求7或8所述的锥齿轮的加工方法，其特征在于所述锥齿轮外轮廓面包 括内锥⑷的锥面，所述内锥⑷与面锥⑵锥顶朝向相反，所述内锥⑷锥面与面锥⑴ 锥面相交且相交处棱边构成锥齿轮的小端齿顶圆；在所述步骤6)之后、步骤7)之前车削成 型内锥(4)锥面，并成型面锥(1)锥面与内锥(4)锥面相交处的圆角过渡。
全文摘要
本发明涉及齿轮及其加工工艺，提供了一种节省材料、加工方便、成品率高的锥齿轮及锥齿轮的加工方法，该锥齿轮的外轮廓面包括与面锥1同轴并相交的外圆3的柱面，外圆3直径与面锥1锥底圆直径相等并构成锥齿轮的最大外径，面锥1锥面与外圆3柱面相交的棱边构成锥齿轮的大端齿顶圆。加工方法为1)通过锻造或铸造制作形状与锥齿轮形状相适应的齿坯；2)通过与外圆对应的齿坯柱面将其固定于机床；3)车相对面锥位于外圆另一侧的锥齿轮外轮廓面；4)车锥齿轮轴孔；5)卸下齿坯并翻转，通过轴孔将齿坯重新固定于机床；6)依次车锥齿轮的面锥、面锥与外圆的圆角过渡、外圆；7)齿成型；8)热处理。适用于各类锥齿轮及其加工。
文档编号B23P23/04GK101852284SQ20101020662
公开日2010年10月6日 申请日期2010年6月23日 优先权日2010年6月23日
发明者严智毅, 彭文华, 杨忠学, 杨霞, 汪红明, 洪桓桓, 肖强, 邓杰, 郭凯, 龙思源 申请人:四川建安工业有限责任公司