专利名称：面齿轮插齿机床分齿传动链上可变角度换向机构的制作方法
技术领域：
本发明为面齿轮插齿机床分齿传动链上可变角度换向机构，是面齿轮插齿机床的
关键传动机构之一，属于机械传动领域。
背景技术：
面齿轮传动是指圆柱齿轮与锥齿轮相啮合实现空间相交或交错轴之间的传动。根 据圆柱齿轮和面齿轮两轴线的关系，可将面齿轮传动分为正交非偏置、非正交非偏置、正交 偏置和非正交偏置4种类型。 当圆柱齿轮的回转轴线与面齿轮的回转轴线相交且垂直时，面齿轮传动称之为正 交非偏置面齿轮传动，如图l所示；当圆柱齿轮的回转轴线与面齿轮的回转轴线相交但不 垂直时，面齿轮传动称之为非正交非偏置面齿轮传动，如图2所示；当圆柱齿轮的回转轴线 与面齿轮的回转轴线相交错且垂直时，面齿轮传动称之为正交偏置面齿轮传动，如图3所 示；当圆柱齿轮的回转轴线与面齿轮的回转轴线相交错且不垂直时，面齿轮传动称之为非 正交偏置面齿轮传动，如图4所示。 与锥齿轮传动相比，面齿轮传动具有如下优点 (1)由于与面齿轮啮合的齿轮为渐开线圆柱齿轮，其轴向移动误差对传动性能没 有影响，其它方向的影响也极小，无需防错设计。而在锥齿轮传动中，其轴向误差将引起严 重偏载，因此重要的锥齿轮传动，必须进行防错设计。
(2)当与面齿轮啮合的齿轮为直齿圆柱齿轮，则圆柱齿轮上无轴向力，其支撑简 单，结构占用空间小。而锥齿轮传动中，由于轴向力作用使得支撑复杂，结构占用空间大。
(3)面齿轮传动的重合度比锥齿轮传动的大，在空载时能够达到1. 6-1. 8，在载荷 作用下，其重合度将会更大。 (4)点接触面齿轮传动仍然为定比传动，而点接触锥齿轮传动的传动比则是在一 定范围内波动，因此面齿轮传动的振动和噪声均小于锥齿轮传动。 面齿轮加工方法是面齿轮传动研究的主要内容之一。插齿加工则是面齿轮切齿加 工研究的主要内容之一。面齿轮的插齿加工原理和面齿轮啮合传动原理是相同的，即将面 齿轮啮合传动中的圆柱齿轮换成插齿刀具，即可实现面齿轮的插齿加工。正如图l正交非 偏置面齿轮传动和图2非正交非偏置面齿轮传动所示，正交非偏置和非正交非偏置面齿轮 插齿加工时，其回转轴线与插齿刀具回转轴线的轴交角是不相同的。现有面齿轮插齿加工 机床在加工正交非偏置和不同角度的非正交非偏置面齿轮时，必须按照面齿轮回转轴线与 插齿刀具回转轴线的角度，更换相应角度的换向机构，从而实现不同角度非偏置面齿轮的 加工。目前，还没有实现在不更换换向机构的情况下，就能够进行不同角度非偏置面齿轮的 插齿加工。本发明中面齿轮插齿机床分齿传动链上可变角度换向机构的作用就是实现在不 更换换向机构的情况下，进行不同角度非偏置面齿轮的插齿加工。该可变角度换向机构的 主要难点在于不割裂传动链情况下，实现被加工面齿轮工件回转轴线与插齿加工回转轴线 之间的角度变化。
发明内容
本发明为面齿轮插齿机床分齿传动链上可变角度换向机构，主要解决正交非偏置
面齿轮和不同角度的非正交非偏置面齿轮在插齿机床上，在不需要更换不同轴交角换向机 构情况下，实现插齿加工的问题。 面齿轮插齿机床分齿传动链上可变角度换向机构的技术方案为由主输入轴、主输
入圆柱齿轮、第一分流输入轴、第一分流圆柱齿轮、第一分流圆锥齿轮、第一换向轴、第一换 向圆锥齿轮、第一合流圆锥齿轮、第二分流输入轴、第二分流圆柱齿轮、第二分流圆锥齿轮、 第二换向轴、第二换向圆锥齿轮、第二合流圆锥齿轮、合流输出圆锥齿轮、合流轴、输出圆锥
齿轮、输出换向圆锥齿轮和输出轴组成； 其中第一分流输入轴、第二分流输入轴分别与主输入轴平行，第一换向轴、第二换 向轴分别与主输入轴垂直，第一换向轴和第二换向轴共线，合流轴可绕第一换向轴或第二 换向轴的轴线在0。 90°之间变化，输出轴与合流轴相互垂直； 其中第一分流圆柱齿轮和第一分流圆锥齿轮均安装于第一分流输入轴上，第一换 向圆锥齿轮和第一合流圆锥齿轮均安装于第一换向轴上，主输入圆柱齿轮与第一分流圆柱 齿轮啮合，第一分流圆锥齿轮与第一换向圆锥齿轮啮合； 其中第二分流圆柱齿轮和第二分流圆锥齿轮均安装于第二分流输入轴上，第二换 向圆锥齿轮和第二合流圆锥齿轮均安装于第二换向轴上，主输入圆柱齿轮与第二分流圆柱 齿轮啮合，第二分流圆锥齿轮与第二换向圆锥齿轮啮合； 其中合流输出圆锥齿轮与输出圆锥齿轮均安装于合流轴上，合流输出圆锥齿轮同 时与第一合流圆锥齿轮及第二合流圆锥齿轮啮合； 其中输出换向圆锥齿轮安装于输出轴上，输出换向圆锥齿轮与输出圆锥齿轮啮 合，实现输出轴的转动； 其中主输入圆柱齿轮和第一分流圆柱齿轮的传动比i24与主输入圆柱齿轮和第二 分流圆柱齿轮的传动比121。相等；第一分流圆锥齿轮和第一换向圆锥齿轮的传动比156与第 二分流圆锥齿轮和第二换向圆锥齿轮的传动比11112相等；第一合流圆锥齿轮和合流输出圆 锥齿轮的传动比i815与第二合流圆锥齿轮和合流输出圆锥齿轮的传动比11415相等；主输入 圆柱齿轮和第一分流圆柱齿轮的传动比i24与第一分流圆锥齿轮和第一换向圆锥齿轮的传 动比i56以及第一合流圆锥齿轮和合流输出圆锥齿轮的传动比1815再以及输出圆锥齿轮和 输出换向圆锥齿轮的传动比i1718的乘积为1。 利用面齿轮插齿机床分齿传动链上可变角度换向机构，可以实现无需更换换向机 构情况下的正交非偏置面齿轮和不同角度的非正交非偏置面齿轮的插齿加工，摆脱以往不 同角度非偏置面齿轮插齿加工时，需要更换相应轴交角换向机构的问题。
图1为正交非偏置面齿轮传动示意图。
图2为非正交非偏置面齿轮传动示意图。
图3为正交偏置面齿轮传动示意图。
图4为非正交偏置面齿轮传动示意图。
图5为可变角度换向机构输出轴与插齿刀具回转轴线垂直时的原理图。其中图
5- 1是垂直输出时主视图，图5-2是垂直输出时右剖视图。 图6为可变角度换向机构输出轴与插齿刀具回转轴线夹角为Y时的原理图。图
6- 1是夹角为Y时主视图，6-2是夹角为Y时右剖视图。 图7为可变角度换向机构输出轴与插齿刀具回转轴线平行时的原理图。图7-1是 平行输出时主视图，7-2是平行输出时右剖视图。 图中的标号名称1.主输入轴、2.主输入圆柱齿轮、3.第一分流输入轴、4.第一分 流圆柱齿轮、5.第一分流圆锥齿轮、6.第一换向圆锥齿轮、7.第一换向轴、8.第一合流圆锥 齿轮、9.第二分流输入轴、10.第二分流圆柱齿轮、11.第二分流圆锥齿轮、12.第二换向圆 锥齿轮、13第二换向轴、14.第二合流圆锥齿轮、15.合流输出圆锥齿轮、16.合流轴、17.输 出圆锥齿轮、18.输出换向圆锥齿轮、19.输出轴、20.插齿刀具轴线。
具体实施例方式
如图5-图7所示，由面齿轮插齿机床分齿传动链上可变角度换向机构构成的设备 组成如下 主输入圆柱齿轮2装配在主输入轴1上，由主输入轴1的旋转带动主输入圆柱齿 轮2旋转；主输入圆柱齿轮2与第一分流圆柱齿轮4、第二分流圆柱齿轮10啮合，由主输入 圆柱齿轮2推动第一分流圆柱齿轮4、第二分流圆柱齿轮10转动；第一分流圆柱齿轮4和 第一分流圆锥齿轮5同时安装在第一分流输入轴3上，第二分流圆柱齿轮10和第二分流圆 锥齿轮11同时安装在第二分流输入轴9上，由第一分流圆柱齿轮4的转动带动第一分流输 入轴3旋转，从而推动第一分流圆锥齿轮5旋转，由第二分流圆柱齿轮10的转动带动第二 分流输入轴9旋转，从而推动第二分流圆锥齿轮11旋转；第一分流圆锥齿轮5与第一换向 圆锥齿轮6啮合，由第一分流圆锥齿轮5推动第一换向圆锥齿轮6旋转；第二分流圆锥齿轮 11与第二换向圆锥齿轮12啮合，由第二分流圆锥齿轮11推动第二换向圆锥齿轮12旋转； 第一换向圆锥齿轮6和第一合流圆锥齿轮8同时安装在第一换向轴7上，由于第一换向圆 锥齿轮6的旋转推动第一换向轴7旋转，从而带动第一合流圆锥齿轮8旋转；第二换向圆锥 齿轮12和第二合流圆锥齿轮14同时安装在第二换向轴13上，由于第二换向圆锥齿轮12 的旋转推动第二换向轴13旋转，从而带动第二合流圆锥齿轮14旋转；第一合流圆锥齿轮 8和第二合流圆锥齿轮14同时与合流输出圆锥齿轮15啮合，推动合流输出圆锥齿轮15旋 转；合流输出圆锥齿轮15和输出圆锥齿轮17均安装在合流轴16上，由合流输出圆锥齿轮 15的旋转带动合流轴16旋转，从而推动输出圆锥齿轮17旋转；输出换向圆锥齿轮18安装 在为输出轴19上，输出圆锥齿轮17与输出换向圆锥齿轮18啮合，推动输出换向圆锥齿轮 18旋转；最终实现输出轴19的运动输出。 第一换向轴7与第二换向轴13共线，合流输出圆锥齿轮15可以绕第一换向轴7 和第二换向轴13的共同轴线旋转，利用合流输出圆锥齿轮15与第一合流圆锥齿轮8、第二 合流圆锥齿轮14安装位置的变化，实现输出轴19与插齿刀具轴线之间角度的改变，从而满 足正交非偏置面齿轮和不同角度的非正交非偏置面齿轮的插齿加工要求。
为了实现该机构，必须满足以下条件 1.主输入圆柱齿轮2和第一分流圆柱齿轮4的传动比i24与主输入圆柱齿轮2和第二分流圆柱齿轮10的传动比i21。要相等； 2.第一分流圆锥齿轮5和第一换向圆锥齿轮6的传动比156与第二分流圆锥齿轮 II和第二换向圆锥齿轮12的传动比i1112要相等；
3.第一换向轴7与第二换向轴13要共线； 4.第一合流圆锥齿轮8和合流输出圆锥齿轮15的传动比i815与第二合流圆锥齿 轮14和合流输出圆锥齿轮15的传动比i1415要相等； 5.主输入圆柱齿轮2和第一分流圆柱齿轮4的传动比i24与第一分流圆锥齿轮5 和第一换向圆锥齿轮6的传动比i56以及第一合流圆锥齿轮8和合流输出圆锥齿轮15的传 动比i815再以及输出圆锥齿轮17和输出换向圆锥齿轮18的传动比i1718的乘积为1，即"4 i56 土815 "718 — 1 满足传动比i24 i56 i815 i1718 = 1条件下，某一可变角度换向机构的设计步骤
1.设计主输入圆柱齿轮2和第一分流圆柱齿轮4的传动比，按齿轮传动设计方法， 确定其模数、齿数、压力角等参数； 2.确定第二分流圆柱齿轮10的几何参数，取其几何参数与第一分流圆柱齿轮4相 同； 3.将第一分流圆锥齿轮5和第一换向圆锥齿轮6的传动比取为第一分流圆柱齿轮 4和主输入圆柱齿轮2的传动比，按齿轮传动设计方法，确定其模数、齿数、压力角等参数；
4.取第二分流圆锥齿轮11的几何参数与第一分流圆锥齿轮5相同，取第二换向圆 锥齿轮12的几何参数与第一换向圆锥齿轮6相同； 5.取传动比为1，按齿轮传动设计方法，确定第一合流圆锥齿轮8和合流输出圆锥 齿轮15的模数、齿数、压力角等参数； 6.取第二合流圆锥齿轮14的几何参数与第一合流圆锥齿轮8相同； 7.取传动比为l，按齿轮传动设计方法，确定输出圆锥齿轮17和输出换向圆锥齿
轮18的模数、齿数、压力角等参数； 8.对换向机构中轴、轴承等进行设计和选取； 9.进行换向机构中零部件结构、箱体、润滑和密封等设计。 实施例一 主输入圆柱齿轮2和第一分流圆柱齿轮4的传动比i24 = 1/2，模数m二 4，压力角 a =20° ，主输入圆柱齿轮2的齿数22 = 36，第一分流圆柱齿轮4的齿数24= 18;第二分 流圆柱齿轮10的几何参数与圆柱齿轮4相同；第一分流圆锥齿轮5和第一换向圆锥齿轮6 的传动比i56 = 2，模数m二 2，压力角a =20° ，第一分流圆锥齿轮5的齿数z5 = 18，第 一换向圆锥齿轮6的齿数z6 = 36 ;第二分流圆锥齿轮11的几何参数与第一分流圆锥齿轮 5相同，第二换向圆锥齿轮12的几何参数与第一换向圆锥齿轮6 ;第一合流圆锥齿轮8、第 二合流圆锥齿轮14和合流输出圆锥齿轮15的模数m二 l，压力角a =20° ，齿数z8 = z14 =z15= 16;输出圆锥齿轮17和输出换向圆锥齿轮18的模数m二2，压力角a =20° ，齿 数z17 = z18 = 20。
实施例二 主输入圆柱齿轮2和第一分流圆柱齿轮4的传动比i24 = 1/3，模数m二 6，压力角 a =25° ，主输入圆柱齿轮2的齿数22 = 60，第一分流圆柱齿轮4的齿数24 = 20;第二分流圆柱齿轮10的几何参数与圆柱齿轮4相同；第一分流圆锥齿轮5和第一换向圆锥齿轮6 的传动比i56 = 3，模数m二 3，压力角a =25° ，第一分流圆锥齿轮5的齿数z5 = 17，第 一换向圆锥齿轮6的齿数z6 = 51 ;第二分流圆锥齿轮11的几何参数与第一分流圆锥齿轮 5相同，第二换向圆锥齿轮12的几何参数与第一换向圆锥齿轮6 ;第一合流圆锥齿轮8、第 二合流圆锥齿轮14和合流输出圆锥齿轮15的模数m二 1.5，压力角a =25° ，齿数z8 = 214 = 215=18;输出圆锥齿轮17和输出换向圆锥齿轮18的模数111=3，压力角a =25° ， 齿数z17 = z18 = 22。 总之，根据图5-7可知，由于合流输出圆锥齿轮15可绕第一换向轴7与第二换向 轴13的共同轴线旋转，因此可以改变合流输出圆锥齿轮15的回转轴线与第一换向轴7和 第二换向轴13共同轴线之间的角度，从而实现输出轴19和插齿刀具轴线20之间的角度变 化。当加工正交非偏置面齿轮或某一角度的非正交非偏置面齿轮时，先调整合流输出圆锥 齿轮15的回转轴线与第一换向轴7和第二换向轴13共同轴线之间的角度，使其角度与所 要求加工的正交非偏置面齿轮或非正交非偏置面齿轮的角度相同，然后固定合流输出圆锥 齿轮15的位置，从而实现正交非偏置面齿轮或相应角度的非正交非偏置面齿轮的插齿加 工。
权利要求
一种面齿轮插齿机床分齿传动链上可变角度换向机构，其特征在于由主输入轴(1)、主输入圆柱齿轮(2)、第一分流输入轴(3)、第一分流圆柱齿轮(4)、第一分流圆锥齿轮(5)、第一换向轴(7)、第一换向圆锥齿轮(6)、第一合流圆锥齿轮(8)、第二分流输入轴(9)、第二分流圆柱齿轮(10)、第二分流圆锥齿轮(11)、第二换向轴(13)、第二换向圆锥齿轮(12)、第二合流圆锥齿轮(14)、合流输出圆锥齿轮(15)、合流轴(16)、输出圆锥齿轮(17)、输出换向圆锥齿轮(18)和输出()轴(19)组成；其中第一分流输入轴(3)、第二分流输入轴(9)分别与主输入轴(1)平行，第一换向轴(7)、第二换向轴(13)分别与主输入轴(1)垂直，第一换向轴(7)和第二换向轴(13)共线，合流轴(16)可绕第一换向轴(7)或第二换向轴(13)的轴线在0°～90°之间变化，输出轴(19)与合流轴(16)相互垂直；其中第一分流圆柱齿轮(4)和第一分流圆锥齿轮(5)均安装于第一分流输入轴(3)上，第一换向圆锥齿轮(6)和第一合流圆锥齿轮(8)均安装于第一换向轴上(7)，主输入圆柱齿轮(2)与第一分流圆柱齿轮(4)啮合，第一分流圆锥齿轮(5)与第一换向圆锥齿轮(6)啮合；其中第二分流圆柱齿轮(10)和第二分流圆锥齿轮(11)均安装于第二分流输入轴(9)上，第二换向圆锥齿轮(12)和第二合流圆锥齿轮(14)均安装于第二换向轴(13)上，主输入圆柱齿轮(2)与第二分流圆柱齿轮(10)啮合，第二分流圆锥齿轮(11)与第二换向圆锥齿轮(12)啮合；其中合流输出圆锥齿轮(15)与输出圆锥齿轮(17)均安装于合流轴上(16)，合流输出圆锥齿轮(15)同时与第一合流圆锥齿轮(8)及第二合流圆锥齿轮(14)啮合；其中输出换向圆锥齿轮(18)安装于输出轴(19)上，输出换向圆锥齿轮(18)与输出圆锥齿轮(17)啮合，实现输出轴的转动；其中主输入圆柱齿轮(2)和第一分流圆柱齿轮(4)的传动比i24与主输入圆柱齿轮(2)和第二分流圆柱齿轮(10)的传动比i210相等；第一分流圆锥齿轮(5)和第一换向圆锥齿轮(6)的传动比i56与第二分流圆锥齿轮(11)和第二换向圆锥齿轮(12)的传动比i1112相等；第一合流圆锥齿轮(8)和合流输出圆锥齿轮(15)的传动比i815与第二合流圆锥齿轮(14)和合流输出圆锥齿轮(15)的传动比i1415相等；主输入圆柱齿轮(2)和第一分流圆柱齿轮(4)的传动比i24与第一分流圆锥齿轮(5)和第一换向圆锥齿轮(6)的传动比i56以及第一合流圆锥齿轮(8)和合流输出圆锥齿轮(15)的传动比i815再以及输出圆锥齿轮(17)和输出换向圆锥齿轮(18)的传动比i1718的乘积为1。
全文摘要
本发明为面齿轮插齿机床分齿传动链上可变角度换向机构，属于机械传动技术领域。该可变角度换向机构的输出轴与插齿刀具回转轴线之间的夹角可以在0°～90°之间变化，解决正交非偏置面齿轮和不同角度的非正交非偏置面齿轮在不更换换向机构的情况下，实现插齿加工的问题。本发明在不增加制造成本、不改变刀具、不改变工艺、不加大制造难度的前提下，解决插齿加工时同一换向机构加工正交非偏置面齿轮和不同角度的非正交非偏置面齿轮的问题，因此具有显著的实质性特点和突出的进步。
文档编号B23F5/12GK101704134SQ20091023401
公开日2010年5月12日 申请日期2009年11月19日 优先权日2009年11月19日
发明者朱如鹏, 李政民卿, 靳广虎, 鲍和云 申请人:南京航空航天大学