专利名称：椭圆齿轮剃、珩齿工作原理及其机床的制作方法
技术领域：
本发明属于非圆齿轮制造工艺及其机床设计的技术领域。
用一对椭圆齿轮传动，可以实现主动机构和从动机构间的非线性关系。与连杆机构和凸轮机构相比较，它又有传动平稳、结构紧凑、能实现连续的单向循环运动等许多优点。因此，在各类机械传动中正越来越广泛地得到应用。
中、高精度级的椭圆齿轮难以制造，长期以来一直未能很好地解决，也很大程度地阻碍了椭圆齿轮传动机构的应用和发展。尽管数控机床的发展，为实现普通滚刀或插齿刀与椭圆齿轮节曲线共轭提供了条件和实例。但是，仍还缺少进一步提高滚齿或插齿后椭圆齿轮精度和齿廓表面粗糙度的工艺方法和设备。
本发明的目的是为了解决上述问题而设计一种剃齿和珩齿的工作原理及其机床。利用这种原理及其机床，对经滚齿或插齿后且留有一定加工余量的椭圆齿轮进行精加工，能有效地提高椭圆齿轮的精度和齿廓表面粗糙度。
本发明的内容包括椭圆齿轮剃齿和珩齿的工作原理及其椭圆齿轮剃齿机和椭圆齿轮珩齿机传动系统的设计方案。
本发明椭圆齿轮剃齿或珩齿的工作原理为1、一留有剃齿或珩齿余量的椭圆齿轮在垂直于自身轴线的平面内作既公转又自转的行星运动，且公转运动与自转运动的方向一致。
2、公转运动轴线与自转运动轴线互相平行，且自转运动的角速度始终为公转运动角速度的 1/2 ，两运动轴线的距离等于椭圆齿轮节曲线长半轴a与短半轴b之差的 1/2 。
3、椭圆齿轮与一可自由转动的盘形外啮合剃齿刀或珩磨齿轮形成一对无侧隙的螺旋齿轮正确啮合，并使齿轮刀具和椭圆齿轮啮合齿面间沿螺旋线的切线方向有相对滑动。
4、椭圆齿轮中心轴线即自转运动轴线。当椭圆齿轮与齿轮刀具的啮合节点在其自转运动轴线和公转运动轴线之间最短连线的延伸线上时，该啮合节点在椭圆齿轮节曲线的长半轴(见附
图1)上或短半轴(见附图2)上。
5、加工时，使齿轮刀具沿工件轴向有往复运动。沿工件径向或切向有进给运动。
本发明椭圆齿轮剃齿或珩齿的工作原理其主要特点是让被加工椭圆齿轮在运动过程中其节曲线连续经过一定点，并使该定点成为被加工椭圆齿轮与一可自由转动的盘形外啮合剃齿刀或珩磨齿轮形成一对无侧隙的螺旋齿轮正确啮合的节点，从而实现被加工椭圆齿轮节曲线与齿轮刀具节曲线的共轭。
本发明椭圆齿轮剃齿机或珩齿机由作为主体运动的行星运动机构、切削装置及其往复运动机构、切削进给机构所组成。
作为主体运动的行星运动机构可以由一偏心轮与行星齿轮传动机构组合而成。或者由一偏心轮与十字滑块行星传动机构组合而成。或者由一偏心轮与销轴式行星传动机构组合而成。
附图3为由偏心轮与行星齿轮传动机构相组合构成行星运动机构的机床传动系统图。
本发明椭圆齿轮剃齿机或珩齿机工作台的公转运动传动路线是电动机(1)通过变速机构(2)，再通过蜗杆(5)、蜗轮(6)以及轴(7)，使置于工作台(17)中心的偏心轮(8)转动，于是，工作台(17)在偏心轮(8)作用下作公转运动，且偏心轮(8)每转一周，工作台(17)也公转一周。
本发明椭圆齿轮剃齿机或珩齿机工作台的自转运动传动路线是当偏心轮(8)转动时，与偏心轮(8)相固联的曲柄(13)便带动一对相互啮合的齿轮(15)、(16)作行星运动，由于齿轮(16)又与工作台(17)上的内齿轮啮合，齿轮(15)又与固定在床身(27)上的齿轮(12)啮合，因此，当齿轮(16)作行星运动时，与之相啮合的工作台(17)便作自转运动。当齿轮(12)的齿数为工作台(17)上的内齿轮齿数的 1/2 ，则偏心轮(8)每转一周，工作台(17)也按同方向自转 1/2 周。
当调整偏心轮(8)的偏心距时，可以实现齿轮刀具与各种偏心率的椭圆齿轮节曲线共轭。在调整偏心轮(8)的偏心距时，为了使齿轮(15)仍能与齿轮(12)、(16)同时啮合，应调整轴(14)在曲柄(13)上的坐标位置。
本发明椭圆齿轮剃齿机或珩齿机的切削装置由滑台(30)、刀架(33)、刀杆(34)所组成。齿轮刀具(35)固定在刀杆(34)上，并与工件(36)相啮合。刀杆(34)可在刀架(33)上绕自身轴线自由转动。在滑台(30)上固联丝杠螺母(32)，通过手动丝杠(31)或在液压油缸(28)的作用下，可实现切削装置沿立柱(29)上导轨作直线往复运动。
在立柱(29)上固联着丝杠螺母(26)，通过与行星运动机构相联结的变速机构(21)，以及离合器(22)、齿轮(23)、(24)，可实现立柱(29)沿工件(36)径向或切向的直线运动，从而实现切削装置沿工件(36)径向或切向的进给运动。
附图4为由偏心轮与十字滑块行星运动机构相组合的机构示意图。在该机构中， (Z5·Z9·Zn)/(Z4·Z6·Z10) =2当动力由齿轮(3)传入时，通过齿轮(4)、蜗杆(5)、蜗轮(6)以及轴(7)，使置于工作台(17)中心的偏心轮(8)转动，于是，工作台(17)在偏心轮(8)作用下作公转运动。同时，通过齿轮(9)、蜗杆(10)、蜗轮(11)，再通过置于蜗轮(11)和工作台(17)之间的十字滑块(18)，又使工作台(17)作自转运动。
附图5为由偏心轮与销轴式行星传动机构相组合的机构示意图。在该机构中， (Z5·Z9·Zn)/(Z4·Z6·Z10) =2，当动力由齿轮(3)传入时，通过齿轮(4)、蜗杆(5)、蜗轮(6)以及轴(7)，使置于工作台(17)中心的偏心轮(8)转动，于是，工作台(17)在偏心轮(8)作用下作公转运动。同时，通过齿轮(9)、蜗杆(10)、蜗轮(11)，再通过与蜗轮(11)相固联的销轴(19)以及可在销轴(19)上自由转动的销轴套(20)，又使工作台(17)作自转运动。
本发明椭圆齿轮剃齿机或珩齿机所使用的刀具应是圆柱形外啮合剃齿刀和珩磨齿轮。当椭圆齿轮节曲线的长半轴与短半轴之差较大时，刀具的节圆和椭圆齿轮节曲线在共轭过程中有微小的周期性干涉现象。干涉产生的节曲线径向误差为△≤r(l-cosθ)式中r-刀具的节圆半径θ＝arctg k- (π)/2 -φφ-工件自转角度
干涉产生的节曲线径向最大误差为△max≤r(l-cosθmax)
式中θmgx=arct[-ba·ctg(arcsina·b-b2a2-b2)]-π2-arcsina·b-b2a2-b2]]>为了减少干涉现象，刀具的节圆半径应尽可能选小一些。对于加工高精度级且长半轴与短半轴之差较大的椭圆齿轮，可以考虑采用凸轮或其它形式的校正机构使切削装置沿工件径向或切向有微小的周期性往复运动。
本发明椭圆齿轮剃齿机和椭圆齿轮珩齿机中偏心轮(8)的偏心距等于零时，也可以用于剃、珩圆柱齿轮。
本发明椭圆齿轮剃齿机或珩齿机的主体运动还可以应用于数控椭圆齿轮插齿机或滚齿机的主体运动，这样可使目前用数控非圆齿轮机床加式椭圆齿轮时的三坐标轴联动简化为二坐标轴联动，从而简化机床的数控装置和工艺过程中的数值计算及其编程。
本发明椭圆齿轮剃、珩齿的工作原理及其机构还可以应用于各类与椭圆或椭圆齿轮有关的测量仪器的工作原理及其机构。如椭圆轨迹检查仪、椭圆齿轮周节检查仪、椭圆齿轮基节检查仪、椭圆齿轮啮合检查仪、椭圆齿轮齿圈径向跳动检查仪、椭圆齿轮公法线长度变动检查仪、椭圆齿轮齿形检查仪等。
权利要求
1.一种剃、珩椭圆齿轮的工作原理其特征是1.1一留有剃齿或珩齿加工余量的节曲线为椭圆的椭圆柱齿轮在垂直于自身中心轴线的平面内作既公转又自转的行星运动，且公转运动与自转运动的方向一致。1.2椭圆齿轮作行星运动时的公转运动轴线与自转运动轴线互相平行，且自转运动的角速度始终为公转运动角速度的 1/2 ，两运动轴线的距离等于椭圆齿轮节曲线长半轴a与短半轴b之差的 1/2 。1.3椭圆齿轮与一可自由转动的盘形外啮合剃齿刀或珩磨齿轮形成一对无侧隙的螺旋齿轮正确啮合，并使齿轮刀具和椭圆齿轮啮合齿面间沿螺旋线的切线方向有相对滑动。1.4椭圆齿轮中心轴线即自转运动轴线。当椭圆齿轮与齿轮刀具的啮合节点在其自转运动轴线和公转运动轴线之间最短连线的延伸线上时，该啮合节点应在椭圆齿轮节曲线的长半轴(节点与公转运动轴线相近)上或短半轴(节点与自转运动轴线相近)上。1.5使齿轮刀具沿椭圆齿轮轴向有往复运动，沿椭圆齿轮径向或切向有进给运动。
2.一种加工椭圆齿轮的机床由主要机构行星运动机构、切削装置及其往复运动机构、切削进给机构所组成。其特征是2.1 行星运动机构中夹持工件的构件在动力作用下能实现公转运动与自转运动方向一致的行星运动，两运动轴线平行，且自转运动的角速度始终为公转运动角速度的 1/2 ，且两运动轴线的距离可在零到某一实数的区域内任意调整。2.2 往复运动机构能实现切削装置沿工件轴向的往复运动。2.3 切削进给机构能实现切削装置沿工件径向或切向的进给运动。
3.根据权利要求2所述的机床其特征在于所说的行星运动机构由偏心轮(8)与行星齿轮传动机构或十字滑块行星传动机构或销轴式行星传动机构组合而成。
4.根据权利要求2、3所述的一种由偏心轮(8)与行星齿轮传动机构相组合构成行星运动机构的机床由主要零件电动机(1)、变速机构(2)、(21)、蜗杆(5)、蜗轮(6)、轴(7)、(14)、偏心轮(8)、齿轮(12)、(15)、(16)、(23)、(24)、曲柄(13)、工作台(17)、离合器(22)、丝杠(25)、(31)、丝杠螺母(26)、(32)、床身(27)、液压油缸(28)、立柱(29)、滑座(30)、刀架(33)、刀杆(34)所组成。其特征是4.1 电动机(1)通过变速机构(2)，再通过蜗杆(5)，蜗轮(6)以及轴(7)，使置于工作台(17)中心的偏心轮(8)转动，于是，工作台(17)在偏心轮(8)作用下作公转运动，且偏心轮(8)每转一周，工作台(17)也公转一周。4.2 齿轮(12)固定在床身上，并通过齿轮(15)、(16)与工作台(17)上的内齿轮相啮合。齿轮(12)的齿数为工作台(17)上内齿轮齿数的 1/2 。当偏心轮(8)转动时，与偏心轮(8)相固联的曲柄(13)便带动齿轮(15)、(16)作行星运动，于是，工作台(17)在齿轮(16)作用下作自转运动。且偏心轮(8)每转一周，工作台(17)也按同方向自转 1/2 周。4.3 立柱(29)在手动或自动控制状态下能实现沿工作台(17)径向且平行于工作台(17)平面的直线运动。4.4 齿轮刀具安装在刀杆(34)上。刀杆(34)可在刀架(33)上绕自身轴线自由转动。刀架(33)安装在滑台(30)上。滑台(30)在手动或自动控制状态下能实现切削装置沿工作台(17)轴向作直线运动。
5.根据权利要求3所述的偏心轮与十字滑块行星传动机构相组合的行星运动机构由齿轮(3)、(4)、(9)、蜗杆(5)、(10)、蜗轮(6)、(11)、轴(7)、偏心轮(8)、工作台(17)、十字滑块(18)所组成。其特征在于5.1 当动力由齿轮(3)传入时，通过齿轮(4)、蜗杆(5)、蜗轮(6)以及轴(7)，使置于工作台(17)中心的偏心轮(8)转动，于是，工作台(17)在偏心轮(8)作用下作公转运动。5.2 当动力由齿轮(3)传入时，通过齿轮(9)、蜗杆(10)、蜗轮(11)，再通过置于蜗轮(11)和工作台(17)之间的十字滑块(18)，使工作台(17)作自转运动。
6.根据权利要求3所述的偏心轮(8)与销轴式行星传动机构相组合的行星运动机构由齿轮(3)、(4)、(9)、蜗杆(5)、(10)、蜗轮(6)、(11)、轴(7)、偏心轮(8)、工作台(17)、销轴(19)、销轴套(20)所组成。其特征在于6.1 当动力由齿轮(3)传入时，通过齿轮(4)、蜗杆(5)、蜗轮(6)以及轴(7)，使置于工作台(17)中心的偏心轮(8)转动，于是，工作台(17)在偏心轮(8)作用下作公转运动。6.2 当动力由齿轮(3)传入时，通过齿轮(9)、蜗杆(10)、蜗轮(11)，再通过与蜗轮(11)相固联的销轴(19)以及可在销轴(19)上自由转动的销轴套(20)，使工作台(17)作自转运动。
7.根据权利要求1、2、3所述的工作原理及其机构其特征在于可作为各类与椭圆或椭圆齿轮有关的测量仪器的工作原理及其机构。
8.根据权利要求2、3、4、5、6所述的行星运动机构其特征在于可以应用于数控椭圆齿轮插齿机或滚齿机或磨齿机的主体运动。
全文摘要
本发明为精加工椭圆齿轮提供了一种剃、珩齿的工作原理及其专用剃齿机和专用珩齿机的传动系统设计方案。其主要特点是机床的主体运动是公转运动与自转动动方向相同的行星运动，且自转运动的角速度始终为公转运动角速度的1/2，两运动轴线平行，两运动轴线间的距离为椭圆齿轮节曲线长半轴a与短半轴b之差的1/2。该主体运动为实现椭圆齿轮节曲线与一可自由转动的圆柱形齿轮刀具节曲线共轭提供了条件，因而也为椭圆齿轮的剃、珩齿工艺提供了条件。
文档编号B23Q5/22GK1077149SQ9210248
公开日1993年10月13日 申请日期1992年4月10日 优先权日1992年4月10日
发明者周永生 申请人:周永生