组合结构的人字齿轮及其加工方法与流程

本发明属于传动装置中带有齿的轮技术领域，具体涉及一种组合结构的人字齿轮及其加工方法。

背景技术：

传统的斜齿轮在使用时，有对轴上的横向力，为消除这种轴向力，把一个齿轮做成对称的方向相反的斜齿轮，来消除这种轴向力，因其对称的轮齿看上去像个人字，简称为人字形齿轮。人字齿轮具有重合度高，轴向载荷小，承载能力高，工作平稳的优点，在重型机械的传动系统中有广泛的应用。

现有的人字齿轮的加工制造，有将两个成品的斜齿轮组合在一起的形式，但其组合操作存在配对齿轮困难的问题，对齿精度不高，造成正常的运转和啮合不良，左右旋齿均匀受力效果差的问题，不能充分发挥人字齿轮的优势。也有一体式结构的人字齿轮，但在两侧有效轮齿之间留下了滚齿加工必需的消气槽（有的称为越程槽），以满足滚齿机的滚齿加工行程要求，这种结构的人字齿轮因为消气槽的存在，厚度较厚，重量较重，对应地增加了安装这种结构人字齿轮的机械的体积及重量，由于其一体式结构厚度很大，对材料的要求也较高。随着数控机械加工设备的使用，现在也可以在加工中心上完成没有消气槽的整体结构的人字齿轮的铣削加工，但对应的需要五轴以上联动的加工中心才能完成加工，对相应编制数控程序的软件及其使用要求高，还存在人员培训的问题，综合成本很高，其整体式结构同样对材料的要求也较高；并且在使用过程中，很多本领域的人员认为铣削加工轮齿并没有传统滚切加工轮齿的啮合效果好，存在齿面线接触甚至点接触的问题，磨合周期长且存在磨合后配合间隙大的问题，需进一步深入研究。

技术实现要素：

针对现有技术的上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种组合结构的人字齿轮及其加工方法，避免滚切一体式人字齿轮存在消气槽造成厚度大、重量大，组合结构人字齿轮对齿精度不高，而数控设备加工一体式人字齿轮成本又太高的问题，达到充分利用传统的齿轮加工设备，并制造出厚度小、精度高的人字齿轮的效果。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

组合结构的人字齿轮，包括分别具有左旋齿和右旋齿的两斜齿轮，至少两个组装销沿轴向过盈配合于两斜齿轮上对应设置的组装销孔中以实现组装定位，并通过紧固件将所述两斜齿轮并拢贴合并固定连接。

本发明人字齿轮上的组装销孔为配作，然后连接组装销定位，通过紧固件连接后再通过传统的滚齿机按滚切工艺加工而成，极大地利用了现有的资源，制造成本低；结构上取消了滚切加工的一体式人字齿轮必需的消气槽，减小了厚度，降低了重量，加宽了有效齿面宽度；组装销和紧固件实现了可拆卸和重复定位组装，便于清洗和维修，重复定位精度高，对齿精度高，复装后的运转及啮合情况良好。

进一步完善上述技术方案，所述组装销为三个，在两斜齿轮的轮辐上沿圆周等分均布；所述紧固件为沿轴向设置的三个螺栓，且在所述两斜齿轮的轮辐上沿圆周等分均布，所述螺栓分别设在组装销与人字齿轮圆心连线的延长线上；所述螺栓穿过两斜齿轮的轮辐上对应设置的通孔并连接螺母以将所述两斜齿轮并拢贴合并固定连接。

这样，组装销和对应的组装销孔为三组，具有防组合结构失效的功能，在某一个组装销孔失效后，利用剩余的两组组装销及组装销孔还能有效地实现定位，避免组合结构的人字齿轮失效，同时可以再重新配作一个新的组装销孔，始终保持三组组装销及组装销孔的状态；组装销及螺栓均为等分均布的结构，能保持齿轮运转时的动平衡；螺栓设在更靠近轮缘的位置，更符合齿轮运转啮合的受力情况；螺栓、定位销设于同一辐线上，符合轮辐的结构设计需求，便于在轮辐上进一步设置减重通孔等。

进一步地，两斜齿轮的轮辐厚度小于轮缘的厚度；所述两斜齿轮的轮辐上沿圆周等分均布设有若干减重通孔。

这样，轮辐的厚度小于轮缘，轮辐上的螺栓头部及螺母紧固连接后能不凸出于轮缘的两侧面即齿轮的两端面，避免钩挂，也便于安装本结构人字齿轮的机械设备的设计；同时和减重通孔一起，在不降低齿轮强度的情况下，降低齿轮的重量；减重通孔等分均布，能保持齿轮运转时的动平衡。

进一步地，两斜齿轮的左旋齿和右旋齿的螺旋角度相等；两斜齿轮的齿形沿其贴合面对称；两斜齿轮的左旋齿和右旋齿的齿厚相等。

这样，轮齿本身在运转啮合时效果更好。

进一步地，两斜齿轮的轮毂上设有用于与转轴联接的通孔和键槽。

这样，便于人字齿轮与转轴的联接和力矩的传递。

本发明同时还涉及一种上述组合结构的人字齿轮的加工方法，具体步骤如下：

1）准备两个斜齿轮初坯；

2）准备一个消气垫板，所述消气垫板为直径小于所述两斜齿轮轮齿的齿根圆直径的圆形钢板；

3）将所述消气垫板设于所述两个斜齿轮初坯之间，通过所述紧固件并拢贴合并固定连接；

4）配作加工所述组装销孔，在所述组装销孔内过盈配合连接过程组装销；在两个斜齿轮初坯朝向外侧的两个面上，将对应的组装销孔进行刻号以固定组装销孔的对应关系和齿轮端面的对应关系；

5）在滚齿机上加工轮齿以形成所述两斜齿轮；

6）拆除所述过程组装销和所述紧固件，拆除所述消气垫板；

7）按对应的组装销孔及齿轮端面重新组装所述两斜齿轮，过盈配合连接所述组装销，连接所述螺栓、螺母将两个斜齿轮并拢贴合并固定连接以形成所述组合结构的人字齿轮。

进一步完善上述技术方案，步骤1）中所述两个斜齿轮初坯为锻造件或铸造件或机加件或焊接件；所述两个斜齿轮初坯已完成轮缘、轮辐及轮毂的加工，已完成轮辐上所述三个螺栓对应的通孔的加工和所述减重通孔的加工，已完成轮缘的外圆加工和两端面的加工；轮缘的外圆满足尺寸公差要求，轮缘的两端面满足平行度和平面度形位公差要求，轮缘的外圆与两端面满足垂直度形位公差要求；步骤2）中所述消气垫板设有与所述两斜齿轮对应的减重通孔、所述三个螺栓对应的通孔、三个组装销孔，所述消气垫板上设置的三个组装销孔的直径略大于所述两斜齿轮上的三个组装销孔的直径；消气垫板的上、下表面满足平行度和平面度形位公差要求；消气垫板的厚度满足滚齿机的滚齿加工行程要求；步骤3）中通过所述三个螺栓穿过对应的通孔并连接螺母将所述两个斜齿轮初坯及之间的消气垫板并拢贴合并固定连接，同时需保证所述两个斜齿轮初坯上轮缘的外圆的同轴度满足形位公差要求；步骤5）中加工左旋齿和右旋齿采用同一组差动交换齿轮，反向时加一个介轮以保证螺旋角度相等；滚切完一个斜齿轮初坯的轮齿后，通过划线在另一斜齿轮初坯上画出若干个对称的齿形，以便滚切另一斜齿轮初坯的轮齿时对刀并微调校正滚刀的准确位置以保证齿形的对称；通过滚刀进给量公式计算并控制进给量以保证齿厚相等；还包括步骤8）以所述轮缘的外圆为基准，加工所述轮毂上的通孔和键槽，保证所述轮毂上的通孔与所述轮缘的外圆的同轴度满足形位公差要求。

优选地，步骤1）中所述两个斜齿轮初坯为锻造件或铸造件或机加件或焊接件；所述两个斜齿轮初坯已完成轮缘、轮辐及轮毂的加工，已完成轮辐上所述三个螺栓对应的通孔的加工和所述减重通孔的加工，已完成轮毂上所述用于与转轴联接的通孔的加工，已完成轮缘的外圆加工和两端面的加工；轮毂上的通孔与轮缘的外圆满足同轴度形位公差要求且分别满足尺寸公差要求，轮缘的两端面满足平行度和平面度形位公差要求，轮缘的外圆与两端面满足垂直度形位公差要求；步骤2）中所述消气垫板设有与所述两斜齿轮对应的减重通孔、用于与转轴联接的通孔、所述三个螺栓对应的通孔、三个组装销孔，所述消气垫板上设置的用于与转轴联接的通孔、三个组装销孔的直径略大于所述两斜齿轮上的用于与转轴联接的通孔、三个组装销孔的直径；消气垫板的上、下表面满足平行度和平面度形位公差要求；消气垫板的厚度满足滚齿机的滚齿加工行程要求；步骤3）中通过所述三个螺栓穿过对应的通孔并连接螺母将所述两个斜齿轮初坯及之间的消气垫板并拢贴合并固定连接，同时需保证所述两个斜齿轮初坯上轮毂上的通孔或轮缘的外圆的同轴度满足形位公差要求；步骤5）中加工左旋齿和右旋齿采用同一组差动交换齿轮，反向时加一个介轮以保证螺旋角度相等；滚切完一个斜齿轮初坯的轮齿后，通过划线在另一斜齿轮初坯上画出若干个对称的齿形，以便滚切另一斜齿轮初坯的轮齿时对刀并微调校正滚刀的准确位置以保证齿形的对称；通过滚刀进给量公式计算并控制进给量以保证齿厚相等；还包括步骤8）加工所述键槽。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明充分利用了传统的滚齿机，设备成本低。

2、本发明的组合结构的人字齿轮没有消气槽，减小了厚度，减轻了重量；相应的给加厚轮齿的厚度使啮合齿面更宽，啮合传动的效果更好、强度更高创造了前提条件。

3、本发明的组合结构的人字齿轮对齿精度高，能有效保证了螺旋角相等、齿形对称、齿厚相等几个关键的技术点，达到运转、啮合效果好，左右旋齿受力均匀的效果。

4、本发明为独立的两齿轮组合而成，对材料的尺寸大小要求相应更低，组合结构可拆卸便于维修和清洗，同时可有效的重复定位并完成复装而使用效果不变。

5、本发明除了比较明显的充分利用了传统的滚齿机外，也利用了齿轮制造工艺中的一系列物资，如原有的铸造模具、锻造模具、加工工装等，均无需再重新投入，大大减低了成本，扩展了产品系列。

附图说明

图1-本发明具体实施例人字齿轮结构示意图；

图2-图1的俯视图；

图3-图2的a-a剖视图；

其中，1-人字齿轮，2-贴合面，3-第一斜齿轮，4-第二斜齿轮，5-组装销，6-螺栓，7-螺母，11-轮缘，12-轮辐，13-轮毂，14-减重扇形通槽，15-通孔，16-键槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

参见图1～3，本发明具体实施例的组合结构的人字齿轮1，包括沿贴合面2对称设置的第一斜齿轮3和第二斜齿轮4，即两斜齿轮分别具有螺旋角度相等、齿形对称、齿厚相等的左旋齿和右旋齿；三个在圆周上等分均布的组装销5沿轴向过盈配合于两斜齿轮的轮辐12上对应设置的组装销孔中以实现组装定位，并通过三个在圆周上等分均布的螺栓6沿轴向穿过两斜齿轮的轮辐上对应设置的通孔并连接螺母7将所述两斜齿轮并拢贴合并固定连接；所述螺栓6分别设在组装销5与人字齿轮1圆心连线的延长线上；两斜齿轮的轮辐12厚度小于轮缘11的厚度，轮毂13的厚度与轮缘11的厚度相等，两斜齿轮的轮辐12上沿圆周等分均布设有三个减重扇形通槽14；两斜齿轮的轮辐12上连接螺栓6及螺母7后，螺栓6的两端面未超出人字齿轮1的两端面；两斜齿轮的轮毂13上还设有用于与转轴联接的通孔15和键槽16。

以机加件介绍上述组合结构的人字齿轮1的加工方法具体步骤如下：

1）准备两个斜齿轮初坯；

其中，斜齿轮初坯的加工具体步骤如下：

1.1）下圆钢棒料；

1.2）车削加工轮缘11、轮辐12及轮毂13的一端面，轮缘11的外圆，轮毂13上用于与转轴联接的通孔15；轮毂13上的通孔15与轮缘11的外圆满足同轴度形位公差要求且分别满足尺寸公差要求；轮缘11的外圆与已加工的轮缘11及轮毂13一端面满足垂直度形位公差要求；

1.3）翻面车削加工轮缘11、轮辐12及轮毂13的另一端面；

1.4）在轮辐12加工上所述三个螺栓6对应的通孔和所述减重扇形通槽14；

1.5）以步骤1.2）中车削的轮缘11及轮毂13的端面为基准，精磨步骤1.3）中车削的轮缘11及轮毂13的端面；轮缘11及轮毂13的两端面满足平行度和平面度形位公差要求，磨削加工的面与轮缘11的外圆满足垂直度形位公差要求；这样，可避免组合时的误操作；

1.6）以步骤1.5）中磨削加工的面为基准，磨削另一端面以提高粗糙度；这样，使两端面的状态一致，进一步避免组合时的误操作；

2）准备一个消气垫板，所述消气垫板为直径小于所述两斜齿轮轮齿的齿根圆直径的圆形钢板；

其中，消气垫板的加工具体步骤如下：

2.1）下料；

2.2）加工外圆，直径小于所述两斜齿轮轮齿的齿根圆直径；

2.3）加工与所述两斜齿轮对应的减重扇形通槽、用于与转轴联接的通孔、所述三个螺栓6对应的通孔、三个组装销孔；消气垫板上加工的用于与转轴联接的通孔、三个组装销孔的直径略大于所述两斜齿轮上的用于与转轴联接的通孔15、三个组装销孔的直径，即为过孔；

2.4）磨削上、下表面；上、下表面满足平行度和平面度形位公差要求，厚度满足滚齿机的滚齿加工行程要求；

3）将所述消气垫板设于所述两个斜齿轮初坯之间，用专用的工装，保证所述两个斜齿轮初坯上轮毂13上的通孔15或轮缘11的外圆的同轴度满足形位公差要求，通过所述三个螺栓6穿过对应的通孔并连接螺母7将所述两个斜齿轮初坯及之间的消气垫板并拢贴合并固定连接；

4）配作加工所述三个组装销孔，在所述组装销孔内过盈配合连接过程组装销；在两个斜齿轮初坯朝向外侧的两个面上，将对应的组装销孔进行刻号以固定组装销孔的对应关系和齿轮端面的对应关系；

5）在滚齿机上加工轮齿以形成所述两斜齿轮；在加工左旋齿和右旋齿采用同一组差动交换齿轮，反向时加一个介轮以保证螺旋角度相等；滚切完一个斜齿轮初坯的轮齿后，通过划线在另一斜齿轮初坯上画出若干个对称的齿形，以便滚切另一斜齿轮初坯的轮齿时对刀并微调校正滚刀的准确位置以保证齿形的对称；通过滚刀进给量公式计算并控制进给量以保证齿厚相等；

6）拆除所述过程组装销和所述三个螺栓6，拆除所述消气垫板；

7）按对应的组装销孔及齿轮端面重新组装所述两斜齿轮，过盈配合连接所述三个组装销5，连接所述三个螺栓6、螺母7将两个斜齿轮并拢贴合并固定连接以形成所述组合结构的人字齿轮1。

8）线切割或插床加工所述键槽16。

实施时，进一步地，斜齿轮可采用锻造件或铸造件或焊接件，加工过程中还包括材料下料后的热处理，轮齿加工后的高频淬火等。上述实施时本领域技术人员将工艺过程进行的完善或改进应视为落入本发明保护范围。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。