一种可齿向修形的高效齿轮磨削装置及其磨削方法

技术领域

本发明涉及齿轮修形技术领域，特别是一种可齿向修形的高效齿轮磨削装置及其磨削方法。

背景技术

圆柱齿轮传动是应用最广泛的动力传动机构之一，齿轮传动中，由于制造、安装误差和弹性变形等影响，导致载荷沿齿宽方向上分布不均匀，出现啮合偏载、啮入冲击以及噪声等不利现象，易造成齿轮局部断齿。齿向修形获得鼓形轮齿能使齿轮啮合时应力分布均匀，减少啮合偏载，并且可以使轮齿磨损均匀，减少齿轮啮合传动过程中的振动和噪音，提高齿轮啮合传动性能。但现有技术中，利用砂轮对齿轮进行磨削，其进行齿向修形时运动复杂，精度难以保证；砂轮需要沿齿宽方向上运动，磨削效率较低，限制了可齿向修形的高效齿轮磨削方法的研究发展。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有的齿轮修形中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明的目的是提供一种可齿向修形的高效齿轮磨削装置，使用其磨削齿轮时运动相对简单，减少机床运动误差，提高齿轮加工精度。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种可齿向修形的高效齿轮磨削装置，包括磨削组件，所述磨削组件包括支撑台，所述支撑台上连接有动力头垫高块，所述动力头垫高块上侧固定连接有连接座，所述连接座上可转动地连接有用于磨削齿轮的磨盘；

齿轮连接组件，所述齿轮连接组件包括能在前后方向上移动且能升降的工作台，所述齿轮可转动地连接在工作台上。

作为本发明可齿向修形的高效齿轮磨削装置的一种优选方案，其中：所述动力头垫高块的下侧固定有转动杆，动力头垫高块经转动杆转动连接在支撑台上，动力头垫高块上排布有若干方便和支撑台固定连接的连接孔。

作为本发明可齿向修形的高效齿轮磨削装置的一种优选方案，其中：所述齿轮连接组件还包括底座，所述底座上侧固定连接有立柱，所述立柱上滑动连接有能在高度方向上做往复直线运动的升降台，所述工作台滑动连接在升降台的上端。

作为本发明可齿向修形的高效齿轮磨削装置的一种优选方案，其中：所述底座上侧固定连接有支撑柱，所述支撑柱上螺纹连接有升降丝杠，所述升降台内固定有升降连接块，所述升降丝杠的上部可转动地连接在升降连接块上。

作为本发明可齿向修形的高效齿轮磨削装置的一种优选方案，其中：所述升降台上可转动地连接有传动轴，所述传动轴伸进升降台内的一端连接有传动锥齿轮，所述升降丝杠向上伸出升降连接块的一端连接有从动锥齿轮。

作为本发明可齿向修形的高效齿轮磨削装置的一种优选方案，其中：所述升降台外侧固定连接有连接板，所述连接板的一端固定连接有下驱动电机，所述下驱动电机的输出轴上连接有下主动轮，所述下主动轮在连接板的另一端朝外的方向上，所述升降台上可转动地连接有下传动丝杠，所述下传动丝杠伸出升降台外的一端连接有下从动轮，所述下主动轮经下传动带和下从动轮连接，所述传动丝杠上螺纹连接有下移动块，所述工作台下侧固定连接有上移动块，所述上移动块上螺纹连接有上传动丝杠，所述上传动丝杠的两端可转动地连接在工作台上，所述工作台外侧固定连接有上连接板，所述上连接板上固定连接有上驱动电机，所述上驱动电机的输出轴上连接有上主动轮，所述上传动丝杠伸出工作台外的一端连接有上从动轮，所述上主动轮经上传动带和上从动轮连接，上移动块下侧固定连接有滑动座，所述滑动座固定连接在下移动块上侧。

作为本发明可齿向修形的高效齿轮磨削装置的一种优选方案，其中：所述升降台外侧固定有支撑套，所述传动轴的一端在支撑套外，所述传动轴的另一端沿着支撑套伸进升降台内，传动轴可转动地连接在支撑套上，传动轴的外端固定连接有转动把手。

作为本发明可齿向修形的高效齿轮磨削装置的一种优选方案，其中：所述磨盘的安装角为θ，安装角为磨盘的中心轴线和通过齿轮中心且平行于工作台左右移动方向所在轴线之间的夹角，α<θ<α+1，α为齿轮的压力角。

使用磨削装置对齿轮进行磨削的方法，包括以下步骤，

转动支撑台，使磨盘转动至需要的安装角，满足；

对刀，使磨盘用来磨削齿轮的圆锥面对准齿槽；

控制下驱动电机动作，使工作台在前后方向上做进给运动，保证磨盘的圆锥面贴合齿面；

控制上驱动电机动作，使工作台在作用方向上做直线运动，同时齿轮不断旋转，以实现展成运动，磨削结束，退刀；

齿轮分度一个齿距，为磨削下一个齿面做准备；

重复上述步骤，直到同侧齿面磨削加工结束。

本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：根据磨盘安装角的不同实现不同的齿向修形量，磨削后齿轮副啮合近似为线接触，接触区间主要分布在齿面中间部分区域，齿面中间部分所受应力明显大于齿面两端应力，提升了齿轮疲劳强度，可以实现全齿宽磨削，提高齿轮磨削加工效率同时省去磨盘在齿向方向的运动，减少运动误差，提高齿轮加工精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明的立体结构图一。

图2为图1中A处的局部放大图。

图3为图1中B处的局部放大图。

图4为本发明的立体结构图二。

图5为图4中C处的局部放大图。

图6为磨削后的圆柱齿轮的鼓形量示意图。

图7为直径为180与直径为90mm的一对齿向修形后的圆柱齿轮装配啮合示意图。

图8为齿向修形后的圆柱齿轮副啮合接触区间局部放大图。

图9为本发明中右齿面磨削部件运动示意图。

图10为本发明中左齿面磨削部件运动示意图。

图中，100磨削组件，101动力头垫高块，102连接座，103第一传动箱，104磨削电机，105磨盘，105a立方氮化硼，106连接轴，200齿轮，300齿轮连接组件，301下驱动电机，302连接板，303下主动轮，304下传动带，305下从动轮，306底座，307升降台，307a支撑套，307b升降连接块，308上传动带，309上主动轮，310上从动轮，311上驱动电机，312下传动丝杠，313传动轴，314传动锥齿轮，315从动锥齿轮，316升降丝杠，317支撑柱，318立柱，319工作台，320上传动丝杠，321上移动块，322转动把手，a连接孔。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

参照图1～图5，为本发明的第一个实施例，本实施例提供了一种可齿向修形的高效齿轮磨削装置，其可以根据磨盘安装角的不同实现不同的齿向修形量。

一种可齿向修形的高效齿轮磨削装置，包括磨削组件100和齿轮连接组件300，磨削组件100包括支撑台，支撑台上连接有动力头垫高块101，动力头垫高块101的下侧固定有转动杆，动力头垫高块101经转动杆转动连接在支撑台上，动力头垫高块101上排布有若干方便和支撑台固定连接的连接孔a；动力头垫高块101上侧固定连接有连接座102和第一传动箱103，连接座102上可转动地连接有连接轴106，连接轴106伸出连接座102外的一端连接有用于磨削齿轮200的磨盘105，第一传动箱103外侧固定连接有磨削电机104，磨削电机104经第一传动箱103和连接轴106远离磨盘105的一端传动连接，第一传动箱103内部的传动结构为现有技术，本申请不赘述；齿轮连接组件300包括能在前后方向上移动且能升降的工作台319，齿轮200可转动地连接在工作台319上。

具体的，齿轮连接组件300还包括底座306，底座306上侧固定连接有立柱318，立柱318上滑动连接有能在高度方向上做往复直线运动的升降台307，工作台319滑动连接在升降台307的上端，底座306上侧固定连接有支撑柱317，支撑柱317上螺纹连接有升降丝杠316，升降台307内固定有升降连接块307b，升降丝杠316的上部可转动地连接在升降连接块307b上。

为了进一步实现齿轮200在高度方向上的位置调节，升降台307上可转动地连接有传动轴313，升降台307外侧固定有支撑套307a，传动轴313的一端在支撑套307a外，传动轴313的另一端沿着支撑套307a伸进升降台307内，传动轴313可转动地连接在支撑套307a上，传动轴313的外端固定连接有转动把手322，传动轴313伸进升降台307内的一端连接有传动锥齿轮314，升降丝杠316向上伸出升降连接块307b的一端连接有从动锥齿轮315。

需要调节齿轮200高度时，手握转动把手322使其旋转，传动轴313经传动锥齿轮314带动从动锥齿轮315转动，从动锥齿轮315带动升降丝杠316转动，升降丝杠316旋转升降，升降丝杠316经升降台307带动工作台319升降，当齿宽中线处与磨盘105中心在同一高度时，停止旋转转动把手322。

为了进一步实现齿轮200在左右和前后方向上的运动，升降台307外侧固定连接有连接板302，连接板302的一端固定连接有下驱动电机301，下驱动电机301的输出轴上连接有下主动轮303，下主动轮303在连接板302的另一端朝外的方向上，升降台307上可转动地连接有下传动丝杠，下传动丝杠伸出升降台307外的一端连接有下从动轮305，下主动轮303经下传动带304和下从动轮305连接，传动丝杠上螺纹连接有下移动块，工作台319下侧固定连接有上移动块321，上移动块321上螺纹连接有上传动丝杠320，上传动丝杠320的两端可转动地连接在工作台319上，工作台319外侧固定连接有上驱动电机311，上驱动电机311的输出轴上连接有上主动轮309，上传动丝杠320伸出工作台319外的一端连接有上从动轮310，上主动轮309经上传动带308和上从动轮310连接，上移动块321下侧固定连接有滑动座，滑动座固定连接在下移动块上侧。

工作台319上侧固定连接有第二传动箱，齿轮200箱外侧固定连接有转动电机，转动电机经第二传动箱和齿轮200传动连接，第二传动箱内部的传动结构为现有技术，本申请不赘述；调节齿轮200在前后方向上的位置时，下驱动电机301动作，下主动轮303转动，下主动轮303经下传动带304带动下从动轮305转动，下从动轮305带动下传动丝杠转动，下传动丝杠带动下移动块移动，下移动块经工作台319带动齿轮200移动；调节齿轮200在左右方向上的位置时，控制上驱动电机311动作，动作过程和前后方向动作过程类似，在此不赘述，需要齿轮200转动时，转动电机动作，通过使齿轮200前后方向和左右方向上运动以及齿轮200的旋转运动，实现磨削时的展成运动，磨削渐开线齿廓。

具体的，磨削前，在磨盘105上烧结立方氮化硼105a，以对圆柱齿轮200齿面进行全齿宽磨削，磨盘105的安装角为θ，安装角为磨盘105的中心轴线和通过齿轮200中心且平行于工作台319左右移动方向所在轴线之间的夹角，α<θ<α+1，α为齿轮200的压力角。

当磨盘105安装角 ，磨削轨迹为圆锥面，全齿宽磨削齿面，实现齿向修形；当磨盘105安装角 ，磨削轨迹为平面则无法实现齿向修形。

磨削加工时需要保证齿坯齿宽中线处与磨盘105中心在同一高度，此时磨削面为沿齿宽中线对称的圆锥面，齿向修形后的圆柱齿轮200齿面也为对称的微鼓形。通过调节磨盘105安装角度与磨盘105磨削面的修整角度，即可实现不同量的齿向修形。

使用本发明磨削后的圆柱齿轮200的齿宽中线处的齿厚略大于齿轮200端面处的齿厚，可齿向修形的高效齿轮200磨削方法可以根据磨盘105安装角的不同实现不同的齿向修形量，磨削后齿轮200副啮合近似为线接触，接触区间主要分布在齿面中间部分区域，齿面中间部分所受应力明显大于齿面两端应力，提升了齿轮200疲劳强度，可以实现全齿宽磨削，提高齿轮200磨削加工效率同时省去磨盘105在齿向方向的运动，减少运动误差，提高齿轮200加工精度。

实施例2

参考图6～图10，为本发明的第二个实施例，本实施例提供了使用磨削装置磨削齿轮的方法，其基于上一个实施例。

使用磨削装置对齿轮进行磨削的方法，包括以下步骤：

S1：转动支撑台，使磨盘105转动至需要的安装角，满足 ，使用固定螺栓旋进连接孔a和支撑台，将动力头垫高块101固定在支撑台上；

S2：对刀，使磨盘105用来磨削齿轮200的圆锥面对准齿槽；

S3：磨削电机104动作，磨盘105转动，控制下驱动电机301动作，使工作台319在前后方向上做进给运动，保证磨盘105的圆锥面贴合齿面；

控制上驱动电机311动作，使工作台319在左右方向上做直线运动，同时齿轮200不断旋转，以实现展成运动，磨削结束，退刀；

S4：齿轮200分度一个齿距，为磨削下一个齿面做准备；

重复上述步骤S2～S4，直到同侧齿面磨削加工结束。

齿轮200需要通过对具有立方氮化硼105a的磨盘105进行修整，保证磨盘105磨削面在磨盘105安装角度为θ时，仍能与齿面接触角为齿轮分度圆处压力角α，修整角度由磨盘105安装角度θ与齿轮200分度圆处压力角α决定，立方氮化硼的修整角度μ=π-θ+α。

附图9和图10中，R为磨盘105的半径，r为齿轮200的分度圆半径，w

应说明的是，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精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。