试论弧齿圆柱齿轮的加工方法

翟后权

摘 要：弧齿圆柱齿轮具备重叠系数大、强度高、传动平稳以及承载能力强的特点，能获得较大的传动比，所以在汽车行业、机床行业、矿山机械行业等应用较多。本文就主要分析弧齿圆柱齿轮的加工方法，为弧齿圆柱齿轮的应用提供相应借鉴。

关键词：弧齿圆柱齿轮；加工方法

弧齿圆柱齿轮的概念是由日本学者长谷川吉提出的，鉴于其具备很多优点，所以吸引了国外许多学者的注意与研究。在弧齿圆柱齿轮的加工方面，国内外学者研究了多种加工方法，其中比较典型的就是旋转刀盘铣削法与平行连杆法。但针对这两种加工方法的工艺及其优缺点方面的研究却很少。但加工工艺对加工效率以及工业生产都有重要影响，为此，本文就主要分析弧齿圆柱齿轮的上述两种加工方法。

1.旋转刀盘法

图1为弧齿圆柱齿轮的旋转刀盘铣削加工方法，如图所示，刀盘以 为中心轴做旋转运动，并沿着y轴进给移动。被加工齿轮绕着轴进行转动进给，有效调节刀盘进速度以及被加工齿轮进给速度，促使弧齿圆柱齿轮展成运动得以实现[1]。

图1 旋转刀盘铣削法加工弧齿圆柱齿轮

2.平行连杆法

图2为弧齿圆柱齿轮的平行连杆加工方法。如图所示，传动链前端的电机带动主动架，接着主动架利用连杆带动从动架（设置有弧齿圆柱齿轮的加工刀片）。因为加工的时候刀具前刀面是不会变化的，因此，能有效确保弧齿圆柱齿轮的凹齿面与凸齿面齿线半径一致[2]。

图2平行连杆法加工弧齿圆柱齿轮

3.两种加工方法工艺的分析和对比

（1）系统刚度。旋转刀盘法具有构件少和传动链短的特点，刀盘能直接安装在机床主轴，所以系统刚度由机床刚度决定，因而系统刚度很高；在平行连杆法里因为传动链长，且含有连杆（刚度很低），为此，其系统刚度由平行连杆的刚度决定，因而系统刚度很低。

（2）切削速度。旋转刀盘法切削齿轮主要是通过安装多把刀在高速转动的刀盘上，因为刀盘属于回转体，就理论上来说其自身没有不平衡质量，即便出现动载荷也是由很少加工误差质量形成的，用较小的配重实现动平衡即可。所以旋转刀盘法能实现很高转速，具备很高的切削速度。平行连杆机构刚性差，动力学不平衡，所以转动的时候手正弦扰动较大，倘若要平衡其动载荷，就要增加较大的平衡重，进而增加机构负担；加之因为刚度差容易出现振动及共振，所以平行连杆法的切削速度难以有效提升，加工齿轮齿面质量较差。

（3）工艺生产效率。因为切削速度和生产加工效率基本上是成正比的，所以旋转刀盘法的生产效率要远远高于平行连杆法的生产效率。

（4）加工齿形合理性分析。基于两种加工方法齿条的基础上分析其加工齿形的合理性。旋转刀盘法加工出来的齿条其凹凸齿面齿线的半径以及径向齿宽齿槽宽均不一，表现为中间厚和两端薄，但法向齿宽及齿槽宽均一致。加之，旋转刀盘法加工弧齿圆柱齿轮其轮齿呈现为鼓形齿，有易润滑等优势，而且转动过程中能在齿间间隙产生动压油膜，有效提升齿轮动润滑接触强度等，即便其接触区域小而且基本集中在中截面周围，但旋转刀盘法加工弧齿圆柱齿轮还是属于较为合理的齿面结构。平行连杆法加工弧齿圆柱齿轮其齿条的凹凸齿面齿线半径、径向以及法向齿宽与齿槽宽均一致，虽说此机构加工的齿轮可以达到全齿宽线啮合，但鉴于弧齿圆柱齿轮的两端面都有楔形变薄的现象，为此，全齿线啮合对齿轮接触强度的提升没有促进作用，也就是说平行连杆法加工弧齿圆柱齿轮缺乏合理性。

（5）齿面加工精度分析。从图1和图2可以看出，两种加工方法加工出来的齿轮表层都有刀痕，需要加工处理后才能应用。其中，旋转刀盘法能有效提升切削速度，能用砂轮代替道具，对齿轮做剃齿、磨齿等处理；平行连杆法不能有效提升切削速度，也就不能对齿轮进行磨齿、剃齿等加工。所以，旋转刀盘法能实现很高的齿面精度，平行连杆法则不能。

（6）硬齿面加工分析。加工硬齿面齿轮要求具备较大切削力和切削速度，还可能用到磨齿工艺，但通过上文分析，这些条件平行连杆加工法都难以达到，只有旋转刀盘法才能满足需求，为此，旋转刀盘法能用于加工硬齿面，平行连杆加工法则不能。

3.分析对比结果

通过对旋转刀盘加工方法和平行连杆加工方法进行对比分析后，总结了两种加工方法各自的优点和缺点，如表1所示。

本文主要分析了弧齿圆柱齿轮的两种加工方法，即旋转刀盘法和平行连杆法，通过对比分析两种加工方法，得出采取旋转刀盘法加工弧齿圆柱齿轮更好。

参考文献：

[1]常青林.弧齿圆柱齿轮两种加工方法工艺分析[J].机械传动，2014（06）：96-100

[2]宋爱平，吴伟伟，高尚等.弧齿圆柱齿轮理想几何参数及其加工方法[J].上海交通大学学报，2010（12）：1735-1740