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发表于 2011-6-14 16:22:20
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[齿轮内孔磨夹具设计研究]+ o" l5 D3 M& b+ f; d# U& F& U
江 静(安徽工业经济职业技术学院 安徽合肥 230051)' u* P& w; K+ J" [5 b- E5 l' ~
* v* k8 g7 S b8 M8 x8 L; v摘 要:在齿轮加工中,以齿轮齿面为基准磨内孔,是经常用到的加工方法,在此道工序中必须有专用的磨夹具。本文介绍了作者设计的两种结构简单、操作方便、精度高的节圆磨夹具。多年的生产实践表明这两种节圆磨夹具切实可行。; l% d8 f! L \
关键词:齿轮 夹具 滚柱 定位6 Z' Q$ n6 A" N) @
收稿日期:2006年12月
/ T+ S# Z* C% A7 ?作者简介:江静(1962--),女,高级工程师,曾多年在企业从事机械零件加工工艺设计、工装设计、专用机床设计、汽车设计;目前主要从事机电类专业课和专业基础课的教学工作。
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热处理后齿轮齿圈径向跳动允差的控制,在没有齿轮磨床时,只能在热处理前提高齿轮加工精度和减少齿轮热处理变形来控制,同时想到的是以热处理后的齿轮齿面为其定位准,磨削齿轮的定心内孔以保证齿圈径向跳动的允差。实践证明,只要保证夹具的定位精度,这种方法是可行的。下面介绍我所设计的两种结构简单、操作方便、实用的节园磨夹具。; l0 S; i1 U- z; s8 m/ k$ M5 J6 I
一、 弹簧套式节园磨夹具; w; A: d# k' b& ]2 u& F
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6 _/ [) h; h( D" O图1, ]# ?3 X. y% A4 D4 [+ n
1、 结构与操作方法
* e: r! o$ P6 w8 Y* J9 J- p结构如图1。手持保持圈,将3个滚柱插入齿槽内,再把齿轮放入弹簧套内,拧动内六角螺钉,使弹簧套通过滚柱夹紧齿轮,即可开始磨孔。本夹具适用于分度园直径小于φ120的齿轮。用这种夹具在普通磨床上磨齿轮内孔,齿圈径跳可控制在0.05mm范围内。
& M, m! j2 @% u/ k6 B$ o2、主要件的设计加工要点
0 |: x% l( U5 C: z7 b& S l(1)夹具体:夹具体选用能热处理淬火到HRC55以上的优质碳素钢或合金钢。内锥面淬火到HRC55~62。借助于连接法兰,将夹具体安装于磨床主轴,用磨床本身磨夹具体内锥孔,使其锥面跳动允差不大于0.01mm,粗糙度值不大于Ra0.8um。
6 w/ T! t2 L, B) I(2)弹簧套:弹簧套选用65Mn。淬火硬度HRC45。以内孔定位磨外锥面,并与夹具体内锥面配磨,接触面不少于百分之八十。内孔和外锥面粗糙度Ra0.8um。由于夹紧后,孔径收缩,故在锥面沿轴向开有5mm宽通槽,此槽待外锥面及内孔磨好后再铣成。% Z! g! u) w, ]# V# H% Q7 e! v
(3)滚柱:滚柱选用T8材料,淬火硬度HRC58~62,圆柱度允差0.005mm,粗糙度Ra0.8um,三件滚柱外圆直径需一致,相差不得超过0.005mm.6 i- O; U& S+ t; x
3、滚柱在保持器环上的位置:若齿轮齿数为3的倍数,则滚柱在保持器上均布。若不是3的倍数,则布置于三分之一齿轮圆周处就近齿槽的位置上。+ s7 H# J3 T9 i; P6 T
4、滚柱直径dp值的确定
W. G0 e, L# E( T, ^( Z(1)滚柱直径dp值应满足:滚柱放入齿槽后要高出齿轮的外圆,否则不能夹紧分度圆,而滚柱的中心位置必须高于齿轮分度圆,用滚柱模拟齿形,滚柱与两齿侧的接触点应位于齿轮分度园的附近。如不考虑齿侧间隙,则两接触点的弦长等于分度园齿厚弦长,则So=Sf==mzsin(90/z) 式中:So——滚柱与两齿侧接触点弦长;9 z$ J4 i! x2 Z, Z" ]. \! p
Sf——齿轮分度圆齿厚弦长
2 g+ h3 u3 d& c5 i(2)滚柱直径dp值的计算:图2中,直角三角形O’AB中AB=Sf/2; O’A=AB/cosaf=(Sf/2)/cosaf=mzsin(90/z)/2cosaf dp=2O’A=mzsin(90/z)/cosaf;式中af——分度圆压力角, 按上式算出dp后取整,即为实际滚柱直径。( k }. ^' C6 s- h% F7 c
5、弹簧套内孔直径Dc值的计算* a* W. k3 V- V- X0 b( F2 `
Dc=Db+(0.2~0.5)
0 v6 \; j8 D7 F, M% b Db=Da-△m& }7 P0 v8 Y( G7 r3 O p Y
图3式中Dc——弹簧套实际直径
: R! Q, }1 N& K3 t: H- ]Db——弹簧套计算直径
0 k. Z5 z( }! q8 l △m ——齿厚最小减薄量引起的直径方向误差' T4 Z* K& F1 y0 Y7 O
Da——弹簧套公称计算直径
4 x" i: u; Y8 F6 g& W弹簧套内径Dc值由齿轮分度圆弦齿厚最小减薄量(齿厚上偏差)确定,并使弹簧套留有装卸工件的间隙,故而Dc值等于Db值增加0.2~0.5mm。$ y. k, F& q$ |% o# K2 b+ \) d' r
(1) 滚柱放入齿槽内的外径Da值的确定
( P1 t/ K+ }0 b5 \' ]! R根据渐开线原理及几何特性,按图4可得如下! {- M4 w# B3 w" D, U( ?
关系式:
8 L* Z e$ B V8 ?) n5 ^( X! j. lθx=tgax-ax=invax cosax=ro/Rx Rx = ro/cosax2 w8 c1 V0 o5 ?" z
式中, s5 X4 O: }* R6 d1 }
θx——渐开线展角; u6 \3 F+ P: m5 Q& Y! H6 K
ax——C点压力角# W3 [4 i! D4 ]3 x. f. x: b% L! D
Rx——渐开线向量半径7 }3 Q* j; K7 f
ro——基圆半径
9 p7 g% _1 p% K: u计算Da值的推导见图5
* O3 r' F, a- L0 {* a0 |% \" e( s图5中虚线所表示的渐开线,也是形成齿面的同一基园所形成,这条渐开线通过圆柱中心。由图5求出以下关系式:
$ r+ \0 U& P( v6 n5 J9 h2 X θx=invax;θf=invaf;2 W' e$ O) {4 g H6 ~! P* b7 ^' L, ?
ω1=DF/ro=AB/ro=dp/2roω2=Sf/2rf;$ D& p# _+ r5 \" k0 g
ω3=S f /rf=π/z;
, l) x; \/ w5 L& e θx =ω2+θf +ω1-ω3 _0 n( Q0 [# l6 F
Invax=Sf/2rf+invaf+dp/2ro-π/z( k# [2 h* Q. r! {9 R1 y; u) p
上式中:af为分度圆压力角,查渐开线函数表可得inva f,由此可得ax的角度值。在直角三角形AOC中,cosax=ro/Rx;Rx=ro/cosax=rfcosaf/cosax 可得: Da=2Rx+dp=2rfcosaf/cosax+dp式中: Rx—滚柱中心至齿轮中心距离ax—通过圆柱中心渐开线在中心点压力角; ro—基园半径rf—分度园半径
; x8 _8 v9 h4 P5 u〈2〉△m的计算
" J. r( G6 k/ s: W0 q9 w△m值根据分度园弦齿厚的最小减薄量(齿厚上偏差)△MS值经计算确定,画出计算图6
5 u, P- L1 G3 n1 h. p6 U0 D! A在直角三角形中,使AB=△MS,则得:AC=ABcosaf=△MScosaf,在直角三角形O’EF中,取O’E=AC,而O’F即为分度园弦齿厚最小减薄量偏差△m值。5 z/ {0 ~# ]- ]8 u7 J
△m=O’E/sinax=AC/sinax=△Mscosax/sinax' h8 l! X; J8 V( d( {+ G, X1 ^
△m =△Mscosaf/sinax! l2 c, j& N1 m3 M; F& r
式中:△MS——分度园弦齿厚最小减薄量(齿厚上偏差)
9 x! _8 [+ g: Z' u4 ~. Q! w二、凸轮式节园磨夹具& Z& I8 w U8 Z) }4 C0 U
1、结构与使用方法' |% `) |: N6 ]) v# J3 h) `' S" T
结构如图7。将保持器上的滚柱插入齿槽,然后把齿轮放入凸轮环,转动齿轮使滚柱进入凸轮面,再把扳手上的夹紧销插入齿槽,转动扳手,使齿轮夹紧。本夹具适用所有齿数、模数的齿轮,其精度主要取决于凸轮环上三凸轮面的同轴度。, G* ^$ L- _( j$ C+ t, H7 I2 u
2、凸轮环的设计加工要点
+ R5 Z! D, I+ x" A7 |6 u凸轮环选用能热处理淬火至HRC55以上的优质碳素钢或合金钢,三凸轮面淬火硬度为HRC58~62。三凸轮面对应点直径必须一致,允差为0.005mm,凸轮面粗糙度Ra0.8um。夹具安装于磨床上后,校正三凸轮面,对应点跳动允差0.01mm。) p& {, V% T/ N
3、凸轮面大径、小径的确定
5 N4 m; s$ j' z2 p6 K3 S如图8:D大径=Db+0.5 D小径=Db-0.5
2 O" z" d7 w4 y1 p! V% w1 ADb计算与弹簧套式节园夹具一致。" i9 c4 w/ N( A/ S9 n- ]
4、其余零件的设计、计算、加工与弹簧套式节园夹具一致6 O. {2 W% J* G6 t, t) [
9 _. B) J% v2 G: a+ [2 i2 q
参考文献:[1]刘文剑.夹具工程师手册[M].哈尔滨 : 黑龙江科技出版社,1991, 4% R6 b1 n# U; ^2 W
[2]王小华.机床夹具图册[M].北京 : 机械工业出版社,1991, 5
( X; ?* P& U# J+ Q- ^$ Q; D[3]刘守勇.机械制造工艺与机床夹具[M]. 北京 :机械工业出版社,2000,5 |
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