大螺旋角花键推刀的设计与制造

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FY50Q摩托车发动机采用螺旋离合机构实现起动离合，即起动齿轮内孔制有螺旋花键槽，起动轴上制有螺旋花键齿，起动时，起动轴转动，使起动齿轮沿螺旋方向轴向移动，与中间齿轮啮合．从而带动曲轴转动；起动后，起动轴在回位弹簧作用下反转复位，起动齿轮在花键螺旋作用下轴向移动，与中间齿轮迅速脱开。
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图1 起动齿轮零件图

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图1为起动齿轮零件图。齿轮内孔为渐开线右旋螺旋花键槽，螺旋角b=30°，模数m_n=1.75mm，齿数Z=10，小端直径D_小=18.1^+0.043mm，大端直径D_大=20_+0.1^+0.2mm，孔长L=13_-0.1mm，孔端倒角1.5×45°，齿坯材料为20Cr。该花键孔螺旋角大，直径小，齿数多，宜采用拉削加工。由于专用螺旋拉刀及加工时实现螺旋复合运动的专用进给机构需到专业厂家定制，周期长，成本高；此外考虑到起动离合时花键齿仅利用分度圆以下长约1mm的渐开线齿形(可近似看作直线)，花键齿高只有1mm左右余量，且齿槽宽度较小，相对公差较大，因此如采用自制螺旋花键推刀进行加工，既可满足加工要求，又可缩短刀具及螺旋进给机构的设计和制造周期，降低加工成本。 7 H n# T/ \$ u( |! w) ]+ `

1 推刀的设计

根据起动齿轮螺旋花键的结构，宜采用分层切削方式进行成形加工。因推刀长度较短，可采用整体式结构。刀具材料采用W18Cr4V。

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1. 齿升量和齿距的选择 * }5 X) p. z Z! z4 ?2 Y
   齿升量a_f的选择极为重要，直接关系到推削力的大小、推削稳定性及推刀磨损状况。若齿升量太小，则推刀较长，容易弯曲折断，影响加工平稳性和加工质量。根据花键齿的极限齿升量(齿数Z=10 ，直径D=16～28mm时，a_fmax=0.16mm)，选取a_f=0.1mm。 ( T, ?5 A% Q! `) p& O
   齿距的选择原则为：法向齿距p_n=(1.2～1.5)(l/cosb) ^½=4.65～5.8 mm；轴向齿距p=p_n/cosb=5.37 ～6.7mm 。
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2. 容屑槽的设计
   为保证容屑槽有效容积、刀齿强度及拉削平稳性，推刀在推削过程中同时工作的刀齿数应≥3 。容屑槽应有足够的容屑空间和合理的形状与前角，沟槽深度不能太深，以保证推刀有足够的强度、刚度和稳定性。本花键推刀采用了环行槽结构。螺旋花键导程中的容屑槽数K=pD/p_nsinb=24.5，K_max=25。
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3. 推削力的计算 1 r5 m/ K& C J( M; @& w I& X
   推削加工时采用一台3T千斤顶产生推削力。设计推刀时需要计算推削力的大小并校验推刀受压时的稳定性。为防止推刀在推削过程中因受力不一致而折断，在推刀柄端处开有可放置Ø6mm 钢球的锥坑。
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4. 刀齿几何形状及尺寸
   推刀齿形的设计可参照普通(螺旋)矩形花键拉刀的设计方法。刀齿几何形状如图2 (推刀零件图)、图3 (推刀三维实体图)所示，推刀尺寸及公差见下表。
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   图2 推刀零件图

   图3 推刀三维实体图

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表  推刀尺寸及公差

齿号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
D (mm)	尺寸	18.1	18.3	18.5	18.7	18.9	19.1	19.3	19.5	19.7	19.9	19.95	20
	公差	±0.015									-0.015

2 推刀的制造

推刀的主要制造工序流程为：制坯(毛坯材料：W18Cr4V高速钢)→粗、精车推刀外圆、开容屑槽和推刀柄锥坑→在滚齿机上滚制推刀螺旋齿(Z=10 , 滚刀需修正刀齿高度)→热处理(硬度63～66HRC )、推刀校直→磨推刀各部外圆→在拉刀磨床上磨削刀齿各部尺寸至图纸要求。

为改善推刀切削条件，可在推刀齿侧磨出一定的副偏角和副后角。用自制螺旋推刀加工起动齿轮螺旋花键槽可达到零件要求的加工精度，缩短生产周期，降低加工成本，获得良好韵经济效益。

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