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[齿轮内孔磨夹具设计研究]
江  静（安徽工业经济职业技术学院   安徽合肥   230051）

6 U' C8 q4 ]1 W/ |) W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。
关键词：齿轮   夹具   滚柱   定位
收稿日期：2006年12月
% `# }( O% |& V$ u+ q$ U, b- O1 k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。

, Z. f( k3 i+ u/ r( K0 |" O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。
! i+ n* H9 X3 k  D( ^6 w0 S一、    弹簧套式节园磨夹具
, z7 Q" A( L+ O/ ^■
图1
! h1 E/ g, e1 x7 O1、 结构与操作方法
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。
2、主要件的设计加工要点
（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。
（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。
（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.
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。
4、滚柱直径dp值的确定
（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；
Sf——齿轮分度圆齿厚弦长
（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。
3 j$ \) s- k  i. i5、弹簧套内孔直径Dc值的计算
1 k$ p! _# ?; R- r* g8 |' I        Dc=Db+(0.2～0.5)
        Db=Da-△m
图3式中Dc——弹簧套实际直径
3 S6 i0 Y9 n& A4 G. s- t( A1 `Db——弹簧套计算直径
) v* Y( K5 i* h3 @    △m ——齿厚最小减薄量引起的直径方向误差
    Da——弹簧套公称计算直径
* k  X: j/ ?6 n% b# P- `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。
& e9 L* K' }9 D2 b& O) m; ~（1）    滚柱放入齿槽内的外径Da值的确定
2 e7 D9 p1 `$ a# s根据渐开线原理及几何特性，按图4可得如下
6 |* H7 K7 s( C2 I) }关系式：
θx=tgax-ax=invax cosax=ro/Rx Rx = ro/cosax
式中
    θx——渐开线展角
0 I6 |" K  _! @( Z    ax——C点压力角
. f- @4 g% `9 ?- N' o    Rx——渐开线向量半径
! J6 b: I: S! [" X: O" N' N    ro——基圆半径
& ]; X1 ], k" Q& L1 J计算Da值的推导见图5
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：
    θx=invax；θf=invaf；
# i% I: Z1 X& S& {( p7 m, }    ω1=DF/ro=AB/ro=dp/2roω2=Sf/2rf；
    ω3=S f /rf=π/z；
    θx =ω2+θf +ω1-ω3
! x/ a3 @6 e1 N8 f' y) u1 cInvax=Sf/2rf+invaf+dp/2ro-π/z
+ T7 k( ~- d+ v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
+ x: A7 H+ @2 y7 G' z$ d! E+ k3 e〈2〉△m的计算
) c8 `, G! M) O* n1 G△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
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。
% D& H: I0 @1 W0 u( E△m=O’E/sinax=AC/sinax=△Mscosax/sinax
△m =△Mscosaf/sinax
式中：△MS——分度园弦齿厚最小减薄量（齿厚上偏差）
* S" d; o- @( z7 f2 r: u二、凸轮式节园磨夹具
+ H9 X: a) Q# L# y  S1、结构与使用方法
  w- Q; Q6 f. h1 G) l; j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。
  i  x6 Y9 u9 D7 K+ d- P2、凸轮环的设计加工要点
) ~; d9 g6 j/ N* q% E2 b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。
3、凸轮面大径、小径的确定
% \5 r0 s3 \& n如图8：D大径=Db+0.5 D小径=Db-0.5
Db计算与弹簧套式节园夹具一致。
' q9 w# j+ W1 I4 d4、其余零件的设计、计算、加工与弹簧套式节园夹具一致

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
' B- W! `& f$ E% X  C/ |［2］王小华.机床夹具图册［M］.北京 : 机械工业出版社,1991, 5
［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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