CAD技术在大模数直齿锥齿轮刀具样板设计中的应用.pdf

t o t a l n o 1 4 5 冶金设备 总第 1 4 5 期 j u n e 2 0 0 4 me t a l l u r g i c a l e q u i p m e n t 2 0 0 4年 6月第 3期 技术分析 c a d技术在大模数直齿锥齿轮 刀具样板设计 中的应用 杨东红 邵举平 1 北京科技大学物流研究所北京 1 0 0 0 8 3 刊 峰 华 阎平 曲衍 国 2 烟台师范学院物流研究所山东烟台 2 6 4 0 2 5 摘要在大直径 大模数直齿锥齿轮的图解计算法齿形样板设计中 采用手工绘图和测量 误差较大 导 致做 出的样板误差大 制造的齿轮啮合性能 差 振 动大 寿命短 且设 计效率低下 为此 在设计 中首次将 a u t o c a d绘图技术应用到图解计算法样板设计中 经实践证明不但大大降低了绘图计算误差 而且提高了 设计工作效率 同时使用这种方法设计的样板制造的齿轮的精度和寿命大大提高 关键词a u t o c a d技术大模数锥齿轮刀具样板 中图分类号t h 1 3 2 4 2 1 文献标识码a ap p l i c a t i o n o f au t o cad te c h n o l o g y i n bi g m o d u l u s li n e a r to o t h py r a mi d a l ge a r cu t t i n g to o l fo r m e r de s i g n y a n g d o n g h o n g s h a o j u p i n g 2 s u n f e n g h u a y a n p i n g 2 q u y a n g u o f 1 u n i v e r s i t y o f s c i e n c e t e c h n o l o g y b e i j i n g 2 t r a n s p o r t a t i o n s c h o o l y a n t a i n o r m a l u n i v e r s i ty ab stract g e n e r a l l y i t s d r a w a n d me a s b y h a n d i n t h e d e s i g n o f b i g d i a me t e r an d mo d u l u s l i n e a r t o o th p y r a mi d a l g e a r f o r me r thi s n o t o n l y l e a d s the p l o t ti n g e r r o r me a s u r i n g e r r o r an d the b i g g e r i l l u s t r a t i o n n u me r a t i o n e r r o r b u t a l s o the d e s i gn e d an d ma n u f a e t g e a r s u s i n g the me t h od ultima t e l y a p p e a r s t r o n g v b r a t o n s h o r t l i f e s p a n and t o f a l l s h o rt o f me s h i n g pe rf o r ma n c e wh e n wo r k i n g i n a d d i t i o n the ma n u a l d e s i gn i s i n e ffic i e n t i 1 l e r e f 0 r e a p p l i e d the au t o cad t e c h n o l o g y t o i l l u s t r a ti o n n u me r a tio n d e s i gn fir s tly f a c t s h a v e p r o v e d tha t t h i s n o t o n l y r e d u c e d e s i gn e r r o r b u t als o a d v an c e wo r k e ffic i e n c y f u r t h e r mo r e the me thod i mp r o v e d d e s i gn p r e c i s i o n an d p r o l o n g od the l i f e s p a n o f g e a r s keyw ords au t o c ad t e c h n o l o g y bi g modulu s p y r a mi d a l g e a r cu t t i n g t o o l f o r me r 在我 国的钢铁 水泥 化工等重工业领域 的 设备中 经常用到直径大于 i m的大直径 大模数 1 6 的大型直齿锥齿轮 而在我国的许 多非 专业齿轮生产企业 特别是在机械修造企业 往 往 由于没有专用的直齿锥齿轮刨齿机 所以加工 能力受到一定的限制 对这些齿轮的加工 比较 困 难 一般大多是在龙门铣或经过特殊改造的普通 铣床上加工 只能用成形指状刀 所以必须设计 刀具样板 刀具及检验样板 但对于大模数直齿 锥齿轮指状刀具样板 由于齿形大 如用常规查 表法查得 的点数太少 在线切割 机上制作样板 时 电脑会产生失真现象 出现锯齿形渐开弧线 无法形成光滑曲线 故须采用图解计算法进行设 计 常规的图解计算法进行样板设计 要进行手 作者简介 杨东红 男 1 9 7 2年生 北京科技大学物流研究所硕士研究生 一 l 5 一 维普资讯 总 第1 4 5 期 冶金设备 2 0 0 4年 6月第 3 期 工绘图后 再在所绘 的图上进行人 工测量 这样 会出现绘图误差和测量误差 最终导致 图解计算 误差较大 制 出的样板齿形误差 大 再加上齿轮 制造误差 使得制造 的齿轮啮合性能差 振动大 寿命短 而且常规的图解计算法进行人工绘图和 测量 效率低下 为 了减少 图解计算误差 提高 设计工作效率 可以将 a u t o c a d绘 图技术应用 到图解计算法样板设计中 1 刀具样板设计实例说明 现以 m 2 0 z 7 6 7 5 3 5 1 7 的直齿锥 齿轮样板设计为例 图解计算法设计步骤为 1 计算当量齿数 7 3 0 5 3 5 3 6 2 选择刀号 根据 查 复杂刀具设计手册 表2 1 2 选 择 8号刀 3 确定圆柱齿轮齿形坐标 y 按齿数 7 6查 复杂刀具设计手册 表 2 1 2 2可得不同点的 x g 瓤 y g o 根据如下公式 2 y 2 y s 3 g l j 可得模数为 2 0的圆柱齿轮铣刀的齿形坐标 见表 1 表 1 圆柱齿轮铣刀的齿形坐标 按常规方法需根据此 坐标点手工画 出渐开 线齿形放大图 但 此方法不但 费时 而且误差很 大 因此 用 a u t o c a d绘 图技术绘制此 图 具体 见步骤 8 及图 1 4 计算大端分度圆节点 p 横坐标 1 5 7 0 8 4 纵坐标 y m 2 4 5 5 计算小端分度圆半径 r 下m s z l 9 o o 6 一 6 一 其中z 为8号刀对应最少齿数 由 复杂刀 具设计手册 表2 6 3查得z 1 3 5 6 计算小端根圆半径r r i 一 8 8 2 6 6 7 7 7 计算一段小端分度 圆圆弧上 的各点坐标 y 由 y r 有 y 8 8 2 6 6 7 9 o o 其中 取值范围为 维普资讯 杨东红等 c a d技术在大模数直齿锥齿轮 2 0 0 4年 6月第 3 期 即为 1 5 7 0 8 i 7 8 5 4 取一系列 值 求出一系列对应的y值 即为 各点的坐标 a 1 5 7 0 8 1 7 1 9 6 a 2 1 5 2 0 8 1 7 2 0 4 5 a 3 1 5 1 7 2 0 8 a 1 4 5 1 7 2 1 6 a 5 1 4 1 7 2 2 4 a 6 1 3 5 1 7 2 3 2 a 1 3 1 7 2 3 9 a 8 1 2 5 1 7 2 4 6 a 1 2 1 7 2 5 3 a 1o 1 1 5 1 7 2 6 0 a 1 1 1 7 2 6 6 a l2 1 0 5 1 7 2 7 2 a 13 1 0 1 7 2 7 7 a i4 9 5 1 7 2 8 3 a 15 9 1 7 2 8 8 a 6 8 5 1 7 2 9 3 a 17 8 1 7 2 9 7 a l8 7 8 5 4 1 7 2 9 9 8 作出小端分度圆在大端齿形上的交点 p 利用 a u t o c a d绘图技术在步骤 3 中画得 的齿形图 见图 1 上作出以上各坐标点的光滑连 接线 此线与齿形线的交点即为 p 点 并直接从 计算机中读得该点坐标为 1 3 5 1 7 2 3 2 图 1 齿 形 图 9 确定值 g g g 由步骤 4 知 p点坐标为 1 5 7 0 8 2 4 p 点与 p 点横坐标之差即为 g 值 即 g l p 一 p 1 l l 1 5 7 0 8 1 3 5 l 2 2 0 8 8 1 o 确定 p 点至根圆的距离 y 0 y 即为 p 点的纵坐标 即 y o 1 7 2 3 2 1 1 求铲刀转过角度 a a 一 2 4 2 2 9 zzi m 5 zi 1 2 确定小端分度圆横坐标 o 1 0 4 7 7 1 0 j 1 3 确定偏移量 a a 一g一 o t g a c o s a一 o 3 0 2 5 9 8 1 1 表 2圆锥齿轮铣刀齿形坐标点 x y 1 4 确定锥齿轮铣刀齿形坐标 y x c o s 一y s i n a 一 1 7 维普资讯 总 第1 4 5 期 冶金设备 2 0 0 4 年 6月第 3 期 0 9 9 9 9 9 9 9 9 3 x一0 0 0 01 1 7 4 4 3 y 一 3 0 2 5 9 8 1 2 y x s i n a y c o s a 0 0 0 0 1 1 7 4 4 3 x o 9 9 9 9 9 9 9 9 3 y 1 3 将 圆柱齿轮齿形坐标 y依次代入上式 确 定圆锥齿轮铣刀齿形坐标点 y 见表 2 利用以上坐标点在 a u t o c a d中绘制 圆锥齿 轮渐开线齿形 具体见步骤 1 5 和图 2 图 2圆锥齿轮渐开线齿形 1 5 确定圆锥齿轮铣刀齿形的过渡曲线部分 非工作部分 这部分 与圆柱齿轮非工作部分相同 过 渡 圆角由 复杂刀具设计手册 表 2 6 6查得圆角 半径r 而ms 2 5 5 利用 a u t c a d绘图 使得 齿根圆与渐开线齿形用 r 5的圆弧连接 并求 出两切点坐标 用 c表示 及圆心坐标 从计算机中直接读 出切点 c及 圆心坐标 分 别为 b 6 0 1 6 9 4 9 9 7 c 2 8 7 0 圆心 2 8 7 5 利用这些点及以上计算出的渐开线 齿形坐标点可在线切割机上做 出齿形样板 然后 再根据有关标准设计指状刀进行加工 2 结束语 经现场实践证 明 所述方法不仅大大降低 了 绘图计算误差 而且提高了设计工作效率 同时 使用这种方法设计的样板 使制造 的齿轮 的精度 和寿命大大提高 笔者用该方法设计加 工了某 钢铁公司选矿厂大锥齿轮 m 2 0 z 7 6 7 5 3 5 1 7 烧结 厂布料器大圆锥齿轮 m 1 2 z 1 8 6 4 5 5 以及机制公司综合铸造厂 s l 1 6混 砂机大锥齿轮 m 1 5 z 7 6 7 8 6 3 0 等一 系列大型直齿锥齿轮 通过现场产品质量跟踪和 统计 振动基本上消除 寿命较常规设计的产品 提高了大约 7 5 以上 参考文献 1 i u j l 省机械工业局编 复杂刀具设计手册 上 下册 北京 机械工业出版社 1 9 7 9 2 上海市金属切削技术协会编 金属切削手册 上海 上海科学技术 出版社 1 9 8 4 3 i u j l 省机械工业局编 齿轮刀具设计理论基础 上 下册 北京 机械工业 出版社 1 9 8 2 4 二代龙震工作室编著 飞思科技产品研发中心改编 a u t o c a d平面制图实作 机械设计 北京 电子 工业 出版社 2 0 0 2 收稿日期 2 0 0 4 o 1 2 3 业界动态 上海 2 0 0 6年底前将关 闭 1 8家小钢铁 企业 上海 2 0 0 6年底前将关闭 1 8 家炼铁 炼钢和铁合金生产企业 对于上海市政府坚决清理并分批淘汰小钢铁 小水泥的举措 钢材流通领域 人士十分关注 钢材贸易商普遍认 为 这种低水平重复建设早就应该停止了 上海中粱 贸易有限公司经理表示 当前 钢材市场价