一種多節(jié)粘接滾柱式斜齒節(jié)圓夾的設(shè)計(jì)

曲娜，徐婷

（陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司，陜西 西安 710119）

前言

自動(dòng)液力變速器是自動(dòng)擋汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中的重要裝置之一，汽車的前進(jìn)、后退以及增速、減速都要靠其傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)[1]。在自動(dòng)液力變速器的變速箱中，行星輪系是傳動(dòng)的關(guān)鍵部件，同時(shí)也是受力較復(fù)雜且柔性較大的部件[2]。行星輪系主要由太陽(yáng)輪、若干行星小齒輪及齒圈組成。其中太陽(yáng)輪及行星輪多采用小模數(shù)斜齒輪，這類零件由于熱后加工時(shí)多以齒部節(jié)圓為基準(zhǔn)要求保證端面、內(nèi)孔跳動(dòng)等，所以節(jié)圓夾是必需的工裝。然而在設(shè)計(jì)傳統(tǒng)節(jié)圓夾時(shí)發(fā)現(xiàn)對(duì)于小模數(shù)斜齒輪，由于其相鄰齒廓間隙小，對(duì)應(yīng)的節(jié)圓夾滾柱直徑較小，設(shè)計(jì)時(shí)常出現(xiàn)小直徑滾柱外圓無法露出保持架的情況，導(dǎo)致卡盤無法夾持滾柱而定位齒部節(jié)圓，因此傳統(tǒng)節(jié)圓夾并不適用?；诖耍疚尼槍?duì)這類零件提出了一種新型節(jié)圓夾的設(shè)計(jì)方案。

1 典型零件特征示例

如圖1所示是第一行星排太陽(yáng)輪的示意圖及齒部參數(shù)，這是一種典型的多齒數(shù)小模數(shù)斜齒輪。圖2為其熱后車工藝，夾具夾持齒部節(jié)圓定位沉孔端面，以車后內(nèi)孔為基準(zhǔn)，要求分圓跳動(dòng)不大于0.032，沉孔端面跳動(dòng)不大于0.02。能夠與齒部節(jié)圓接觸并起到定位作用的夾具，自然是節(jié)圓夾。

圖1 典型零件示意圖及齒部參數(shù)

圖2 機(jī)加工示意圖

2 傳統(tǒng)節(jié)圓夾設(shè)計(jì)方案

2.1 傳統(tǒng)節(jié)圓夾結(jié)構(gòu)及參數(shù)計(jì)算

節(jié)圓夾是齒輪加工中一種常用的夾具。如圖3所示，傳統(tǒng)型節(jié)圓夾主要由滾柱與保持架組成，滾柱中心穿過一鐵絲，將鐵絲錫焊固定在保持架上，三爪卡盤通過夾持外露部分的滾柱外圓間接固定齒部節(jié)圓起到定位作用。

圖3 傳統(tǒng)節(jié)圓夾結(jié)構(gòu)示意

表1 傳統(tǒng)節(jié)圓夾計(jì)算結(jié)果

為該太陽(yáng)輪設(shè)計(jì)傳統(tǒng)節(jié)圓夾，表1是各參數(shù)的計(jì)算結(jié)果。如表所示，三種設(shè)計(jì)方案中“卡爪夾緊直徑與節(jié)圓夾外徑間隙”均為負(fù)值，這意味著節(jié)圓夾滾柱固定在保持架上后其外圓無法露出保持架外徑，因此卡爪無法卡持滾柱而定位工件。

2.2 原因分析

傳統(tǒng)節(jié)圓夾不適用于多齒數(shù)小模數(shù)斜齒輪，主要是因其相鄰齒廓間隙小，而要使?jié)L柱接觸節(jié)圓，滾柱直徑必然比較小，加之保持架有強(qiáng)度要求，厚度無法減薄，這就導(dǎo)致小直徑滾柱外徑無法露出保持架外徑而無法定位工件，如圖4所示。

圖4 小模數(shù)傳統(tǒng)型節(jié)圓夾示意圖

3 粘接滾柱式節(jié)圓夾設(shè)計(jì)方案

由上可知，由于小直徑滾柱無法露出保持架外部，傳統(tǒng)型節(jié)圓夾不適用于定位多齒數(shù)小模數(shù)斜齒輪，所以本文針對(duì)此類零件，提出一種多節(jié)粘接滾柱式節(jié)圓夾設(shè)計(jì)方案，圖 5是該新型節(jié)圓夾的示意圖。

圖5 粘接滾柱式節(jié)圓夾設(shè)計(jì)方案示意圖

該節(jié)圓夾主要由圓板式保持架、滾柱部分和固定鐵絲組成。

（1）本方案將滾柱站立在保持架上，使?jié)L柱外圓無法外露的問題得到解決。

（2）由于圖1的太陽(yáng)輪螺旋角較大（17°），因此一體式滾柱無法完全插入齒槽形成有效線接觸，這會(huì)導(dǎo)致夾持點(diǎn)位過少而定位不緊，故本方案使用橡膠粘接多節(jié)滾柱的方式使?jié)L柱整體具有彈性，能夠?qū)崿F(xiàn)滾柱與齒輪齒槽邊緣形成多段線接觸，保證夾持效果；其中兩節(jié)實(shí)心滾柱與卡盤接觸，保證卡盤夾緊時(shí)，實(shí)心滾柱部分不至于變形失效；開孔滾柱中穿過一帶球頭的鐵絲，與保持架連接，實(shí)現(xiàn)滾柱與保持架的固定。

（3）滾柱與保持架之間設(shè)置的連接間隙，能夠保證滾柱在站立時(shí)，實(shí)現(xiàn)角度的微調(diào)；為了能夠匹配各種試樣的齒輪，要求連接面的傾斜角與齒輪的螺旋角一致，并且使?jié)L柱與連接面垂直設(shè)置，從而使?jié)L柱與保持架之間的傾斜角也與齒輪的螺旋角一致，保證本夾具可應(yīng)用于不同的齒輪結(jié)構(gòu)中。該節(jié)圓夾粘接滾柱部分的細(xì)節(jié)圖如圖6所示。

圖6 新型節(jié)圓夾細(xì)節(jié)圖

圖7 新型節(jié)圓夾使用示意圖

該夾具的使用方法是：先將節(jié)圓夾具保持架定位在齒輪零件需要加工的端面，然后將滾柱嵌入相對(duì)應(yīng)的齒槽內(nèi)，人工使?jié)L柱的粘接件處發(fā)生彈性形變，使?jié)L柱與齒槽形成多段線接觸；最后將節(jié)圓夾具與齒輪零件整體塞入三爪卡盤進(jìn)行固定，卡盤接觸滾柱外露部分間接夾緊齒輪零件，如圖7所示。

4 總結(jié)

由于傳統(tǒng)型節(jié)圓夾不適用于定位多齒數(shù)小模數(shù)斜齒輪，故本文提出了一種多節(jié)粘接滾柱式節(jié)圓夾的設(shè)計(jì)方案。多節(jié)滾柱通過橡膠進(jìn)行粘接，可以使?jié)L柱整體具有彈性，更好地接觸齒槽，達(dá)到夾持節(jié)圓的目的；保持架部分棄用了傳統(tǒng)的圓環(huán)形式，采用一個(gè)開孔圓板，降低了加工難度，避免了傳統(tǒng)型節(jié)圓夾小徑滾柱無法露出保持架的問題。

參考文獻(xiàn)

[1] 王革新,強(qiáng)天綱.基于有限元的變速器軸靜力學(xué)分析[J].黑龍江交通科技,2010(1):99-100.

[2] 張媛,冷崇杰，王晶.行星齒輪減速器內(nèi)齒圈模態(tài)分析[J].食品與機(jī)械,2010(1):110-112.