一种插齿刀的制作方法

1.本实用新型涉及齿轮加工技术领域，尤其涉及一种插齿刀。


背景技术：

2.对于渐开线齿轮，特别是内齿，插齿是一种比较常用的加工方法。插齿加工遵循展成原理，如果插齿刀顶圆弧改变，齿轮齿根处过度曲线也随之改变，从而改变齿根处的应力分布状态。插齿刀的刀具圆弧决定了被加工齿轮的齿根处的过度曲线，即插齿刀圆弧与齿根强度密切相关。
3.目前，如图1和图2所示，图1是现有技术中全圆弧插齿刀的外轮廓示意图；图2是现有技术中非全圆弧插齿刀的外轮廓示意图。插齿刀有全圆弧结构和非全圆弧结构两种结构，由于插齿刀结构本身的限制，刀具齿顶圆弧半径不能超过全圆弧半径，导致该类刀具加工的齿轮齿根处强度偏弱。在风电齿轮箱行星轮系中，齿轮的齿圈齿根的强度成为限制传动能力的一项主要因素。
4.基于此，亟需一种插齿刀，以解决上述存在的问题。


技术实现要素：

5.基于以上所述，本实用新型的目的在于提供一种插齿刀，能够有效改善共轭齿形的齿根过度曲线上的曲率分布，增大齿根过度曲线的曲率半径，降低齿根最大应力，提高渐开线齿轮齿根强度；同时提升刀具的耐用度。
6.为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
7.一种插齿刀，所述插齿刀沿周向设置有多个插齿；所述插齿的外轮廓包括相对于第一对称轴对称分布的第一轮廓和第二轮廓；
8.所述第一轮廓包括由齿根至齿顶依次连接的齿根段ab、主切削段bc、副切削段cd、第一齿顶段de和第二齿顶段ef；所述第一齿顶段de的齿廓为椭圆弧线。
9.作为一种插齿刀的优选技术方案，所述第一齿顶段de的两端分别与所述副切削段cd和所述第二齿顶段ef相切。
10.作为一种插齿刀的优选技术方案，所述主切削段bc的齿廓为渐开线。
11.作为一种插齿刀的优选技术方案，所述副切削段cd与所述主切削段bc之间形成有内凹的拐点。
12.作为一种插齿刀的优选技术方案，所述副切削段cd的齿廓为直线。
13.作为一种插齿刀的优选技术方案，所述副切削段cd与所述第一对称轴的夹角为6
°‑
12
°
。
14.作为一种插齿刀的优选技术方案，所述第二齿顶段ef的齿廓为圆弧线。
15.本实用新型的有益效果为：
16.本实用新型提供一种插齿刀，插齿的外轮廓包括由齿根至齿顶依次连接的齿根段ab、主切削段bc、副切削段cd、第一齿顶段de和第二齿顶段ef；第一齿顶段de的齿廓为椭圆
弧线，相比现有技术中全圆弧插齿刀的刀头结构，该插齿刀能够产生更大的刀顶的曲率半径。本实用新型的插齿刀结构有效提升刀具耐用度，能够有效改善共轭齿形的齿根过度曲线上的曲率分布，降低齿根最大应力，提高渐开线齿轮齿根强度。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
18.图1是现有技术中全圆弧插齿刀的外轮廓示意图；
19.图2是现有技术中非全圆弧插齿刀的外轮廓示意图；
20.图3是本实用新型具体实施方式提供的插齿刀外轮廓的结构示意图；
21.图4是本实用新型具体实施方式提供的插齿刀外轮廓的设计示意图。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
23.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
24.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
25.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
26.如图3所示，本实施例提供一种插齿刀，该插齿刀沿周向设置有多个插齿，插齿的外轮廓包括相对于第一对称轴对称分布的第一轮廓和第二轮廓；第一轮廓包括由齿根至齿顶依次连接的齿根段ab、主切削段bc、副切削段cd、第一齿顶段de和第二齿顶段ef；第一齿顶段de的齿廓为椭圆弧线。相比现有技术中全圆弧插齿刀的刀头结构，该插齿刀能够产生更大的刀顶的曲率半径。本实施的插齿刀结构能够有效改善共轭齿形的齿根过度曲线上的曲率分布，增大齿根过度曲线的曲率半径，降低齿根最大应力，提高渐开线齿轮齿根强度。
27.本实施例中，第一齿顶段de的齿廓为椭圆弧线，椭圆弧线的中点为h点，在h点附近曲率半径较圆弧半径明显增大，可有效降低插齿切削过程中的薄弱区域h点附近的磨损情况，提升刀具的耐用度和使用寿命。再者，由椭圆弧线的两端点相对于现有技术中圆弧曲线的两端点位置及相切状态未改变，因此加工时，能够不改变齿轮的展长富余量。
28.优选地，第一齿顶段de的两端分别与副切削段cd和第二齿顶段ef相切，保证齿轮齿根加工面平整。
29.进一步地，主切削段bc的齿廓为渐开线，按照展成加工原理，通过主切削段bc切削毛坯生成齿轮的渐开线区域。
30.优选地，副切削段cd与主切削段bc之间形成有内凹的拐点，容许一定的留磨量，在齿轮后期进行磨削加工时，防止产生台阶。本实施例中，副切削段cd的齿廓为直线，利于插齿刀成形，以及防止插齿刀的外表面产生台阶。
31.优选地，所述副切削段cd的齿廓为直线，副切削段cd与第一对称轴的夹角为6
°‑
12
°
，提高刀具的耐磨性。
32.进一步地，本实施例中第二齿顶段ef的齿廓为圆弧线。
33.如图4所示，为了使本实施例的有益效果更加直观，给出如下具体实施例：
34.1.齿轮基本参数
[0035][0036]
2.现有技术的插齿刀基本参数与本实施中的插齿刀基本参数
[0037]
为了验证椭圆插齿刀的效果，保证加载方式、约束条件，网格划分方式相同的情况下，对现有技术的插齿刀加工后的齿轮以及本实施中的插齿刀加工后的齿轮进行有限元分析。现有技术的插齿刀加工后的齿轮最大主应力为194.71mpa，本实施中的插齿刀加工后的齿轮最大应力为160.72mpa，应力降低17.5％，改善显著。本实施例的插齿刀加工的齿根应力更加均匀，明显改善了齿根处应力集中情况，效果显著。
[0038]
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。