面齿轮滚刀刀具角度的有限元分析*

王延忠,殷永耀，初晓孟，苏国营

(北京航空航天大学 机械工程及自动化学院，北京　100191)

0　引言

面齿轮传动是一种实现垂直相交轴动力传递的传动方式，相比螺旋锥齿轮传动，其具有体积小、互换性高、对轴向安装误差不敏感等优点[1]。针对面齿轮的滚齿加工，研究人员研究了面齿轮滚刀的基本蜗杆[2-3]，而对面齿轮滚刀的刀具角度则是直接按照阿基米德滚刀的推荐值进行选取的[4]。由于面齿轮滚刀的结构具有特殊性，与普通滚刀的阿基米德蜗杆不同，其蜗杆螺旋线为球形螺旋线或椭球面螺旋线[5]，面齿轮滚刀在法向截面上刀刃的形式为渐开线，不是普通阿基米德滚刀的直线，其形式更接近插齿刀，但其运动又是沿着圆弧线而不是与插齿刀一样的直线运动，所以刀具角度的选取既不能直接选用插齿刀的推荐角度，也不能直接选用阿基米德滚齿刀的推荐角度，需要根据具体情况分析来选取最佳的角度值。本文使用有限元数值模拟仿真软件DEFORM对面齿轮滚刀的刀具角度进行了研究。

1　面齿轮滚刀刀齿的结构形式

由于面齿轮是与圆柱齿轮相啮合的，而滚刀又是模拟圆柱齿轮的运动，因此其截面是与圆柱齿轮一样的渐开线，面齿轮、滚刀、圆柱齿轮三者的关系如图1所示。通过啮合原理可以获得滚刀基本蜗杆的方程，滚刀刀齿分布在基本蜗杆上，沿着球面螺旋线或椭球面螺旋线排列。

滚刀的前刀面和刀刃是通过在滚刀基本蜗杆上铣削出容屑槽而得到的，这时也就形成了滚刀的前角。……