锥齿轮基础

锥齿轮啮合原理有两主类型：球面渐开线与“8”字啮合。球面渐开线与圆柱齿轮渐开线形成原理相同，曲面为共轭面，而“8”字啮合原理通过同一冠轮展成大小齿轮，获得近似共轭曲面。在同等精度条件下，球面渐开线锥齿轮性能优于“8”字啮合理论锥齿轮。球面渐开线锥齿轮主要通过模具或成型加工得到，而“8”字啮合锥齿轮通过机加工方式获得。锥齿轮按照冠轮线型分类，其齿廓曲线既可为球面渐开线也可为“8”字啮合理论的近似渐开线。格里森弧齿为例，冠轮作用类似于圆柱齿轮内部假想齿条，展开过程获得锥齿轮。刀具模拟冠轮上的单齿或多个齿与工件展开加工，形成齿槽。直齿和斜齿锥齿轮分别通过往复直线运动或旋转运动加工，螺旋锥齿轮（弧齿、摆线、等距螺旋等）性能优于直齿。理论上，球面渐开线锥齿轮性能最佳，螺旋锥齿轮性能优于直齿，螺旋齿之间性能差异不大。机加工直齿锥齿轮效率低下，成本不具优势，现在多被零度弧齿锥齿轮替代，后者能通过格里森弧齿加工方法获得。模具制直齿锥齿轮常见，具有脱模简单、材料强度高、成本低廉等优点，但实物精度不如机加工齿轮。斜齿锥齿轮较少见，主要因加工原因与直齿锥齿轮类似。机加工格里森弧齿锥齿轮常见，可以实现高精度加工，但效率一般，参数设计较困难。模具格里森弧齿锥齿轮加工少见，因为小锥齿轮轴向螺距不等，出模困难。格里森弧齿加工原理在于获得近似修形齿面，但加工结果的曲面与共轭曲面存在差异。球面渐开线修形方式在机加工锥齿轮中应用复杂，主要由刀具参数和机床参数决定，效果评价采用TCA技术。总结，锥齿轮按制造工艺原理分类，性能差异由工艺方法决定。现代锥齿轮主流方向为机加工零度弧齿锥齿轮替代机加工直齿锥齿轮，机加工锥齿轮适用齿制为格里森弧齿或奥利康摆线齿等螺旋齿制，模具加工齿制为球面渐开线直齿锥齿轮或球面渐开线等距螺旋锥齿轮，CNC成形加工方式适用于各种齿制，但齿廓一般采用球面渐开线。