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第七章 齿轮齿形加工
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齿轮齿形加工
2018-06-13 18:56  

安徽机电职业技术学院教案首页

22

理论

第七章齿轮齿形加工

7.1概述

7.2圆柱齿轮齿形加工

1、掌握齿轮加工的特点及要求,

2、了解齿轮加工的基本原理,

3、了解齿轮加工机床的主要组成部件及功用。

4、掌握圆柱齿轮齿形加工的方法

教学

1、展成法基本原理、滚齿的应用

2、滚刀结构类型和参数

3、插齿刀结构类型和参数

教学

展成法基本原理

教学方法

讲授

多媒体课件

安徽机电职业技术学院教案续页

u引言

齿轮在机械、仪器、仪表中应用很广。齿轮的质量直接影响到机电产品的工作性能、承载能力、使用寿命及工作精度。

教学内容正文

1、齿轮的分类

齿轮类型

应用

直齿轮、斜齿轮、人字齿轮

平行轴间传动

螺旋齿轮、蜗轮与蜗杆

垂直交错轴间传动

内齿轮

平行轴间同向传动

齿轮齿条

旋转运动和直线移动的转换

直齿锥齿轮

相交轴间传动

2、渐开线

齿形轮廓线:渐开线、摆线、圆弧线等。

渐开线齿形的齿轮具有加工、安装简便、传动平稳等优点,应用最多。

在平面内,当一直线沿着一个固定圆作纯滚动时,该直线上任一点的运动轨迹,称为该圆的渐开线.这个圆称为基圆,这条直线称为发生线.

渐开线的形状与基圆半径大小有关,基圆半径愈大,渐开线曲率愈小,曲线愈平坦;反之,则曲率愈大,曲线愈弯曲.

3、分度圆与模数

①分度圆:齿厚s与齿槽宽e相等的圆称为分度圆,其直径为d

②分度圆周节(分度圆齿距)P:在分度圆上相邻两齿对应点的弧长。

③由于πd=Pz,为使分度圆直径d成为整数或简单小数,令m=P/π,可得d=mz,m叫模数。

④模数m的数值已标准化,共50种。

4、压力角α

渐开线上各点压力角不等。基圆上压力角为零,齿顶圆上压力角最大。分度圆上的压力角为刀具齿形角,称为标准压力角,α=20°。

渐开线齿轮正确啮合的基本条件是两齿轮的m和α分别相等。齿形加工时,刀具的m和α必须与被加工齿轮一致。

7.1.2圆柱齿轮精度

1.齿轮传动的精度要求

齿轮的加工精度对机械的工作性能、承载能力和使用寿命有很大影响。对齿轮传动性能提出的要求包括:

运动的准确性:齿轮一转中,其最大转角误差不能超过允许范围。最大转角误差是以一转为周期的长周期误差。

传动的平稳性:齿轮在一个齿距范围内,其最大转角误差不能超过允许范围。以一齿为周期的误差为短周期误差。

载荷分布的均匀性:齿轮传递转矩时,要求齿面接触良好,使齿面载荷均匀分布。这项要求可用沿齿轮齿宽和齿高方向上,保证有一定接触区域的面积来表示。

以上三项是对齿轮本身提出的精度要求,用相应的偏差项目对其控制。

传动侧隙指啮合传动齿轮非工作面的齿侧存在的间隙,用于存储润滑油,减少磨损。

侧隙通过控制齿轮的厚度得到,即分度圆上的实际齿厚略小于理论齿厚。

传动侧隙是对齿轮副提出的要求,是设计者根据使用要求,对齿轮轮齿尺寸大小规定的公差要求。

2、齿轮的精度等级

国标中对常用渐开线圆柱齿轮齿距累积总公差、齿距累积极限偏差、单个齿轮齿距极限偏差、齿廓总公差、螺旋线总公差及切向综合总公差、一齿切向综合公差和径向跳动公差分别规定了十三个精度等级,从高到低分别用0~12表示;对径向综合总公差和一齿径向综合公差分别规定了九个精度等级,从高到低分别用4~12表示。

齿轮精度等级的选择应根据齿轮的用途、使用要求和工作条件来决定。选择的方法主要有计算法和经验法。

机械传动中应用最多的齿轮既传递运动又传递动力,其精度等级与圆周速度密切相关,因此可计算出齿轮的最高圆周速度,再确定齿轮精度等级。

3、齿轮精度等级和齿厚偏差在图样上标注

4、齿轮坯精度

齿轮在加工、检验和安装过程中,常以内孔、顶圆和端面作基准。基准对齿轮加工、安装质量影响很大,因此对齿坯规定了误差,包括尺寸偏差、形位误差、基准面跳动及表面粗糙度等。

7.2圆柱齿轮齿形加工

齿形加工方法很多,可分为无屑加工和有屑加工两大类。有屑加工按其形成齿形原理又分为成形法和展成法。

7.2.1铣齿

成形法:用与被切齿轮齿槽法向截面形状相符的成形刀具切出齿形。

1.铣削直齿圆柱齿轮

(1)原理:成形法,IT9,Ra:6.3~3.2μm。

m<8,盘状模数铣刀;m>8,指状模数铣刀。

成形法铣齿加工的齿轮形状由模数铣刀保证;轮齿分布的均匀性由分度头保证。

(2)成形铣刀

同一模数的齿轮铣刀,一般制作8把或15把,表7.1。

表7.1盘状齿轮铣刀刀号及其加工范围

2.铣齿的工艺特点

(1)生产成本低。

(2)加工精度低。

(3)生产率低。

7.2.2插齿

插齿属于展成法加工。展成法是指利用齿轮刀具与被切齿轮的啮合运动,在专用齿轮加工机床上切出齿形的加工方法。

(1)插齿机和插齿刀

插齿刀:相当于圆柱齿轮。

(2)插齿原理与插齿运动

插齿原理:展成法。

插齿加工相当于一对无啮合间隙的圆柱齿轮传动。

插齿运动包括

①主运动:插齿刀上下往复运动

②分齿运动:强制插齿刀与齿轮坯之

间保持一对齿轮的啮合关系

③径向进给运动:切出齿深。

④圆周进给运动:插齿刀的旋转运动。

⑤让刀运动:防止擦伤。

(3)齿轮坯的安装

①内孔和端面定位:大批量生产

②外圆和端面定位:单件小批生产

(4)插齿工作范围

内外直齿圆柱齿轮、间距小的双联和多联齿轮、内外螺旋齿轮

(5)插齿工艺特点和应用

插齿切出的齿形不像成形法铣齿存在理论误差。插齿刀的精度比模数铣刀高,所以插齿精度比铣齿高。

插齿刀沿轮齿全长连续切削,包络齿形的切线数量较多,因而齿面粗糙度值小,为1.6um。

一把插齿刀可加工模数和压力角与其相同而齿数不同的圆柱齿轮。

插齿刀作直线往复运动,速度提高受到冲击和惯性力的限制,具有空回程,所以一般情况下生产率低于滚齿,但高于成型法铣齿。

7.2.3滚齿

IT8~IT7,Ra:3.2~1.6μm。

1、滚齿机和齿轮滚刀

齿轮滚刀:相当于一个右旋螺旋齿轮。

滚齿原理:滚齿加工是展成法原理来加工齿轮。用滚刀来加工对轮相当于一对交错螺旋轮啮合。这对啮合齿轮传动副中,一个齿轮齿数很少,一个或几个,螺旋角很大就演变成了一个蜗杆,再将蜗杆开槽并铲背,就成为齿轮滚刀。齿轮滚刀按给定切削速度作旋转运动时,工件则按齿轮齿条啮合关系传动(即当滚刀转一圈,相当于齿条移动一个或几个齿距,齿轮坏也相应转过一个或几个齿距),齿坏上切出齿槽,形成渐开线齿面。

2、滚齿运动

滚齿原理:展成法。

滚齿运动:

①:主运动:滚刀旋转。

②:分齿运动:

③;垂直进给运动:切出整个齿宽。

④:径向进给运动:切出整个齿深。

3、滚齿与插齿比较

(1)加工原理相同:展成法

(2)加工精度和齿面粗糙度基本相同:精度为8~7级,Ra1.6μm

(3)插齿的分齿精度略低于滚齿,滚齿的齿形精度略低于插齿。

(4)插齿的齿面粗糙度略优于滚齿。

(5)插齿的生产率低于滚齿。

(6)加工范围不同。

插齿:内齿轮和小间隙多联齿轮

滚齿:螺旋齿轮、蜗轮和轴向齿轮较大的齿轮轴

(7)生产类型相同

7.2.4齿端加工

当要求停车变速时,为使滑移齿轮容易进入啮合状态,常将齿端倒圆;如在不停车变速时,为使滑移齿轮迅速进入啮合状态,常将齿端倒尖;由于齿端锐边经渗碳和淬火后变脆,在齿轮传动时易崩裂,故应进行齿端倒棱。

u总结与巩固(小结、考核知识点、作业等)

小结:通过本节课学习以及机械设计基础中的知识,学生了解了常用齿轮的加工方法。

考核知识点:

1、齿轮的分类和相应的加工方法

作业:

1、常用圆柱齿轮齿形加工有那些方法?

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23

现场参观

7.3圆柱齿轮精整加工

1、掌握磨齿、剃齿、珩齿加工方法

2、合理选用齿轮加工机床和工艺的初步能力。

教学

磨齿、剃齿、珩齿加工方法

教学

磨齿、剃齿、珩齿加工方法

教学方法

讲授

多媒体课件

安徽机电职业技术学院教案续页

u引言

u齿轮在机械、仪器、仪表中应用很广。齿轮的质量直接影响到机电产品的工作性能、承载能力、使用寿命及工作精度。

教学内容正文

7.3圆柱齿轮精整加工

7.3.1剃齿

IT7~IT6,Ra:0.8~0.4μm。

(1)剃齿刀

剃齿刀:相当于斜齿圆柱齿轮。

(2)剃齿原理和剃齿运动

①原理:展成法

②剃齿运动

剃齿刀旋转带动工件正转、反转转

动,工作台带动工件往复运动,往复

一次剃齿刀径向进给0.02~0.04

mm/str,剃齿余量0.08~0.12mm。

(3)剃齿的特点

可提高渐开线齿形精度和齿向精度,

降低表面粗糙度,不能修正被切齿轮

的分齿误差。

7.3.2珩齿

(1)原理:剃齿相同(展成法)。

(2)作用:去除齿轮淬火后的氧化皮、齿面毛刺和压痕。

(3)珩磨轮:磨料和环氧树脂合成后浇铸而成,相当于斜齿轮,见图7.12(m>4,带齿芯;m<4,不带齿芯)。

(4)珩齿运动:剃齿相同,

转速比剃齿高,为1000

~2000r/min,余量为

0.01~0.02mm,或不

留加工余量,径向进给

一次完成,实现磨削、

剃削和抛光的综合作用。珩磨轮

(5)珩齿特点:对修正齿形精度和齿向精度作用不大,不能修正被切齿轮的分齿误差,生产率高,改善表面质量。常用工序:滚齿→剃齿→淬火→珩齿

7.3.3磨齿

IT6~IT4→IT3,Ra:0.8~0.2μm

原理:成形法和展成法。

1)成形法磨齿

IT6~IT5,Ra:0.8~0.4μm,用成形砂轮磨削,生产率较高,加工精度较低,应用较少。

成形法磨齿

2)展成法磨齿

①锥面砂轮磨齿

砂轮截面齿形为假想齿条的齿形,工件向右滚动,利用砂轮右侧面磨削第1齿槽的右侧面,从根部磨至顶部;然后工件向左滚动,以砂轮左侧面磨削第1齿槽的左侧面,也从根部磨至顶部,当第1齿槽两侧面全部磨削完毕时,砂轮自动退离工件,工件作分度转动,然后再向右滚动,磨削第2齿槽,这样反复循环,直至磨完全部轮齿。

图7.14 锥面砂轮磨齿

②双碟形砂轮磨齿

两片砂轮倾斜一定角度,构成假想齿条两个齿的外侧面,同时磨削两个齿槽的两对应侧面。磨削完毕,工件退离砂轮并进行分度,再磨削另外侧面。直至各齿面磨削完毕为止。

3、成形法磨齿与展成法磨齿的比较

(1)展成法磨齿精度高。

(2)展成法磨齿生产率低。

(3)展成法磨齿成本高。

双蝶形砂轮磨齿

7.3.4研齿

IT7~IT6,Ra:1.6~0.2μm

设备:研齿机。

研具:精密的铸铁齿轮。

研磨剂:磨粒:220#~240#,

活性润滑油

特点:与珩齿相同,只能降低

表面粗糙度,不能提高齿形精度。

1、平行轴线研磨法(图7.16)

①过程:研磨轮与被研齿轮的平行轴线研磨法

轴线平行,研磨时被研齿轮带动

研磨轮作无侧隙的自由啮合运动,被研齿轮还作轴向往复运动,研磨轮被轻微制动。经一段时间后,研磨轮和被研磨轮作反向旋转,使齿的两个侧面被均匀研磨。

②特点:由于齿面的滑动速度不均匀,研磨量也不均匀,在齿顶及齿根部分的滑动速度大,研磨量也大。

2、交叉轴线研磨法

①过程:研磨轮与被研齿轮的轴

线互相交叉。研磨直齿轮时三个研

磨轮中的两个为斜齿轮,一个左旋,

一个右旋,轴线与被研齿轮的轴线

互相交叉;另一个研磨轮为直齿,

它的轴线与被研齿轮的轴线平行。

被研齿轮安装于三个稍被制动的研

磨轮之间,并加注研磨剂,被研齿

轮带动研磨轮作无侧隙的自由啮合交叉轴线研磨法

运动,引起齿面接触部分产生相对滑动,从而进行齿面研磨,被研齿轮先向一个方向旋转,然后向另一个方向旋转,使齿的两个侧面都能均匀地得到研磨。

②特点:大大提高了研齿的生产效率,研磨量也均匀。

表7.2 常用的齿形加工方法

加工方法

加工原理

精度

表面粗糙度

生产率

设备

应用范围

铣齿

成形法

9

6.3~3.2

普通铣床

低精度圆柱齿轮、

锥齿轮、蜗轮

拉齿

成形法

7

1.6~0.4

拉床

齿轮拉床制造复杂、应用少

插齿

展成法

8~7

3.2~1.6

较高

插齿机

内齿轮、扇形齿轮、人字齿轮、带凸台齿轮、间距小多联齿轮

滚齿

展成法

8~7

3.2~1.6

较高

滚齿机

直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、蜗轮,

剃齿

展成法

7~6

0.8~0.4

剃齿机

精加工未淬火

圆柱齿轮

珩齿

展成法

改善不大

0.8~0.4

很高

珩齿机

光整加工已淬火的圆柱齿轮

研齿

展成法

改善不大

1.6~0.2

很高

研齿机

光整加工已淬火的圆柱齿轮

磨齿

成形法

展成法

6~3

0.8~0.2

较低

磨齿机

精加工已淬火的圆柱齿轮

7.4齿形加工方案的选择

7.4.1齿形加工工艺方案

齿形加工方案的选择主要决定于齿轮的精度等级,此外还应考虑齿轮的结构特点、生产批量和切齿后所采用的热处理方法等。具体加工方案的选择可参考以下原则:

1、9级精度以下的齿轮,一般采用铣齿-齿端加工-热处理-修正内孔的加工方案。此方案适合单件小批量生产。

2、8-7级精度的齿轮,采用滚(插)齿-齿端加工-淬火-修正基准-珩齿(研齿)的加工方案。此方案适合各种批量生产。

3、7级或6级齿轮,采用滚(插)齿-齿端加工-剃齿-淬火-修正基准-珩齿(磨齿)的加工方案。单件小批量生产采用磨齿方案;大批量生产采用珩齿方案。

4、6-3级齿轮,采用滚(插)齿-齿端加工-淬火-修正基准-磨齿的加工方案。生产率较低,适合各种批量生产。

7.4.2双联滑移齿轮机械加工工艺过程

u总结与巩固(小结、考核知识点、作业等)

今天我们学习了圆柱齿轮精整加工法,包括磨齿、剃齿、珩齿等方法。

考核知识点:

圆柱齿轮精整加工法

作业:

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