齒輪切制及根切原理

1、齒輪切制與根切原理10.6 切齒原理及根切現(xiàn)象切齒原理及根切現(xiàn)象齒輪加齒輪加工方法工方法仿形法仿形法鑄造法鑄造法熱軋法熱軋法沖壓法沖壓法模鍛法模鍛法粉末冶金法粉末冶金法切制法切制法最常用銑削銑削拉削拉削范成法范成法(展成法展成法共軛法共軛法包絡(luò)法包絡(luò)法)插齒插齒滾齒滾齒剃齒剃齒磨齒磨齒一、齒輪加工方法一、齒輪加工方法齒輪成型刀具實(shí)物齒輪成型刀具實(shí)物插刀實(shí)物模型齒條插刀插齒齒條插刀插齒 齒輪插刀加工齒輪插刀加工內(nèi)齒輪插齒加工及磨齒加工齒輪的一般加工工藝路線：齒輪的一般加工工藝路線：滾齒（插齒）滾齒（插齒）剃剃 齒齒熱處理熱處理珩珩 齒齒滾齒（插齒）滾齒（插齒）熱處理熱處理磨磨 齒齒剃剃 齒齒齒輪

2、滾刀滾直齒輪滾直齒輪滾斜齒輪滾斜齒輪概括上述的齒輪加工方法概括上述的齒輪加工方法：A、整體制造一次把齒輪上的輪齒全部制出，如：鑄造、模鍛、沖壓、粉末冶金、拉刀拉齒。B、整齒制造、整齒制造每次把齒輪上的一個(gè)輪齒全部制出，如：銑齒、刨齒。C、包絡(luò)法制造、包絡(luò)法制造一次切削只能切制出輪齒上的一點(diǎn)或一線，如：插齒、滾齒、磨齒。A、B兩種方法稱為仿形法仿形法，C稱為范成法范成法。 形法是在普通銑床上用軸向剖面形狀與被切齒輪齒槽形形法是在普通銑床上用軸向剖面形狀與被切齒輪齒槽形狀完全相同的銑刀切制齒輪的方法，如圖所示。銑完一個(gè)齒狀完全相同的銑刀切制齒輪的方法，如圖所示。銑完一個(gè)齒槽后，分度頭將齒坯轉(zhuǎn)過槽后

3、，分度頭將齒坯轉(zhuǎn)過3603600 0/z/z，再銑下一個(gè)齒槽，直到銑，再銑下一個(gè)齒槽，直到銑出所有的齒槽。出所有的齒槽。銑直齒銑直齒銑斜齒銑斜齒1. 仿形法銑削仿形法銑削二、齒廓切制的基本原理二、齒廓切制的基本原理齒輪插刀加工過程齒輪插刀加工過程四個(gè)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)：、四個(gè)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)：、輪坯的轉(zhuǎn)動(dòng)；、輪坯的讓輪坯的轉(zhuǎn)動(dòng)；、輪坯的讓刀運(yùn)動(dòng)；、插刀的切削刀運(yùn)動(dòng)；、插刀的切削（上下運(yùn)動(dòng)）；、插刀的（上下運(yùn)動(dòng)）；、插刀的徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)； 盤銑刀盤銑刀 指狀銑刀指狀銑刀 仿形銑刀仿形銑刀( (盤盤/ /指指):):旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)+ +直移直移 齒輪毛坯齒輪毛坯: : 間歇旋轉(zhuǎn)間歇旋轉(zhuǎn)仿形法仿形法

4、進(jìn)給進(jìn)給進(jìn)給分度分度切削進(jìn)給進(jìn)給空回空回切削切削空回分度分度作者：潘存云教授作者：潘存云教授指狀銑刀加工指狀銑刀加工盤銑刀加工盤銑刀加工銑刀旋轉(zhuǎn)，工件進(jìn)給分度、斷續(xù)切削。適用于加工大模數(shù)適用于加工大模數(shù)m20 的齒輪和人字的齒輪和人字齒輪。齒輪。進(jìn)給進(jìn)給分度分度分度分度切削切削切削切削進(jìn)給進(jìn)給 刀齒形狀與齒輪齒槽形狀相同刀齒形狀與齒輪齒槽形狀相同 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :普通銑床加工普通銑床加工問題問題: : 精度低精度低 分度誤差分度誤差 刀具齒形誤差刀具齒形誤差 db= =dcoscos = =mzcoscos 決定齒形決定齒形( (z的的函數(shù)函數(shù)), ), 刀具量大刀具量大工程處理工程處理: :同

5、同m m和和 的刀具只有的刀具只有8 8把把 生產(chǎn)率低生產(chǎn)率低 空回行程空回行程 分度分度, , 夾緊等輔助工夾緊等輔助工作時(shí)間長作時(shí)間長應(yīng)用應(yīng)用: :修配和小批量生產(chǎn)修配和小批量生產(chǎn)仿形法加工特點(diǎn)仿形法加工特點(diǎn)8把一組各號(hào)銑刀切制齒輪齒數(shù)范圍把一組各號(hào)銑刀切制齒輪齒數(shù)范圍刀號(hào)刀號(hào)齒數(shù)齒數(shù)123456781213 1416 1720 2125 2634 3554 55134 135機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 齒輪傳動(dòng)2.范成法范成法 (展成法、包絡(luò)法展成法、包絡(luò)法)加工齒輪原理加工齒輪原理1) 范成運(yùn)動(dòng)范成運(yùn)動(dòng) 兩輪分度圓相切兩輪分度圓相切 以以 i12 = w w1/w w2 = z2 /z1 傳動(dòng)傳動(dòng)2

6、) 切削運(yùn)動(dòng)切削運(yùn)動(dòng) 齒輪插刀沿輪坯軸線方向齒輪插刀沿輪坯軸線方向作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以切除材料作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以切除材料 相同的相同的 m、 , 只要用一把只要用一把刀具刀具, 通過調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)i12 , 就可以就可以加工不同齒數(shù)的齒輪加工不同齒數(shù)的齒輪w1w2O1w1w2O2 輪坯w2 又稱展成法、包絡(luò)法又稱展成法、包絡(luò)法 刀具刀具: 齒輪齒輪(條條)插刀插刀, 滾刀滾刀 齒輪毛坯齒輪毛坯: 嚙合式旋轉(zhuǎn)嚙合式旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 齒輪傳動(dòng) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：同一把刀具可加同一把刀具可加工出工出m m、a a相同而相同而Z Z不同的不同的所有齒輪。不僅可加工所有齒輪。不僅可加工外齒輪，而且可加工內(nèi)外齒輪，而且可加

7、工內(nèi)齒輪齒輪 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：加工不連續(xù)，生加工不連續(xù)，生產(chǎn)效率低產(chǎn)效率低范成法范成法齒輪插齒齒輪插齒讓刀運(yùn)動(dòng)讓刀運(yùn)動(dòng)范成切削運(yùn)動(dòng)切削運(yùn)動(dòng)空回運(yùn)動(dòng)空回運(yùn)動(dòng)復(fù)位復(fù)位w0w范成運(yùn)動(dòng)范成運(yùn)動(dòng)i=w w0/w w=z/z0齒輪插刀切齒動(dòng)畫 四個(gè)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)：、四個(gè)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)：、輪坯的轉(zhuǎn)動(dòng)；、輪坯的輪坯的轉(zhuǎn)動(dòng)；、輪坯的讓刀運(yùn)動(dòng)；、插刀的切讓刀運(yùn)動(dòng)；、插刀的切削（上下運(yùn)動(dòng)）；、插削（上下運(yùn)動(dòng)）；、插刀的徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；刀的徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；（1）齒輪型刀具的齒形）齒輪型刀具的齒形機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 齒輪傳動(dòng) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：同一把同一把刀具可加工出刀具可加工出m,a相同而齒相同而齒數(shù)不同的所有數(shù)不同的所有齒輪齒輪 缺點(diǎn)

8、：缺點(diǎn)：不能加不能加工內(nèi)齒輪。加工內(nèi)齒輪。加工不連續(xù)，生工不連續(xù)，生產(chǎn)效率低產(chǎn)效率低范成法范成法齒條插齒齒條插齒切削切削空回空回vw范成范成讓刀讓刀 復(fù)位復(fù)位v=w wd/2= w wmz/2（2）齒條型刀具的齒形）齒條型刀具的齒形四個(gè)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)：四個(gè)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)：1、輪坯、輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；、輪坯、輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；、輪坯的讓刀運(yùn)動(dòng)；、齒條輪坯的讓刀運(yùn)動(dòng)；、齒條的上下運(yùn)動(dòng)；、齒條的往的上下運(yùn)動(dòng)；、齒條的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)（回刀）；復(fù)直線運(yùn)動(dòng)（回刀）；加工過程動(dòng)畫加工過程動(dòng)畫作者：潘存云教授作者：潘存云教授0 00 0i=0 0 /=z/z/=z/z0 02. 范成法范成法齒輪插刀齒輪插刀共軛齒廓互為

9、包絡(luò)線共軛齒廓互為包絡(luò)線切切削削運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)0 0范成運(yùn)動(dòng)范成運(yùn)動(dòng)讓刀運(yùn)動(dòng)讓刀運(yùn)動(dòng)插直齒插直齒插斜齒插斜齒加工方法有：加工方法有：插齒和滾齒插齒和滾齒進(jìn)給進(jìn)給切切削削讓刀讓刀v范成范成Vrrmz/2mz/22.2 齒條插刀齒條插刀插齒加工過程為斷續(xù)切削，生產(chǎn)效率低。插齒加工過程為斷續(xù)切削，生產(chǎn)效率低。作者：潘存云教授滾刀滾刀進(jìn)給進(jìn)給進(jìn)給進(jìn)給0 0v0 0范成運(yùn)動(dòng)范成運(yùn)動(dòng)Vrrmz/2mz/2滾刀傾斜滾刀傾斜tt滾刀軸剖面相當(dāng)于齒條相當(dāng)于齒輪齒條嚙合傳動(dòng)0 0切削切削2.3 齒輪滾刀齒輪滾刀被加工齒輪被加工齒輪滾直齒滾直齒滾斜齒滾斜齒2.3 齒輪滾刀齒輪滾刀(續(xù)續(xù))設(shè)計(jì)：潘存云范成法加工的特點(diǎn)：范成

10、法加工的特點(diǎn)： 用范成法加工齒輪時(shí)，只要刀具與被切齒輪的用范成法加工齒輪時(shí)，只要刀具與被切齒輪的模數(shù)模數(shù)和和壓力角壓力角相同，不論被加工齒輪的齒數(shù)是多少，相同，不論被加工齒輪的齒數(shù)是多少，都可以用都可以用同一把刀具同一把刀具來加工，這給生產(chǎn)帶來了很大來加工，這給生產(chǎn)帶來了很大的方便，因此范成法得到了廣泛的應(yīng)用。的方便，因此范成法得到了廣泛的應(yīng)用。tttt實(shí)際生產(chǎn)中所用滾刀的情況：實(shí)際生產(chǎn)中所用滾刀的情況：漸開線蝸桿漸開線蝸桿 應(yīng)用較少，因?yàn)槟X較困難應(yīng)用較少，因?yàn)槟X較困難阿基米德蝸桿修形阿基米德蝸桿修形 應(yīng)用較多，因?yàn)楸容^容易磨齒和修形應(yīng)用較多，因?yàn)楸容^容易磨齒和修形4. 標(biāo)準(zhǔn)齒輪及變位齒輪

11、的加工標(biāo)準(zhǔn)齒輪及變位齒輪的加工 、標(biāo)準(zhǔn)齒輪：加工齒輪時(shí)，如果刀具的分度線與輪、標(biāo)準(zhǔn)齒輪：加工齒輪時(shí)，如果刀具的分度線與輪坯的分度圓相切加工出來的齒輪稱為標(biāo)準(zhǔn)齒輪；坯的分度圓相切加工出來的齒輪稱為標(biāo)準(zhǔn)齒輪； 、變位齒輪：加工齒輪時(shí)，將刀具相對于輪坯中心、變位齒輪：加工齒輪時(shí)，將刀具相對于輪坯中心向外移出或向內(nèi)移近一段距離，則刀具的中線將不再向外移出或向內(nèi)移近一段距離，則刀具的中線將不再與輪坯的分度圓相切，加工出的齒輪稱為變位齒輪與輪坯的分度圓相切，加工出的齒輪稱為變位齒輪齒條刀具為例齒條刀具為例這種齒輪稱為標(biāo)準(zhǔn)齒輪。這種齒輪稱為標(biāo)準(zhǔn)齒輪。1）標(biāo)準(zhǔn)齒輪加工）標(biāo)準(zhǔn)齒輪加工條件：條件：齒條刀具的分度線

12、與齒齒條刀具的分度線與齒輪毛坯的分度圓相切輪毛坯的分度圓相切刀具移動(dòng)的線速度刀具移動(dòng)的線速度v等于等于輪坯分度圓的線速度輪坯分度圓的線速度r，即即v =r，亦即作純滾動(dòng)。，亦即作純滾動(dòng)。加工結(jié)果：加工結(jié)果：分度圓壓力角等于刀具的分度圓壓力角等于刀具的齒形角齒形角 （為什么？）（為什么？）分度圓齒厚分度圓齒厚s等于刀具分度等于刀具分度線上的齒槽寬線上的齒槽寬e （為什么？）（為什么？）刀具的齒頂高等于齒輪的刀具的齒頂高等于齒輪的齒根高齒根高 （為什么？）（為什么？）2）變位齒輪加工）變位齒輪加工條件：條件：齒條刀具的分度線不與齒輪毛坯的分度圓相切，相離或相割齒條刀具的分度線不與齒輪毛坯的分度圓相

13、切，相離或相割刀具移動(dòng)的線速度刀具移動(dòng)的線速度v等于輪坯分度圓的線速度等于輪坯分度圓的線速度r，即，即v =r。xmxm相割相割相切相切相離相離稱稱x為變位系數(shù)為變位系數(shù)相割時(shí)相割時(shí)x為負(fù)值為負(fù)值相離時(shí)相離時(shí)x為正值為正值相切時(shí)相切時(shí)x為零為零稱稱xm為變位量為變位量變位齒輪的優(yōu)點(diǎn)變位齒輪的優(yōu)點(diǎn) （1） 可以避免根切可以避免根切 （2）可以提高齒輪輪齒的抗彎曲強(qiáng)度）可以提高齒輪輪齒的抗彎曲強(qiáng)度 （3）可以配湊中心距）可以配湊中心距 根切現(xiàn)象： 根切危害： 根切產(chǎn)生原因：如何避免根切 ： 用范成法加工齒用范成法加工齒輪時(shí)，若刀具的齒頂輪時(shí)，若刀具的齒頂線（或齒頂圓）超過線（或齒頂圓）超過理論嚙合

14、線極限點(diǎn)理論嚙合線極限點(diǎn)N N1 1時(shí)，被加工齒輪齒根時(shí)，被加工齒輪齒根附近的漸開線齒廓將附近的漸開線齒廓將被切去一部分，這種被切去一部分，這種現(xiàn)象稱為根切（如圖現(xiàn)象稱為根切（如圖所示）。所示）。 根切使齒輪的抗彎強(qiáng)度削弱、承載能力降低、嚙合根切使齒輪的抗彎強(qiáng)度削弱、承載能力降低、嚙合過程縮短、傳動(dòng)平穩(wěn)性變差，因此應(yīng)避免根切。過程縮短、傳動(dòng)平穩(wěn)性變差，因此應(yīng)避免根切。三、三、 根切現(xiàn)象根切現(xiàn)象作者：潘存云教授作者：潘存云教授PrbrraN1O1基圓基圓1. 根切的后果：根切的后果： 削弱輪齒的抗彎強(qiáng)度；削弱輪齒的抗彎強(qiáng)度；2. 根切的原因根切的原因使重合度使重合度下降。下降。23B1PB2PN

15、1 不根切不根切1刀具在位置刀具在位置1開始切削齒間；開始切削齒間；在位置在位置2開始切削漸開線齒廓；開始切削漸開線齒廓；在位置在位置3切削完全部齒廓；切削完全部齒廓；當(dāng)當(dāng)B2落在落在N1點(diǎn)的下方點(diǎn)的下方： PB2PN1B23. 避免根切的方法避免根切的方法 提高嚙合極限點(diǎn)提高嚙合極限點(diǎn)N1 加大壓力角加大壓力角 增加齒數(shù)增加齒數(shù)Z 降低刀具齒頂線降低刀具齒頂線 減小齒頂高系數(shù)減小齒頂高系數(shù)*ah 正變位正變位x0MmhMNa* 1 211sinsinrPNMN mhmza*sin 22 22sin*ahz 不根切的最小齒數(shù)：不根切的最小齒數(shù)： 22sin*minahz 作者：潘存云教授作者：潘存云教授Bra2P3. 漸開線齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)漸開線齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)極限嚙合點(diǎn)極限嚙合點(diǎn)N1的位置隨基圓大小變動(dòng)的位置隨基圓大小變動(dòng)當(dāng)當(dāng)N1 B2兩點(diǎn)重合時(shí)，正好不根切。兩點(diǎn)重合時(shí)，正好不根切。不根切的條件：不根切的條件：在在PN1O1 中有：中有：在在PB2B 中有：中有：代入求得：代入求得： z2 h2 ha a* */ / sin2 2 取取=20=20, h, ha