齿轮切制与根切原理概要课件

单击此处编辑母版标题样式,特别申明：本电子教案中所有素材的版权归原创作者国防科技大学潘存云教授所有。购买方有权复制多份光盘用于本单位的教学。但不得提供给第三方。未经作者同意，也不得在公开出版物中引用其中的素材，违者应承担相应的法律责任。作者：潘存云 教授 2004年2月,第二级,第三级,第四级,第五级,*,齿轮切制与根切原理,齿轮切制与根切原理,1,10.6 切齿原理及根切现象,齿轮加,工方法,仿形法,铸造法,热轧法,冲压法,模锻法,粉末冶金法,切制法,最常用,铣削,拉削,范成法,(,展成法共轭法,包络法,),插齿,滚齿,剃齿,磨齿,一、齿轮加工方法,10.6 切齿原理及根切现象齿轮加仿形法铸造法热轧法冲压法模,2,齿轮成型刀具实物,齿轮成型刀具实物,3,插刀实物模型,插刀实物模型,4,齿条插刀插齿,齿轮插刀加工,齿条插刀插齿 齿轮插刀加工,5,内齿轮插齿加工及磨齿加工,齿轮的一般加工工艺路线：,滚齿（插齿）,剃 齿,热处理,珩,齿,滚齿（插齿）,热处理,磨,齿,剃 齿,内齿轮插齿加工及磨齿加工齿轮的一般加工工艺路线：滚齿（插齿）,6,齿轮滚刀,齿轮滚刀,7,滚直齿轮,滚斜齿轮,滚直齿轮滚斜齿轮,8,概括上述的齿轮加工方法,：,A、整体制造,一次把齿轮上的轮齿全部制出，如：铸造、模锻、冲压、粉末冶金、拉刀拉齿。,B、整齿制造,每次把齿轮上的一个轮齿全部制出，如：铣齿、刨齿。,C、包络法制造,一次切削只能切制出轮齿上的一点或一线，如：插齿、滚齿、磨齿。,A、B两种方法称为,仿形法,，C称为,范成法,。,概括上述的齿轮加工方法：A、整体制造B、整齿制造C、包络法制,9,形法是在普通铣床上用轴向剖面形状与被切齿轮齿槽形状完全相同的铣刀切制齿轮的方法，如图所示。铣完一个齿槽后，分度头将齿坯转过360,0,/z，再铣下一个齿槽，直到铣出所有的齿槽。,铣直齿,铣斜齿,1.仿形法铣削,二、齿廓切制的基本原理,形法是在普通铣床上用轴向剖面形状与被切齿轮齿槽形状完,10,齿轮插刀加工过程,四个运动的复合运动：、轮坯的转动；、轮坯的让刀运动；、插刀的切削（上下运动）；、插刀的径向进给运动；,齿轮插刀加工过程四个运动的复合运动：、轮坯的转动；、轮坯,11,盘铣刀,指状铣刀,仿形铣刀(盘/指):旋转+直移,齿轮毛坯:间歇旋转,仿形法,进给,进给,分度,切削,进给,空回,切削,空回,分度,盘铣刀仿形铣刀(盘/指):旋转+直移仿形法进给进给分度切削进,12,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,指状铣刀加工,盘铣刀加工,铣刀旋转，工件进给,分度、断续切削。,适用于加工大模数,m20,的齿轮和人字,齿轮。,进给,分度,分度,切削,切削,进给,作者：潘存云教授作者：潘存云教授指状铣刀加工盘铣刀加工铣刀旋,13,刀齿形状与齿轮齿槽形状相同,优点:,普通铣床加工,问题:,精度低,分度误差,刀具齿形误差,d,b,=,d,cos,=,mz,cos,决定齿形(,z,的函数),刀具量大,工程处理:,同m和,的刀具只有8把,生产率低,空回行程,分度,夹紧等辅助工作时间长,应用:修配和小批量生产,仿形法加工特点,8把一组各号铣刀切制齿轮齿数范围,刀号,齿数,1,2,3,4,5,6,7,8,1213,1416,1720,2125,2634,3554,55134,135,刀齿形状与齿轮齿槽形状相同生产率低仿形法加工特点8把一组各号,14,机械设计基础 齿轮传动,2.范成法,(展成法、包络法)加工齿轮原理,1)范成运动,两轮分度圆相切,以,i,12,=,w,1,/,w,2,=,z,2,/,z,1,传动,2)切削运动,齿轮插刀沿轮坯轴线方向作往复运动，以切除材料,相同的,m,、,a,只要用一把刀具,通过调节,i,12,就可以加工不同齿数的齿轮,w,1,w,2,O,1,w,1,w,2,O,2,轮坯,w,2,又称展成法、包络法,刀具:,齿轮(条)插刀,滚刀,齿轮毛坯:,啮合式旋转,机械设计基础 齿轮传动2.范成法(展成法、包络法)加工,15,机械设计基础 齿轮传动,优点：,同一把刀具可加工出,m,、,a,相同而,Z,不同的所有齿轮。不仅可加工外齿轮，而且可加工内齿轮,缺点：,加工不连续，生产效率低,范成法齿轮插齿,让刀运动,范成,切削运动,空回运动,复位,0,范成运动,i,=,0,/=,z/z,0,机械设计基础 齿轮传动优点：同一把刀具可加工出m、a相同,16,齿轮插刀切齿动画,四个运动的复合运动：、轮坯的转动；、轮坯的让刀运动；、插刀的切削（上下运动）；、插刀的径向进给运动；,（1）齿轮型刀具的齿形,齿轮插刀切齿动画 四个运动的复合运动：、轮坯的转动；,17,机械设计基础 齿轮传动,优点：,同一把刀具可加工出m,a相同而齿数不同的所有齿轮,缺点：,不能加工内齿轮。加工不连续，生产效率低,范成法齿条插齿,切削,空回,v,范成,让刀,复位,v,=,d,/2=,mz,/2,机械设计基础 齿轮传动优点：同一把刀具可加工出m,a相同,18,（2）齿条型刀具的齿形,四个运动的复合运动：1、轮坯、轮的旋转运动；、轮坯的让刀运动；、齿条的上下运动；、齿条的往复直线运动（回刀）；,加工过程动画,（2）齿条型刀具的齿形四个运动的复合运动：1、轮坯、轮的旋,19,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,0,0,i=,0,/=z/z,0,2.范成法,齿轮插刀,共轭齿廓互为包络线,切削运动,0,范成运动,让刀运动,作者：潘存云教授作者：潘存云教授00i=0/=,20,插直齿,插斜齿,加工方法有：,插齿和滚齿,插直齿插斜齿加工方法有：插齿和滚齿,21,进给,切削,让刀,v,范成,V,rmz/2,2.2 齿条插刀,插齿加工过程为断续切削，生产效率低。,进给切削让刀v范成Vrmz/22.2 齿条插刀插齿,22,作者：潘存云教授,滚刀,进给,进给,0,v,0,范成运动,V,rmz/2,滚刀倾斜,t,t,滚刀轴剖面,相当于齿条,相当于齿轮齿,条啮合传动,0,切削,2.3 齿轮滚刀,被加工齿轮,作者：潘存云教授滚刀进给进给0v0范成运动Vr,23,滚直齿,滚斜齿,2.3 齿轮滚刀(续),滚直齿滚斜齿2.3 齿轮滚刀(续),24,设计：潘存云,范成法加工的特点：,用范成法加工齿轮时，只要刀具与被切齿轮的,模数,和,压力角,相同，不论被加工齿轮的齿数是多少，都可以用,同一把刀具,来加工，这给生产带来了很大的方便，因此范成法得到了广泛的应用。,t,t,t,t,设计：潘存云范成法加工的特点：tttt,25,实际生产中所用滚刀的情况：,渐开线蜗杆 应用较少，因为磨齿较困难,阿基米德蜗杆修形 应用较多，因为比较容易磨齿和修形,实际生产中所用滚刀的情况：渐开线蜗杆 应用较少，因为磨齿,26,4.标准齿轮及变位齿轮的加工,、标准齿轮：加工齿轮时，如果刀具的分度线与轮坯的分度圆相切加工出来的齿轮称为标准齿轮；,、变位齿轮：加工齿轮时，将刀具相对于轮坯中心向外移出或向内移近一段距离，则刀具的中线将不再与轮坯的分度圆相切，加工出的齿轮称为变位齿轮,4.标准齿轮及变位齿轮的加工、标准齿轮：加工齿轮时，如,27,加 工 过 程,齿条刀具为例,这种齿轮称为标准齿轮。,1）标准齿轮加工,条件：,齿条刀具的分度线与齿轮毛坯的分度圆相切,刀具移动的线速度,v,等于轮坯分度圆的线速度,r,，即,v,=,r,，亦即作纯滚动。,加工结果：,分度圆压力角等于刀具的齿形角,（为什么？）,分度圆齿厚,s,等于刀具分度线上的齿槽宽,e,（为什么？）,刀具的齿顶高等于齿轮的齿根高（为什么？）,加 工 过 程齿条刀具为例这种齿轮称为标准齿轮。1）标准齿轮,28,加 工 过 程,2）变位齿轮加工,条件：,齿条刀具的分度线不与齿轮毛坯的分度圆相切，相离或相割,刀具移动的线速度,v,等于轮坯分度圆的线速度,r,，即,v,=,r,。,x,m,x,m,相割,相切,相离,称,x,为变位系数,相割时,x,为负值,相离时,x,为正值,相切时,x,为零,称,x,m为变位量,加 工 过 程2）变位齿轮加工条件：齿条刀具的分度线不与齿轮,29,变位齿轮的优点,（1）可以避免根切,（2）可以提高齿轮轮齿的抗弯曲强度,（3）可以配凑中心距,变位齿轮的优点（1）可以避免根切,30,根切现象：,根切危害：,根切产生原因：,如何避免根切：,根切现象：,31,用范成法加工齿轮时，若刀具的齿顶线（或齿顶圆）超过理论啮合线极限点N,1,时，被加工齿轮齿根附近的渐开线齿廓将被切去一部分，这种现象称为根切（如图所示）。,根切使齿轮的抗弯强度削弱、承载能力降低、啮合过程缩短、传动平稳性变差，因此应避免根切。,三、根切现象,用范成法加工齿轮时，若刀具的齿顶线（或齿顶圆,32,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,P,r,b,r,r,a,N,1,O,1,基圆,1.根切的后果：,削弱轮齿的抗弯强度；,2.根切的原因,使重合度,下降。,2,3,B,1,PB,2,PN,1,不根切,1,刀具在位置1开始切削齿间；,在位置2开始切削渐开线齿廓；,在位置3切削完全部齿廓；,当,B,2,落在,N,1,点的下方,：,PB,2,PN,1,B,2,作者：潘存云教授O1PN1rbr结论：刀具齿顶线与啮合线的,35,3.避免根切的方法,提高啮合极限点N,1,加大压力角,增加齿数Z,降低刀具齿顶线,减小齿顶高系数,正变位,x,0,M,不根切的最小齿数：,3.避免根切的方法 提高啮合极限点N1 加大压力角 增加齿,36,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,B,r,a2,P,3.渐开线齿轮不发生根切的最少齿数,极限啮合点,N,1,的位置随基圆大小变动,当,N,1,B,2,两点重合时，正好不根切。,不根切的条件：,在,PN,1,O,1,中有：,在,PB,2,B,中有：,代入求得：,z,2 h,a,*,/,sin,2,取,=20,h,a,*,=1，得:z,min,=17,h,*,a,m,即：,z,min,2 h,a,*,/,sin,2,P N,1,P,B,2,=,m,zsin,/2,PN,1,=rsin,PB,2,=,h,a,*,m,/,sin,r,b,N,1,O,1,r,不根切,刚好不根切,根切,N,1,r,b1,O,1,P,r,a1,B,2,r,a3,h,*,a,m,齿条型刀具比齿轮型刀具更容易发生根切。,凡齿条刀不根切，则齿轮刀肯定不会发生根切，故只讨论齿条型刀具。,B,2,r,b1,N,1,r,b3,N,1,作者：潘存云教授作者：潘存云教授Bra2P3.渐开线齿轮,37,