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圆柱齿轮加工与工艺第一节 概述第二节 圆柱齿轮齿形加工方法和加工方案第三节 典型齿轮零件加工工艺分析第四节 齿轮刀具简介第一节 概述 一、 齿轮的功用与结构特点
齿轮传动在现代机器和仪器中的应用极为广泛,其功用是按规定的速比传递运动和动力。
齿轮的结构由于使用要求不同而具有各种不同的形状,但从工艺角度可将齿轮看成是由齿圈和轮体两部分构成。按照齿圈上轮齿的分布形式,可分为直齿、斜齿、人字齿等;按照轮体的结构特点,齿轮大致分为盘形齿轮、套筒齿轮、轴齿轮、扇形齿轮和齿条等等,如图9-1所示。
在上述各种齿轮中,以盘形齿轮应用最广。盘形齿轮的内孔多为精度较高的圆柱孔和花键孔。其轮缘具有一个或几个齿圈。单齿圈齿轮的结构工艺性最好,可采用任何一种齿形加工方法加工轮齿;双联或三联等多齿圈齿轮(图9-1b、c)。当其轮缘间的轴向距离较小时,小齿圈齿形的加工方法的选择就受到限制,通常只能选用插齿。如果小齿圈精度要求高,需要精滚或磨齿加工,而轴向距离在设计上又不允许加大时,可将此多齿圈齿轮做成单齿圈齿轮的组合结构,以改善加工的工艺性。
二、齿轮的技术要求
齿轮本身的制造精度,对整个机器的工作性能、承载能力及使用寿命都有很大的影响。根据其使用条件,齿轮传动应满足以下几个方面的要求。
(一)传递运动准确性
要求齿轮较准确地传递运动,传动比恒定。即要求齿轮在一转中的转角误差不超过一定范围。
(二)传递运动平稳性
要求齿轮传递运动平稳,以减小冲击、振动和噪声。即要求限制齿轮转动时瞬时速比的变化。
(三)载荷分布均匀性
要求齿轮工作时,齿面接触要均匀,以使齿轮在传递动力时不致因载荷分布不匀而使接触应力过大,引起齿面过早磨损。接触精度除了包括齿面接触均匀性以外,还包括接触面积和接触位置。
(四)传动侧隙的合理性
要求齿轮工作时,非工作齿面间留有一定的间隙,以贮存润滑油,补偿因温度、弹性变形所引起的尺寸变化和加工、装配时的一些误差。
齿轮的制造精度和齿侧间隙主要根据齿轮的用途和工作条件而定。对于分度传动用的齿轮,主要要求齿轮的运动精度较高;对于高速动力传动用齿轮,为了减少冲击和噪声,对工作平稳性精度有较高要求;对于重载低速传动用的齿轮,则要求齿面有较高的接触精度,以保证齿轮不致过早磨损;对于换向传动和读数机构用的齿轮,则应严格控制齿侧间隙,必要时,须消除间隙。
B10095?88中对齿轮及齿轮副规定了12个精度等级,从1~12顺次降低。其中1~2级是有待发展的精度等级,3~5级为高精度等级,6~8级为中等精度等级,9级以下为低精度等级。每个精度等级都有三个公差组,分别规定出各项公差和偏差项目,见表9?1。
表9—1齿轮公差组
公差组 公差及偏差项目 对传动性能的影响 Ⅰ F’i、△Fp(△Fpk)、△F”i、△Fr、△Fw 传递运动准确性 Ⅱ f’I、△ff、△fpt、△fpb、△f”I、△fpb 传动平稳性、噪声、振动 Ⅲ △Fβ、△Fpx 承载均匀性 三、齿轮的材料、热处理和毛坯
(一)齿轮的材料与热处理
1.材料的选择
齿轮应按照使用时的工作条件选用合适的材料。齿轮材料的合适与否对齿轮的加工性能和使用寿命都有直接的影响。
一般来说,对于低速重载的传力齿轮,齿面受压产生塑性变形和磨损,且轮齿易折断。应选用机械强度、硬度等综合力学性能较好的材料,如18CrMnTi;线速度高的传力齿轮,齿面容易产生疲劳点蚀,所以齿面应有较高的硬度,可用38CrMoAlA氮化钢;承受冲击载荷的传力齿轮,应选用韧性好的材料,如低碳合金钢18CrMnTi;非传力齿轮可以选用不淬火钢,铸铁、夹布胶木、尼龙等非金属材料。一般用途的齿轮均用45钢等中碳结构钢和低碳结构钢如20Cr、40Cr、20CrMnTi等制成。
2.齿轮的热处理
齿轮加工中根据不同的目的,安排两类热处理工序。
(1)毛坯热处理在齿坯加工前后安排预备热处理—正火或调质。其主要目的是消除锻造及粗加工所引起的残余应力,改善材料的切削性能和提高综合力学性能。
(2)齿面热处理齿形加工完毕后,为提高齿面的硬度和耐磨性,常进行渗碳淬火,高频淬火,碳氮共渗和氮化处理等热处理工序。
(二)齿轮毛坯
齿轮毛坯形式主要有棒料、锻件和铸件。棒料用于小尺寸、结构简单且对强度要求不太高的齿轮。当齿轮强度要求高,并要求耐磨损、耐冲击时,多用锻件毛坯。当齿轮的直径大于Φ400~Φ600时,常用铸造齿坯。为了减少机械加工量,对大尺寸、低精度的齿轮,可以直接铸出轮齿;对于小尺寸,形状复杂的齿轮,可以采用精密铸造、压力铸造、精密锻造、粉末冶金、热轧和冷挤等新工艺制造出具有轮齿的齿坯,以提高劳动生产率,节约原材料。
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