齿轮基本知识PPT课件

基本知识 齿轮 采购技术 彭泉东 内容提纲 齿轮的基本参数要求及渐开线齿轮各部分名称和几何尺寸 齿轮公差以及齿轮的检测 齿轮传动的类型 圆柱齿轮精度简介 齿形加工工艺与设备介绍 齿轮材料的选择 齿轮的热处理 一 圆柱齿轮的分类按齿轮齿廓曲线分类 渐开线齿轮 摆线齿轮 圆弧齿轮等 渐开线齿廓齿轮 渐开线齿廓之间的正压力方向始终不变 以及齿轮传动比不会因为中心距的变化而影响齿轮的传动 以及其工艺性能好 互换性好等优点 在齿轮传动中广泛使用 摆线齿廓齿轮 摆线齿轮在传动时 中心距直接影响齿轮的传动比 以及齿轮精度要求高 制造却难以保证 但由于摆线齿轮无根切现象 齿轮传动机构更为紧凑 故目前多用于钟表和一些齿轮仪表中 圆弧齿廓齿轮 圆弧齿廓传动时 由于齿轮中心距的大小直接影响齿轮的承载能力 以及齿轮装配后必须进行跑合 但在尺寸和材料等相同的条件下 圆弧齿廓齿轮的承载能力是渐开线齿廓齿轮的1 5倍以上 其主要应用在低速重载的齿轮传动中 如 冶金 矿山 石油等行业中 圆柱齿轮按形状分为 圆柱直齿轮 圆柱斜齿轮 人字齿轮 内齿轮 具体见图1 直齿轮 斜齿轮 人字齿轮 内齿轮 图1 Wk 公法线长度 一种有效控制齿轮齿厚的方法 卡尺卡爪跨k个轮齿与不同侧齿廓相切于AB两点 线端AB即为两侧齿廓的公共法线 故称为公法线 AB长度即是公法线长度 具体测量方法如图4所示 k 跨齿数 测量公法线长度时 所跨齿轮齿数 图4 M 跨棒距 一种有效控制齿轮齿厚的方法 将两量柱 球 放入沿直径相对的两齿槽中 测量两量柱 球 外侧面间的距离 测量方法如图5所示 其中图a是测量偶数齿齿轮示意图 图b是奇数齿齿轮示意图 dp 量棒直径 图5 x 变位系数 是刀具在加工齿轮时 沿径向从轮坯中心向外 内 移动的距离与模数的比值 其目的为了避免加工少齿数时 发生根切 齿轮传动配凑中心距 提高小齿轮强度等一些作用 图6是模数 齿数 压力角 齿顶高系数 顶隙系数相同的情况下 变位齿轮与标准齿轮比较 图6 2 斜齿轮各参数定义为了便于说明斜齿轮的问题 将斜齿轮沿其分度圆柱面展开 便成为一个矩形 如图7所示 矩形的高是斜齿轮的宽度B 其长度是分度圆的周长 d 此时 分度圆柱上齿轮的螺旋线便展成为一条斜直线 其与轴线的夹角为 称为斜齿轮分度圆螺旋角 简称斜齿轮螺旋角 用 表示 图7 二 齿轮公差以及齿轮的检测检测模数大于等于1的齿轮 采用的检测标准是GB T10095 2001 检测模数小于1的齿轮 采用的检测标准是GB T2363 90 Fi 径向综合误差 被检测齿轮与理想精确的测量 标准 齿轮双面啮合时 在被测齿轮一转内 双啮中心距的最大变动量 如图14所示 使用检测设备 齿轮双啮仪 检测范围 精度7级或更低精度的齿轮 fi 一齿径向综合误差 被检测齿轮与理想精确的测量 标准 齿轮双面啮合时 在被测齿轮一齿距角内 双啮中心距的最大变动量 如图14所示 使用检测设备 齿轮双啮仪 精度7级或更低精度的齿轮 图14 Fp 齿距累积误差 在分度圆上任意两侧齿面间的实际弧长与公称弧长之差的最大绝对值 如图15所示 使用检测设备 齿轮检测中心 检测范围 齿轮模数大于0 5 精度7级或更高精度的齿轮 Fr 在齿轮一转范围内 测头在齿槽内与齿高中部双面接触 测头相对于齿轮轴线的最大变动量 如图16所示 测量设备 偏摆仪 图15 图16 Fw 在齿轮一周范围内 实际公法线长度最大值与最小值之差 测量工具 公法线千分尺 Ff 齿廓总偏差 齿形误差 实际齿廓偏离设计齿廓的量 该量在端平面内并且垂直于渐开线齿廓的方向 如图17所示 检测设备 齿轮检测中心 检测范围 m 0 2 F 螺旋线总偏差 齿向误差 包容实际螺旋线迹线的两条设计螺旋线迹线的距离 如图18所示 检测设备 齿轮检测中心 检测范围 m 0 2 图17 图18 三 齿轮传动的类型齿轮传动按照两轮轴线的相对位置和齿向分类如下 按照轮齿齿廓曲线的不同又可为渐开线齿轮 圆弧齿轮 摆线齿轮等 本章主要讨论制造 安装方便 应用最广的渐开线齿轮 按照工作条件的不同 齿轮传动又可分为开式齿轮传动和闭式齿轮传动 前者轮齿外露 灰尘易于落在齿面 后者轮齿封闭在箱体内 圆柱齿轮传动 外啮合 内啮合 齿轮齿条斜齿 外啮合 内啮合 齿轮齿条 人字齿两轴不平行 直齿 斜齿 曲线齿 交错轴齿轮传动 蜗轮蜗杆传动 适用于两轴线平行的齿轮传动 外啮合时两齿轮转向相反 齿轮圆周速度较低s 传递的功率范围较大 传动效率较高 互换性好 装配和维修方便 可进行变位切削及各种整形 修缘 应用广泛 适用于两轴线平行的齿轮传动 外啮合时两齿轮转向相反 齿轮圆周速度比直齿圆柱齿轮高 适宜于高速重载传动 传递的功率范围较大 功率可达45000kW 传动效率较高 互换性好 装配和维修方便 可进行变位切削及各种整形 修缘 应用广泛 适用于两轴线平行的齿轮传动 两齿轮转向相同 齿轮圆周速度较低 传递的功率范围较大 传动效率较高 互换性好 装配和维修方便 可进行变位切削及各种整形 修缘 应用广泛 将齿轮的回转运动变为齿条的往复移动或将齿条的往复移动变为齿轮的回转运动 齿轮圆周速度较低 传递的功率范围较大 传动效率较高 互换性好 装配和维修方便 可进行变位切削及各种整形 修缘 应用广泛 斜齿圆锥齿轮传动多用于相交轴传动 传动效率比较高 一般可达98 两齿轮轴线组成直角的锥齿轮副应用最为广泛 斜齿圆锥齿轮沿轮齿齿长方向为直线 但且其延长线不与于轴线相交 比直齿锥齿轮传动平稳 噪声小 承载能力大 但螺旋角会产生轴向力 蜗轮蜗杆传动传递相错轴的运动和动力 传动比大 工作平稳 噪声较小 结构紧凑 在一定的条件下有自锁性能 但效率低 发热较大 齿轮加工产生根切的根本原因在于刀具的齿顶线超过了极限点N1 要避免根切 就须使刀具的齿顶线不超过N1点 在不改变被切齿轮齿数的情况下 只要改变刀具与轮坯的相对位置便可解决根切问题 这样切制出来的齿轮就称为变位齿轮 四 圆柱齿轮精度简介1 齿轮传动的精度等级及其选择 1 齿轮的精度要求 GB T10095 88 运动的的准确性 第I公差组 分齿不均 误差 传动的平稳性 第II公差组 渐开线齿形存在误差 载荷分布的均匀性 第III公差组 2 齿轮的精度等级 GB T10095 88对齿轮精度规定12个等级 1 2 远景级3 5 高级精度6 8 中级精度9 12 低级精度 2 齿轮间隙的规定齿侧间隙 由工作条件决定 与齿轮精度无关 控制齿厚偏差或公法线平均长度偏差来限制 14个齿厚偏差 C D E F G H J K L M N P R S 3 齿轮精度的选择一般情况下三个公差组应选用相同的精度 机床主轴齿轮 第II公差组高测量仪器和分度机构的齿轮 第I公差组高起重机械及矿山机械的齿轮 第III公差组高6 5 5 FLGB10095 886 第I公差组的精度等级5 第II公差组的精度等级5 第III公差组的精度等级F 齿厚上偏差L 齿厚下偏差 五 齿形加工工艺与设备介绍 齿轮加工机床的工作原理1 成形法成形法加工齿轮所采用的刀具为成形刀具 其刀刃形状与被切齿轮齿槽的截面形状相同 使用一把成形刀具加工齿轮时 每次只加工一个齿槽 然后用分度装置进行分度 依次加工下一个齿槽 直到全部轮齿加工完毕 注 这种方法生产率较低 只适用于单件小批生产一些低速 低精度的齿轮 2 展成法展成法加工齿轮是利用齿轮的啮合原理进行的 即把齿轮啮合副中的一个制作为刀具 另一个则作为工件 并强制刀具和工件作严格的啮合运动而展成切出齿廓 用展成法加工齿轮 可以用同一把刀具加工同一模数不同齿数的齿轮 且加工精度和生产率也比较高 因此 各种齿轮加工机床广泛用这种加工方法 如滚齿机 插齿机 剃齿机等 齿轮加工机床的类型及其用途圆柱齿轮加工机床分类 滚齿机主要用于加工直齿 斜齿圆柱齿轮和蜗轮插齿机主要用于加工单联及多联的内 外直齿圆柱齿轮剃齿机主要用于淬火前的直齿和斜齿圆柱齿轮的齿廓精加工珩齿机主要用于对热处理后的直齿和斜齿圆柱齿轮的齿廓精加工 齿轮加工机床是用来加工各种齿轮轮齿的机床 由于齿轮传动具有传动比准确 传力大 效率高 结构紧凑等优点 因此 齿轮传动的应用极为广泛 机床的主要工作运动 主运动即滚刀的旋转运动 根据合理的切削速度和滚刀直径 即可确定滚刀的转速 展成运动即滚刀与工件之间的啮合运动 没滚刀头数为 工件齿数为 则每当滚刀转1转时 工件应转 垂直进给运动即滚刀沿工件轴线方向作连续的进给运动 以切出整个齿宽上的齿形 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 展成法 包络法 范成法 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一种方法 1 铣削直齿圆柱齿轮 1 原理 成形法 IT9 Ra 6 3 3 2 m M 20 盘状模数铣刀 M 20 指状模数铣刀 3 铣齿的工艺特点和应用 1 生产成本低 2 加工精度低 3 生产率低 插齿和滚齿IT8 IT7 Ra 3 2 1 6 m 1 插齿 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 主运动 插齿刀上下往复运动 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 径向进给运动 切出齿深 圆周进给运动 插齿刀的旋转运动 让刀运动 防止擦伤 3 齿轮坯的安装 内孔和端面定位 大批量生产 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 滚齿IT8 IT7 Ra 3 2 1 6 m 1 滚齿机和齿轮滚刀齿轮滚刀 相当于一个右旋螺旋齿轮 2 滚齿原理与滚齿运动滚齿原理 展成法 滚齿运动 主运动 滚刀旋转 分齿运动 垂直进给运动 切出整个齿宽 径向进给运动 切出整个齿深 3 滚齿工作范围 滚切直齿圆柱齿轮 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 6 m 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 生产类型相同齿形精加工剃齿 珩齿 磨齿 研齿 1 剃齿IT7 IT6 Ra 0 8 0 4 m 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 原理 展成法 剃齿运动剃齿刀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 04mm 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 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 3 磨齿IT6 IT4 IT3 Ra 0 8 0 2 m原理 成形法和展成法 1 成形法磨齿IT6 IT5 Ra 0 8 0 4 m 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 锥面砂轮磨齿图7 14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l齿槽的左侧面 也从根部磨至顶部 当第l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 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 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 4 研齿IT7 IT6 Ra 1 6 0 2 m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 过程 研磨轮与被研齿轮的轴线平行 研磨时被研齿轮带动平行轴线研磨法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 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 六 齿轮材料的选择对齿轮材料的基本要求为 1 齿面要有足够的硬度 以使得齿面具有较高的抗磨损 抗点蚀 抗胶合 抗塑性变形的能力 2 齿芯材料要有较高的机械性能 高强度极限 疲劳极限和足够的韧性 以使得轮齿具有足够的抗弯曲疲劳折断的能力 3 价格合理 购买方便 具有良好的加工和热处理工艺性 齿轮材料中最常用的是各种钢材 其次是铸铁 还有一些非金属材料 齿轮的毛坯由锻造 铸造或焊接而成 也可以直接用棒料加工 钢 钢材的韧性好 耐冲击 还可以通过热处理或化学处理改善材料的机械性能及提高齿面的硬度 常用的钢材有锻钢和铸钢两类 除尺寸过大或形状复杂只宜铸造者外 一般都用锻钢制造齿轮 常用的是含碳量0 15 0 6 的碳钢或合金钢 铸钢的耐磨性及强度均较好 但应经退火及常化处理 必要时也可进行调质 铸钢常用于尺寸较大的齿轮 铸铁 灰铸铁价廉 易切削 其中石墨能起润滑作用 能吸收噪音 但抗弯强度低 冲击韧性差 适用于形状复杂 尺寸较大 同时工作平稳 速度较低 功率不大的的场合 尤其适用于开式齿轮传动 球墨铸铁的力学性能和抗冲击性能远高于灰铸铁 可替代某些调质钢的大齿轮 非金属材料对高速 轻载及精度不高的齿轮传动 为了降低噪音 常采用夹布胶木 塑料 尼龙等非金属材料 非金属材料齿轮的优点是质量小 减振性好 噪音低 具有相应的抗腐蚀性 缺点是导热性差 易变形等 为了有利于散热 与其配对啮合的齿轮仍多用钢或铸铁制造 七 齿轮热处理钢制齿轮可以通过不同的热处理方法获得不同的表面硬度 工业中以350HB为界将齿轮传动分为软齿面 布氏硬度 350HB 和硬齿面 布氏硬度 350HB 洛氏硬度 38HRC 软齿面 软齿面齿轮常用的热处理方法为调质和正火 齿轮的材料一般选用中碳钢和中碳合金钢以及中碳铸钢和中碳合金铸钢 调质齿轮的强度 韧性和齿面硬度均高于正火齿轮 对于不宜调质 尺寸较大或不太重要的齿轮一般采用正火 软齿面齿轮适宜于对强度 速度和精度要求不高的齿轮传动 通常是齿轮毛坯经过热处理后进行切齿 切制后即为成品 精度一般为8级 精切时可达7级 软齿面齿轮制造简便 经济 生产率高 工艺过程 锻造毛坯 正火 粗车 调质 精加工常用材料 45 35SiMn 40Cr 40CrNi 40MnB 硬齿面硬齿面齿轮采用表面硬化处理方法 常用方法包括 表面淬火 常用材料为中碳钢和中碳合金钢 表面硬度可达48HRC 54HRC 心部韧性高 能用于承受中等冲击载荷 中 小尺寸齿轮可采用中频或高频感应加热 大尺寸可采用火焰加热 感应加热使轮齿变形较小 对精度要求不很高的齿轮传动无须进行磨齿 火焰加热变形大 齿面不易获得均匀的硬度 质量不易保证 渗碳淬火 常用材料为韧性较好的低碳钢和低碳合金钢 表面硬度可达58HRC 63HRC 用于承受较大冲击载荷的齿轮 氮化 常用材料有40CrMo 3