3传动齿轮ppt课件

HunanIndustryPolytechnic 工程机械生产过程工艺计划与实施 工程机械生产过程工艺计划与实施 教学团队 HunanIndustryPolytechnic 任务三 传动齿轮零件加工工艺计划与实施 主讲 罗永新 HunanIndustryPolytechnic 变速箱传动齿轮零件 任务描述 HunanIndustryPolytechnic 任务描述 1 在工程机械中 齿轮是一种常见的传动零件 齿轮的加工精度直接影响着传动精度和传动平稳性 也影响承载能力 图3 1是某工程机械变速箱中的一个齿轮 该零件的年生产量为1万件 请根据实际加工条件和生产能力 编制齿轮的机械加工工艺 并组织实施 具体要求如下 1 确定齿轮加工工艺方案 2 编制齿轮的加工工艺过程卡 3 设计齿轮的毛坯 并绘制毛坯图 4 编制轮齿加工工序卡 5 完成工作任务单中所有内容 见校本教材 6 对学习情境作出评价 填写学习评价表 7 对相关图纸 工艺文件 工作任务单 评价表等资料装订归档 资讯 2 1 HunanIndustryPolytechnic 工况条件 工程机械传动齿轮种类多 范围广 不同种类的工程机械传动齿轮要求差别很大 但共同的特点是承载要求普遍高 传动齿轮共同的功用有 1 按一定的传动比传递运动和动力 2 具有传动比准确 传动力大 效率高 结构紧凑 可靠耐用等 齿轮传动 用于传递任意两轴间的运动和动力 其圆周速度可达到300m s 传递功率可达105kW 齿轮直径可从不到1mm到150m以上 资讯 3 1 HunanIndustryPolytechnic 开式传动 低速传动 润滑条件差 易磨损 半开式传动 装有简单的防护罩 但仍不能严密防止杂物侵入 闭式传动 齿轮等全封闭于箱体内 润滑良好 使用广泛 1 开式 半开式传动在农业机械 建筑机械以及简易的机械设备中 有一些齿轮传动没有防尘罩或机壳 齿轮完全暴露在外边 称开式齿轮传动 这种传动不仅外界杂物极易侵入 而且润滑不良 因此工作条件不好 轮齿也容易磨损 故只宜用于低速传动 齿轮传动装有简单的防护罩 有时还把大齿轮部分地浸入油池中 则称为半开式齿轮传动 它工作条件虽有改善 但仍不能做到严密防止外界杂物侵入 润滑条件也不算最好 资讯 5 1 HunanIndustryPolytechnic 2 闭式传动汽车 机床 航空发动机等所用的齿轮传动 都是装在经过精确加工而且封闭严密的箱体 机匣 的 称为闭式齿轮传动 齿轮箱 它与开式或半开式的相比 润滑及防护等条件最好 多用于重要的场合 通用闭式齿轮传动 其润滑方法根据齿轮圆周速度大小而定 当齿轮圆周速度v 12m s时 常将大齿轮轮齿进入油池进行浸油润滑 齿轮浸入油中的深度可视齿轮圆周速度大小而定 对圆柱齿轮通常不宜超过一个齿高 但一般不小于10mm 对圆锥齿轮应浸入全齿宽 至少应浸入齿宽的一半 在多级齿轮传动中 可借带油轮将油带到未进入油池内的齿轮的齿面上 资讯 1 HunanIndustryPolytechnic 1 齿轮零件加工工艺设计计划 掌握机械零件生产过程与工艺计划的一般方法与步骤 齿轮插刀插齿 2 学会工艺规程的设计基本规范 1 学会齿轮的加工方法和加工方案 2 学会规划齿轮加工的工序尺寸 掌握齿轮齿形加工方案 3 学会使用滚齿 插齿刀具 4 学会齿坯加工方案 5 进一步掌握工艺规程设计规范 3 HunanIndustryPolytechnic 计划 2 1 学生分组及安排 4 HunanIndustryPolytechnic 计划 2 2 学习方法及步骤 5 HunanIndustryPolytechnic 计划 2 3 学习资源 教材 实用机械制造工艺设计手册 数控中心 实习工厂 相关网址 1 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 齿轮加工的方法有很多 根据成形原理可分为展成法和仿形法 展成法是利用相互啮合的两齿轮既转动又有相对滑动的特点 通过包络线切除齿坯上多余材料而形成齿轮 主要有滚齿 插齿 剃齿 珩齿以及展成法磨齿 仿形法是根据成形齿轮刀具的形状 在齿坯上切除材料而成形的方法 如铣齿 拉齿等 齿轮加工方法的选择与齿轮的精度和形状有关 齿轮的精度等级应根据齿轮的用途 使用要求 传递功率及圆周速度及其它技术要求而定 同时考虑切齿工艺及经济性 齿轮3个公差组的精度等级应分别规定 可采用同级 也可以不同级 但同一公差组中的项目必须同级 齿轮副中两齿轮对应公差组的精度采用同级 也允许不同级 齿轮加工方法 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 范成法 范成法是利用一对齿轮无侧隙啮合时两轮的齿廓互为包络线的原理加工齿轮的 加工时刀具与齿坯的运动就像一对互相啮合的齿轮 最后刀具将齿坯切出渐开线齿廓 范成法切制齿轮常用的刀具有三种 1 齿轮插刀是一个齿廓为刀刃的外齿轮 2 齿条插刀是一个齿廓为刀刃的齿条 3 齿轮滚刀像梯形螺纹的螺杆 轴向剖面齿廓为精确的直线齿廓 滚刀转动时相当于齿条在移动 可以实现连续加工 生产率高 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 1 滚齿加工 滚齿加工原理 滚齿是应用一对螺旋圆柱齿轮的啮合原理进行加工的 所用刀具称为齿轮滚刀 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 滚齿的加工精度等级一般为6 9级 对于8 9级精度齿轮 可直接滚齿得到 对于7级精度以上的齿轮 通常滚齿可作为齿形的粗加工或半精加工 当采用AA级齿轮滚刀和高精度滚齿机时 可直接加工出7级精度以上的齿轮 生产率高 通用性好 运动精度高 粗糙度大 既可加工圆柱齿轮 又可加工蜗轮 既可加工渐开线齿形又可加工圆弧 摆线等齿形 既可加工小模数 小直径齿轮 又可加工大模数 大直径齿轮 但不能加工内齿轮 齿条 人字齿 齿圈很近的多联齿轮 滚齿加工特点 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 1 床身 2 立柱 3 刀架溜板 4 刀杆 5 刀架体6 支架 7 心轴 8 后立柱 9 工作台 10 床鞍 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 1 螺母 2 压板 3 工件 4 垫板 5 套筒 6 心轴 7 底座 滚齿加工时 也可以将工件安装在如图3 5所示的夹具上 但安装精度很高 要求工件在滚齿过程中 跳动不超过0 01mm 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 2 插齿插齿应用范围广泛 它能加工内外啮合齿轮 扇形齿轮齿条 斜齿轮等 但是加工齿条需要附加齿条夹具 并在插齿机上开洞 加工斜齿轮需要螺旋刀轨 所以插齿适合于加工模数教小 齿宽较小 工作平稳性要求较高 运动精度要求不高的齿轮 齿条插刀 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 插齿原理及运动插齿加工时 插齿刀与工件相当于一对平行轴的圆柱直齿轮啮合 如图3 6所示 插齿的主要运动有 切削运动 上下往复运动 分齿展成运动 径向进给运动 让刀运动 切削运动 即插齿刀的上下往复运动 分齿展成运动 插齿刀与工件间应保证正确的啮合关系 插齿刀每往复一次 工件相对刀具在分度圆上转过的弧长为加工时的圆周进给运动 径向进给运动 插齿时 为逐步切至全齿深 插齿刀应该有径向进给运动 让刀运动 插齿刀做上下往复运动时 向下是工作行程 为了避免刀具檫伤已加工的齿面并减少刀齿的磨损 在插齿刀向上运动时 工作台带动工件退出切削区异端距离 插齿刀工作行程时 工件恢复原位 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 插齿机床插齿机主要用于加工多联齿轮和内齿轮 加附件后还可加工齿条 在插齿机上使用专门刀具还能加工非圆齿轮 不完全齿轮和内外成形表面 如方孔 六角孔 带键轴 键与轴联成一体 等 加工精度可达7 5级 1 最大加工工件直径达12米 插齿机分立式和卧式两种 前者使用最普遍 立式插齿机又有刀具让刀和工件让刀两种形式 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 根切现象 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 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 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 3 剃齿剃齿原理剃齿是根据一对轴线交叉的斜齿轮啮合时 沿齿向有相对滑动而建立的一种加工方法 剃齿刀与工件间有一夹角 g d g d分别为工件与刀具的分度圆螺旋角 工件与刀具螺旋方向相同时为 相反时为 如图3 8所示 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 剃齿原理剃齿时剃齿刀和齿轮是无侧隙双面啮合 剃齿刀刀齿的两侧面都能进行切削 当工件旋向不同或剃齿刀正反转时 刀齿两侧切削刃的切削速度是不同的 为了使齿轮的两侧都能获得较好的剃削质量 剃齿刀在剃齿过程中应交替的进行正反转动 剃齿方法有 剃齿刀与工件间有夹角 轴向剃齿 对角剃齿 切向剃齿 径向剃齿 剃齿应用于非淬火齿轮的精加工 淬火齿轮淬硬前的半精加工 剃齿改善齿轮的平稳性精度 接触精度和表面粗糙度 不会提高运动精度 生产率高 成本低 剃齿齿轮材料要求是 材料均匀 杂质和韧性小 硬度33 52HRC最好 齿轮剃前齿轮精度为剃后精度低一个精度等级 对公法线长度变动 Fw修整能力差 对径向跳动修正能力强 剃齿余量适中为 0 01 0 03毫米 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 4 珩齿珩齿是热处理后的一种光整加工方法 珩齿的运动关系和所用机床与剃齿相似 珩轮与工件是一对斜齿轮副无侧隙的自由紧密啮合 所不同的是珩齿所用刀具是含有磨料 环氧树脂等原料混合后在铁心上浇铸而成的塑料齿轮 切削是在珩轮与被加工齿轮的 自由啮合 过程中 靠齿面间的压力和相对滑动来进行的 如图3 9所示 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 5 磨齿磨齿是齿形加工中加工精度最高的一种方法 对于淬硬的齿面 要纠正热处理变形 获得高精度齿廓 磨齿是目前最常用的加工方法 磨齿运动是用强制性的传动链 因此它的加工精度不直接决定于毛坯精度 磨齿可使齿轮精度最高达到3级 可用于精加工5级以上淬硬齿轮 表面粗糙度Ra值可以达到0 8 0 2 但加工成本高 生产率较低 磨齿方法很多 根据磨齿原理的不同可以分成形法和展成法两类 成形法是一种用成形砂轮磨齿的方法 目前生产中应用较少 但它已经成为磨削内齿轮和特殊齿轮时必须采用的方法 展成法是利用齿轮与齿条啮合原理进行加工的方法 这种方法是将砂轮的工作面构成假象齿条的单侧或双侧齿面 在砂轮与工件的啮合运动中 砂轮的磨削面包络出渐开线齿面 双片碟形砂轮磨齿 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 用两个锥形砂轮磨齿 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 单片锥形砂轮磨齿示意图 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 6 挤齿挤齿原理为无切削光整加工代替剃齿 用于齿轮淬火前齿形精加工 挤齿特点是生产率高 精度高 齿面粗糙度小 挤轮寿命长 成本低 被挤齿轮寿命长 挤多联齿轮不受限制 冷挤齿轮对余量有要求 冷挤余量主要用于填补表面凹缺部分 改变金属在齿面的分布情况 还有小部分向四周流出 形成飞边 挤量太小 达不到冷挤效果 挤量太大 造成金属积压 破坯挤齿精度 挤量大小主要取决于预加工齿轮的材料和齿面状态 对于正火处理的45钢和40Cr齿轮 挤齿前滚齿齿轮 在公法线长度上的挤量为0 05 0 10mm 挤齿前的插齿齿轮 则由于表面质量较好 挤量可小些 约为0 03 0 06mm 挤齿对余量分布形式没有剃齿要求苛刻 在整个齿高上的余量可以均匀分布 这样 不但便于制造 而且齿根强度不受削弱 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 7 齿端加工齿轮的齿端加工有倒圆 倒尖 倒棱和去毛刺等方式 如图3 11所示 经倒圆 倒尖后的齿轮在换档时容易进入啮合状态 减少撞击现象 倒棱可除去齿端尖角和毛刺 图3 12是用指状铣刀对齿端进行倒圆的加工示意图 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 3 2 2齿轮加工刀具1 铣刀 盘状成型齿轮铣刀指形齿轮铣刀 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 2 滚刀 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 2 滚刀 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 滚刀前角示意图 a 零前角 b 正前角 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 前角与螺旋角组合可能有四种形式 权衡加工精度 效率 滚刀成本 这四种结构形式及适用范围如下 零前角直槽滚刀适用于模数1m 10m标准齿轮滚刀 其优点是制造 刃磨 检验方便 正前角直槽滚刀适用于齿轮专业工厂使用的滚刀 其优点是切齿精度与滚齿效率较高 并能改善切削条件 零前角螺旋槽滚刀适用于螺旋升角 z0 5 的多头 大模数滚刀及蜗轮滚刀 刀齿两侧工作前角相等 正前角螺旋槽滚刀则很少使用 2 滚刀后面结构参数后面包括齿顶铲面及左右侧铲面 它们都是阿基米德螺旋面 一般齿轮滚刀顶刃后角取10 12 按此计算铲削量并选择凸轮 铲磨后两侧刃正交平面后角约为4 左右 2 滚刀的齿形参数滚刀的齿形参数指模数 齿形角 齿高等参数 由滚齿原理可知 滚刀产形螺杆法向模数 齿形角 应与被切齿轮的法向模数mn 分度圆压力角 n相等 其余法向齿形参数可按被切齿轮法剖面参数确定 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 3 滚刀的结构参数包括安装 定位结构参数及刀齿容屑槽参数 1 外形结构参数滚刀的外形尺寸包括外径do 孔径D 全长L 凸台直径d1与宽度l1等 2 端面齿槽参数滚刀端面齿槽形状类似铲齿成形铣刀 主要参数有槽数Z 槽深H 铲削量K以及槽形角 槽底圆弧半径等 3 分度圆参数是指分度圆直径do 见图中a分度圆螺旋升角 z0 它们是滚刀齿形计算的原始参数 滚刀端面上应打印分度圆螺旋升角 z0 模数mn 精度等级 供选刀时用 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 3 插齿刀 斜齿插齿刀的工作原理 斜齿插齿刀 插齿刀的工作原理 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 锥柄直齿插齿刀 碗形直齿插齿刀 插齿刀的形状很像一个圆柱齿轮 其模数 齿形角与被加工齿轮对应相等 只是插齿刀有前角 后角和切削刃 刀具和工件相当于一对轴线相互平行的圆柱齿轮相啮合 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 较常用的直齿插齿刀均已标准化了 按国标GB6081 85规定 直齿插齿刀分为三种类型 即盘形 碗形和带锥柄型 盘形和碗形直齿插齿刀分三种精度等级 AA A和B级 分别用于加工6 7 8级精度的齿轮 带锥柄型插齿刀分A B两种精度等级 分别用于加工7 8级精度的齿轮 现有的W18Cr4V高速钢插齿刀在200m min左右的切削速度下工作 标准的插齿刀的前角 5 后角 6 我们可以进行改进 精插时可将切削速度提高到60m min 若将前角增大到 15 后角增大到 9 刀具耐用度可提高三倍左右 此外 采用串联安装实现多件加工以减少空程损失 对齿宽很小的齿轮能成倍地提高生产率 目前 已有采用多把插齿刀进行插齿加工的插齿机 生产效率的提高更为显著 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 3 2 4齿轮的加工方法与方案 齿坯加工 齿形加工 热处理齿形精加工等四个主要步骤 一般可归纳成工艺路线如下 毛坯制造 毛坯热处理 齿坯加工 齿形加工 齿圈热处理 齿轮定位表面精加工 齿圈的精整加工 1 9级精度以下齿轮 一般采用铣齿 齿端加工 热处理 修正内孔的加工方案 若无热处理可去掉修正内孔的工序 此方案适用于单件小批生产或维修 2 8 7级精度齿轮 采用滚 插 齿 齿端加工 淬火 修正基准 珩齿 研齿 的加工方案 若无淬火工序 可去掉修正基准和珩齿工序 此方案适于各种批量生产 3 7 6级精度齿轮 采用滚 插 齿 齿端加工 剃齿 淬火 修正基准 珩齿 或磨齿 的加工方案 单件小批生产时采用磨齿方案 大批大量生产时采用珩齿方案 如不需淬火 则可去掉磨齿或珩齿工序 4 6 3级精度齿轮 采用滚 插 齿 齿端加工 淬火 修正基准 磨齿加工方案 此方案适用各种批量生产 如果齿轮精度虽低于6级 但淬火后变形较大的齿轮 也需采用磨齿方案 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 1 基准的选择 以内孔和端面定位 这种定位方式是工件内孔限制2个或4个自由度 再以端面作为轴向定位基准 并对着端面夹紧 以外圆和端面定位 当工件和定位心轴的配合间隙较大时 采用千分表校正外圆以确定中心的位置 并以端面进行轴向定位并夹紧 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 齿轮毛坯的加工 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授技能训练 3 1 齿坯加工的工件安装 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3 滚刀的安装加工直齿轮滚刀倾斜螺旋升角 加工斜齿轮右 左 旋滚刀加工右 左 旋齿轮 右 左 旋滚刀加工左 右 旋齿轮 加工斜齿轮时 滚刀转动一个导程 齿轮要有一个附加转动 有差动机构完成 2 HunanIndustryPolytechnic 实施 讲授核心知识 3