齿轮切制原理与根切现象

1、毕业设计机械制造及其自动化机械制造及其自动化张晓成张晓成0604003910.6 切齿原理及根切现象切齿原理及根切现象齿轮加齿轮加工方法工方法仿形法仿形法铸造法铸造法热轧法热轧法冲压法冲压法模锻法模锻法粉末冶金法粉末冶金法切制法切制法最常用铣削铣削拉削拉削范成法范成法(展成法展成法共轭法共轭法包络法包络法)插齿插齿滚齿滚齿剃齿剃齿磨齿磨齿一、齿轮加工方法一、齿轮加工方法齿轮成型刀具实物齿轮成型刀具实物插刀实物模型齿条插刀插齿齿条插刀插齿 齿轮插刀加工齿轮插刀加工内齿轮插齿加工及磨齿加工齿轮的一般加工工艺路线：齿轮的一般加工工艺路线：滚齿（插齿）滚齿（插齿）剃剃 齿齿热处理热处理珩珩 齿齿滚齿（

2、插齿）滚齿（插齿）热处理热处理磨磨 齿齿剃剃 齿齿齿轮滚刀滚直齿轮滚直齿轮滚斜齿轮滚斜齿轮概括上述的齿轮加工方法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、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、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仿形法，C称为范成法范成法。 形法是在普通铣床上用轴向剖面形状与被切齿轮齿槽形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。铣完一个齿状完全相同的铣刀切制齿轮

3、的方法，如图所示。铣完一个齿槽后，分度头将齿坯转过槽后，分度头将齿坯转过3603600 0/z/z，再铣下一个齿槽，直到铣，再铣下一个齿槽，直到铣出所有的齿槽。出所有的齿槽。铣直齿铣直齿铣斜齿铣斜齿1. 仿形法铣削仿形法铣削二、齿廓切制的基本原理二、齿廓切制的基本原理齿轮插刀加工过程齿轮插刀加工过程四个运动的复合运动：、四个运动的复合运动：、轮坯的转动；、轮坯的让轮坯的转动；、轮坯的让刀运动；、插刀的切削刀运动；、插刀的切削（上下运动）；、插刀的（上下运动）；、插刀的径向进给运动；径向进给运动； 盘铣刀盘铣刀 指状铣刀指状铣刀 仿形铣刀仿形铣刀( (盘盘/ /指指):):旋转旋转+ +直移直移

4、 齿轮毛坯齿轮毛坯: : 间歇旋转间歇旋转仿形法仿形法进给进给进给分度分度切削进给进给空回空回切削切削空回分度分度作者：潘存云教授作者：潘存云教授指状铣刀加工指状铣刀加工盘铣刀加工盘铣刀加工铣刀旋转，工件进给分度、断续切削。适用于加工大模数适用于加工大模数m20 的齿轮和人字的齿轮和人字齿轮。齿轮。进给进给分度分度分度分度切削切削切削切削进给进给 刀齿形状与齿轮齿槽形状相同刀齿形状与齿轮齿槽形状相同 优点优点: :普通铣床加工普通铣床加工问题问题: : 精度低精度低 分度误差分度误差 刀具齿形误差刀具齿形误差 db= =dcoscos = =mzcoscos 决定齿形决定齿形( (z的的函数函

5、数), ), 刀具量大刀具量大工程处理工程处理: :同同m m和和 的刀具只有的刀具只有8 8把把 生产率低生产率低 空回行程空回行程 分度分度, , 夹紧等辅助工夹紧等辅助工作时间长作时间长应用应用: :修配和小批量生产修配和小批量生产仿形法加工特点仿形法加工特点8把一组各号铣刀切制齿轮齿数范围把一组各号铣刀切制齿轮齿数范围刀号刀号齿数齿数123456781213 1416 1720 2125 2634 3554 55134 135机械设计基础 齿轮传动2.范成法范成法 (展成法、包络法展成法、包络法)加工齿轮原理加工齿轮原理1) 范成运动范成运动 两轮分度圆相切两轮分度圆相切 以以 i12

6、 = w w1/w w2 = z2 /z1 传动传动2) 切削运动切削运动 齿轮插刀沿轮坯轴线方向齿轮插刀沿轮坯轴线方向作往复运动，以切除材料作往复运动，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, 通过调节通过调节i12 , 就可以就可以加工不同齿数的齿轮加工不同齿数的齿轮w1w2O1w1w2O2 轮坯w2 又称展成法、包络法又称展成法、包络法 刀具刀具: 齿轮齿轮(条条)插刀插刀, 滚刀滚刀 齿轮毛坯齿轮毛坯: 啮合式旋转啮合式旋转机械设计基础 齿轮传动 优点：优点：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不同的不同的所有齿轮。不仅可加工所

7、有齿轮。不仅可加工外齿轮，而且可加工内外齿轮，而且可加工内齿轮齿轮 缺点：缺点：加工不连续，生加工不连续，生产效率低产效率低范成法范成法齿轮插齿齿轮插齿让刀运动让刀运动范成切削运动切削运动空回运动空回运动复位复位w0w范成运动范成运动i=w w0/w w=z/z0齿轮插刀切齿动画 四个运动的复合运动：、四个运动的复合运动：、轮坯的转动；、轮坯的轮坯的转动；、轮坯的让刀运动；、插刀的切让刀运动；、插刀的切削（上下运动）；、插削（上下运动）；、插刀的径向进给运动；刀的径向进给运动；（1）齿轮型刀具的齿形）齿轮型刀具的齿形机械设计基础 齿轮传动 优点：优点：同一把同一把刀具可加工出刀具可加工出m,a

8、相同而齿相同而齿数不同的所有数不同的所有齿轮齿轮 缺点：缺点：不能加不能加工内齿轮。加工内齿轮。加工不连续，生工不连续，生产效率低产效率低范成法范成法齿条插齿齿条插齿切削切削空回空回vw范成范成让刀让刀 复位复位v=w wd/2= w wmz/2（2）齿条型刀具的齿形）齿条型刀具的齿形四个运动的复合运动：四个运动的复合运动：1、轮坯、轮的旋转运动；、轮坯、轮的旋转运动；、轮坯的让刀运动；、齿条轮坯的让刀运动；、齿条的上下运动；、齿条的往的上下运动；、齿条的往复直线运动（回刀）；复直线运动（回刀）；加工过程动画加工过程动画作者：潘存云教授作者：潘存云教授0 00 0i=0 0 /=z/z/=z/

9、z0 02. 范成法范成法齿轮插刀齿轮插刀共轭齿廓互为包络线共轭齿廓互为包络线切切削削运运动动0 0范成运动范成运动让刀运动让刀运动插直齿插直齿插斜齿插斜齿加工方法有：加工方法有：插齿和滚齿插齿和滚齿进给进给切切削削让刀让刀v范成范成Vrrmz/2mz/22.2 齿条插刀齿条插刀插齿加工过程为断续切削，生产效率低。插齿加工过程为断续切削，生产效率低。作者：潘存云教授滚刀滚刀进给进给进给进给0 0v0 0范成运动范成运动Vrrmz/2mz/2滚刀倾斜滚刀倾斜tt滚刀轴剖面相当于齿条相当于齿轮齿条啮合传动0 0切削切削2.3 齿轮滚刀齿轮滚刀被加工齿轮被加工齿轮滚直齿滚直齿滚斜齿滚斜齿2.3 齿轮

10、滚刀齿轮滚刀(续续)设计：潘存云范成法加工的特点：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用范成法加工齿轮时，只要刀具与被切齿轮的模数模数和和压力角压力角相同，不论被加工齿轮的齿数是多少，相同，不论被加工齿轮的齿数是多少，都可以用都可以用同一把刀具同一把刀具来加工，这给生产带来了很大来加工，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。的方便，因此范成法得到了广泛的应用。tttt实际生产中所用滚刀的情况：实际生产中所用滚刀的情况：渐开线蜗杆渐开线蜗杆 应用较少，因为磨齿较困难应用较少，因为磨齿较困难阿基米德蜗杆修形阿基米德蜗杆修形 应用较多，因为比较容易磨齿和修形应

11、用较多，因为比较容易磨齿和修形4. 标准齿轮及变位齿轮的加工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、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；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、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与轮坯的分度圆相切，加工出的齿轮称为变位齿轮齿条刀具为例齿条刀具为例这种齿轮称为标准齿轮。这种齿轮称为标准齿轮。1）

12、标准齿轮加工）标准齿轮加工条件：条件：齿条刀具的分度线与齿齿条刀具的分度线与齿轮毛坯的分度圆相切轮毛坯的分度圆相切刀具移动的线速度刀具移动的线速度v等于等于轮坯分度圆的线速度轮坯分度圆的线速度r，即即v =r，亦即作纯滚动。，亦即作纯滚动。加工结果：加工结果：分度圆压力角等于刀具的分度圆压力角等于刀具的齿形角齿形角 （为什么？）（为什么？）分度圆齿厚分度圆齿厚s等于刀具分度等于刀具分度线上的齿槽宽线上的齿槽宽e （为什么？）（为什么？）刀具的齿顶高等于齿轮的刀具的齿顶高等于齿轮的齿根高齿根高 （为什么？）（为什么？）2）变位齿轮加工）变位齿轮加工条件：条件：齿条刀具的分度线不与齿轮毛坯的分度圆

13、相切，相离或相割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刀具移动的线速度v等于轮坯分度圆的线速度等于轮坯分度圆的线速度r，即，即v =r。xmxm相割相割相切相切相离相离称称x为变位系数为变位系数相割时相割时x为负值为负值相离时相离时x为正值为正值相切时相切时x为零为零称称xm为变位量为变位量变位齿轮的优点变位齿轮的优点 （1） 可以避免根切可以避免根切 （2）可以提高齿轮轮齿的抗弯曲强度）可以提高齿轮轮齿的抗弯曲强度 （3）可以配凑中心距）可以配凑中心距 根切现象： 根切危害： 根切产生原因：如何避免根切 ： 用范成法加工齿用范成法加工齿轮时，若刀具的齿顶轮时，若

14、刀具的齿顶线（或齿顶圆）超过线（或齿顶圆）超过理论啮合线极限点理论啮合线极限点N N1 1时，被加工齿轮齿根时，被加工齿轮齿根附近的渐开线齿廓将附近的渐开线齿廓将被切去一部分，这种被切去一部分，这种现象称为根切（如图现象称为根切（如图所示）。所示）。 根切使齿轮的抗弯强度削弱、承载能力降低、啮合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。过程缩短、传动平稳性变差，因此应避免根切。三、三、 根切现象根切现象作者：潘存云教授作者：潘存云教授PrbrraN1O1基圆基圆1. 根切的后果：根切的后果： 削弱轮齿的抗弯强度；削弱轮齿的抗弯强度；2. 根切的原因根

15、切的原因使重合度使重合度下降。下降。23B1PB2PN1 不根切不根切1刀具在位置刀具在位置1开始切削齿间；开始切削齿间；在位置在位置2开始切削渐开线齿廓；开始切削渐开线齿廓；在位置在位置3切削完全部齿廓；切削完全部齿廓；当当B2落在落在N1点的下方点的下方： PB2PN1B23. 避免根切的方法避免根切的方法 提高啮合极限点提高啮合极限点N1 加大压力角加大压力角 增加齿数增加齿数Z 降低刀具齿顶线降低刀具齿顶线 减小齿顶高系数减小齿顶高系数*ah 正变位正变位x0MmhMNa* 1 211sinsinrPNMN mhmza*sin 22 22sin*ahz 不根切的最小齿数：不根切的最小齿数： 22sin*minahz 作者：潘存云教授作者：潘存云教授Bra2P3. 渐开线齿轮不发生根切的最少齿数渐开线齿轮不发生根切的最少齿数极限啮合点极限啮合点N1的位置随基圆大小变动的位置随基圆大小变动当当N1 B2两点重合时，正好不根切。两点重合时，正好不根切。不根切的条件：不根切的条件：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, h