齿轮切制原理与根切现象

毕业设计机械制造及其自动化张晓成0604003910.6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、齿轮加工方法齿轮成型刀具实物插刀实物模型齿条插刀插齿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：滚齿（插齿）剃齿热处理珩齿滚齿（插齿）热处理磨齿剃齿齿轮滚刀滚直齿轮滚斜齿轮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。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3600/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齿轮插刀加工过程•四个运动的复合运动：１、轮坯的转动；２、轮坯的让刀运动；３、插刀的切削（上下运动）；４、插刀的径向进给运动；•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ω切削ω进给•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•db=dcos=mzcos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1234567812~1314~1617~2021~2526~3435~5455~134135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i12=w1/w2=z2/z1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、,只要用一把刀具,通过调节i12,就可以加工不同齿数的齿轮w1w2O1w1w2O2轮坯w2•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•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w0w范成运动i=w0/w=z/z0齿轮插刀切齿动画四个运动的复合运动：１、轮坯的转动；２、轮坯的让刀运动；３、插刀的切削（上下运动）；４、插刀的径向进给运动；（1）齿轮型刀具的齿形机械设计基础——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vw范成让刀复位v=wd/2=wmz/2（2）齿条型刀具的齿形四个运动的复合运动：1、轮坯１、轮的旋转运动；２、轮坯的让刀运动；３、齿条的上下运动；４、齿条的往复直线运动（回刀）；加工过程动画作者：潘存云教授作者：潘存云教授ωω0ωω0i=ω0/ω=z/z02.范成法齿轮插刀共轭齿廓互为包络线切削运动ωω0范成运动让刀运动插直齿插斜齿加工方法有：插齿和滚齿进给切削让刀ωv范成V＝ωr＝ωmz/22.2齿条插刀插齿加工过程为断续切削，生产效率低。作者：潘存云教授滚刀进给进给ω0ωvωω0范成运动V＝ωr＝ωmz/2γ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ω0切削2.3齿轮滚刀被加工齿轮滚直齿滚斜齿2.3齿轮滚刀(续)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。ttttγ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4.标准齿轮及变位齿轮的加工•１、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；•２、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ωr，即v=ωr，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ωr，即v=ωr。xmxm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xm为变位量变位齿轮的优点•（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根切现象：根切危害：根切产生原因：如何避免根切：用范成法加工齿轮时，若刀具的齿顶线（或齿顶圆）超过理论啮合线极限点N1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、根切现象作者：潘存云教授作者：潘存云教授PααrbrraN1O1基圆1.根切的后果：①削弱轮齿的抗弯强度；2.根切的原因②使重合度ε下降。23B1PB2PN1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B2落在N1点的下方：PB2PN1B2分度圆作者：潘存云教授PααrbrraN1O13PB2=PN1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B2落在N1点之上：PB2=PN12B1B2作者：潘存云教授O1PαN1rbr结论：刀具齿顶线与啮合线的交点B2落在极限啮合点N1的右上方，必发生根切。根切条件为：PB2PN1B23.避免根切的方法①提高啮合极限点N1◆加大压力角◆增加齿数Z②降低刀具齿顶线◆减小齿顶高系数*ah◆正变位x0MmhMNa*1211sinsinrPNMNmhmza*sin2222sin*ahz不根切的最小齿数：22sin*minahz作者：潘存云教授作者：潘存云教授B’ra2P3.渐开线齿轮不发生根切的最少齿数极限啮合点N1的位置随基圆大小变动当N1B2两点重合时，正好不根切。不根切的条件：在△PN1O1中有：在△PB2B’中有：代入求得：z≥2ha*/sin2α取α=20°,ha*=1，得:zmin=17h*am即：zmin＝2ha*/sin2αPN1≥PB2=mzsinα/2PN1=rsinαPB2=ha*m/sinααrbN1O1rα不根切刚好不根切根切N1rb1O1Pra1B2ra3∞h*am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。B2rb1N1rb3N1