渐开线直齿圆柱齿轮的切削加工

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、齿轮加工方法二、齿廓切制的基本原理§3-5渐开线直齿圆柱齿轮的切削加工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•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作者：潘存云教授作者：潘存云教授ωω0ωω0i=ω0/ω=z/z02.范成法(1)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/2(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(3)齿轮滚刀被加工齿轮齿轮插刀齿条插刀优点：用一把插刀可以加工出m、α相同而齿数不同的各种齿轮(包括内齿轮)。缺点：切削不连续，生产效率较低。优点：用一把滚刀可以加工出m、α相同而齿数不同的各种齿轮，切削连续，生产效率高。缺点：不能加工内齿轮。铣削法拉削法滚直齿滚斜齿(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：PB2PN1B2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(简略)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§3-6齿轮的失效形式与齿轮材料一.齿轮轮齿常见的的失效形式(P69)1.轮齿折断从形态看,轮齿折断有整体折断和局部折断两种形式。整体折断一般发生在齿根,这是因为轮齿相当于一个悬臂梁,受载后轮齿根部产生的弯曲应力最大,而且是交变应力。当齿轮单侧受载时,应力呈脉动循环变化；当齿轮双侧受载时,应力呈对称循环变化。轮齿在周期变化的弯曲应力作用下,齿根过渡部分常存在应力集中,当应力值超过材料的弯曲疲劳极限时,齿根处产生疲劳裂纹,裂纹逐渐扩展,致使轮齿整体折断,这种折断称为疲劳折断,如图19所示。局部折断通常发生于轮齿的一端,这是由于载荷集中造成的。图19轮齿折断2.齿面疲劳点蚀轮齿工作时,齿面接触处产生很大的接触应力,脱离啮合后接触应力消失,对齿面某一固定点来说它受到的接触应力是周期变化的脉动循环应力。当这种接触应力超过了轮齿材料的接触疲劳极限时,齿面产生裂纹,裂纹扩展致使表层金属微粒脱落,形成一些浅坑(小麻点),这种现象称为齿面点蚀,如图20所示。图20齿面点蚀疲劳点蚀3.齿面磨损轮齿在啮合过程中存在相对滑动,致使齿面间产生摩擦、磨损。当金属微粒、砂粒、灰尘等硬质磨粒进入轮齿间时引起磨粒磨损,如图21所示。齿面磨损使渐开线齿廓破坏,齿厚减薄,致使侧隙增大而引起冲击和振动。而且还会因齿厚减薄使强度降低而导致轮齿折断。闭式齿轮传动中,只要经常注意润滑油的更换和清洁,一般不会发生磨粒磨损。而开式齿轮传动中,由于磨损速度较快,通常齿面还来不及达到点蚀的程度,其表层材料就已被磨损,引起磨粒磨损,因此点蚀现象一般不会发生。图21齿面磨损4.齿面胶合在高速重载齿轮传动中,由于轮齿齿面受到很大的压力,润滑油膜容易破裂；而在低速重载齿轮传动中,齿面润滑油膜不易形成,这些都会造成轮齿啮合区局部相互接触的齿面发生高温粘连或是压力粘连。同时齿廓间存在相对滑动,致使齿面金属被撕落下来,在齿面沿滑动方向出现条状伤痕,这称为胶合,如图22所示。图22齿面胶合5.塑性变形重载时,在摩擦力作用下,轮齿表层材料将沿着摩擦力方向发生塑性流动,导致主动齿轮齿面节线处出现凹沟,从动齿轮齿面节线处出现凸棱,此称为齿面塑性变形,如图23所示。齿面塑性变形使齿形被破坏,直接影响齿轮的正常啮合。为防止齿面的塑性变形,可采用提高齿面硬度,选用粘度较高的润滑油等措施。1主动轮从动轮2摩擦力主向图23塑性变形二、设计准则（不讲简略）闭式传动(点蚀和断齿均可能发生）软齿面(点蚀):1）按齿面接触疲劳强度设计(先求d或m)2）然后校核齿根弯曲疲劳强度,最后计算尺寸硬齿面(断齿):1）按齿根弯曲疲劳强度设计(先求m再计算尺寸)2）然后校核齿面接触疲劳强度开式传动(磨损)（齿面磨粒磨损、轮齿折断）1）按齿根弯曲疲劳强度设计(求m)2）然后将ｍ增大10％～20％(用来磨损补偿)闭式高速重载传动（胶合）措施：提高齿面硬度和粗糙度；采用粘度较大的润滑油（低速）或采用含有添加剂抗胶合性能强的润滑油（高速）；采取散热措施。三、常用材料（P70）由轮齿的失效分析可知，齿轮材料的基本要求：齿面硬、齿芯韧即：(1)齿面应有足够的硬度，以抵抗齿面磨损、点蚀、胶合以及塑性变形等；(2)齿芯应有足够的强度和较好的韧性，以抵抗齿根折断和冲击载荷：(3)应有良好的加工工艺性能及热处理性能．使之便于加工且便于提高其力学性能。最常用的齿轮材料是钢．此外还有铸铁及一些非金属材料等。1．锻钢锻钢因具有强度高、韧性好、便于制造、便于热处理等优点，大多数齿轮都用锻钢制造。(1)软齿面齿轮：齿面硬度350HBS，常用中碳钢和中碳合金钢，如45钢．40Cr，35SiMn等材料，进行调质或正火处理。这种齿轮适用于强度、精度要求不高的场合，轮坯经过热处理后进行插齿或滚齿加工，生产便利、成本较低。在确定大．小齿轮硬度时应注意使小齿轮的齿面硬度比大齿轮的齿面硬度高30一50HBS，这是因为小齿轮受载荷次数比大齿轮多，且小齿轮齿根较薄．为使两齿轮的轮齿接近等强度，小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。(2)硬齿面齿轮硬齿面齿轮的齿面硬度大于350HBS，常用的材料为中碳钢或中碳合金钢经表面淬火处理。2．铸钢当齿轮的尺寸较大(大于400一600mm)而不便于锻造时．可用铸造方法制成铸钢齿坯，再进行正火处理以细化晶粒。ZG310-570、ZG340-6403．铸铁低速、轻载场合的齿轮可以制成铸铁齿坯。当尺寸大于500mmm时可制成大齿圈，或制成轮辐式齿轮。用于开式、低速传动的齿轮→强度差,易成型灰口铸铁－HT200、HT300球墨铸铁－QT500-74.非金属材料适用于高速轻载低、精度要求不高的场合。四、许用应力1.齿面接触疲劳许用应力［σH］为式中带lim下标的应力是试验齿轮在持久寿命期内失效概率为1％的疲劳极限应力。接触疲劳极限σHlim查表3-4；SH为齿面接触疲劳强度安全系数，值为1HHHSlim2.许用弯曲应力计算公式为弯曲疲劳极限σFlim表3-4；SF为齿根弯曲疲劳强度安全系数，值为1.4FFFSlim§3-7直齿圆柱齿轮传动的受力分析及强度计算一.齿轮传动的受力分析进行齿轮的强度计算时，首先要知道齿轮上所受的力，这就需要对齿轮传动作受力分析。当然，对齿轮传动进行力分析也是计算安装齿轮的轴及轴承时所必需的。齿轮传动一般均加以润滑，啮合轮齿间的摩擦力通常很小，计算轮齿受力时，可不予考虑。1、受力分析：（力的大小）若略去摩擦力的影响,则该集中力为沿啮合线指向齿面的法向力Fn。法向力可分解为两个分力，即圆周力Ft和径向力Fr,各力的大小计算如下:齿轮传动受力分析圆周力径向力法向力cos2costan21111dTFFFFdTFtntrt式中,d1为主动齿轮的分度圆直径,单位为mm；T1为主动齿轮传递的名义转矩,单位为N·mm。如果主动轮传递功率为P1(kW),转速为n1(r/min),则mmNnPT11611055.92、计算载荷与载荷系数P722、计算载荷与载荷系数P72cos211dKTKFFnnc2__2.1___KK载荷系数cos211dTFn是名义载荷，由于制造安装误差、轮齿、轴的变形，使实际载荷比名义载荷大二.齿面接触强度计算1.齿面接触疲劳强度的计算齿面接触疲劳强度计算是针对齿面疲劳点蚀进行的。如图10.30所示,一对渐开线圆柱齿轮啮合时,其齿面接触状况可近似认为与圆柱体的接触相当,故其齿面的接触应力σH可近似地用赫兹公式进行计算。经推导可得出一对外啮合渐开线标准直齿轮的接触应力计算公式为iibdKTZiisisdbdKTZEEH12cossin212cos2211111d′2db2′N2C′N1d′1db112图10.30齿轮接触强度计算——节点区域系数，标准直齿为2.49为计算方便,用转矩T1表示载荷,并考虑各种影响引入载荷系数K,并将ZH=2.49代入，经等量变换、整理后,可得齿面接触强度的校核公式为HHEHiibdKTZZ12211式中ZE为材料的弹性系数，见表3-5；K为载荷系数，K=3-5；T1为扭矩，i为两齿轮齿数比，i=z2/z1；b为轮齿宽度；引入齿宽系数ψd=b/d1，并带入上式,得到齿面接触疲劳强度的设计公式为312112iiKTZZddHHE何龙雨-不是因为你美丽我才爱上你.mp32.齿轮传动强度计算说明(1)因配对齿轮σH1=σH2，按接触设计时取[σH]1与[σH]2的较小者代入设计公式。(2)齿轮的齿面接触疲劳强度与齿轮的直径或中心距的大小有关，而与模数的大小无关。当一对齿轮的材料、齿宽系数、齿数比一定时，由齿面接触强度所决定的承载能力仅与齿轮的直径或中心距有关。三、齿根弯曲疲劳强度的计算齿根弯曲疲劳强度的计算是针对轮齿疲劳折断进行的。计算时假设