斜齒圓柱齒輪傳動與加工工藝

1、1斜齒圓柱齒輪傳動1.1齒面形成研究直齒圓柱齒輪時知道，兩輪的齒廓面沿一條平行于齒輪軸的直線KK '相接觸，KK '與發(fā)生面在基圓柱上的切線 NN '平行。當發(fā)生面沿基圓柱做純滾動時，直線KK '在空間形成的軌跡就是一個漸開面，即直齒輪的齒廓曲面，如圖 1示。圖1直齒齒輪漸開線的形成斜齒圓柱齒輪齒面的形成原理和直齒圓柱齒輪的情況相似，所不同的是發(fā)生面上的直線KK '與直線 NN '不平行，即與齒輪軸線不平行面是與基圓桿母線NN '成一夾角 直。故當發(fā)生面沿基圓柱作純滾動時，直線KK '上的每一點都依次從基圓柱面的接觸點開始展成一條

2、漸開線，而直線KK '上各點所展成的漸開線的集合就是斜齒輪的齒面。由此可知，斜齒輪齒廓曲面與齒輪瑞面（與基圓柱軸線垂直的平面 ）上的交線（即端面上的齒廓曲線）仍是漸開線。而且由于這些漸開線有相同的基圓柱，所以它們的形狀都是一樣的，只是展成的起始點不 同面己，即起始點依次處于螺旋線KoK。上的各點。所以其齒面為漸開螺旋面，如圖2示。由此可見斜齒圓柱齒輪的端面齒廓曲線仍為漸開線?？蓪⒅饼X圓柱齒輪看成斜齒圓柱齒輪的一個特例。從端面看，一對漸開線 斜齒輪傳動就相當于一對漸開線直齒輪傳動，所以它也滿足齒廓嚙合基本定律。圖2斜齒齒輪的漸開線形成斜齒圓柱齒輪傳動和直齒圓柱齒輪傳動一樣，僅限于傳遞兩平

3、行軸之間的運動。如果兩斜齒輪分度圓上的螺 旋角不是大小相等且方向相反，則這樣的一對斜齒輪還可以用來傳遞既不平行又不相交的兩軸之間的運動。為 了便于區(qū)別，把用于傳遞兩平行軸之間的運動，稱為斜齒圓柱齒輪傳動；用于傳遞兩交錯軸之間的運動，稱為 交錯軸斜齒輪傳動。斜齒圓柱齒輪傳動中的兩輪齒嚙合為線接觸，而交錯軸斜齒輪傳動中的兩輪齒嚙合為點接 觸。一對斜齒圓柱齒輪嚙合時，齒面上的接觸線是由一個齒輪的一端齒頂（或齒根）處開始逐漸由短變長，再由長變短，至另一端的齒根 （或齒頂）處終止。這樣就減少了傳動時的沖擊和噪聲，提高了傳動的平穩(wěn)性，故斜齒輪 適用于重載、高速傳動。圖3斜齒輪嚙合總之：斜齒輪的輪齒為螺旋形

4、，在垂直于齒輪軸線的端面（下標以t表示）和垂直于齒廓螺旋面的法面（下標以n表示）上有不同的參數。斜齒輪的端面是標準的漸開線，但從斜齒輪的加工和受力角度看，斜齒輪的法面 參數應為標準值。1.2斜齒圓柱齒輪的參數及幾何尺寸計算螺旋角一：圖4所示為斜齒輪分度圓柱面展開圖，螺旋線展開成一直線，該直線與軸線的夾角B稱為斜齒輪在分度圓柱上的螺旋角，簡稱斜齒輪的螺旋角。圖4斜齒輪分度圓柱面展開圖旋向有左右之分，角度也有正負之分。旋向的判斷方法：沿齒輪軸線方向觀看齒輪，輪齒向左偏為左旋齒輪，向右偏為右旋齒輪，如圖5所示。圖5旋向區(qū)分左旋右旋螺旋角B：對于基圓柱同理可得其螺旋角席:所以有通常用分度圓上的螺旋角B

5、斜進行幾何尺寸的計算。螺旋角B越大，輪齒就越傾斜，傳動的平穩(wěn)性也越好，但軸向力也越大。通常在設計時取8 °20° 。對于人字齒輪，其軸向力可以抵消，但加工較為困難，一般用于重型機械的齒輪傳動中。模數如圖6所示，pt為端面齒距，Pn為法面齒距，pn = p cos ：，因為 p二二m，二mt cos -二mn，故端面模數與法面模數關系為：mt cos 一： = mn。圖6參數之間的關系壓力角 因斜齒圓柱齒輪和斜齒條嚙合時，它們的法面壓力角和端面壓力角應分別相等，所以斜齒圓柱齒輪法面壓力角:'n和端面壓力角 宀的關系可通過斜齒條得到。在圖7所示的斜齒條中，平面ABD在端

6、面上，平面 ACE在法面 S 上，/ ACB=90 。在直角 ABD、 ACE 及厶ABC 中，tanott=AB/BD、tanan = AC/CE、AC 二 AB cos ：、BD 二 CE，所以有：tan ： n = tan 靂t cos :圖7壓力角間的關系齒頂高系數及頂隙系數無論從法向或從端面來看，輪齒的齒頂高都是相同的，頂隙也是相同的，即hat 二 han COS I '， Ct = Cn COS :* * * *式中：han 法面齒頂高系數，han =1 ； Cn 法面頂隙系數，Cn=0.25。1.3 一對斜齒圓柱齒輪的嚙合傳動正確嚙合條件嚙合處的齒向相同即：模數及壓力角分

7、別相等，mn1 =mn2，口n1=an2， m = m2， atat2。同時螺旋角存在關系：外嚙合卜1 - - - 2 ；內嚙合L1 = 2圖8斜齒輪外嚙合傳動的重合度圖9齒輪嚙合傳動區(qū)示意圖圖9上為直齒輪傳動的嚙合面，L為其嚙合區(qū)，故直齒輪的重合度為式中Pbt為端面上的法向齒距。圖9下為斜齒輪的嚙合情況，由于齒輪是傾斜的，故嚙合區(qū)總長度為LL ,其總重合度為式中：二L/Pbt為端面重合度。參考直齒輪計算公式：=丄/ Pbt為軸向重合度或縱向重合度，其計算公式為1.4當量齒輪與當量齒數在用仿形法加工斜齒輪時，銑刀是沿垂直于其法面方向進刀的，故應按法面的齒形來選擇銑刀，在計算輪齒 的強度時，由于

8、力是作用在法面內，因而也需要知道法面的齒形。漸開線齒輪的齒形取決于其基圓半徑的大 小，在模數、壓力角一定的情況下，基圓的半徑取決于齒數，即齒形與齒數有關。因此，在研究斜齒輪的法面 齒形時，可以虛擬一個與斜齒輪的法面齒形相當的直齒輪，稱這個虛擬的直齒輪為該斜齒輪的當量齒輪；這個 當量齒輪的模數和壓力角即為斜齒輪的法面模數和壓力角，其齒數則稱為該斜齒輪的當量齒數。為了確定斜齒輪的當量齒數，過斜齒輪分度圓螺旋線上一點C，作該輪齒螺旋線的法向剖面，該剖面與分度圓柱的交線為一橢圓。在此剖面上，點C附近的齒形可近似地視為斜齒輪法面上的齒形；將以橢圓上點C的曲率半徑為半徑所作的圓作為虛擬直齒輪的分度圓，即該

9、斜齒輪的當量齒輪的分度圓，其模數利壓力角即為斜齒輪的法面模數和法面壓力角，其齒數則稱為該斜齒輪的當量齒數，用z表示。圖10當量齒輪與斜齒輪參數的幾何關系橢圓的長半軸 a =dl 2cos 一：，短半軸b = d/ 2，而二a2/b，故得漸開線標準斜齒圓柱齒輪不發(fā)生根切的最小齒數式中乙min為當量直齒標準齒輪不發(fā)生根切的最少齒數?？傊盒饼X輪各參數計算方法總結如下。2齒輪的加工2.1漸開線齒輪的切齒原理齒輪加工法法分類：其中以切制法最為常用。齒輪輪齒加工的方法很多。常用的切制法有仿形法和范成法兩種。仿形法加工是在銑床上，采用刀刃形狀與被切齒輪的齒槽兩側齒廓形狀相同的喜道逐個齒槽進行切制。圖11仿

10、形法加工盤狀銑刀指狀銑刀由db =mzco 可知，漸開線形狀是隨齒數變化，要想獲得精確的齒廓，加工一種齒數的齒輪，就需要一把刀具，這在工程上是不現(xiàn)實的。因此仿形法加工易產生齒形誤差和分度誤差，精度較低，加工不連續(xù)，生產 效率低。適于單件生產，和加工大模數m>20的齒輪和人字齒輪。范成法是目前齒輪加工中最常用的一種方法，如插齒，滾齒，磨齒等。范成法是利用齒廓嚙合基本定律來切 制齒廓的，假想將一對相嚙合的齒輪之一作為刀具，而另一個作為輪坯，并使兩者仍按原傳動比傳動，同時刀 具做切削運動，則在輪坯上便可加工出與刀具齒廓共軛的齒輪輪廓。范成法加工齒輪時，一種模數只需要一把 刀具連續(xù)切削，生產效率

11、高，精度高，用于批量生產。圖12插齒加工圖13滾齒加工2.2根切現(xiàn)象根切的現(xiàn)象和原因用范成法切制齒輪時，齒數較少時，刀具的頂部會過多的切入齒輪根部，因而將齒根的漸開線切去一部分而 變細，這種現(xiàn)象稱為齒輪的根切。產生嚴重根切的齒輪，輪齒的抗彎強度降低，同時傳動重合度下降，影響傳 動的平穩(wěn)性。根切與未根切對比根切的齒廓圖14根切現(xiàn)象以齒條刀切削齒輪為例說明，產生根切的原因：如圖15（a）所示，齒輪分度圓與齒條刀節(jié)線相切于點P,過點P作刀刃的垂線（即嚙合線）與齒輪的基圓相切于點N。若刀刃由位置I開始進入切削，當刀刃移至位置H時，齒廓漸開線部分便全部切岀。當齒條刀的齒頂線與 嚙合線的交點正好在點N時，

12、則齒條刀和被切齒輪繼續(xù)運動。刀刃即與切好的漸開線齒廓相分離，因而不會產生根切。然而當刀具齒頂線與嚙合線的交點超過點N時，則超過點N的刀刃不但不能范成漸開線齒廓（因為基圓內無漸開線），而且刀具由位置H繼續(xù)移動時，便將根部已切制好的漸開線齒廓再切去一部分，形成圖14所示的齒形。也就是說，齒廓根切產生的原因是，齒條刀直線齒廓部分的齒頂線與嚙合線的交點超過了嚙合極限點（即理論嚙合線的端點 N"就會產生根切。圖15不根切條件避免根切的方法一般有：采用變位齒輪；選取足夠的齒數；采用非標準齒輪，即減小齒頂高系數ha或增大壓力角（需非標準刀具，不常用）。標準齒輪不發(fā)生根切的最少齒數由以上分析可知，要

13、避免很切，就應使齒條刀的齒頂線與嚙合線的交點不超過嚙合線與齒輪基圓的切點N , 如圖15（b）所示。即應使 PNlsi_h；m，由此可以求得被切齒輪不產生根切的最少齒數為：當h； =1、=20°時，Zmm =17 ；當齒輪輪齒有輕微根切時，增大了齒根圓的半徑，對輪齒抗彎強度是 有利的，故工程上也允許輪齒產生輕微根切，這時可取zmin =14。2.3齒輪加工的一般工藝過程1. 鍛造制坯熱模鍛是齒輪件廣泛使用的毛坯鍛造工藝。近年來，楔橫軋技術在軸類加工上得到了大范圍推廣。這項技術 特別適合為比較復雜的階梯軸類制坯，它不僅精度較高、后序加工余量小，而且生產效率高。2. 正火這一工藝的目的是

14、獲得適合后序齒輪切削加工的硬度和為最終熱處理做組織準備，以有效減少熱處理變形。 所用齒輪鋼的材料通常為 20CrMnTi，般的正火由于受人員、設備和環(huán)境的影響比較大，使得工件冷卻速度和 冷卻的均勻性難以控制，造成硬度散差大，金相組織不均勻，直接影響金屬切削加工和最終熱處理，使得熱變 形大而無規(guī)律，零件質量無法控制。為此，采用等溫正火工藝。實踐證明，采用等溫正火有效改變了一般正火 的弊端，產品質量穩(wěn)定可靠。3. 車削加工為了滿足高精度齒輪加工的定位要求，齒坯的加工全部采用數控車床，使用機械夾緊不重磨車刀，實現(xiàn)了在 一次裝夾下孔徑、端面及外徑加工同步完成，既保證了內孔與端面的垂直度要求，又保證了大

15、批量齒坯生產的 尺寸離散小。從而提高了齒坯精度，確保了后序齒輪的加工質量。另外，數控車床加工的高效率還大大減少了 設備數量，經濟性好。4. 滾、插齒加工齒部所用設備仍大量采用普通滾齒機和插齒機，雖然調整維護方便，但生產效率較低，若完成較大產能 需要多機同時生產。隨著涂層技術的發(fā)展，滾刀、插刀刃磨后的再次涂鍍非常方便地進行，經過涂鍍的刀具能 夠明顯地提高使用壽命，一般能提高90%以上，有效地減少了換刀次數和刃磨時間，效益顯著。5. 剃齒徑向剃齒技術以其效率高，設計齒形、齒向的修形要求易于實現(xiàn)等優(yōu)勢被廣泛應用于大批量齒輪生產中。6. 熱處理齒輪要求滲碳淬火，以保證其良好的力學性能。對于熱后不再進行

16、磨齒加工的產品，穩(wěn)定可靠的熱處理設備 是必不可少的。7. 磨削加工主要是對經過熱處理的齒輪內孔、端面、軸的外徑等部分進行精加工，以提高尺寸精度和減小形位公差。齒 輪加工采用節(jié)圓夾具定位夾緊，能有效保證齒部與安裝基準的加工精度，獲得滿意的產品質量。8. 修整齒輪裝配前對齒部進行磕碰毛刺的檢查清理，以消除它們在裝配后引起噪聲異響。通過單對嚙合聽聲音或在 綜合檢查儀上觀察嚙合偏差來完成。制造公司生產的變速器中殼體零件有離合器殼、變速器殼和差速器殼。離 合器殼、變速器殼是承重零件，一般采用壓鑄鋁合金經專用模具壓鑄而成，外形不規(guī)則、較復雜，一般工藝流 程是銑結合面-加工工藝孔和連接孔-粗鏜軸承孔-精鏜軸

17、承孔和定位銷孔-清洗-泄漏試驗檢測。3斜齒圓柱齒輪的加工方法3.1斜齒輪切制原理如圖16所示，斜齒輪的齒寬是與軸線有一夾角（J）的螺旋線，具有一定的導程。加工時除須實現(xiàn)滾切直齒輪的三個基本運動即刀具回轉001、齒坯回轉（分齒廠blank和刀具沿齒坯軸向進給Sb外，齒坯還必須有相應的附加運動 bank （即刀具從A點到a點時，工件的B點應轉到a點）。圖16斜齒輪加工時的附加轉動滾切斜齒輪附加運動的計算方法有二。其一是以滾刀旋轉為基礎，將滾刀視為傳動鏈的首端,將回轉工作臺視為末端，如圖17所示。設用右旋滾刀加工右旋斜齒輪，則除分齒運動blank二K/Zbiank外，還應有附加運動（即刀從A點到a點

18、時，工件由a轉到B 點），設齒坯導程為H,式中：K 滾刀頭數，通常取 1； Zbiank 被加工齒輪的齒數；Sb 滾刀每轉沿被加工齒輪軸線的進刀量，單位mm/r。圖17以滾刀為基礎的加工（a）加工右旋齒輪（b）加工左旋齒輪因此滾刀轉動一轉時齒坯的轉數為：當用右旋滾刀加工左旋斜齒輪時，齒坯也必須有相應的附加運動.V . blank （即刀具從A點到a時，工件的a點應退至B點），所以，上式“ + ”號應變?yōu)椤?”號。綜合兩種情況，有：滾刀轉過Zbiank轉，齒坯轉過Zbiank （ 1 -'）轉。其中，“ +”號用于刀具與工件螺旋線方向相同，“-”號用于刀具與工件螺旋線方向相H反。其二是以