齿轮基本知识.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,齿轮传动基本知识,齿轮加工,何谓齿轮？,一个有齿的机械构件，它与另一个有,齿构件通过其共轭齿面的相继啮合，从而传,递运动或改变运动的形式，称为齿轮。,齿轮的种类,1、,按啮合方式分类：,1）,外啮合齿轮,2）,内啮合齿轮,2、,按轴线在空间的位置分类,1）,轴线平行的圆柱齿轮,2）,轴线相交的锥齿轮,3）,轴线相交的螺旋齿轮，双曲线齿轮和蜗轮蜗杆,3、,按传动的工作条件分类,1）,开式齿轮齿轮暴露在外,2）,闭式齿轮置于密封箱体内,4、,按齿轮轮齿的形态分类,1）,直齿,2）,斜齿,3）,曲线齿,齿轮的种类,5、,按轮齿齿廓曲线的形状分类,1）,摆线齿形,2）,渐开线齿形,3）,圆弧齿形,6、,按齿坯形状可分为：,圆柱齿轮、锥齿轮、椭圆齿轮、鼓形齿轮、扇形齿轮、齿条等,齿轮的种类,我国齿轮发展现状,50,年代,一般采用以调质热处理为主的软齿面齿轮制造精度达,8-9,级。,70,年代末,齿面经渗碳淬火、氮化或感应淬火处理的所谓硬齿面齿轮开始重视。,80,年代末,普遍采用硬齿面,精度达,6-7,级,高精度可达,4-5,级,双圆弧齿轮已在大功率、高转速齿轮传动装置上推广,在应用珩齿新工艺基础上开发出超硬滚切（也称刮齿）,变位齿轮应用日益增多,避免根切，减少传动结构尺寸，提高齿面接触强度,在不改变结构，不增加成本条件下提高承载性能与使用寿命。,重要的齿轮传动设计为修形齿轮,不求符合理论齿廓与理论齿向,齿顶修形（也称修缘）,齿向修鼓形,可降低轮齿变形与制造安装误差影响，降低噪音。,我国齿轮发展现状,行星传动：,是一种至少有一个齿轮的集合轴线绕中心轴线回转的齿轮传动。,特点：,体积小，重量轻，速比范围大，传动效率高，噪音小，作为增速减速与变速的传动装置。,形式：,渐开线行星传动，少齿差式行星传动（渐开线、摆线、谐波齿轮,）,我国齿轮发展现状,锥齿轮与准双曲面齿轮,弧齿锥齿轮美国格里森（,Gleason,）,延伸外摆线瑞士奥利康（,Oerlikon,）,德国克林根贝尔格（,Kingelnberg,）,蜗杆传动,用于要求单级大减速比并传递大转矩的齿轮传动。,普通圆柱蜗杆、圆弧圆柱蜗杆、环面涡杆,我国目前设计制造水平,高速圆周速度最高达,156,m/s,最大功率为,44000,KW,；,制造精度为,4-5,级,重载齿轮：圆周速度最高达,30-50,m/s,；,重载功率达,6000,齿轮发展趋势,动力传动装置：,小型化、高速化、低噪音、高可靠性,齿形：,硬齿面、圆弧齿轮、行星齿轮、非圆齿轮,齿轮用钢材及热处理：,提高接触和弯曲应力采用硬齿面（渗碳淬火）,为提高钢化韧度、改善加工性能采用真空脱气,为保证心部硬度、减少热处理变形应用保证淬透性钢,为缩短渗碳周期推行稀土渗碳工艺,为保证加工质量、效率及减少变形重视齿坯预备热处理（正火）,切齿：,向高速、高效、高精度,硬质合金刀、多头滚刀、机床采用数控、数显,硬质合金负前角滚刀超硬滚齿代磨,Tin,涂层,蜗杆式珩齿,采用,CBN,（,立方氮化硼砂轮）蜗杆砂轮、数控磨齿机、高效高精度,采用齿轮专用,CAD,软件,开拓新的磨削原理、环面蜗杆砂轮连续成形磨齿,齿轮发展趋势,柳工齿轮加工简况,柳工齿轮主要在箱体及驱动桥中,50,C,箱体,：,齿轮共有,15,种,22,件，齿轮材料为,20,CrMnTi,主要种类有：,直齿圆柱、内齿轮,模数有：,3.25,，,4,，,6.5 3,种,压力角,均为,20,精度等级,均为,8,-7-7GK,其中变位齿轮,2,个,主要加工工艺,为滚、剃,滚、剃、,珩,滚、硬齿面刮齿,滚磨、插,50,C,驱动桥齿轮,齿轮共有,：,7,种,36,件,主要种类有：,直齿圆柱、直齿内齿轮、直齿锥齿轮、弧齿锥齿轮,齿轮材料：,除内齿轮为,40,Cr,外其余均为,20,CrMnTi,模数有：,轮边行星齿轮副：行星轮、太阳轮、内齿轮,m6,；,20,；,h,a,0.8,差速器直齿锥齿轮、锥齿轮、半轴齿轮,m7.5,；,20,；,变位；,h,a,0.8,主传动弧齿锥齿轮副：,m11,；,20,；,35,；,h,a,1.788,柳工齿轮加工简况,齿轮制造工艺过程的五个阶段,材料制备齿坯加工切齿齿坯热处理齿坯精加工,齿坯加工,必须保证基准面精度、,热处理,直接决定轮齿的内在质量,齿形加工和热处理后精加工,是制造的关键，也反映齿轮制造水平。,常用轮齿加工方法,：铣齿、滚齿、刨齿、扦齿、剃齿、珩齿、梳齿、挤齿、研齿、磨齿、刮齿等,常用切齿工艺,圆柱中小模数齿轮：,滚（插）齿剃（挤）齿热处理珩齿,大中模数齿轮,：调质处理滚（插）齿,低速重载与高速,：滚（插）齿渗碳淬火磨（括）齿,蜗轮副加工：,蜗杆加工：通常用铣削、车削、或磨削,蜗轮：滚削、但齿或多齿飞刀、剃齿,锥齿轮加工：,直齿、斜齿,-,刨齿（展成法、仿形法）、圆拉齿、双刀盘铣齿、磨齿、成形铣刀（盘状、指状铣刀）,曲齿锥齿轮：,弧齿锥齿轮铣齿、磨齿,延伸外摆线滚切,特种齿轮加工：,（包括非圆齿轮、谐波齿轮和摆线齿轮）,采用相应的滚齿、铣齿、扦齿、磨齿等方法的特殊应用。,常用切齿工艺,齿轮加工的工艺过程，因其结构形状精度等级，生产批量和各厂生产条件的不同而采取不同的工艺规程。,每个操作者应熟悉整个齿轮加工工艺过程，特别是了解上下道工序的加工步骤加工位置，加工余量，这时本道工序的加工是有益处的，尽可能做到,设计、工艺（加工）、测量,基准统一和基准重合，保证零件的加工质量。,常用切齿工艺,齿轮加工,齿轮加工主要是齿坯加工与齿形的加工,对齿坯加工的要求,：尺寸精度、表面粗糙度、形位公差,齿形加工,：按加工原理分主要有成形法和展成法两大类。,成形法,使用与齿槽形状相同的成形刀具加工出齿形。,特点：,刀具简单、操作方便，一般在铣床上一齿一齿铣成，加工精度较低，效率高。主要有铣齿、拉齿,展成法,利用齿轮啮合原理，即刀具和毛坯在啮合运动中切削加工齿形的方法。,特点：,效率高，齿轮精度高，可加工各种形状复杂的齿轮。,主要有：滚齿、插齿、剃齿、珩齿、磨齿、硬齿面刮齿、刨齿、铣齿、冷挤。,另外,还可通过小（无）切削加工方法加工齿形，主要有：,热轧齿轮、铸造齿轮、精密模锻齿,齿轮加工,齿轮机床的名称、型号,机床的分类：,金属切削机床，按其产品的工作原理，结构性能特点和使用范围，分为车、铣、刨、钻、齿、磨等十二大类。,用大写的汉语拼音字母表示，例车床用,C,，,铣床用,X,、,X62,，,齿轮机床（牙）用,Y,。,齿轮机床,齿轮机床型号举例：,Y,M,31,80,（,X8,）（,A,）（,/1,）,Y,：,类代号：齿轮加工,M,：,通用特性：精密级,31,：,组、代号：滚齿机,80,：,主参数或设计顺序号：最大工件直径,800,（,X8,）,第二主参数：最大工作模数,1-8,mm,（,A,）,重大改进顺序号，第一次改进,（,/1,）：,同一型号机床的变形号：第一种,齿轮机床,常用齿轮刀具材料,一、,刀具材料的性能,1、,高的硬度,2、,高的耐磨性,3、,足够的硬度和韧性,4、,高耐热性,常用齿轮刀具材料种类,1、,高速钢，又称锋钢,淬火后硬度为,HRC62-70,允许切削,速度为,25-30,m/min,2、,硬质合金,常温硬度,HRA74-93,允许切削,速度可达,200,m/min,直齿圆柱齿轮各部分名称基本参数尺寸计算,1、,齿顶圆,过齿轮各轮顶端所作的圆，用“,d,0,”,2、,齿根圆,与齿轮各轮齿的齿槽底部相切的圆用“,d,f,”,3、,齿厚,在任意圆上，一个轮齿的两侧齿廓间的弧线长度，又称弧齿厚，用“,S,”,表示分度圆上弧齿厚。,4、,齿槽宽,相邻两齿之间的间隙，用“,e,”,表示分度圆的齿槽宽,5、,齿距,在任意圆周上，相邻两齿同一侧齿廓间的弧线长度，“,p,”,6、,分度圆,标准齿轮上齿厚与齿槽宽相等的圆，用“,d,”,表示其直径,7、,齿顶高,位于齿顶圆与分度圆之间的轮齿部分，用“,h,a,”,8、,齿根高,位于齿根圆与分度圆之间的轮齿部分，用“,h,f,”,表示,9、,全齿高,齿顶圆与齿根圆之间的径向距离，用“,h,”,表示,:,h=h,a,+,h,f,齿轮的基本参数,1、,齿数,齿轮轮齿的数目，用“,Z,”,表示,2、,模数,衡量轮齿大小的基本参数，用“,m,”,表示,或,3、,压力角,齿廓曲线上受压力方向与运动速度方向的夹角，用“,”,表示,4、,齿顶高系数,齿顶高度与模数之比，用 “,h,a,*,”,表示,规定：标准齿轮,h,a,*,=1,短齿齿轮,h,a,*,=0.8,行星轮、太阳 轮、内齿轮用“,C,*,”表示,5、,顶隙系数,规定：,标准齿轮,C,*,=0.25,短齿齿轮,C,*,=0.3,采用扦齿、剃齿法加工时：,C,*,=0.35,齿轮的基本参数,齿轮的精度和检测,对齿轮精度的基本要求：,（GB10095-88）,传递运动准确、平稳、振动和噪声小,齿面接触良好，载荷分布均匀,有一定的齿侧间隙,GB1009588,渐开线圆柱齿轮精度简介,1、,适用范围：,适用于符合,GB1356,渐开线圆柱齿轮基本齿廓,法向模数,m,n,1mm,的渐开线直齿（或斜齿）圆柱齿轮。,2、,误差定义和代号：,定义,22,项误差,常用,12,种,：,（1）,齿距累积误差：,F,p,在分度圆上（允许在齿高中部测量）任意两个同侧齿间的实际弧长与公称弧长之差的最大绝对值,（2）,齿圈径向跳动,F,n,在齿轮一转范围内，测头在内槽内，于齿高中部双面接触，测头相对于齿轮轴线的最大变动量。,（3）,公法线长度变动,F,w,在齿轮一周范围内，实际公法线长度最大值与最小之差。,（4）,齿形误差,f,f,在端截面上（允许用检查被测齿轮和测量蜗杆啮合时齿轮齿面上的接触迹线代替，但仍按基圆切线方向计值）齿形工作部分内（齿顶倒棱部分除外），包容实际齿形且距离为最小的两条设计齿形间的法向距离。,GB1009588,渐开线圆柱齿轮精 度简介,（5）,齿距误差,f,pt,在分度圆上（允许在齿高中部测量）实际齿距与公称齿距之差。,公称齿距是指所有实际齿距的平均值。,（6）,基节偏差,f,pb,实际基节与公称基节之差。,公称基节是指基圆柱切平面所截两相邻同侧齿面的交线之间的法向距离。,（7）,齿向误差,F,在分度圆柱面上，齿宽有效部分范围内（端面倒角部分除外），包容实际齿线的两条设计齿线之间的端面距离。,（8）,轴向齿距误差,F,p,在与齿轮基准轴线平行而大约通过齿高中部的一条直线上，任意两个同侧齿面间的实际距离与公称距离之差，沿齿面法线方向计值。,（9）,齿厚偏差,E,分度圆柱面上，齿厚实际值与公称值之差。,对于斜齿轮指法向齿厚。,（10）,公法线平均长度偏差,E,w,在齿轮一周内，公法线长度平均值与公称值之差。,（11）,齿轮副的接触斑点,装配好的齿轮副，在啮合转动轻微的制动下，运转后齿面上分布的接触擦亮痕迹。,接触痕迹的大小在齿面展开图上用百分数计算。,（12）,齿轮副的侧隙,j,t,（,圆周），,j,n,（,法向）,圆周侧隙装配好的齿轮副，当一个齿轮固定时，另一个齿轮的圆周晃动量，以分度圆上弧长计值。,法向侧隙装配好的齿轮副，当工作齿面接触时，非工作齿面之间的最小距离,。,精度等级,（,1）,齿轮有,12,个精度,等级，,1,级最高，,12,级最低。齿轮副中两个配对齿轮的精度一段取相同的等级，也允许取不同的等级。,（2）,根据使用要求不同,，允许各公差组选用不同的精度等级，但在同一公差组内，各项公差与极限偏差应保持相同的精度等级。,（3）,公差组按误差项目对传动性能的主要影响将各项精度指标分为三个公差组,公差组,公差与极限偏差项目,误差特性,对传动性能的主要影响,F,i,，,F,p,，,F,pk,F,i,，F,y,，,F,w,以齿轮一转为周期的误差,传递运动的准确性,f,i,，,f,i,，,f,i,f,pt,，,f,pb,，,f,p,在齿轮一周内多次周期地重复出现的误差,传递的平稳性、噪声、振动,F,，,F,b,，,F,px,齿向线的误差,载荷分布的均匀性,（,4）,精度等级的选择,应根据,传动的用途，使用条件,.,传动功率和圆周速度及其它技术要求确定,（5）,齿坯检验,在加工、检验、安装时的径向基准和轴向辅助基准面应尽量一致,由于齿坯加工精度对齿加工有很大影响，因此对齿坯的孔、顶圆直径、基准面尺寸和形位公差都有规定。,（,6）,成品检验时，检验项目应包括：,齿轮传递运动的准确性，传动的平稳性，载荷分布的均匀性，齿厚偏差,（7）,齿厚极限偏差,对齿厚偏差的上下偏差用,cs,共,14,个字母代号。,（8）,齿轮精度和齿厚极限偏差标注,例一、,齿轮的三个公差组的精度同为,7,级，其齿厚上偏差为,F,，,下偏差为,L （,老标准,JB178-83）GB10095-88,7-F-L,7,齿轮第、公差组的精度等级均为7级,F,齿厚上偏差,L,齿厚下偏差,例二、,50,C,内齿轮，太阳轮、行星齿轮,（,老标准,JB178-83）GB10095-88,8,-7-7 G K,8,第公差组精度8级（传递运动的准确性）,7,第公差精度7级（传递平稳性）,7,第公差精度7级（载荷分布均匀性）,G,齿厚上偏差,K,齿厚下偏差,齿轮常用检测方法,由于齿轮种类不同，制造方法不同，检测手段也有所不同，小批生产时应件件按要求，逐个进行单项检测在大量生产时，日常检测为提高生产率，保证质量降低成本，一般采用综合检测来代替单项检测，同时对工艺装备机床、量具等也要定期检测。,一、齿厚的检测,常用方法：,齿厚游标卡尺测量法,滚珠或滚柱测量法,公法线长度测量法,1、,齿厚游标卡尺测量方法,是在保证齿侧间隙条件下，采用测量固定弦齿高和固定弦齿厚的单齿测量方法。,特点：,使用简便计算数值只与模数、压力角有关，是以齿轮外圆为测量基准，测量精度受齿顶圆直径误差影响。,固定弦齿高：,指固定弦到齿顶的距离,固定弦齿厚：,指标准齿条齿形与齿轮齿形对称相切的两切点,A,、,B,间的距离。,（,1,）计算公式：,从公式中可看出，固定弦齿高和固定弦齿厚只与模数压力角有关，与齿轮齿数无关。,当,=20,时，,h,a,=0.7476m，S,c,=1.3871m,（,2,）测量要点,：,a、,测量时先按固定弦齿高调整垂直卡尺，螺丝拧紧固定，再使高度尺端面轻轻与齿顶圆接触，再调整水平主尺，水平主尺的读数即为齿厚尺寸。,b、,注意卡尺的测量平面应与齿向垂直，使活动量爪和固定量爪按垂直方向与齿面接触，无间隙后进行读数。,c、,可在每隔,120,的齿圈上测量，取其偏差最大值。,2、,滚珠或滚柱测量法,特点：,（,1,）此法比齿厚游标卡尺测量精度高，比万能显微镜简便，可见解确定齿厚误差值。,（2）测量结果精确，数值稳定不受齿顶高误差、齿圈径向跳动的影响。,适用范围：,内齿轮、蜗轮、内外花键、加工中的现场检测。,测量方法：,将规定要求的滚珠、滚柱（量棒）方于被测齿轮的两个相对的齿槽内，用卡尺、外径千分尺或其他量仪测量圆柱的跨距。跨距大小简称为,M,值,。,M,值的误差与齿厚的误差的关系是：,M=S,ctg,当,=20,时，,M=2.75 S,当,=30,时，,M=1.732 S,3、,公法线千分尺测量,特点：,简便、准确、实用、不受测量基准面限制，长度值也不受齿轮外径公差的影响。可用公法线千分尺，也可用普通游标卡尺，适用于各种生产方式、内外齿。,计算公式：,W=m,cos（k,0.5）+z,inv,当,=20,时，,W=m,cos（k,0.5）+z,inv,K,为跨齿数,K=1/9 Z,二、齿圈径向跳动的检验,使用齿圈径向跳动仪、或偏摆仪测量。,如使用齿圈径向跳动仪，可先按模数选取适合的锥形（锥角为,2,倍压力角）测量头或球形（,d=1.68m,）,安装在千分表上，再将被测零件套在锥度心轴上两端顶尖顶，逐齿测量，或使用偏摆仪，可选用上述测量头或量棒。,注意：,检查前应检查心棒径跳不大于,0.005,。,三、齿向误差的测量,齿向误差反映了齿轮在齿宽方向的接触精度。,测量方法：,齿圈径向跳动仪测量直齿圆柱齿轮，用标准齿轮进行啮合涂色检验，观看接触情况。,万能测齿仪对直齿或斜齿。,四、基节的测量,基节,是基圆上的齿距。,基节是影响齿轮工作性能的重要因素。,可分析机床分度传动链和刀具齿形角的误差（基节的测量与齿轮的同心度无关）,测量方法：,通常用基节仪测量，也可用万能测齿仪及工具显微镜检测。,五、齿轮副中心距偏差的检测,通过被测齿轮与标准齿轮作无间隙啮合转动进行检测，由于它的啮合情况与加工齿轮时的啮合情况相似，它可以反映生产过程中的不稳定因素，如：毛坯质量、安装调整误差、加工设备的振动，刀具磨损，适用于成批生产，这种方法效率高操作简单。,测量方法：,采用双啮仪,测量时，齿轮转过一转，千分表所反映的最大值与最小值之差，即为“一转中心距变动量”，转过一齿的变化即为“一齿中心距变动量”，中心距变动量是反映齿轮的综合误差，也表示齿轮的齿圈径向跳动和公法线变动量，反映了齿侧间隙的变化和齿轮的运动精度。,六、齿面粗糙度检验,一般采用比较法检验，即用标准块与被测齿面相比较凭眼力来评定等级。,也可采用粗糙度测量仪。,七、接触斑点（啮合面）的检测,一般在双啮合仪上进行，即在标准齿轮上涂一层很薄的红丹油，双面转动啮合，在被测齿轮的齿面上接触痕迹。,常见齿轮的误差及其产生的原因,齿轮加工过程中，由于,机床刀具工件加工系统,以及操作调整等误差因素，造成齿轮的误差及报废。,一、产生误差的主要因素,1,、理论误差,也称原理误差，指加工设备原理上的缺陷造成的误差，由于条件限制，所以是不能完全克服的。如：渐开线齿形，理论上是光滑连续曲线，在制造上是达不到绝对光滑的。因为滚刀齿形是直线形，刀齿圆周上仅,8,10,齿，在滚切过程中是断续地形成折线，滚切大模数时就十分明显，扦齿、刨齿也同样。,2,、机床误差：,指机床的几何精度误差，造成齿轮几何形状和尺寸的误差。,如：扦齿机主轴垂直移动，滚齿机立柱刀架垂直移动，对工作台回转轴线平行度误差，造成齿轮齿向误差。,3,、刀具误差,刀具的制造和安装误差。,4,、夹具误差,夹具在制造和安装、使用过程的误差。,如已装心轴安装表面与工件定位表面的同轴度误差将会造成工件相对机床工作台的偏心。,5、,量具误差,6、,变形误差,切削过程中产生的切削力、切削热、内应力等引起的工件的变形和振动，装夹工件不当，热处理变形以及工件受热都会造成工件的变形误差。,7,、操作误差,机床调整不当，工件安装不当，操作程序和切削用量选用不适合。,二、滚齿加工产生废品的原因,不同的机床不同的加工方式都会造成齿轮的各种误差，误差种类也有所不同，滚齿产生废品的主要原因如下：,1,、齿轮齿数不对或乱齿,原因：,分齿挂轮计算不正确；挂轮齿数不对；滚刀的模数、头数不对；差动蜗杆没有脱开；滚斜齿时附加运动转动方向不对；齿轮坯未固定紧等。,2,、齿圈径向跳动超差,原因：,齿坯几何偏心（内外圆不同轴）或安装偏心，用顶尖装夹时，上顶尖与机床中心偏心，或顶尖孔未压紧，间隙大。,3,、齿形误差,（1）,齿顶部变肥且左右齿廓对称，齿形渐开线曲率变小，压力角减小，,原因：,刀具修磨齿形变小或刃磨产生较大的正前角，使齿形角变小。,（2）,齿顶部变瘦且左右齿廓对称，齿形渐开线曲率变大，压力角增大。,原因：,同上述（,1,）相反。,（3）,一边变肥，另一边变瘦,原因：,滚刀前面刃磨时产生导程误差或直槽滚刀的轴向误差，使左右齿廓压力角不同，压力角大的一边变瘦，压力角的一边变肥。,当误差较小时可用微量扳转刀架转角调整，误差较大时，用改变滚刀移距或转动刀齿位置来单面消除。,（4）,个别齿面凹出凸进,原因：滚刀刃磨容屑槽槽距（刀齿等分）误差，侧刃偏离刀齿变瘦，少切了齿面形成凸进点，反之形成凹进点。,（5）,齿顶部齿廓成正弦变化,齿坯安装偏心,（6）,齿形一侧齿顶多切，另一侧齿根多切,滚刀刀杆有轴向窜动，滚刀端面与孔不垂直,5、基节超差,由于滚刀轴向齿距误差齿坯安装偏心，刀架扳转角度不正确，机床蜗轮副周接 节差大。,6,、齿向误差,（1）,机床走刀拖板对机床中心线不平行，上下中心线对继续黄中心线歪斜，上下顶尖不同心。,（2）,夹具制造、安装、调整时径向跳动，垫圈两端面平行度超差引起轴心线歪斜。,（3）,齿坯安装歪斜,（4）,滚切斜齿轮时差动挂轮比计算错误。,（5）,机床走刀丝杆间隙大，有窜动。,7、,齿厚超差（或,M,值公法线长度超差）,（1）,机床调整不正确，进给丝杆螺距不精确。,（2）,加工过程中刀具磨损，齿轮尺寸变大。,（3）,加工过程中，切削力引起振动，丝杆及溜板间隙变化。,8、,齿面粗糙,（,1）,滚刀刃磨质量差，径向跳动大，刀具磨损，未固紧而产生的振动，刀杆辅助轴承支承不好。,（2）,切削用量选择不正确。,（3）,齿坯刚性不好或没有夹紧。,（4）,切屑瘤的存在,三、扦齿、剃齿、刨齿等误差度原因大体与滚刀相同,谢谢！,