磨齿通常作为齿轮硬齿面精加工的后一道工序,以全面纠正齿轮磨前的各项误差,获得高的齿轮精度。主要的齿轮磨削加工分为展成磨合成型磨两大类,展成法磨削又分为大平面砂轮磨齿,锥面砂轮磨齿,双碟面砂轮磨齿和蜗杆砂轮磨齿等。
为了提高齿轮的承载能力和噪声性能,齿轮通常在热后进行精加工。磨齿工艺作为热后精加工的一种形式,由于加工效率高,已取代中小型齿轮批量生产中其它的研齿工艺。
尽管这一工艺在工业上得到了广泛的应用,齿轮加工厂,但仅有少数几种科学分析方法存在。基于科学的齿轮磨削分析需要大量的试验和时间,其中一个原因是刀具与齿面之间复杂的接触条件改变了在磨削过程中齿面的连续性。这使得其他磨削工艺的现有知识在齿轮的展成中的应用变得更加复杂。复杂的接触条件导致了用于机床设计、控制工程和工艺设计的较高的工艺动力学过程,这是一个较大的挑战。
齿轮滚齿和齿轮磨齿是基于相同的运动学原理。通过增加法向截面的数目,可以得到近似连续磨削蜗杆通过比较模拟的关键数值和解析的计算值,通过所需的截面数,可以确定其他参数的为模拟磨削数值。这个数值依赖于工件和刀具的几何形状。
齿根部分的切屑体积比齿顶附近更大。这种不均匀的刀具轮廓磨损会由于不同的刀具局部负荷,导致工件的轮廓偏差。
在齿轮磨削过程中,蜗杆与齿轮之间的接触条件是复杂的,一方面是侵彻的不断变化,另一方面是接触次数的变化。齿轮与刀具之间的接触点在一次刀具旋转过程中是可变的。
磨齿是齿形加工中精度的一种方法。适用于淬硬齿轮的精加工,其加工精度可达到4~6级,3级,齿面粗糙度值Ra为0.8~0.2um。磨齿对磨前齿轮误差或热处理变形有较强的修正能力,故多用于高精度的硬齿面齿轮、插齿刀和剃齿刀等的精加工,但生产率低,机床结构复杂,小模数齿轮,调整困难,加工成本高。
磨齿方法有仿形法和展成法两大类。生产中常用展成法。展成法可分为锥面砂轮磨齿、蝶形砂轮磨齿、蜗杆砂轮磨齿等。
现提出一种环形渐开面球形齿轮机构,从根本上解决了球形齿轮传动存在的两大难题。球形齿轮组成的机构中,极轴通过球心且垂直于齿环平面的一条直线,它又是加工球形齿轮时的旋转轴。
齿廓形成:平面啮合齿轮极轴与两轮的中心连线正好重合,将一对平面齿轮绕极轴旋转360度,便得到一对球形齿轮。平面齿轮中有关的圆,全都演变成为球。若将齿轮分别安装在一组二白由度的万向框架上,保持齿轮作定点运动,就可实现对节球作纯滚运动。
当发生线在基圆上作纯滚动,并随基圆平面一起绕极轴作回转运动时潜孔钻,发生线任一点的轨迹便形成了球形齿轮的齿廓曲面,基圆上所有点的轨迹的集合称为基球。显然,在过极轴的任意剖面内的齿廓曲线均为渐开线,所有渐开线的集合构成一个环状面。
小模数螺旋锥齿轮的加工方法与加工机床的选用
在传递两相交轴的锥齿轮传动中,螺旋锥齿轮,螺旋锥齿轮具有重合较大、传动平稳、对安装误差的敏感性小、在高速传动中噪声较小等优点,因此在工程中应用较为广泛。当前小模数螺旋锥齿轮的高精度齿轮加工中,应用较为广泛的是格里森齿制和奥利康齿制。格里森齿制为双面圆弧收缩齿,采用单齿分度法加工;奥利康齿制为延伸外摆线等高齿,采用连续分度法加工。随着工业缝纫机、电动工具、园林机械行业的不断发展,小模数螺旋锥齿轮的应用和需求逐年增加。
螺旋锥齿轮加工是通过机床上模拟一个假想齿轮,刀盘切削面是假想齿轮的一个轮齿。当摇台上的被加工齿轮与假想齿轮绕各自的轴旋转时,刀盘就会在轮坯上切出一个齿槽。加工格里森齿制时,汕头齿轮,都采用这种切齿原理。根据使用行业的要求,当前小模数螺旋锥齿轮加工正逐渐以格里森齿制为主,常见切削加工方法采用双重双面切削法。双面切削法是指一个被加工齿轮,由内切刀齿和外切刀齿交错的成形刀盘,在一个齿槽的两面同时进行切削的加工工艺过程,齿槽的宽度是由刀盘的刀尖距(也称错刀量或点宽)所控制。通常小模数螺旋锥齿轮(模数2.5 mm以内)一把刀可以加工一对大小齿轮,能得到较理想的加工效果,此方法加工小模数螺旋锥齿轮生产效率高,适应批量生产。当然一对大小齿轮用一把刀加工,会产生刀号修正的问题,这就要求刀具的规格要比较多,通常小模数螺旋锥齿轮加工采用整体式铣刀,铣刀的规格由刀径、刀号、刀尖距决定。实际操作时为了避免选择过多的铣刀规格,小范围的刀号修正可改变机床刀轴的倾角(俗称刀倾角)来加以解决。
高精度齿轮由于传递力的需要,回转支承其中一个套圈上通常制有齿。齿轮的热处理状态一般为正火或调质状态。齿表面也可按照用户的要求淬火处理,淬火硬度在HRC50~60,并且能够保证足够的深度。根据应用场合的不同,齿轮淬火可分为全齿淬火和单齿感应淬火。单齿感应淬火又可分为齿面齿根淬火和齿面淬火。
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一般两边呈对称形状。鼓形修整虽然可以改善轮齿接触线上载荷的不均匀分布,但是由于齿的两端载荷分布并非完全相同,误差也不完全按鼓形分布,因此修形效果也不理想。曲面修整是按实际偏载误差进行齿向修形。考虑实际偏载误差,特别是考虑热变形,则修整以后的齿面不一定总是鼓起的,而通常呈凹凸相连的曲面。曲面修整效果较好,是较理想的修形方法,但计算比较麻烦,工艺比较复杂。
模数是决定齿大小的因素。齿轮模数被定义为模数制轮齿的一个基本参数,是人为抽象出来用以度量轮齿规模的数。目的是标准化齿轮刀具,减少成本。直齿、斜齿和圆锥齿齿轮的模数皆可参考标准模数系列表。
随着工业发展水平不断提高,定制的大批量生产齿轮很多都使用非标的模数,使其意义被弱化。
如果齿轮的齿数一定,模数越大则轮的径向尺寸也越大。模数系列标准是根据设计、制造和检验等要求制订的。对於具有非直齿的齿轮,模数有法向模数mn、端面模数ms与轴向模数mx的区别,它们都是以各自的齿距(法向齿距、端面齿距与轴向齿距)与圆周率的比值,也都以毫米为单位。对於锥齿轮,模数有大端模数me、平均模数mm和小端模数m1之分。对于刀具,则有相应的刀具模数mo等。标准模数的应用很广。在公制的齿轮传动、蜗杆传动、同步齿形带传动和棘轮、齿轮联轴器、花键等零件中,标准模数都是一项基本的参数。它对上述零件的设计、制造、维修等都起着基本参数的作用(见圆柱齿轮传动、蜗杆传动等)。
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