李小璐

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TUhjnbcbe - 2020/11/26 1:20:00
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螺旋锥轮一般用于传递相交轴之间的运动和动力,如果两齿轮轴交角为90度,且两轴线在同一平面则为弧齿锥齿轮,如果两轴线不在同一平面,则称为准双曲面齿轮。如果两轴线夹角不为90度,则称为非正交螺旋锥齿轮。夹角不为90度的一般用于航空航天,特殊用途减速机构。

螺旋锥齿轮的理论齿形为球面渐开线,由于制造工艺复杂,一般将其简化为锥面。按照齿长曲线来分,螺旋锥齿轮的齿长节线可以为圆弧,可以为双曲线,可以为对数螺旋线等各种类型。齿长节线还有一种就是延伸外摆线,就是奥利康齿制和克林贝格齿制。一般齿长曲线是圆弧和双曲线时,齿高从大端到小端逐渐减小,称为渐缩齿。齿长节线为延伸外摆线时,齿高从大端到小端相同,但是齿顶宽逐渐减小,称为等高齿。

从加工工艺来分,可以把螺旋锥齿轮分为连续分度法和间歇分度法。对于格里森制锥齿轮,当加工完一个刀齿后,刀具回退的同时,工件进行分度,然后工件再次进给切入下一个齿槽,这种方法称为间歇分度法,也可被称为端面铣齿法。

当加工齿面节线为延伸外摆线的齿轮时,刀具在切入进给的同时,工件进行分度,刀齿的组数与工件齿数之间存在一个相互关系,刀具转速与工件转速相关联,这种方法称为连续分度法或者端面滚齿法。

不管是等高齿还是渐缩齿,都可分为切入法和展成法。切入法和展成法是针对齿形的成型方式来区分的。当齿轮副速比大于2.5时,齿轮的齿形相对简单,被动轮一般采用成型法加工,刀具进给到全齿深后退出,此时齿轮的齿廓完全取决于刀具齿形。

展成法加工时,首先刀具进给到齿深的一定深度,然后刀具退出,接下来刀具与工件之间存在一个滚比关系,随着摇台角的变化,刀具与工件的接触位置从齿的大端逐渐到小端,或者从小端逐渐到大端,通过这个过程,形成齿面节线。

通过改变滚比的数值,可以控制刀具展成的范围,改变齿长方向的节线曲率半径,形成齿面接触区修正。如果不改变滚比数值,改变刀具的倾斜角度或者刀盘的转动速度,即采用刀倾角和刀转角,也可以实现齿长方向的节线曲率修正。

理论上完全符合啮合理论的齿轮副,其轻载齿面接触区完全布满齿面,在实际使用时是不能满足要求的,因此需要进行相关修正。

修正后,齿面接触区在轻载时位于齿高和齿长的相关位置,加载到设计力矩时,完全布满齿面,且不出现边缘接触。主要的修正方面包括两个部分:对齿长方向的修正和对齿高方向的修正。对齿长方向的修正,主要通过机床的运动轨迹修正,实现齿长鼓形,使齿面接触区保持在一定长度,并在齿长方向占据一定位置;齿高方向的修正主要通过刀具参数优化,或者机床运动轨迹调整,实现齿面接触区有一定宽度,且位于齿高方向的相关位置。

在齿轮副加工时,如果速比大于2.5,一般采用小轮展成,大轮成型的加工工艺。当速比小于2.5时,大小轮均需要采用展成法加工。不论速比多大,小轮必须要用展成法加工。因为:当速比较大时,大轮的齿廓曲线近似于直线,刀具制造较容易,如果此时小轮也用成型法加工,其齿长鼓形很小,造成齿面全齿长接触。

当速比小时,大小轮齿形近似相同,因此需要都采用展成法。

一般来说,摇台展成角度越大,所加工的齿轮齿轮曲率越小,齿面接触区越长,反之,齿面接触区越短。当从大端到小端展成时,展成起始角越大,齿面接触区越靠近大端;展成起始点越小,齿面接触区越位于小端。

一般被动轮的节圆直径,是由齿轮副的传动扭矩来决定的。因此,做加工机床调整参数的时候,尽量不要改变被动轮。

机床上的摇台机构模拟一个假想的齿轮,安装在摇台上的刀盘的切削面是假想的一个轮齿的齿面。当摇台转动时即相当于假想齿轮的转动。当工件即被加工齿轮与假想齿轮以一定传动比绕各自轴线旋转时,刀盘就会在工件轮坯上切除一个齿槽。齿轮的切削过程就像一对准双曲面齿轮的啮合过程一样,刀盘的切削面与被加工出的轮齿是一对完全共轭的齿面。

HFT:大轮用成形法,小轮用锥形产形轮加工,即带有刀倾刀转的机构的机床加工。

HGH:大轮用滚切法,小轮用变滚比加工,即带有变性的机构的机床加工。

切制左旋齿轮时,刀盘中心低于被切齿轮中心;切制右旋齿轮时,刀盘中心高于被切齿轮中心。

变性法加工工艺,是指小轮的滚切过程中,摇台与被切小轮之间的滚比是变化的。

为了使内刀外刀有相同的寿命,通常都采用两侧压力角等于平均压力角的刀盘来加工成形法大轮。这时刀盘齿形角与大轮的根锥压力角,就产生了一个差值。

刀倾法加工小轮对刀盘的齿形角要求很低,刀盘齿形角与小轮切齿节锥压力角的差值可通过刀倾与刀转机构补偿。通常选用外刀齿角为14°,内刀齿角为35°等

刀倾——形成锥形产形轮,补偿切齿节锥压力角的变化,方便用一把刀盘加工不同齿形角的小轮。

刀转——改变刀倾的方向以适应刀盘倾斜后相对齿坯位置的变化。

机床刀倾角(I)—影响被切齿面的压力角

机床刀转角(J)—影响到摇台角调整,在接触区修正时,代替摇台角来适应偏心角的改变。

滚比用来确定被切齿轮与刀盘的运动关系,对修正压力角作用比较大。在刀号不足时可一定程度上弥补刀号误差。

滚比改变量=(理论齿形角-刀盘齿形角)X滚比/(/z+螺旋角)

准双曲面齿轮相当于把垂直相交轴的小齿轮轴线,向上或者向下偏置一个距离E,这个距离叫做“偏置距”,轴线偏置可以使小轮有较大的螺旋角,由于小轮螺旋角的增大,也增大了小轮的端面模数,从而也增大了小轮直径,并提高了小轮的强度和寿命。这种齿轮沿齿长和齿高方向都存在相对滑动、轴线偏置齿轮一般称为“双曲线齿轮”,因为这种齿轮的节面为一双曲线回转体表面的一部分。

为了提高粗切刀盘的切齿工效,延长刀片的使用寿命,粗切刀盘的刀片数量应尽量增多。

用左旋刀盘加工左旋齿轮时,切削厚度由小到大,称为逆铣,采用逆铣,刀片磨损较快;用左旋刀盘加工右旋齿轮或用右旋刀盘加工左旋齿轮时,称为顺铣。实践证明,当夹紧力可靠时,采用顺铣可提高加工工件的表面质量,提高刀片的耐用度、使用寿命。

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