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人字齿轮及其加工方法你知道多少
- 2019-09-23-

        齿轮机构是机械传动中最重要、应用最广泛的一种传动形式,其优点是能保证传动比恒定不变,能传递足够大的动力;运动精度和传动效率高,工作可靠,寿命长,结构紧凑。

        根据相啮合齿轮轴线的位置关系,分为平行轴传动和相交轴传动,平行轴传动分为直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动和人字齿圆柱齿轮传动3种。三种传动因其齿轮结构的不同各有特点,其中,人字齿圆柱齿轮传动的优势较明显,但同时有制造方面的困难。

        1、渐开线齿廓介绍

        平面S沿半径为b的基圆柱作纯滚动时,其上与基圆柱母线NN平行的某一条直线KK的轨迹所形成的渐开线曲面即渐开线直齿圆柱齿轮的齿面。若直线KK与母线NN成一角度b,则所形成的轨迹为一渐开线螺旋面,即渐开线斜齿圆柱齿轮的齿面,b为基圆柱上的螺旋角。

        2、啮合特点说明

        由齿廓曲面形成过程可知,渐开线直齿圆柱齿轮啮合时,齿廓曲面的接触线是与轴线平行的直线,在啮合过程中整个齿宽同时进入和退出啮合,轮齿上所受的力也是突然加上或卸掉,故传动平稳性差,冲击和噪声大。渐开线斜齿圆柱齿轮啮合时,齿面的接触线是逐渐由短变长,以后又逐渐由长变短,直至脱离啮合,轮齿上所受的力也是逐渐由小到大,再由大到小,同时啮合的轮齿对数多,故传动较平稳,冲击和噪声小,适用于高速和重载传动。但斜齿圆柱齿轮传动时产生轴向分力FX,它由轴和轴承承担。为减小传动时的轴向分力FX,螺旋角不宜过大,一般取分度圆柱上的螺旋角=8°~15°。

        为了解决这一矛盾,人字齿轮应运而生,人字齿轮是指为消除轴向力,而把一个齿轮作成对称的螺旋角方向相反的一对斜齿轮。人字齿圆柱齿轮的一部分齿宽为右螺旋齿,另一部分为左螺旋齿。根据制造方法不同,左、右螺旋齿中间有带退刀槽和不带退刀槽的两种结构。人字齿轮除具有斜齿轮的长处外,由于其两部分轮齿的左、右螺旋角大小相等,方向相反,可使轴向力FX互相抵消;从而获得了选用更大螺旋角的齿轮(一般取=25°~40°)的可能性,这样一来便可以提高齿轮啮合时的重合度,使得传动更加得平稳同时又避免了轴向分力对传动系统的不利影响,但其缺点是制造比较困难,而且齿轮的制造精度对于齿轮传动的平稳和噪声影响是比较大的。

        3、人字齿轮加工

        由于人字齿轮结构上的特殊性,使其加工较普通的斜齿轮要复杂一些,对于设备的要求也比斜齿轮加工的设备要求高。技术要求方面除了要满足斜齿轮的精度要求外,还对左、右齿轮齿槽延长线交点位置(后文称人字齿轮中线)有要求,通常该交点要在齿轮两定位端面的中线上。这也是人字齿轮加工的一个难点,下面介绍几种常见的加工方法。

        3.1软齿面齿轮(啮合齿轮副的齿面硬度小于350HB)

对于软齿面齿轮较常见的加工方法有仿形法加工和展成法加工。

        3.1.1仿形法是指采用数控加工中心机床并配以指形铣刀进行铣削加工,此种加工方法齿轮的精度受刀具影响较大,齿轮齿部的精度较低,通常能达到DIN8级左右的精度,但人字齿轮中线位置较准确,整体的加工效率也较低;

        3.1.2展成法是指采用数控滚齿机进行滚削加工,其中,滚齿机控制软件若带有人字齿轮加工功能可采用人字齿加工程序进行加工,对于人字齿轮中线位置比较容易保证,关键是将齿轮加工的安装高度输入准确即可;若不带有人字齿轮加工功能,则需要在加工前对左、右旋的两齿轮齿面上进行划线,以此确定出人字齿轮中线的位置,然后分别根据划线位置对刀进行左、右齿轮的滚削加工,此方法加工出的人字齿轮中线位置不容易保证,需要有划线的精度和对刀的准确性共同决定;整体来讲采用滚削方法生产出的齿轮齿部精度较高(可达到DIN7级),其加工效率也比较高;

        3.2硬齿面齿轮

        硬齿面齿轮通常是对齿轮材料进行渗碳或者是渗氮处理,使得齿轮的表面硬度在60HRC左右,齿轮若进行渗氮处理需要在热处理前将齿部做成活,其加工方法同软齿面齿轮相同;齿轮若进行渗碳处理需在热处理后将齿部做成活,其加工方法通常是磨齿加工,磨齿时可以对人字齿中心线进行调整,由于滚齿留量有限,因此人字齿中心线调整量有限,人字齿中心线的位置由热前的加工精度决定了,但采用磨齿加工的齿轮精度可达到DIN5级以上。

        由于人字齿轮具有自动抵消轴向力的特性,因此增大螺旋角对整个传动系统的受力没有影响,但另一方面较大的螺旋角可以得到较大的重合度,使得传动更加的平稳。采用人字齿轮副的齿轮箱具有传动平稳、噪音低、体积小、重量轻、传递功率大、使用寿命长的显著特点,具有较高的社会综合效益。可见,人字齿轮传动是齿轮传动机构的一个重要发展方向,需要我们进一步提升现有的制造水平。


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