齒輪

齒輪加工時出現(xiàn)齒輪變形的問題

關(guān)于齒輪熱處理畸變的情況很復(fù)雜，是全部冷、熱加工工序影響因素的綜合反映。模數(shù)越大，輪齒越高也越厚，如果齒輪的齒數(shù)一定，則輪的徑向尺寸也越大。機械加工產(chǎn)生的殘留應(yīng)力，熱處理過程的熱應(yīng)力、組織應(yīng)力都會對變形產(chǎn)生一定的影響。而它們的影響因素較多，涉及原材料、工件結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計、整個工藝過程、技術(shù)要求、機加工方法、加工條件、熱處理工藝（加熱、冷卻）、工裝等。有時單從熱處理方面采取措施來解決齒輪的變形有一定的困難，要從冷、熱加工全過程的各種因素來考慮，具體情況具體分析，采取相應(yīng)措施，排除或減弱。

齒輪作為機械傳動裝置中的主要零件，其應(yīng)用十分廣泛。并不是越高也好，下面我們整理了一些不同機械傳動中齒輪加工采用的精度等級當然，以上是常見的精度等級要求，具體還是不同檔次的機械的要求不同。塑料齒輪因其質(zhì)量輕、成本低、惰性好等優(yōu)點在很多領(lǐng)域已經(jīng)逐步替代了金屬齒輪。模具是影響塑料齒輪注射成形質(zhì)量的關(guān)鍵因素，如何提高模具設(shè)計的質(zhì)量與效率是齒輪模具行業(yè)面臨的關(guān)鍵共性問題。同時，由于塑料齒輪在注射成形過程中會發(fā)生收縮，如何對模具的型腔進行修正，以保證齒輪的成形精度，更是模具設(shè)計中的難點。因此，本文對塑料齒輪注射模CAD系統(tǒng)進行了研究與開發(fā)。本文首先分析了漸開線齒輪齒廓的形成原理及其相關(guān)特性，結(jié)合注射成形塑料制品收縮的一般規(guī)律，對塑料齒輪注射模型腔修正規(guī)則進行了研究，提出了一種快速有效的齒輪型腔修正方法。然后本文對參數(shù)化建模技術(shù)進行了研究，采用關(guān)系表達式法建立了漸開線直齒圓柱齒輪和漸開線斜齒圓柱齒輪的參數(shù)化模板，通過人機交互實現(xiàn)了塑料齒輪的參數(shù)化建模，用戶只需輸入的齒輪的關(guān)鍵參數(shù)就可以自動創(chuàng)建相應(yīng)類型的齒輪?；谏鲜龌A(chǔ)，本文在UG NX平臺上開發(fā)出一套塑料齒輪注射模CAD系統(tǒng)，包括型腔設(shè)計、模架/標準件設(shè)計、澆注系統(tǒng)設(shè)計、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計等。通過該系統(tǒng)的應(yīng)用，用戶不但可以快速有序的進行塑料齒輪注射模設(shè)計，還能自動獲得型腔修正結(jié)果，極大的提高了模具設(shè)計的效率和質(zhì)量，縮短了模具設(shè)計周期。

六種齒輪加工的方法

齒形有多種形式，其中以漸開線齒形為常見。漸開線齒形常用的加工方法有兩大類，即成形法和展成法。

1.銑齒

      采用盤形模數(shù)銑刀或指狀銑刀銑齒屬于成形法加工，銑刀刀齒截面形狀與齒輪齒間形狀相對應(yīng)。此種方法加工效率和加工精度均較低，僅適用于單件小批生產(chǎn)。

2.成形磨齒

      也屬于成形法加工，因砂輪不易修整，使用較少。

3.滾齒

      屬于展成法加工，其工作原理相當于一對螺旋齒輪嚙合。齒輪滾刀的原型是一個螺旋角很大的螺旋齒輪，因齒數(shù)很少（通常齒數(shù)z = 1），牙齒很長，繞在軸上形成一個螺旋升角很小的蝸桿，再經(jīng)過開槽和鏟齒，便成為了具有切削刃和后角的滾刀。

4.剃齒

      在大批量生產(chǎn)中剃齒是非淬硬齒面常用的精加工方法。其工作原理是利用剃齒刀與被加工齒輪作自由嚙合運動，借助于兩者之間的相對滑移，從齒面上剃下很細的切屑，以提高齒面的精度。剃齒還可形成鼓形齒，用以改善齒面接觸區(qū)位置。

5.插齒

      插齒是除滾齒以外常用的一種利用展成法的切齒工藝。插齒時，插齒刀與工件相當于一對圓柱齒輪的嚙合。插齒刀的往復(fù)運動是插齒的主運動，而插齒刀與工件按一定比例關(guān)系所作的圓周運動是插齒的進給運動。

6.展成法磨齒

      展成法磨齒的切削運動與滾齒相似，是一種齒形精加工方法，特別是對于淬硬齒輪，往往是的精加工方法。展成法磨齒可以采用蝸桿砂輪磨削，也可以采用錐形砂輪或碟形砂輪磨削。

齒輪加工的原理

齒輪加工的原理，常見的有兩種，仿形加工和范成（展成）加工。

       1、仿形加工：齒輪加工刀具切出齒輪的齒槽，刀具的“截面形狀”是齒輪齒槽的形狀。加工齒輪時，沒有齒輪嚙合運動，加工出來的齒輪精度低，一般精度在11級以下。

       2、范成加工。在齒輪加工中一共有多少等級在齒輪加工共有13個精度等級，用數(shù)字0～12由低到高的順序排列，0級高，12級低。齒輪加工刀具本身就是“齒輪或齒條”，齒輪滾刀可以“認為”是齒條，屬于齒條類型刀具。加工時，齒輪刀具與被加工齒輪之間有“齒輪嚙合”運動。齒輪刀具齒廓刀刃，運動包絡(luò)出被加工齒輪的齒廓（齒面），是理想的漸開線，加工精度較高，常見的有，滾齒、插齒、剃齒（屬于精加工）。

    大齒輪的毛坯件主要是鍛件、棒料或鑄件，其中鍛件使用較多。不過精度越高齒輪的綜合能力都會有很大的提高，如壽命傳動精度噪音等都能得到提高和改善。對毛坯件首先進行正火處理，改善其切削加工型，便于切削；然后進行粗加工，按照大齒輪設(shè)計要求，先將毛坯加工成大致形狀，保留較多余量。再進行半精加工，車、滾、插齒，使大齒輪基本成型；之后對大齒輪進行熱處理，改善大齒輪的力學(xué)性能，按照使用要求和所用材料的不同，有調(diào)質(zhì)、滲碳淬火、齒面高頻感應(yīng)加熱淬火等；然后對齒輪進行精加工，精修基準、精加工齒形。

    1、正火：鍛造毛坯之后部分工廠會選擇正火，也有公司選擇退火，正火和退火的目的都是為了使晶粒細化和碳化物分布均勻化，去除材料的內(nèi)應(yīng)力，但由于正火冷卻速度比退火冷卻速度稍快，因而正火組織要比退火組織更細一些，其機械性能也有所提高。大齒輪鑄件的缺陷例如氣孔，夾渣有時會在大齒輪產(chǎn)品的內(nèi)部，這些氣孔、夾渣我們不易發(fā)現(xiàn)，此時就要用到無損探傷，無損探傷可以發(fā)現(xiàn)這些缺陷，大型齒輪鑄件的無損探傷就顯得尤為重要。另外，正火爐外冷卻不占用設(shè)備，生產(chǎn)率較高，因此生產(chǎn)中盡可能采用正火來代替退火。采用等溫正火使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

    2、粗車加工：粗加工齒輪外圓，端面，可選擇普通車床和數(shù)控車床，由于粗車之后還有對工件進行熱處理，所以一般會留有3-5毫米的余量，方便之后的精車加工到zhi定尺寸。

    3、精車加工：精加工齒輪外圓，端面，將尺寸加工到圖紙規(guī)定的尺寸要求，如后續(xù)還需要磨削，那么需留0.2-0.3毫米的余量，以方便磨削獲得更高的精度要求。

    4、調(diào)質(zhì)熱處理：由于大齒輪的工作條件不同，熱處理出來的表面硬度也不同，但大齒輪經(jīng)過淬火后的硬度一般都在HRC45以上，例如：汽車齒輪由于受力較大,受沖擊較頻繁的原因常采用20CrMnTi鋼作為齒輪材料，20CrMnTi鋼具有較高的力學(xué)性能，經(jīng)過淬火后表面硬度可達HRC58～62,心部硬度HRC30～45，以提高耐磨性和疲勞抗力。齒輪加工如何選擇材料齒輪加工形式多種多樣，應(yīng)用領(lǐng)域也是十分廣泛，齒輪應(yīng)按照使用時的工作條件選用合適的材料。

    5、制齒：常采用插齒機或者滾齒機加工齒面，雖然調(diào)整維護方便，但如果大批量生產(chǎn)就會出現(xiàn)效率低的問題，之后隨著涂層技術(shù)的發(fā)展，滾刀、插刀刃磨后的再次涂鍍非常方便地進行，經(jīng)過涂鍍的刀具能夠明顯地提高使用壽命，一般能提高百分之九十以上，有效地減少了換刀次數(shù)和刃磨時間，效益顯著。選擇那種齒輪傳動要根據(jù)設(shè)計要求，兩種齒輪傳動各有利弊，但有于硬齒面?zhèn)鲃虞d荷大，使用壽命長，備廣泛的應(yīng)用。