通过降低成本扩充小模数螺旋锥齿轮的大批量应用-05
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小模数航空螺旋锥齿轮全工序法铣齿法综述摘要:本文针对全工序铣齿技术在小模数航空螺旋锥齿轮领域的应用进行了综述。
通过调研螺旋锥齿轮全工序铣齿关键技术及其在相关领域的应用情况,探讨了全工序铣齿技术在在航空领域应用的可行性,尤其是针对小模数航空螺旋锥齿轮的制造工艺。
结果表明,工序法铣齿法加工技术在小模数航空螺旋锥齿轮的加工领域具有良好的应用前景。
关键词:全工序铣齿;航空螺旋锥齿轮;KIMOS;印痕模拟1.引言由于全工序铣齿加工方法效率高,已在汽车齿轮制造方面有较为成熟的应用。
而航空传动结构紧凑,功重比要求高,此外,航空螺旋锥齿轮在冶金质量和啮合质量上都有严格的要求,单件精度一般在4~5级要求,普遍高于汽车齿轮1~2级。
高精度、小去除量小模数航空螺旋锥齿轮同样具有应用全工序铣齿方案的可能,但由于加工技术等因素的限制,全工序铣齿方法一直未能在航空锥齿轮领域得到较为成熟的应用。
2.行业研究现状对于圆弧齿弧齿和准双曲面齿轮的加工,美国格里森公司相继开发了用于大轮加工的双面法、“五刀法”、全工序法、双重双面法、统一刀盘法、格里森单配制、螺旋成型法、粗铣精拉法、多用刀盘法等多种加工方法随着工业技术的进步,截止目前,除“五刀法”和“全工序法”外,其余加工方法基本已经淡出齿轮加工领域。
“五刀法”是一种是采用凹凸面分开加工,一次只精加工小轮一个面的加工方法,即采用五个刀盘分别对大小轮进行粗、精切加工。
其中,大轮粗、精切与小轮粗切均可采用刀盘一次切削完成,但小轮精切需要凹凸两面分别完成,这样可使精切后两齿面粗糙度值较小但齿轮齿侧间隙不一致,而且五刀法加工需要不断更换刀盘并重新调整刀具参数,降低了加工效率。
由于齿轮模数小,齿厚薄,在加工调整中极易产生干涉现象且不易被发现,造成质量风险、产品交付困难,急需解决。
全工序法是一种是采用凹凸面同时加工,一次成型的加工方法,该方法又称双重螺旋法,既可以提高零件表面粗糙度,保证齿隙的一致性,又可以保证渗层的均匀性,对提高产品质量具有重要意义。
螺旋锥齿轮(螺伞)数控加工简易计算摘要:进入21世纪,我国经济进入了突飞猛进的发展期,国内中小特别是小型企业迅猛发展;同时,国内外机加工设备也在全面向着数字化变革,带来了加工工业的变革。
一些老的理论以及工艺已经不能完全适应当前这种需求。
本文通过对螺旋锥齿轮的调整计算、加工的现状分析,提出了简化计算及加工方法,尤其适用于数控加工。
一.螺旋锥齿轮加工现状螺旋锥齿轮又叫弧齿锥齿轮、螺旋伞齿轮,俗称螺伞齿轮、盆角齿轮。
因相对使用较少,设备昂贵,原一般由国营大型企业加工。
其加工参数计算繁琐,且根据单号单面法、固定安装法、双面法等不同加工方法有不同计算公式,同时老式机床调整也复杂。
近年来,随着我国经济迅猛发展,对螺旋锥齿轮的需求也逐步增加,中小企业也开始参与到锥齿轮加工中来。
对于小型生产企业,可以购买新式数控机床,但是不可能掏出上万甚至几十万来购买计算模拟软件,普遍对于螺旋锥齿轮的计算及加工感到困难。
下面根据相关基本理论,结合实践,阐述简明的计算、加工过程。
二.调整计算,确定加工所需项目参数(以复合双面法为基础、综合固定安装法、单面法,使用最少刀盘,获得最高效率为目标)实例:Z1/Z2=8/33,m=5.85齿宽b=33螺旋角β=35轴交角Σ=90齿高变位系数χ=0.475全齿高=10.46 (0.8/0.188)1.几何计算:略2.刀具选用:(全部采用双精刀盘)-刀盘直径根据经验,选用中点锥距2倍左右即可,例如:中点锥距计算为82.821,我们可以选用6英寸刀盘(理论直径φ152.4)。
-刀号根据复合双面法刀号公式:N#=540*tgβ[1-(Lsinβ/r)] / (tgα*Zc)= 11.52 (理论刀号)式中:r-刀盘半径,L-中点锥距,α-压力角,Zc-当量齿数此处采用10.5#刀盘。
(根据经验,为了减少刀盘数量,可以全部采购10.5#刀盘)。
根据刀号通用公式:N#=(γ1+γ2) /20 * sinβ(γ1和γ2为大小轮齿根角,单位:分),将实际刀号10.5代人,反求得螺旋角β为:31.73°(后面计算均按此螺旋角计算,接触区会更容易达到理想状态)-错刀距根据复合双面法公式:W=mL[π/2*cosβ-2tgα(f+c)]/Le =2.77 (复合双面法理论错刀距)式中:m-模数,L-中点锥距,α-压力角,Le-大端锥距,f-齿高系数(0.8),c-顶隙系数(0.188)(此处插入一些说明:复合双面法采用同一把刀盘加工大、小轮,且均为一次成型,成本低,效率较高,所以在满足要求的情况下,企业均希望采用此种加工方法;而根据传统理论,此加工方法适用条件为:模数最大2.5,小轮齿数最少16,且齿高、顶隙系数定义也不同,这就很大程度限制了此加工方法的使用。
大规格高精度螺旋锥齿轮加工技术的探究随着现代科技的发展,机器加工技术已经发展到了一个高度,驱动着工业生产的高速发展,而螺旋锥齿轮作为机械传动中一种设计优良的齿轮,它在工业上应用极为广泛。
如何提高螺旋锥齿轮的制造精度已成为制造业发展的研究重点。
在此背景下,对大规格高精度螺旋锥齿轮加工技术的探究有着重要意义。
螺旋锥齿轮的制造精度在很大程度上影响传动系统的性能,对减小齿面误差、减少噪声和提高传动效率都具有非常重要的作用。
针对高精度螺旋锥齿轮的制造,传统机加工技术往往会受到很大的限制。
由于其结构特殊,制造工艺需要非常高的精度和一定的专业技术。
因此,我们需要探究新的制造技术加工出高精度的螺旋锥齿轮,以满足市场的需求。
在大规格高精度螺旋锥齿轮加工技术方面,3D打印技术是一种值得探究的制造技术。
3D打印技术,也称为快速成型技术,是一种通过添加材料的方式制造物体的技术。
通过3D 打印技术,可以将CAD文件转化为真实的物体,制造出极高的精度和复杂度的零部件。
基于这个优势,3D打印技术可以在很大程度上提高螺旋锥齿轮的制造精度。
与常规机加工技术相比,3D打印技术有以下几个优点。
第一,工艺简便。
采用3D打印技术可以直接从数字模型中制造产品,无需复杂的预处理流程和人工操作。
第二,降低成本。
由于3D打印技术的喷头可以直接将材料喷射出来,相比常规机加工可以大大降低材料损耗和成本。
第三,可以制造复杂的结构。
由于3D打印技术的喷头可以随意移动并喷射材料,它可以制造出极为复杂的结构,相比常规机加工更加自由和灵活。
第四,制造精度更高。
由于3D打印技术不需要人工干预,可以直接实现高精度加工,从而提高了螺旋锥齿轮的制造精度。
随着3D打印技术的不断发展,越来越多的企业开始尝试使用3D打印技术制造螺旋锥齿轮。
据了解,世界上一些著名的机械制造企业已经开始采用3D打印技术来制造一些高精度螺旋锥齿轮零部件。
总的来说,3D打印技术是一种极其有前景的工业制造技术,在大规格高精度螺旋锥齿轮加工方面有着广阔的应用前景。
大规格高精度螺旋锥齿轮加工技术的探究
螺旋锥齿轮是一种常见的传动装置,广泛应用于工程机械、汽车、航空航天等领域。
由于螺旋角的存在,它可以实现高传动比、高效率和低噪音等特点。
由于其加工难度大、工艺复杂,大规格高精度螺旋锥齿轮的加工一直以来都是制约其应用和发展的关键因素之一。
探究大规格高精度螺旋锥齿轮加工技术对于提高其加工精度、效率和降低成本具有重要意义。
大规格螺旋锥齿轮加工技术的探究需要解决高精度要求带来的加工难题。
大规格螺旋锥齿轮的加工精度要求通常在几十微米至几百微米之间,因此需要采用先进的加工工艺和装备来满足这一要求。
目前,主要采用的加工方法包括滚刀法、镜面刀法、磨削法等。
滚刀法是目前应用最广泛的一种方法,它可以实现高效率、高精度的加工。
还需要解决螺旋角带来的加工难题,螺旋角的变化会导致加工时齿面的变形和加工误差的积累。
需要通过优化刀具的设计和加工工艺来降低螺旋角对加工精度的影响。
大规格螺旋锥齿轮加工技术的探究需要解决大批量生产的需求。
大规格螺旋锥齿轮的加工通常涉及到大型数控设备和复杂的自动化生产线,因此需要解决设备的稳定性和生产效率等问题。
目前,一些企业已经开始引入自动化生产线和智能制造技术来提高生产效率和降低成本。
还需要通过优化工艺流程和加工工艺来提高加工效率和产品质量,满足大批量生产的需求。
大规格高精度螺旋锥齿轮加工技术的探究对于提高其加工精度、效率和降低成本具有重要意义。
通过解决高精度要求、大规格加工难题和大批量生产需求,可以推动大规格高精度螺旋锥齿轮的应用和发展。
螺旋锥齿轮数字化制造过程关键技术概述螺旋锥齿轮应用广泛,但随着工业发展,对其制造精度的要求也越来越高,目前齿面误差可达0.005mm,传统的加工方法由于质量不稳定、精度低、一致性差、效率低等原因,正逐步被先进的螺旋锥齿轮数字化加工技术所取代。
齿面的数字化加工过程中涉及到的关键技术包括:螺旋锥齿轮数字化建模、印痕数字化模拟仿真、加工参数的智能获取和调整以及数字化检测技术等。
标签:螺旋锥齿轮;数字化;加工;检测1 概述1.1 螺旋锥齿轮加工技术发展趋势传统的螺旋锥齿轮加工方法通常是首先按照图纸要求加工大轮,然后通过磨齿调整小轮的齿面进行啮合试验直至印痕区符合图纸要求,其加工方法中主要的缺点包括:(1)加工效率低:印痕调整的过程较为复杂,对操作者的技能要求比较高,往往要根据印痕的实际情况和加工经验确定调整参数,调整周期长。
加工程序不能固化,每次加工都需要重新调整。
尤其不能满足如现代工业多型号、小批量的发展趋势。
(2)加工精度低:依靠操作人员的经验和技能很难稳定的制造出高精度的零件,而且这种方式不符合现代化加工技术的发展趋势。
(3)齿面不统一:传统的螺旋锥齿轮为配对加工,在使用过程中如其中一个齿轮报废,则相配齿轮通常情况下也同时报废,因为不同批次加工同件号零件的齿面不同。
目前欧美发达国家应用较为广泛的是螺旋锥齿轮的数字化加工方法且应用的已经很成熟,该技术有高效率、高合格率和高精度以及较好的精度稳定性和一致性等优点,能够避免传统加工方法产生的弊端,目前,我国螺旋锥齿轮的数字化加工技术正在逐步取代传统的加工方法。
1.2 螺旋锥齿轮数字化加工过程关键技术螺旋锥齿轮数字化加工的目标是实现齿轮的设计[1]、制造[2]和检测[3]整个过程协同,以实现螺旋锥齿轮的高效、高精度制造技术,螺旋锥齿轮数字化加工具体过程:根据图纸建模-模拟仿真得到印痕-得到加工参数-加工零件-测量实际齿面-与标准齿轮齿面进行比较-调整加工参数-分析比较印痕-调整加工参数-反复调整直至得到合格印痕。
2024年螺旋圆锥齿轮市场前景分析1. 引言螺旋圆锥齿轮是一种常见的齿轮传动装置,具有广泛的应用领域。
本文将对螺旋圆锥齿轮市场的前景进行分析,包括市场规模、发展趋势和市场竞争等方面的内容。
2. 市场规模分析螺旋圆锥齿轮市场的规模是衡量市场潜力的重要指标。
根据市场调研数据显示,近年来螺旋圆锥齿轮市场呈现稳定增长的趋势。
这主要归因于以下几个因素:•工业发展的需求增加:随着经济的快速发展,工业领域对螺旋圆锥齿轮的需求量不断增加。
特别是在重工业领域,如机械、船舶、钢铁等行业,对高负载传动装置的需求更为迫切。
•技术的进步:随着制造技术的不断提升,螺旋圆锥齿轮的生产效率和质量得到了大幅提升。
这进一步推动了市场的需求和增长。
•新兴市场需求的增加:在一些新兴市场,如印度、巴西等国家,工业化的水平不断提高,对螺旋圆锥齿轮的需求也在逐渐增加。
3. 发展趋势分析在未来几年,螺旋圆锥齿轮市场有望保持稳定增长,并出现以下发展趋势:•自动化和智能化:随着工业自动化程度的提高,对螺旋圆锥齿轮的自动化和智能化需求不断增加。
具备自动校正、远程监控等功能的螺旋圆锥齿轮将更受市场欢迎。
•轻量化和高效性:在节能环保的要求下,螺旋圆锥齿轮制造商将致力于研发更轻、更高效的产品。
通过采用新材料和先进制造工艺,螺旋圆锥齿轮的能效将得到进一步提升。
•个性化需求增加:随着用户需求的不断变化,个性化定制的螺旋圆锥齿轮市场将逐渐兴起。
制造商需要灵活生产,提供个性化的产品和解决方案,以满足客户的特殊需求。
4. 市场竞争分析螺旋圆锥齿轮市场竞争激烈,主要的竞争对手包括国内外的齿轮制造商。
竞争优势主要体现在以下几个方面:•技术实力:拥有自主研发能力和创新能力的企业具备更强的竞争力。
通过技术创新,可以提高产品性能和质量,满足市场的差异化需求。
•品牌影响力:知名度高、品牌建设良好的企业在市场上拥有更大的竞争优势。
品牌影响力可以提高消费者对产品的认知度和信任度。
螺旋锥齿轮市场分析报告1.引言1.1 概述螺旋锥齿轮作为一种重要的传动装置,在工业领域具有广泛的应用。
它的独特设计和高效性能使得螺旋锥齿轮在各种机械设备中发挥着关键作用。
本报告旨在对螺旋锥齿轮市场进行深入分析,从定义和特点、市场现状分析以及发展趋势预测等方面进行全面解读,为相关行业和企业提供市场情报和发展方向。
通过对螺旋锥齿轮市场的研究,我们将探讨市场机遇和挑战,并提出相应的建议和展望,以期为读者带来全面的市场认识和决策参考。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下要点:文章结构部分将解释整篇文章的结构和内容安排,包括各个章节的主要内容和重点论述。
具体来说,可以介绍文章包含以下内容:1. 引言部分:介绍螺旋锥齿轮市场分析报告的背景和意义,概述本次分析报告的基本情况和研究范围。
同时说明本次报告的写作目的和意义,为读者提供整体把握。
2. 正文部分:分为螺旋锥齿轮的定义和特点、市场现状分析和市场发展趋势预测三个子部分。
首先介绍螺旋锥齿轮的基本定义和特点,然后对目前市场现状进行分析,包括市场规模、市场主要参与者和市场竞争情况,最后针对市场发展趋势进行预测和分析。
3. 结论部分:包括市场机遇与挑战、建议与展望以及总结三个子部分。
对市场机遇与挑战进行分析和总结,提出相关建议和展望,最后总结本次报告的主要内容和结论。
以上为文章结构部分的概要内容,通过清晰的安排和逻辑性的连接,读者能够更好地理解整篇文章的内容和主题。
1.3 目的本报告的目的是对螺旋锥齿轮市场进行全面分析,了解其市场现状和发展趋势。
通过对市场的研究,我们旨在为相关行业提供有益的市场信息和发展建议,帮助企业制定更加有效的市场策略,把握市场机遇,应对市场挑战,实现可持续发展。
同时,本报告还旨在为投资者提供参考,助其进行理性的投资决策。
通过对螺旋锥齿轮市场的全面分析,我们希望为相关利益相关方提供有用的信息和见解,推动行业的健康发展。
1.4 总结总结:通过对螺旋锥齿轮市场的深入分析,我们可以看到螺旋锥齿轮具有独特的设计和特点,适用于许多工业领域。
“克”制与“格”制在小模数螺旋锥齿轮加工中的应用分析摘要:本文首先对Klingelnberg齿制(简称“克”制)和Gleason齿制(简称“格”制)的加工原理进行介绍,然后通过理论与应用对比分析,得出两种齿制在品质上并没有优劣之分的结论,最后总结出造成当前两种齿制在小模数螺旋锥齿加工应用中误解的主要原因是加工设备选用和齿轮品质控制的问题,与齿制本身无关。
本文对于广大小模数螺旋锥齿轮制造商、设备制造商和使用客户都有十分重要的理论和实际指导意义。
关键词:齿制;小模数螺旋锥齿轮;加工应用1前言螺旋锥齿轮有Klingelnberg齿制(以下简称“克”制)、Gleason齿制(以下简称“格”制)和Oerlikon齿制(以下简称“奥”制)之分。
上世纪90年代初,由于Klingelnberg公司收购Oerlikon公司的螺旋锥齿轮业务,加之“克”制和“奥”制这两种齿制的齿轮均为延伸外摆线等高齿,我们可把二者合称为“克”制齿轮。
在小模数螺旋锥齿轮实际应用中,有很多齿轮生产厂家或使用厂家误认为格制优于克制齿轮,对此,本文通过两种齿制在理论上和实际应用中进行对比分析,得出两种齿制的推广使用与齿制本身无关,并更正一些错误说法。
以期为广大小模数齿轮制造商、设备制造商和使用客户提供理论和实际参考指导。
2 格制与奥制齿轮的理论比较2.1 格制齿轮加工原理齿线是圆弧,齿高方向从大端到小端逐步降低,因此得名为弧齿收缩齿。
其加工原理如下:GLEASON齿制采用展成法加工,例如数控铣齿机的X、Y、A轴的联动模拟一个假想的齿轮(该假想齿轮被称为产形轮),刀盘的切削面是假想齿轮的一个轮齿。
当工件即被加工齿轮与假想齿轮以一定的传动比绕各自的轴线旋转时,刀盘就会在工件轮坯上切出一个圆弧齿槽,所以,GLEASON齿轮加工是一个齿一个齿加工的。
齿轮的切削过程就象一对齿轮的啮合过程一样。
如图1所示:图1 格制齿轮加工原理2.2 克制齿轮加工原理齿线是延伸外摆线,齿高方向从大端到小端不发生变化,因此得名为延伸外摆线等高齿。
航空螺旋锥齿轮探究1.对数螺旋锥齿轮概述螺旋锥齿轮是一种可以按稳定传动比平稳、低噪音传动的传动零件,螺旋锥齿轮传动效率高,传动比稳定,圆弧重叠系数大,承载能力高,传动平稳平顺,工作可靠,结构紧凑,节能省料,节省空间,耐磨损。
在各种机械传动中,以螺旋锥齿轮的传动效率为最高,对各类传动尤其是大功率传动具有很大的经济效益;螺旋锥齿轮传动比永久稳定,传动比稳定往往是各类机械设备的传动中对传动性能的基本要求。
目前,随着我国工业设计与制造技术不断向前发展,对数螺旋锥齿轮作为一种新型螺旋锥齿轮应运而生,有其独特的优点——沿齿向线上各点的螺旋角处处相等,该中新型齿轮传动可以有效地解决由于螺旋角不相等所带来的诸如传动不平稳、动力传递效率低等问题。
2.对数螺旋锥齿轮的设计理念在对数螺旋锥齿轮发展初期的设计,其主要的理念是因为平面对数螺旋线的优点——同一条对数螺旋线上各点螺旋角处处相等。
后经过论证在圆锥面上形成的对数螺旋线也具备该特性,且与母线的夹角为定值,这样的曲线又称为定倾曲线。
根据斜齿圆柱齿轮齿廓表面的形成可看作一个平面(啮合面)沿基圆柱作纯滚动时,平面上任意一条不与基圆柱轴线平行的直线在空间走过的轨迹。
而各种类型的圆锥齿轮齿廓表面的形成原理也与其相似,可以看作是其啮合面沿基锥作纯滚动时,其上任意一条曲线在空间运动所形成的曲面。
如将这条曲2螺旋锥齿轮加工工艺2.1五刀法加工目前,在国内螺旋锥齿轮加工最常用的就是五刀法,也称之为固定安装法。
随着世界汽车工业的不断发展,汽车齿轮加工技术也进行了变革,在圆弧收缩齿轮中,最早使用的就是五刀法切削螺旋锥齿轮。
所谓五刀,就是大小轮切齿需要使用五道工序,分为五个步骤才可以将大轮和小轮粗精切完成,属于传统的加工方式之一,其接触区域是在小轮两侧面分别进行调整,相互之间不会产生影响,技术也非常成熟。
在进行大批量的生产环节,每一组都会使用五台以上的机床,加工一对齿轮需要进行五次的装卸,调整工作量较大,转换品种的时间较长。
尽管螺旋锥齿轮副在非平行轴传动诸多场合优势明显,有着不可替代的地位,被广泛应用于车船等大型机械传动中,但在小家电、小型减速器等大批量生产的小模数传动机构领域,比之其它传动形式——如蜗杆/斜齿轮副,螺旋锥齿轮副的采用远不够广泛。
制约螺旋锥齿轮广泛大量应用的主要原因有二:一是加工成本高,二是安装调试成本高。
加工成本高,表现在切削机床、加工效率、参数计算和尺寸测量四个方面:
●以弧齿锥齿轮为例,要得到良好的啮合效
果,正常批量生产须至少3台专用机床才
可以做,而每台价格不菲,折旧费用在加
工成本中占有相当的比重。
●因为范成法加工齿面以及每个齿槽单独
切削,加工节拍420秒以上,时间很难再
缩减。
●齿轮的设计参数和加工参数的计算都比
较麻烦,有时需要试切调试看结果后再从
头计算,几次反复才能确定下来。
●齿面、啮合区,都呈3维分布,通用测具
难以把握是否切削在正确位置及是否进
刀到位。
而为了保证实际使用效果的齿向
齿线双重修形,更加重了测量的计算和操
作难度。
安装调试成本高,则体现在加工定位误差、刀具安装误差、工件轴向定位误差等,都会交互影响啮合痕迹的位置和形状。
有时甚至出现啮痕迹看似调整良好,但重合度却远小于1,不能正常啮合、噪音偏大的情况。
而一旦装机调试,轴向和径向的装配位置度误差,又会加入进来,进一步影响对加工结果的判定,使得反复调整计算参数、加工参数的工作量加大。
由于上述原因,使用情况良好、大批量加工并且啮合质量稳定的切削加工螺旋锥齿轮副,就模数1~1.5范围而言,价格很难降到¥20/套以下。
本文介绍从三个方面来降低成本的努力,用以扩大小模数螺旋锥齿轮的应用范围。
一.模具成型的等距螺旋锥齿轮副
由于小模数齿轮传动力不大,大多数情况可以绕开较高成本的金属切削加工,采用齿体强度稍低的模具成型螺旋锥齿轮副。
模具成型,首先会遇到螺旋锥齿轮因脱模干涉损坏齿面或引发变形破坏啮合精度的问题。
容易理解,以螺旋锥齿轮为固定参照,与齿体外形面紧贴在一起的模腔形面,当采取某一规律的螺旋运动旋离的每一个瞬间,在相接触的形面上的任一点,其运动方向矢量与齿体面上此点的法线矢量之夹角≤90°时,干涉便不会发生(参看图1。
绿色为法线矢量,蓝色为运动方向矢量)。
图1.
已有论文指出,弧齿锥齿轮(格里森制)脱模时有干涉;摆线锥齿轮(克制),根据经验可以判定,脱模时也会有干涉。
而齿线为等距锥螺旋线的螺旋锥齿轮,在绝大多数齿形的情况下,可以满足不与模腔齿面干涉的脱模要求。
所谓等距螺旋锥齿轮副,是将小轮设定为等距螺旋锥齿轮,大轮则按照小轮齿形,依照空间共轭原理包络出齿面,然后比照弧齿锥齿轮的修形原理,对大小轮分别进行齿形、齿线修形,从而组成的螺旋锥齿轮副。
考虑到点接触线在齿宽中部附近,所以等距螺旋锥齿轮是以齿宽中部为基准齿形,其余部分齿面则按照等距锥螺旋线扫描而获得。
最常见的基准齿形,为球面渐开线,而由此获得
的等距螺旋锥齿轮副,全称应为:球面渐开线等距螺旋锥齿轮副(外形如图2示)。
实际操作中,首先使用通用3D绘图软件,做出3D等距螺旋锥齿轮副实体虚拟模型文件(精度在0.0001以下),依此进行模腔加工,再用模具制出零件,最终以齿面为基准切削加工出零件定位面。
需要特别指出:当传动比小于2左右,大轮的脱模可能出现干涉问题,因为大轮齿线并非等距锥螺旋线,所以传动比较小的螺旋锥齿轮副,不适于模具成型。
图2
1-1. 粉末冶金等距螺旋锥齿轮副
事实上,大轮为粉末冶金,小轮为切削加工件的弧齿锥齿轮副,其应用早已开始,为降低成本走出可喜的一步。
但小轮价格仍显偏高。
粉末冶金等距螺旋锥齿轮副,制造模腔所用电极,均根据调整好接触区的3D虚拟模型,用高精度三轴、四轴CNC雕刻而得。
两件模具制品,齿形面尺寸相对稳定。
并且针对粉末冶金件轴向尺寸不稳定的问题,进行定位面的后加工,使得主机厂批量生产装配时调整更为方便。
因为加工节拍仅为12秒左右,模数1.3左右的价格为¥12/套。
因模数较小,传递动力不大,所以粉末冶金等距螺旋锥齿轮可以满足绝大部分场合的强度要求。
而在抗胶合方面,由于粉末冶金件的自润特性,要优于金属加工件。
1-2. 大轮塑胶小轮粉末冶金的螺旋锥齿轮副
实践证明,小轮金属大轮塑胶的齿轮副,降低噪音方面有明显优势。
在强度许可的情况下,塑胶齿轮的抗胶合能力,甚至强于金属齿轮。
为平衡强度,可以将粉末冶金齿轮齿厚减薄,加厚塑胶轮齿(见图3)。
图3
塑胶采用Nylon+Fibre或其它高性能材料,若齿轮内置金属嵌件,能够获得更好的整体强度。
此塑胶/粉末冶金组合的等距螺旋锥齿轮副,价格当在¥8/套之内。
当然,在传动力很小的情形下,亦可采用大小轮均为塑胶的等距螺旋锥齿轮副,价格会进一步降低。
二.用端面齿轮副替代螺旋锥齿轮副
端面齿轮没有专门的机床提供加工,国内基本处于试做研究阶段,实际运用很少见(图4示)。
但由于端面齿轮副的小轮为圆柱齿轮,加工工艺成熟,费用低,更大的优势在于圆柱齿轮轴向安装无严格的定位要求,这给测试、验证、装配带来很大的便利。
加上面齿轮基本不存在脱模干涉问题,所以,粉末冶金端面齿轮副,能够进一步降低成本。
价格当在¥10 /套左右。
现在端面齿轮面临的主要问题是,尽管有国外资料介绍优点众多并逐渐推广开来,但国内用的少,没有形成市场机制,研究经费也就投入不多,反过来又限制了推广使用。
图4
近两年来,端面齿轮的3D虚拟造型有了长足进步,啮合痕迹区域随装配误差变化的动态模拟分析也逐步完善,可以据此比较方便地制作出模腔,使得小模数粉末冶金和塑胶端面齿轮的推广应用,有了稳妥的成本基础。
同样模具成型的前提下,端面齿轮比等距螺旋锥齿轮,更有成本优势。
可以想见未来几年,端面齿轮在小模数领域的应用,会有很快的发展。
即便在必须切削加工的前提下,用改良了的插齿机加工端面齿轮,其加工成本也会低于螺旋锥齿轮的大轮。
同样需要特别指出:当传动比小于 2.5左右,端面齿轮齿宽由于齿顶变尖受到限制,齿体强度趋于恶化。
所以传动比较小时,不适宜使用端面齿轮副。
三. 用成型铣削法加工螺旋锥齿轮
螺旋锥齿轮加工效率低,主要来自机床的范成运动。
如果可以用成型刀沿着一定的路径加工出齿槽,同时满足齿面点接触并且接触区有一定的可接受长度,那么加工成本会下来许多。
螺旋锥齿轮成型铣削法的原理,是以等角螺旋锥齿轮齿宽中部附近的球面渐开线的齿面为基准,剖切出一段齿线作为成型刀的齿形,成型刀则按照一定的曲线轨迹进行切齿,来保证齿宽中部附近的点接触。
此方法用直齿锥齿轮做了验证:齿数为11:10,模数0.5,用于牙科医疗器材,转速18000rpm。
在CNC车床上用成型加工法得到的直齿锥齿轮副,啮合痕迹宽度达齿宽的50%,装机效果良好(图5、图6示)。
图
5
图6
用成型铣削法加工螺旋锥齿轮,与上面直锥齿方法类似。
因为是以等角螺旋锥齿轮为基本型,所以刀片不需要摆动,只需走出二维的
切削轨迹,而工件按照一定规律转动,即可完成螺旋齿槽的加工。
此方法适用于模数小于1.5、粉末冶金强度不够、传动比小于2不能运用等距螺旋锥齿轮模具成型的场合。
推荐使用小型CNC车床,调整刀路简单便捷,多种刀具一次装夹完成加工,能得到较高的形位精度。
把成型铣刀换成砂轮,提升刀杆转速,此法也可进行磨齿加工,能进一步提高齿面质量和齿轮精度。
注:成型铣削法加工螺旋锥齿轮,不同模数、不同齿数比的齿轮,都需要特制专用成
型刀,所以只适合大批量生产量稳定的
状况。
* * * * * * * * *
综上:
1)小模数螺旋锥齿轮应用不够广泛,根本原
因不是技术复杂,主要是成本降不下来。
2)等距螺旋锥齿轮,其脱模不干涉的特点,
使得大小轮都可以模具成型,可以大幅度降低成本。
3)端面齿轮不仅可以模具成型,还有着方便
装配调试的优点,可以进一步降低成本。
4)成形铣削螺旋锥齿轮,因省却了机床展成
运动,切削效率高,而且可以使用通用CNC 车床加工,也能够较大程度降低成本。
2011年8月。