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圆柱尼龙齿轮加工工艺和常用工艺装备

作者:尼龙齿轮 来源:www.nilongchilun.com 发表时间:2013-8-28 浏览:次  
一、 齿轮的功用与结构特点


      齿轮传动在现代机器和仪器中的应用极为广泛,其功用是按规定的速比传递运动和动力。


      齿轮的结构由于使用要求不同而具有各种不同的外形,但从工艺角度可将齿轮看成是由齿圈和轮体两部分构成。按照齿圈上轮齿的分布形式,可分为直齿、斜齿、人字齿等;按照轮体的结构特点,齿轮大致分为盘形齿轮、套筒齿轮、轴齿轮、扇形齿轮和齿条等等,如图9-1所示。


      在上述各种齿轮中,以盘形齿轮应用最广。盘形齿轮的内孔多为精度较高的圆柱孔和花键孔。其轮缘具有一个或几个齿圈。单齿圈齿轮的结构工艺性最好,可采用任何一种齿形加工方法加工轮齿;双联或三联等多齿圈齿轮(图9-1b、c)。当其轮缘间的轴向间隔较小时,小齿圈齿形的加工方法的选择就受到限制,通常只能选用插齿。假如小齿圈精度要求高,需要精滚或磨齿加工,而轴向间隔在设计上又不答应加大时,可将此多齿圈齿轮做成单齿圈齿轮的组合结构,以改善加工的工艺性。


      二、齿轮的技术要求


      齿轮本身的制造精度,对整个机器的工作性能、承载能力及使用寿命都有很大的影响。根据其使用条件,齿轮传动应满足以下几个方面的要求。


      (一)传递运动正确性


      要求齿轮较正确地传递运动,传动比恒定。即要求齿轮在一转中的转角误差不超过一定范围。


      (二)传递运动平稳性


      要求齿轮传递运动平稳,以减小冲击、振动和噪声。即要求限制齿轮转动时瞬时速比的变化。


      (三)载荷分布均匀性


      要求齿轮工作时,齿面接触要均匀,以使齿轮在传递动力时不致因载荷分布不匀而使接触应力过大,引起齿面过早磨损。接触精度除了包括齿面接触均匀性以外,还包括接触面积和接触位置。


      (四)传动侧隙的公道性


      要求齿轮工作时,非工作齿面间留有一定的间隙,以贮存润滑油,补偿因温度、弹性变形所引起的尺寸变化和加工、装配时的一些误差。


      齿轮的制造精度和齿侧间隙主要根据齿轮的用途和工作条件而定。对于分度传动用的齿轮,主要要求齿轮的运动精度较高;对于高速动力传动用齿轮,为了减少冲击和噪声,对工作平稳性精度有较高要求;对于重载低速传动用的齿轮,则要求齿面有较高的接触精度,以保证齿轮不致过早磨损;对于换向传动和读数机构用的齿轮,则应严格控制齿侧间隙,必要时,须消除间隙。


      B10095?88中对齿轮及齿轮副规定了12个精度等级,从1~12顺次降低。其中1~2级是有待发展的精度等级,3~5级为高精度等级,6~8级为中等精度等级,9级以下为低精度等级。每个精度等级都有三个公差组,分别规定出各项公差和偏差项目,见表9-1。

  表9-1 齿轮公差组

公差组

公差及偏差项目

对传动性能的影响

  • F’i、△Fp(△Fpk)、△F”i、△Fr、△Fw

传递运动正确性

  • f’I、△ff、△fpt、△fpb、△f”I、△fpb

传动平稳性、噪声、振动

△Fβ、△Fpx

承载均匀性


      三、齿轮的材料、热处理和毛坯


      (一)齿轮的材料与热处理


      1.材料的选择


      齿轮应按照使用时的工作条件选用合适的材料。齿轮材料的合适与否对齿轮的加工性能和使用寿命都有直接的影响。


      一般来说,对于低速重载的传力齿轮,齿面受压产生塑性变形和磨损,且轮齿易折断。应选用机械强度、硬度等综协力学性能较好的材料,如18CrMnTi;线速度高的传力齿轮,齿面轻易产生疲惫点蚀,所以齿面应有较高的硬度,可用38CrMoAlA氮化钢;承受冲击载荷的传力齿轮,应选用韧性好的材料,如低碳合金钢18CrMnTi;非传力齿轮可以选用不淬火钢,铸铁、夹布胶木、尼龙等非金属材料。一般用途的齿轮均用45钢等中碳结构钢和低碳结构钢如20Cr、40Cr、20CrMnTi等制成。


      2.齿轮的热处理


      齿轮加工中根据不同的目的,安排两类热处理工序。


      (1)毛坯热处理在齿坯加工前后安排预备热处理—正火或调质。其主要目的是消除铸造及粗加工所引起的残余应力,改善材料的切削性能和进步综协力学性能。


      (2)齿面热处理齿形加工完毕后,为进步齿面的硬度和耐磨性,常进行渗碳淬火,高频淬火,碳氮共渗和氮化处理等热处理工序。


      (二)齿轮毛坯


      齿轮毛坯形式主要有棒料、锻件和铸件。棒料用于小尺寸、结构简单且对强度要求不太高的齿轮。当齿轮强度要求高,并要求耐磨损、耐冲击时,多用锻件毛坯。当齿轮的直径大于Φ400~Φ600时,常用铸造齿坯。为了减少机械加工量,对大尺寸、低精度的齿轮,可以直接铸出轮齿;对于小尺寸,外形复杂的齿轮,可以采用精密铸造、压力铸造、精密铸造、粉末冶金、热轧和冷挤等新工艺制造出具有轮齿的齿坯,以进步劳动生产率,节约原材料。


      四、齿坯加工


      齿形加工之前的齿轮加工称为齿坯加工,齿坯的内孔(或轴颈)、端面或外圆经常是齿轮加工、丈量和装配的基准,齿坯的精度对齿轮的加工精度有着重要的影响。因此,齿坯加工在整个齿轮加工中占有重要的地位。


      (一)齿坯加工精度


      齿坯加工中,主要要求保证的是基准孔(或轴颈)的尺寸精度和外形精度、基准端面相对于基准孔(或轴颈)的位置精度。不同精度的孔(或轴颈)的齿坯公差以及表面粗糙度等要求分别列于表9-2、表9-3和表9-4中。

表9-2 齿坯公差

齿轮精度等级①

5

6

7

8

9

孔尺寸公差

外形公差

IT5

IT6

IT7

IT8

轴尺寸公差

外形公差

IT5

IT6

IT7

顶圆直径②

IT7

IT8

IT8


      ①当三个公差组的精度等级不同时,按最高精度等级确定公差值。


      ②当顶圆不作为丈量齿厚基准时,尺寸公差按IT11给定,但应小于0.1mm。

  表9-3 齿轮基准面径向和端面圆跳动公差(μm)

分度圆直径(mm)

精度等级

大于

1和2

3 和4

5 和6

7 和8

9 和12

0

125

2.8

7

11

18

28

125

400

3.6

9

14

22

36

400

800

5.0

12

20

32

50

  表9-4 齿坯基准面的表面粗糙度参数Ra(μm)

精度等级

3

4

5

6

7

8

9

10

颈端

端面

顶圆

≤0.2

≤0.1

0.2~0.1

≤0.2

0.2~0.1

0.4~0.2

0.4~0.2

≤0.2

0.6~0.4

≤0.8

≤0.4

0.6~0.3

1.6~0.8

≤0.8

1.6~0.8

≤1.6

≤1.6

3.2~1.6

≤3.2

≤1.6

≤3.2

≤3.2

≤1.6

≤3.2

(二)齿坯加工方案

  齿坯加工方案的选择主要与齿轮的轮体结构、技术要求和生产批量等因素有关。对轴、套筒类齿轮的齿坯,其加工工艺与一般轴、套筒零件的加工工艺相类同。下面主要对盘齿轮的齿坯加工方案作一介绍。

  1.中、小批生产的齿坯加工

  中小批生产尽量采用通用机床加工。对于圆柱孔齿坯,可采用粗车—精车的加工方案:

  (1)在卧式车床上粗车齿轮各部分;

  (2)在一次安装中精车内孔和基准端面,以保证基准端面对内孔的跳动要求;

  (3)以内孔在心轴上定位,精车外圆、端面及其它部分。

  对于花键孔齿坯,采用粗车—拉—精车的加工方案。

  2.大批量生产的齿坯加工

  大批量生产中,无论花键孔或圆柱孔,均采用高生产率的机床(如拉床、多轴自动或多刀半自动车床等),其加工方案如下:

  (1)以外圆定位加工端面和孔(留拉削余量);

  (2)以端面支承拉孔;

  (3)以孔在芯轴上定位,在多刀半自动车床上粗车外圆、端面和切槽;

  (4)不卸下芯轴,在另一台车床上续精车外圆、端面、切槽和倒角,如图9-2所示。

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