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弧齿锥齿轮加工发展历程生产方法及应用《资讯》

发布时间:2020-08-17 12:43:08 阅读: 来源:硅酸铝厂家

2019-04-29 18:35:15来源:齿轮传动

锥齿轮用于传递相交轴之间的运动和动力。锥齿轮传动用于各种车辆、拖拉机和直升飞机的中央传动。准双轴面齿轮传动用于传递交错轴之间的动力和动力。准双曲轴齿轮传动多用于汽车、工程机械后桥的减速传动。

回顾机械工程技术发展史,就齿轮传动方面而言,我国是发明齿轮和应用齿轮传动最早的国家。早在西汉时代(约一世纪)已应用了铸钢齿轮;东汉时代(公元78-139年)张衡已用了较复杂的齿轮系。特别是在行星差动传动方面,我国早在南北朝时代(公元429-500年),世界闻名的伟大科学家祖冲之发明了如图1-1所示,具有锥齿轮行星差动传动的指南车。这种由锥齿轮组成的行星差动传动能保证“圆转不穷,而司方如一“。因此,我国行星差动传动的应用比欧美各国早1300多年。后来由于历史的原因,我们落后了。

弧齿锥齿轮只是齿轮传动中的一种,但是它的几何关系最复杂,加工方法也最复杂。以弧齿锥齿轮加工方法的演变和兴衰,可以让我们看到不同技术之间的相互推动和影响。弧齿锥齿轮成为一个关键零件,是由于它在汽车差速器传动中的应用。随着汽车工业和航空工业的大发展。弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮的用量很大,既要求高的生产率,也要求高的精度。弧齿锥齿轮的加工就是在这样的背景下发展起来的。

1865年,格里森(W.Gleason,爱尔兰裔)在美国纽约州建立了专门生产齿轮机床的Gleason公司,开始生产直齿锥齿轮加工机床。1913年,为汽车减速器而开发的弧齿锥齿轮刚刚出现不久,Gleason就发明了能大批生产这种齿轮的加式原理和相应的机床,即著名的Gleason加工法。Gleason加工法为单分度铣削加式,得到的齿轮纵向齿线为圆弧,轮齿的齿高由大端向小端收缩(收缩齿)。用该法加工也可磨齿和研齿。1927年,又实现了准双曲面齿轮的加工。

汽车后桥部分要求有传递垂直轴间传动的锥齿轮传动。20世纪20年代,随着汽车速度的提高,汽车设计者提出要求:这一传动应能适应较高的速度,异能降低传递运动给后桥的传动轴的位置,以降低汽车的重心。1916,美国Gleason公司为此作出了贡献,开发出了弧齿锥齿轮及其加工机床。1927年,该公司的咨询工程师威尔德哈伯(E.Wildhaber)主持开发了准双曲面齿轮,这种齿轮为垂直交错轴间的传动。用期代替锥齿轮传动使汽车的重心有所下降,获得了广泛的应用。Wildhaber是齿轮设计与制造领域著名的发明家,他一生共获得279项专利。

1944年,瑞士的奥利康(Oerlikom)公司研制成另一种加工弧齿锥齿轮的机床,相应的加工方法称为Oerlikom加工法。Oerlikom加工法为连续铣削,得到的齿轮纵向齿线为外摆线,各点曲率不同,得到的轮齿从大端到等高(等高齿)。弧齿锥齿轮与普通的圆柱齿轮不同:用不同的加工方法加工出来的锥齿轮是不能啮合的。所谓Oerlikom加工法,实际上是Gleason公司在1914年的专利。

为什么Gleason公司对这个专利弃之不用呢?Oerlikom法是连续切削,生产率比Gleason法的单齿分度高。但是,其却不能采用基于范成法的磨齿加工,而汽车和飞机都采用了硬齿面齿轮,必须进行磨齿加工。Gleason公司在1930年就开发出弧齿锥齿轮的磨齿加工工艺。此外,等高齿被认为不符合等强度的原则,因此在长期内,Gleason机床在市场上处于领先地位。

20世纪50年代初期,数控加工问世,在铣、车、刨、磨等机床先后实现数控化以后,到70年代,运动最复杂的弧齿锥齿轮加工机床也迎来了数控化改造的时代。此前,两种加工机床都是纯机械的,各不相同,各自独立;数控化以后,Gleason机床也能加工Oerlikom齿轮,反之亦然“你中有我,我中有你“。

1993年,德国克林贝格(Klingelnberg)公司收购Oerlikom公司的齿轮技术中心。20世纪90年代,机械加工与机械分析的新技术给Oerlikom方法带来了转机:

1)1989年实现了磨齿。这是因为,数控机床出现后诞生的曲面加理论使得磨齿可以逐点进行,摆脱了按范成法磨削的传统思维。

2)1997年,Oerlikom公司开发出C28机床,采用超细雨硬质合金,将高速干切削应用于弧齿锥齿轮的加工,生产率又大幅度提高。

3)有限元分析(FEA-Finite Element Analysis)表明,等高齿的强度没有问题。

2002年,Klingelnberg-Oerlikom机床首次在弧齿锥齿轮加工机床的世界市场上实现销售领先。

锥齿轮和准双曲面齿轮的三种齿制

弧齿锥齿轮用间歇分齿法铣齿。多年来我国一直生产弧齿锥齿轮铣齿机,特点是价格比较便宜,且能满足一般工业要求。美国格里森公司是生产弧齿锥齿轮铣齿机的著名厂家,格里森铣齿机和格里森齿制被各车广泛采用。

摆线齿锥齿轮用连续分齿法铣齿。德国克林贝格(Klingelnberg)公制生产长幅外摆线锥齿轮铣齿机,形成了Cyclo-palloid(摆线-准渐开线)齿制,其特点是采用双层刀盘,通过调整外切刀片(加工齿的凹面)回转中心与内切刀片(加工齿的凸面)回转中心间的偏距,调整齿面接触区。瑞士奥利康(Oerlikom)公司也生产长幅外摆线锥齿轮铣齿机,其特点是通过刀具主轴倾斜来控制齿面的接触区。

由于计算机的普遍使用,各厂家销售铣齿机的同时,也出售齿轮设计和铣齿机调整软件。一些最先进的铣齿机则采用了全数控铣齿技术。很明显,采用什么齿制完全取决于选用什么铣齿机。铣齿机的选型和配置取决于所生产的产品和铣齿机价格的高低,在一个国家几种齿制并存可以提供更多的选择余地。

各种齿制都有其特点和不足之处,经过长期发展,已经互相渗透,吸取了对方的长处,如:采用刀倾法增加切齿调整功能;用全数控铣齿机,既可用间歇分齿法加工弧齿,又可以用连续分齿法加工长幅外摆线齿。

摆线齿锥齿轮的两种齿制中,奥利康制采用的刀片组数多,且可用半展成法铣齿,生产率高,在我国多用于汽车行业。克林贝格则有小规格的铣齿机,FK41C弄能加工的参考点最小模数为mn=0.2mm;也有大规格的铣齿机,AMK1602型能加工的参考点最大模数为mn=35mm,最大直径可达2000mm,且AMK852和AMK1602等型铣齿机可用于硬齿面刮削,在我国多用于重型和矿山机械行业。

我国于60年代引进过奥利康SKM2型铣齿机,对于这种老的奥利康制锥齿轮设计和制造已有不少介绍。由于SKM2型铣齿机对齿面接触区的调整功能较差等原因,该公司早已不生产。60年代以后奥利康公司开发的新铣齿,无论在锥齿轮设计或切齿调整方面,有重大的改进与提高。

表1锥齿轮及准双曲面齿轮传动的分类、特点和用途

目前我国上述三种齿制均生产,均采用优质合钢硬齿面,其中等顶隙收缩齿可磨齿,精度高一些,但装配调整麻烦些。而等高齿锥齿轮可采用刮削加,其装配调整方便些。各有千秋,如何正确合理选用请见表1。

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