盆角齿轮
盆角齿轮全名叫做:差速器主被动齿轮,分为主齿轮和被动齿轮两部分,俗称盘角齿。
- 中文名称 盆角齿轮
- 应用领域 机械工程
工作原理
工作原理:单级减速器就是一个主动椎齿轮(俗称角齿),和一个从盆角齿,主动椎齿轮连接传动轴,顺时针旋转,从盆角齿贴在其右侧,啮合点向下转动,与车轮前进方向一致。由于主动锥齿轮直径小,盆角齿直径大,从而达到减速的功能。
双级减速器多了一个中间过渡齿轮,主动椎齿轮左侧与中间齿轮的伞齿部分啮合,盆角齿轮同轴有一个小直径的直齿轮,直齿轮与从动齿轮啮合。这样中间齿轮向后转,从动齿轮向前转动。中间有两级减速过程。
双级减速由于使车桥体积增大,过去主要用在发动机功率偏低的车辆匹配上,现在主要用于低速高扭矩的工程机械方面。
在双级式主减速器中,若第二级减速在车轮附近进行,实际上构成两个车轮处的独立部件,则称为轮边减速器。这样作的好处是可以减小半轴所传递的转矩,有利于减小半轴的尺寸和质量。轮边减速器可以是行星齿轮式的,也可以由一对圆柱齿轮副构成。当采用圆柱齿轮副进行轮边减速时可以通过调节两齿轮的相互位置,改变车轮轴线与半轴之间的上下位置关系。这种车桥称为门式车桥,常用于对车桥高低位置有特殊要求的汽车。
按主减速器传动比档数分,可分为单速式和双速式两种。目前,国产汽车基本都采用了传动比固定的单速式主减速器。在双速式主减速器上,设有供选择的两个传动比,这种主减速器实际上又起到了副变速器的作用。
加工方法
齿轮毛坯加工
齿轮的毛坯加工在整个齿轮加工过程中占有很重要的地位。齿面加工和检测所用的基准必须在齿轮毛坯加工阶段加工出来,同时齿坯加工所占工时比例较大,对生产效率和齿轮加工质量都具有很大影响,余量过多将导致后续半精加工和精加工所需加工的量增多,耗时增加,降低生产效率;若余量过少,则后续加工需特别谨慎,否则将超出齿轮设计精度尺寸使得产品不合格。因此需要对齿轮毛坯加工阶段予以特别重视。
齿面加工
针对齿面加工的方法很多,主要有滚齿、插齿、剃齿、磨齿、铣齿、刨齿、梳齿、挤齿、研齿和珩齿等,其中使用最多的是前四种方法:滚齿、插齿、剃齿和磨齿。
1、滚齿
滚切齿轮属于展成法,可将看作无啮合间隙的齿轮与齿条传动。当滚齿旋转一周时,相当于齿条在法向移动一个刀齿,滚刀的连续传动,犹如一根无限长的齿条在连续移动。当滚刀与滚齿坯间严格按照齿轮于齿条的传动比强制啮合传动时,滚刀刀齿在一系列位置上的包络线就形成了工件的渐开线齿形。随着滚刀的垂直进给,即可滚切出所需的齿廓。滚齿是目前应用最广的切齿方法,可加工渐开线齿轮、圆弧齿轮、摆线齿轮、链轮、棘轮、蜗轮和包络蜗杆,精度一般可达到DIN4~7级。目前滚齿的先进技术有:(a)多头滚刀滚齿;(b)硬齿面滚齿技术;(c)大型齿轮滚齿技术;(d)高速滚齿技术。
2、插齿
插齿特别适合于加工内齿轮和多联齿轮。采用特殊刀具和附件后,还可加工无声链轮、棘轮、内外花键、齿形皮带轮、扇形齿轮、非完整齿齿轮、特殊齿形结合子、齿条、端面齿轮和锥度齿轮等。目前先进插齿技术有:(a)多刀头插齿技术;(b)微机数控插齿机;(c)硬齿面齿轮插削技术。
3、剃齿
剃齿加工是根据一对螺旋角不等的螺旋齿轮啮合的原理,剃齿刀与被切齿轮的轴线空间交叉一个角度,它们的啮合为无侧隙双面啮合的自由展成运动。剃齿是一种高效齿轮精加工方法,和磨齿相比,剃齿具有效率高、成本低、齿面无烧伤和裂纹等优点。所以在成批生产的汽车、拖拉机和机床等齿轮加工中,得到广泛应用。对角剃齿法和径向剃齿法还可用于带台肩齿轮的精加工。
4、磨齿
磨齿是获得高精度齿轮最有效和可靠的方法。发达国家都用硬齿面齿轮,磨齿成为高精度齿轮的主要加工方法。目前碟形砂轮和大平面砂轮磨齿精度可达DIN2级,但效率很低。蜗杆砂轮磨齿精度达DIN3~4级,效率高,适用于中、小模数齿轮磨齿,但砂轮修正较为复杂。磨齿的主要问题是效率低、成本高,尤其是大尺寸的齿轮。所以提高磨齿效率,降低费用是当前的主要研究方向。近年来磨齿方面的新技术有:(a)双面磨削法;(b)立方氮化硼砂轮高效磨齿;(c)连续成型磨齿技术和超高速磨削技术。
5、铣齿
铣齿属成形法加工齿轮,刀具的截形与被加工齿轮的齿槽形状相同,刀具沿齿轮的齿槽方向进给,一个齿槽铣完,被加工齿轮分度后,再铣第二个齿槽,齿轮的齿节距由分度控制。由于齿轮的齿槽形状与齿轮的齿数、修正量、甚至齿厚公差有关,成形法铣齿难于实现刀具齿形与被加工齿轮齿槽都相同,实际上铣齿大都是近似齿形。大模数的齿轮,铣齿生产效率较高,铣齿广泛用于粗切齿。
6、刨齿
刨齿一般是用刨齿刀加工直齿圆柱齿轮、锥齿轮或齿条等的齿面。刨刀有两个运动:一是刨刀的直线切削往复运动;二是刨刀随摇台的平面回转运动,刀具与被加工锥齿轮的运动关系,相当于一个平顶或平面齿轮的齿与被加工锥齿轮的啮合。刀具展成切齿循环一次,加工出一个齿,被加工锥齿轮分度后,加工第二个齿。
7、梳齿
梳齿是用齿条刀插削圆柱齿轮。特点是加工精度高,可达DIN5级。由于刀具结构简单、制造刃磨方便,精度高、刃磨次数多,便于采用硬质合金刀片和立方氮化硼刀片加工淬硬齿轮。
精加工
目前工业应用的齿轮精加工方式主要是剃齿、磨齿、挤齿、研齿和珩齿。
剃齿是在剃齿机上用剃齿刀剃齿,是齿轮精加工的一种方法,剃齿刀相当于齿面上开了很多刃的斜齿轮。它带动被加工齿轮相对转动,如同交错轴齿轮啮合,靠齿面上的相对滑动,剃齿刀切去齿面上很薄的一层金属,完成齿轮的精加工,剃齿机溜板的调整保证齿轮的齿向加工正确。剃齿精度受剃前齿加工的精度限制。剃齿生产效率较高,适用于滚齿、插齿后的软齿面精加工。
磨齿则是用砂轮对齿面进行磨削,磨齿可以磨削齿面淬硬的齿轮,消除热处理变形,提高齿轮精度。磨齿根据使用的砂轮不同,又分为:(1)锥形砂轮磨齿;(2)蝶形砂轮磨齿;(3)大平面砂轮磨齿;(4)蜗杆砂轮磨齿;(5)渐开线包络环面蜗杆砂轮磨齿;(6)成型砂轮磨齿。
挤齿和珩齿都是齿轮精加工的方法。挤齿是利用挤压轮对被加工齿轮的齿面进行挤压,提高齿轮的表面质量,主要适用于滚齿、插齿后的软齿面齿轮精加工。而珩齿则与剃齿的方法基本相同,即将剃齿刀换成形状相同的珩磨轮,靠与齿面的相对滑动对齿面进行抛光,被加工齿轮的齿面软硬均可。
盆角齿轮热处理
调质处理
盆角齿轮的特点是尺寸和重量大,但设计、加工及热处理较易,运行中容易跑合,齿根强度富裕,抗冲击能力强。一般针对中高碳钢和中高碳合金钢。
常见缺陷及防止措施
序号 | 缺陷名称 | 产生原因 | 防止措施 |
1 | 硬度偏低 | 齿轮钢材含碳量偏低;淬火加热规范不当;表面脱碳;淬火冷却不足;回火温度偏高;材料选择不当 | 检查钢材化学成分;调整加热淬火规范;降低回火温度;更换钢材 |
2 | 调质深度不足 | 选材不当,钢材碳含量或合金元素含量偏低,淬火规范不当 | 根据齿轮模数和尺寸选用合适淬透性钢材;检查钢材化学成分;调整加热冷却规范;大模数齿轮采用开齿调质 |
3 | 硬度不均匀 | 钢材原始组织不良;淬火冷却不均匀;淬火回火加热温度不均匀 | 检查钢材质量;重新进行一次正火或退火;加强冷却液的饿循环;改善淬火回火温度均匀度 |
影响齿轮热处理畸变的主要因素
影响因素 | 造成齿轮变形的原因 |
设计 | 形状对称性及截面均匀性差,轮辐刚度差 |
材料 | 晶粒度不均匀,带状组织严重,淬透性带 |
锻造 | 锻造流线不对称,锻后冷却不均匀 |
预备热处理 | 加热温度过高或过低,冷却不均匀 |
切削加工 | 切削量过大,工艺孔位置安排不当 |
最终热处理 | 加热温度过高或过低,冷却不均匀 |
常见缺陷及防止措施
序号 | 缺陷名称 | 产生原因 | 防止措施 |
1 | 毛坯硬度偏高 | 正火温度偏低或保温时间不足使组织中残留少量硬度较高(≥250HV)的魏氏组织,正火温度超过钢材晶粒显著长大的温度 | 应重新制定正火工艺;检查控温仪表,校准温度,控制正火冷却速度 |
2 | 毛坯硬度偏低 | 正火冷却过缓 | 重新正火,加强冷却 |
3 | 带状偏析 | 钢材合金元素和杂质偏析,一般正火难以消除 | 更换材料 |
4 | 层渗不足 | 碳势偏低;温度偏低;温度偏低或渗期不足 | 提高碳势;检查炉温,调整工艺,延长渗碳(共渗)时间 |
5 | 渗层过渗 | 碳势过高,渗碳(共渗)温度偏高;渗期过长 | 降低碳势;缩短周期,调整工艺 |
6 | 渗层不均 | 炉内各部分温度不均匀;碳势不均匀;炉气循环不佳;工件相互碰撞;齿面有脏物;渗碳时在齿面结焦 | 齿轮表面清洗干净;合理设计夹具;防止齿轮相互碰撞;在齿轮料盘上加导流罩,保证炉内各部温度均匀;严格控制渗碳剂中不饱和碳氢化合物 |
7 | 表面碳浓度过高形成大块碳(氮)化合物网 | 炉气碳势过高,强渗时间过长 | 降低碳势,缩短强渗时间;如果渗层深度允许,可在较低碳势炉中进行扩散处理;适当提高淬火温度;进行一次渗层的球化退火 |
8 | 表面残留奥氏体过多 | 碳(氮)含量过高;渗后冷却过快,碳(氮)量析出不够,淬火温度偏高 | 调整渗碳(共渗)工艺控制碳(氮)含量;从渗碳(共渗)炉或预冷炉中出炉温度不宜过高;降低淬火温度 |
9 | 表面碳含量过低 | 炉气碳势过低,炉温偏高;扩散时间过长 | 提高碳势;检查炉温,调整强渗与扩散时间的比例 |
10 | 表层马氏体针粗大 | 淬火温度偏高 | 降低淬火温度 |
11 | 表层出现非马氏体组织 | 升温排气不充分;炉子密封性差,漏气,使表层合金元素氧化,淬火冷却速度低 | 从设备和工艺操作上减少空气进入炉内;适当提高淬火冷却速度;在渗碳最后10min左右通入适量氨气 |
12 | 表层脱碳 | 渗后出炉温度过高;炉子出现严重漏气;淬火时产生氧化 | 防止炉子漏气;降低出炉温度;控制淬火时炉内气氛;盐炉淬火脱氧要充分;补渗碳 |
13 | 心部硬度偏低 | 淬火温度过低;冷却速度不当,心部游离铁素体过多;选材不当 | 提高淬火温度;加强淬火冷却;采用两次淬火;更换材料 |
14 | 畸变 | 淬火温度偏高;冷却方法不当;夹具设计不合理,材料选择不当 | 调整淬火工艺,合理设计夹具,改善冷却条件,改换钢材 |