克林贝格的哪些产品可以测量摆线齿轮?

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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。

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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学术荣誉与兼职:全国齿轮标准化技术委员会委员;湖南省121创新人才工程第三层次人选
学术方向: 复杂传动件数字化设计及数控加工技术,智能制造装备,机械产品故障诊断
教学情况:主讲本科生课程:《互换性与测量技术基础》、《机械零件有限元分析》
主讲研究生课程:《现代制造技术及装备》、《现代数控技术及装备》、《机械制造案例》
1.2020年3月-2021年2月,高性能螺旋锥齿轮设计加工技术研究,企业资助项目,主持;
2.2020年1月-2021年12月,车辆驱动桥轻量化设计及加工装备智能化改造,企业资助项目,主持;
3.2019年3月-2021年2月,高减比准双曲面齿轮设计加工技术研究,企业资助项目,主持;
4.2018年1月-2020年12月,基于性能约束的摆线齿锥齿轮设计加工技术研究,湖南省自然科学基金项目,主持;
5.2018年1月-2019年12月,航空弧齿锥齿轮设计加工技术研究,企业资助项目,主持;
6.2018年3月-2018年12月,低地板车摆线齿端面联轴节设计加工技术研究,企业资助项目,主持;
7.2018年5月-2019年4月,端面弧齿联轴节设计加工技术研究,企业资助项目,主持;
8.2015年1月至2016年12月,数控螺旋锥齿轮磨齿机加工误差辨识及误差补偿技术研究,湖南省科技计划项目,主持;
9.2015年1月至2017年12月,数控螺旋锥齿轮铣齿机整机结构动力学特性研究,企业资助项目,主持;
10.2014年11月至2015年9月,自动闪光焊接机技术开发,企业资助项目,主持;
11.2014年1月至2014年12月,Gleason齿制螺旋锥齿轮设计分析软件开发,企业资助项目,主持;
12.2012年1月至2014年12月,螺旋锥齿轮在机测量及其齿形误差修正技术的研究,湖南省教育厅优秀青年项目,主持;
13.2012年1月至2014年12月,圆弧齿螺旋锥齿轮数字化闭环制造技术的研究,企业资助项目,主持;
14.2009年1月至2011年12月,螺旋锥齿轮传动UMG及其含随机量的非线性动力学研究,国家自然科学基金项目,参与;
15.2005年11月至2010年11月,数字化制造基础研究子项目“高性能复杂曲面数字化精密加工的新原理和新方法”(项目号:),国家973 项目,参与。
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获得湖南省科技进步一等奖1项,省科技进步二等奖1项,省机械工业科学技术奖一等奖2项。

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1、奥利康制锥齿轮设计与加工技术,奥利康制锥齿轮设计与加工,主讲人,2015.07,奥利康制锥齿轮设计与加工技术,主讲内容,奥利康制锥齿轮几何及加工原理,奥利康制锥齿轮加工调整,奥利康制锥齿轮齿面修正,一,三,四,奥利康制锥齿轮几何设计,二,奥利康制锥齿轮几何及加工原理,概述,奥利康制锥齿轮设计与加工技术,1、螺旋锥齿轮分类 1)按齿长曲线 圆弧齿锥齿轮:齿线为圆弧的一部分。 延伸外摆线锥齿轮:齿线为延伸外摆线的一部分。 圆弧齿锥齿轮 延伸外摆线锥齿轮,一、,奥利康制锥齿轮设计与加工技术,2)按齿高形式 渐缩齿:齿高沿齿长方向由大端向小端收缩。 等高齿:齿高沿齿长方向相等。 渐缩齿 等高齿,一、,

2、奥利康制锥齿轮设计与加工技术,3)按两轴空间形式 普通锥齿轮:齿轮副两轴线位置空间交叉。 准双曲面齿轮:齿轮副两轴线位置空间交错。按照偏置形式分为上偏置和下偏置。 普通锥齿轮 准双曲面齿轮 下偏置 上偏置,一、,奥利康制锥齿轮设计与加工技术,4)按加工方法 端面铣削法:采用间歇分度,用来加工弧齿锥齿轮及准双曲面齿轮。 端面滚切法:采用连续分度,用来加工摆线齿锥齿轮及准双曲面齿轮。 端面铣削法 端面滚切法,一、,奥利康制锥齿轮设计与加工技术,五刀法:主要应用于格里森制锥齿轮,常见固定安装法,需要五道工序。 大轮双面粗切、双面精切; 小轮双面粗切,凹面精切,凸面精切; 优点:刀具和机床对于凸面和凹

3、面是分开的,易于单独控制和优化设计; 刀具磨削简便; 缺点:效率低、劳动强度大。 两刀法:凸凹面同时加工、粗精切一次完成,主要见于奥利康 制锥齿轮的两刀法和格里森制的全工序法。 大轮双面粗精切; 小轮双面粗精切; 优点:生产效率高,劳动强度低,加工机床数量少,占地面积小; 缺点:难以设计,两面不能单独控制,优化难度大。,一、,奥利康制锥齿轮设计与加工技术,5)按齿制 格里森制:简称“格”制,主要为圆弧收缩齿,源自美国格里森公司。 奥利康制:简称“奥”制,主要为摆法线等高齿,源自瑞士奥利康公司。 克林根贝格制:简称“克”制,主要为摆线等高齿,源自克林根贝格公司。 刀盘:克林贝格刀盘为双层刀盘,内

4、外刀不同心,可调。 奥利康刀盘为整体刀盘,内外刀同心,不可调。 加工方法:奥利康制采用普通展成法、刀倾全展成法和刀倾半展成法。 克林贝格制只能采用全展成法。 双层刀盘 整体刀盘,一、,奥利康制锥齿轮设计与加工技术,2、产形轮概念 螺旋锥齿轮加工过程中,摇台与工件的展成运动相当于两个齿轮在做啮合运动,机床上的摇台机构模拟一个假想的齿轮,安装在摇台上的刀具切削面形成假想齿轮的一个轮齿。这个假想的齿轮称为产形轮,也可称为冠轮。 螺旋锥齿轮加工原理,一、,奥利康制锥齿轮设计与加工技术,按加工原理产形轮分为 平面产形轮:节锥角为90,常用来加工等高齿。 平顶产形轮:面锥角为90,常用来加工收缩齿。 平面

5、产形轮 平顶产形轮,一、,奥利康制锥齿轮设计与加工技术,平面产形轮加工等高齿原理: 由于等高齿节锥、面锥和根锥都相互平行,所以加工大小轮的刀盘轴线可以相互平 行,当加工大轮和小轮的两个产形轮互为对偶时可以加工出具有线共轭的齿轮副,当 加工大小轮的两个产形轮只有一条相切的公共母线时,可以加工出具有点共轭的齿轮副。 线共轭与点共轭,一、,奥利康制锥齿轮设计与加工技术,3、奥利康制锥齿轮加工特点及优点 1)加工特点 连续分度 粗精切一次完成 双面法加工 刀齿分组 刀盘主轴与工件轴联动 刀齿半径控制齿厚 刀倾修正接触区 连续分度原理,一、,奥利康制锥齿轮设计与加工技术,2)加工优点 节锥与根锥平行,不

6、需刀号修正,刀片规格简化。 加工原理准确,大小轮可用同一产形轮加工,理论上能加工出完全共轭的齿轮副。 连续分度、双面法加工,生产效率高,分度精度好,易于干切削。 粗精切一次完成,工序集中,工件定位精度好。 加工一个齿轮,摇台往复一次,减少了摇台往复运动冲击。 两台机床、两把刀具可加工 一对齿轮,占地面积小,劳动强度低。 在噪声、强度方面也具有一定优势,见表1。,一、,奥利康制锥齿轮设计与加工技术,1、齿形,二、,沿节锥方向齿高等高,齿线为延伸外摆线,齿顶收缩,奥利康制锥齿轮设计与加工技术,2、概述 1)旧“奥”制 N型:常用锥齿轮, G型:特型齿轮,用于小型传动、传动比小于3、用标准到超出图表

7、范围, HN型:与N型对应的双曲线齿轮。 HG型:与G型对应的双曲线齿轮。 常采用TC刀盘、EN刀盘、EH刀盘加工,刀组数37,刀盘切向半径作为标准值。 奥利康公司在机床附带说明书中给出了这些型号齿轮对应的设计计算公式,并附带计算卡。,二、,奥利康制锥齿轮设计与加工技术,奥利康制锥齿轮设计与加工技术,奥利康制锥齿轮设计与加工技术,2)新“奥”制 不再对齿轮分型,以刀盘名义半径为标准值,常采用FS系列刀盘加工,刀盘结构复杂。 采用了刀倾铣齿调整算法,轮坯设计、刀具计算、铣齿调整计算较为复杂,需要用软件来实现。 奥利康公司针对新“奥”制推出了早期的CDS软件和目前的KIMOS软件。,二、,奥利康制

8、锥齿轮设计与加工技术,3、基本参数初值确定 大轮分度圆直径:参照同型号产品,或者采用经验公式 齿数:小轮齿数应大于5,小轮和大轮齿数尽量避免有公因数,且之和不应小于40。 模数:以中点模数作为标准值。 或由大端模数转换 对锥齿轮,初值选取为 (或参考此表) 对硬齿面齿轮 对软齿面齿轮 对准双曲面齿轮,初值选取为 大轮节锥角: 对锥齿轮 对准双曲面齿轮 偏置角 u0为齿数比,E为偏置距。,二、,奥利康制锥齿轮设计与加工技术,大轮大端节锥距: 对锥齿轮,初值选取为 对准双曲面齿轮,初值选取为 大轮齿宽: 对轻载、中载 对重载传动 小轮偏置距: 对于轿车 对于重载汽车 下偏置降低重心,增加舒适性 上

9、偏置提高中心,增加越野性,二、,奥利康制锥齿轮设计与加工技术,螺旋角及旋向: 对于锥齿轮 一般螺旋角为35左右,采用35较普遍。 对于准双曲面齿轮 一般小轮螺旋角取50左右,大轮螺旋角在30左右。 旋向应根据主动轮的转向确定,应保证在运转过程中两齿轮有互相推开的趋势,使侧隙增大。,二、,奥利康制锥齿轮设计与加工技术,压力角: 压力角过大可增加齿轮的强度,但容易使齿顶变尖,并使轮齿重合度下降。压力角过小,造成齿轮强度降低,一般采用标准压力角为20。对于准双曲面齿轮,为保证啮合对称,引入了极限压力角概念,一般工作面(小轮凹面,大轮凸面)压力角小于非工作面(小轮凸面,大轮凹面)压力角。 顶隙系数:

10、齿顶高为 ha = 1.00 x mn ,顶隙 c = 0.25 x mn 。,二、,啮合界限点 M 极限法向 n0 极限压力角 0 (一般为负值) 工作面 非工作面,奥利康制锥齿轮设计与加工技术,刀盘参数的选择: 一般根据齿轮中点法向模数选择刀盘半径rw;刀组数zw主要影响铣齿效率。,二、,奥利康制锥齿轮设计与加工技术,4、奥利康锥齿轮几何设计 1)锥齿轮几何设计 奥利康制锥齿轮几何设计较为简单,待基本参数确定后,依据齿轮的几何关系即可求出。 奥利康锥齿轮几何尺寸,二、,奥利康制锥齿轮设计与加工技术,2)准双曲面齿轮几何设计 奥利康准双曲面齿轮几何设计较为复杂,需要循环迭代计算出分锥面上参数

11、,再依据齿 轮的几何关系求出轮坯几何参数。 分锥面上主要6个参数: 大轮节锥角 小轮节锥角 大轮参考点节圆半径 小轮参考点节圆半径 大轮参考点螺旋角 小轮参考点螺旋角 迭代准则: a.保证两齿面在参考点共轭; b. 保证节平面上刀盘中心与两轮分锥顶处在一条直线上CDS软件计算依据(或为保证啮合对称KIMOS软件计算依据);,二、,奥利康制锥齿轮设计与加工技术,二、,奥利康制锥齿轮设计与加工技术,奥利康准双曲面齿轮几何尺寸,二、,奥利康制锥齿轮设计与加工技术,5、奥利康锥齿轮几何设计中需要考虑的问题 1)高变位系数选择 一般大轮负变位,小轮正变位,变位系数之和为0。 变位系数可根据经验值选取,也

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