內(nèi)齒輪副
由一個外齒輪和一個內(nèi)齒輪組成的共軛齒輪副(圖6-44)。多用于行星輪系中。常用內(nèi)齒輪副有:平行軸內(nèi)齒輪副(包括直齒、斜齒、人字齒);相交軸內(nèi)齒輪副;交錯軸內(nèi)齒輪副(用的較少)。內(nèi)齒輪副和外齒輪副相比,有下列特點:結(jié)構(gòu)緊湊、誘導(dǎo)曲率半徑大、重合度大、瞬時嚙合齒數(shù)多,工作平穩(wěn)、噪聲小;滑動系數(shù)小;承載能力大;目前內(nèi)齒輪加工稍有困難,設(shè)計要求嚴(yán)格,否則可能發(fā)生各種干涉現(xiàn)象。
平行軸內(nèi)嚙合漸開線直齒圓柱齒輪副
由一個漸開線圓柱外齒輪和一個相配的漸開線圓柱內(nèi)齒輪組成的平行軸齒輪副。其嚙合特性除具有平行軸漸開線圓柱齒輪副的全部嚙合特性外,還具有:共軛齒面呈凸凹嚙合,誘導(dǎo)曲率半徑大,接觸強度高;滑動系數(shù)小,潤滑條件優(yōu),抗膠合能力強,耐磨損;嚙合齒數(shù)多,重合度大,噪聲小,工作平穩(wěn);結(jié)構(gòu)緊湊等特點,但設(shè)計較復(fù)雜,當(dāng)參數(shù)選擇不當(dāng)時,可能引起嚙合干涉或切齒干涉、安裝干涉。
平行軸內(nèi)嚙合漸開線斜齒圓柱齒輪副
由相配的漸開線斜齒外齒輪與漸開線斜齒內(nèi)齒輪組成的平行軸內(nèi)嚙合圓柱齒輪副。見“平行軸漸開線圓柱齒輪副”與“斜齒內(nèi)齒輪副”。
內(nèi)嚙合人宇齒圓柱齒輪副
由相配的一個人字齒圓柱外齒輪與一個人宇齒圓柱內(nèi)齒輪組成的齒輪副,一般是指“平行軸內(nèi)嚙合漸開線人字齒圓柱齒輪副”。它具有斜齒內(nèi)齒輪副的所有嚙合特性,又具有在工作過程中能自行平衡軸向力的性能。由于人字齒輪可采用較大的螺旋角,所以斜齒輪副的嚙合特性更為明顯。
漸開線少齒差內(nèi)齒輪副
齒數(shù)差很少(z2-z1=l~4)的一對相嚙漸開線齒輪組成的內(nèi)齒輪副。多用于漸開線少齒差行星齒輪傳動,而單獨作為傳動機構(gòu)的少齒差內(nèi)齒輪副則很少,因為它不但不能獲得較大傳動比,而且在設(shè)計、制造、安裝等方面很麻煩。
漸開線少齒差內(nèi)齒輪副用于漸開線少齒差行星齒輪傳動時,齒數(shù)差Δz=z2-z1越小,傳動比越大,對于 ha*=1、a=20°的漸開線內(nèi)齒輪副Δz小到某一數(shù)值,將產(chǎn)生各種干涉現(xiàn)象。為了避免干涉,使內(nèi)齒輪副正常工作,在設(shè)計少齒差內(nèi)齒輪副時通常采用三種方法:其一,采用短齒,即使ha*<1 ,常用的齒形參數(shù)是ha*=0.75~0.8,a=20°,c*=0.3~0.45;其二,合理地采用變位方法和變位系數(shù);其三,增大刀具的齒形角,由于刀具是標(biāo)準(zhǔn)參數(shù),改變齒形角較為困難,很少應(yīng)用。三種方法中第二種方法比較有效、合理,故最為常用。其具體變位方法的選擇和設(shè)計計算可參考有關(guān)資料。內(nèi)齒輪副的各種干涉現(xiàn)象和避免方法可參考有關(guān)條目。
嚙合角為零時的內(nèi)齒輪副
零齒差的內(nèi)齒輪副,rb1=rb2,兩基圓重合節(jié)點落在基圓上,rb1=r1′,rb2=r2′,這時嚙合線和基圓公切綏的夾角為零,即嚙合角a′=0。另外若設(shè)計的內(nèi)齒輪副rb1=r1′,rb2=r2′,這時兩基圓在P點內(nèi)切,所以過節(jié)點P作的嚙合角亦為零。由圖6-45可知,當(dāng)嚙合角為零時,必然產(chǎn)生內(nèi)齒輪副的齒廓重迭干涉。若用插齒刀加工也將產(chǎn)生頂切。為了避免a′=0時的齒廓重迭干涉,應(yīng)采用負(fù)變位的外齒輪和正變位的內(nèi)齒輪,或采用切向變位。
平行軸內(nèi)嚙合漸開線圓柱齒輪副端面有效共軛齒廓
平行軸內(nèi)嚙合漸開線圓柱齒輪副,端平面內(nèi)共軛點在齒面上的集合線,稱端面有效共軛齒廓。有效共軛齒廓可用作圖法求得。如圖6-46所示:頂圓ra1交N1N2于B1,以o2B1為半徑作圓交大齒輪齒廓于a′,則 為有效齒廓。同樣,頂圓ra2交N1N2于B2,以 o1B2為半徑作圓,交小齒輪齒廓于b′,則
為小齒輪的有效齒廓。
負(fù)嚙合角
用插齒刀加工內(nèi)齒輪時,若插齒刀的齒數(shù)過多,可能產(chǎn)生負(fù)嚙合角現(xiàn)象,這時插齒刀和內(nèi)齒輪的兩個基圓不相交,嚙合線無法作出,不可能實現(xiàn)正確嚙合,也無法加工出正確齒形。故要避免負(fù)嚙合角產(chǎn)生,根據(jù)無側(cè)隙嚙合方程式,可得出不產(chǎn)生負(fù)嚙合角的條件。
漸開線內(nèi)齒輪的徑向變位
目前,漸開線內(nèi)齒輪多用插齒刀切制(圖6-47a),若在切齒時,相對改變刀具與齒輪坯的位置(圖6-47b),亦可切削出徑向變位的漸開線內(nèi)齒輪。插齒刀實際上是一個變位齒輪,在不同端面內(nèi)(前刃面內(nèi)),具有不同的變位系數(shù),x0=0的前刃面稱原始截面,約定:用原始截面插齒刀加工齒輪,當(dāng)?shù)毒哂杉庸?biāo)準(zhǔn)齒輪時的位置遠(yuǎn)離被加工齒輪的中心,使機床中心距增大者,變位系數(shù)取正值,反之取負(fù)值,加工出來的內(nèi)齒輪分別為正變位齒輪和負(fù)變位齒輪。加工內(nèi)齒輪與加工外齒輪相比,由于變位引起的齒輪幾何尺寸變化之間的主要區(qū)別在于齒厚與公法線的不同,正變位內(nèi)齒輪不是增大而是減小。
為便于計算,把內(nèi)齒輪的齒槽看成外齒輪的輪齒,這個假想的外齒輪用齒條刀具加工時的變位系數(shù),作為內(nèi)齒輪的變位系數(shù)圖6-47c,這時就可以用相應(yīng)的外齒輪的計算公式、圖表等。但內(nèi)齒輪的齒根高、齒根圓直徑是用插齒刀加工時機床中心距a0確定的。
內(nèi)齒輪副的負(fù)嚙合現(xiàn)象內(nèi)齒輪副或插齒刀與齒輪坯的嚙合,若其嚙合角a′(或a0′)<0稱負(fù)嚙合現(xiàn)象,這種現(xiàn)象產(chǎn)生的結(jié)果是,兩齒輪(或刀具與齒坯)的基圓不相交,沒有公切線,這對漸開線齒輪形不成嚙合線,無法正常工作。所以負(fù)嚙合現(xiàn)象不允許產(chǎn)生,于是必須滿足條件a′(或a0′)>0,這時:
漸開線內(nèi)齒輪副幾何尺寸圖標(biāo)注著漸開線內(nèi)齒輪副各個尺寸和名稱(可用代號表示),并能明顯表示它們之間相互關(guān)系的嚙合圖。
內(nèi)齒輪副的過渡曲線干涉
內(nèi)齒輪副在嚙合過程中,由于設(shè)計不當(dāng),小齒輪的齒頂可能和內(nèi)齒輪的過渡曲線相接觸,這樣就破壞了共軛嚙合條件,這種現(xiàn)象稱內(nèi)齒輪副的過渡曲線干涉(圖6-49)。不產(chǎn)生過渡曲線干涉的條件是:內(nèi)齒輪漸開線齒廓終止點的壓力角應(yīng)大于或等于其齒廓工作段終止點處的壓力角,于是:
為避免這種干涉,可采取增大內(nèi)齒輪徑向變位系數(shù)、減小齒頂高等措施。
內(nèi)齒輪漸開線齒廓終止點的壓力角
目前,漸開線內(nèi)齒輪多用插齒刀加工,如圖6-50所示插齒刀從B2點開始切制內(nèi)齒輪齒廓,至B1點結(jié)束,切制出全部漸開線齒廓部分,B1點到齒根曲面之間為過渡曲面部分,其分界點B1,稱內(nèi)齒輪漸開線齒廓終止點,該點處壓力角稱終止點壓力角。內(nèi)齒輪漸開線齒廓終止點的壓力角為:
內(nèi)齒輪副的齒廓重迭干涉
內(nèi)齒輪副在嚙合過程中,由于兩相嚙齒輪齒數(shù)差過少,可能發(fā)生嚙合終了,小齒輪齒頂在退出內(nèi)齒輪齒槽時,與內(nèi)齒輪的齒頂碰觸(圖6-51),這種干涉現(xiàn)象稱內(nèi)齒輪副的重迭干涉。其結(jié)果是內(nèi)齒輪副不僅不能正常嚙合,而且也不能實現(xiàn)正常安裝。若小齒輪為插齒刀,則產(chǎn)生重迭切削干涉,內(nèi)齒輪產(chǎn)生頂切。故重迭干涉必須避免。
重迭干涉產(chǎn)生的原因是一對輪齒在嚙合過程中,另一對輪齒出現(xiàn)漸開線齒廓相交現(xiàn)象,顯然,兩齒輪頂圓出現(xiàn)相交以前,齒廓不出現(xiàn)相交現(xiàn)象是避免重迭干涉的條件。由圖6-51b可知,其具體條件是∠ao2P≥∠Mo2P。于是可導(dǎo)出不發(fā)生重迭干涉的校核公式為:
由式可知影響重迭干涉的主要因素是(z2-z1),其值越小越易出現(xiàn)重迭干涉,(z2-z1)≥10則不出現(xiàn)重迭干涉。(若z2-z1較小時。為避免重迭干涉,必須增大內(nèi)齒輪的徑向變位系數(shù),使嚙合角a′增大。或者減小齒頂高系數(shù)。
重迭干涉,有的文獻(xiàn)稱齒頂碰角干涉,余擺線干涉;齒頂干涉,次擺線干涉,第二類干涉等。本書建議用齒廓重迭干涉這個名詞較為合理。
內(nèi)齒輪副軸向裝配干涉
當(dāng)產(chǎn)生重迭干涉時,內(nèi)齒輪副兩齒輪不能沿軸向相配安裝,這種在軸向相配安裝時產(chǎn)生的齒頂碰觸現(xiàn)象,稱軸向裝配干涉。
徑向干涉內(nèi)齒輪副的兩個相配齒輪,當(dāng)齒數(shù)差過少時,當(dāng)把小齒輪從內(nèi)齒輪的中心位置,徑向安裝到嚙合位置的過程中,若圖6-52所示y>x,將產(chǎn)生齒頂碰撞現(xiàn)象,小齒輪無法進入嚙合位置,這種現(xiàn)象稱徑向干涉。如果小齒輪是插齒刀,則要產(chǎn)生徑向進刀頂切。
為了避免這種干涉,可采用增大壓力角,減小齒頂高系數(shù),增大齒數(shù)差z2-z1及增大內(nèi)齒輪徑向變位系數(shù)等措施。
見“徑向進刀頂切”。
徑向進刀頂切
插齒刀切削內(nèi)齒輪時(圖6-52),在徑向進刀過程中,插齒刀的齒頂?shù)街行木的距離y,若大于被加工的內(nèi)齒輪的齒頂?shù)街行木的距離x,則刀具齒頂和被加工內(nèi)齒輪的齒頂發(fā)生碰觸,產(chǎn)生切削干涉,齒輪齒頂被多切去一部分金屬,這種現(xiàn)象稱徑向進刀頂切。不產(chǎn)生進刀頂切的條件是(x-y)min≥0,由該條件可導(dǎo)出相應(yīng)的不產(chǎn)生徑向進刀頂切的計算式。
為避免徑向進刀頂切,可采取增大齒形角,減小齒頂高系數(shù),增大變位系數(shù)(包括徑向或切向),增多齒數(shù)差(z-z0)等辦法。應(yīng)特別注意,z-z0之值越小,越易產(chǎn)生徑向進刀頂切,而不受齒數(shù)絕對值多少的影響。所以當(dāng)z-z0之值較小時,要校核是否發(fā)生徑向進刀頂切。
內(nèi)齒輪副徑向裝配干涉
在內(nèi)齒輪副產(chǎn)生徑向干涉的情況下,不能實現(xiàn)徑向相配安裝。這種在徑向安裝過程中產(chǎn)生齒頂碰觸的現(xiàn)象,稱徑向裝配干涉。其實質(zhì)即徑向干涉。
插齒刀切制內(nèi)齒輪時的頂切
插齒刀切制內(nèi)齒輪時,由于齒輪齒頂圓越過刀具基圓上的嚙合極點,產(chǎn)生頂切,此稱為展成頂切(曾稱范成頂切);另外由于進刀過程中,刀具齒頂可能與齒輪齒頂相遇,形成頂切,此稱為徑向進刀頂切。這就是插齒刀加工內(nèi)齒輪時可能出現(xiàn)的兩種頂切現(xiàn)象。