第 10 章螺紋與齒輪製造 10-1 螺紋之概述 10-2 螺紋的製造方法 10-3 齒輪之概述 10-4 齒輪的製造方法 10-5 齒輪切削加工法 總目錄
10-1 螺紋之概述 螺紋為在圓柱體 ( 孔 ) 或圓錐體 ( 孔 ) 之表面, 具有規律螺旋線型之隆起部分 螺紋利用斜面原理所製成的, 一螺旋線的展開為一直角三角形 如圖 10-1 節目錄
一 螺紋各部位名稱 名稱軸線外徑根徑 通過螺紋中心線 定義 外螺紋指牙頂直徑, 內螺紋指牙底直徑, 亦稱公稱直徑 外螺紋指牙底直徑, 內螺紋指牙頂直徑, 亦稱底徑
名稱 節徑 螺距 定義 內外螺紋配合時, 接觸點的直徑, 等於 1 ( 大徑 + 小徑 ) 2 平行於軸線之相鄰兩螺紋的兩相對應點之距離, 亦稱節距, 即每吋牙數的倒數 1 P N
名稱 導程 定義 螺紋旋轉一周, 其上任一點在軸向移動之距離 螺紋角螺紋兩斜邊的夾角, 又稱牙角 導程角 節徑上螺紋旋線與軸之垂直線所成之夾角 L tanδ πd
名稱螺旋角螺紋峰螺紋根 定義 節徑上螺紋之螺旋線與軸線所成之夾角 πd tanβ L 外螺紋外徑上之螺紋面或內螺紋內徑上之螺紋面 外螺紋根徑上之螺紋面或內螺紋大徑之螺紋面
名稱 螺紋深度 配合深度 牙厚 定義 螺紋牙頂與牙根之垂直距離, 為外徑與根徑差之半, 即 D 1 d 1 H 螺紋配合後產生作用的螺紋深度 螺紋為節圓所截, 在其鄰接兩邊所量取之軸向距離 2
二 螺紋的種類 1. 依螺紋位置分類 : (1) 外螺紋 ( 陽螺紋 ): 如螺栓之螺紋 (2) 內螺紋 ( 陰螺紋 ): 如螺帽之螺紋 2. 台式鑽床 : (1) 右螺紋 : 螺紋依順時針方向旋轉前進, 以 RH 表示 (2) 左螺紋 : 螺紋依逆時針方向旋轉前進, 以 LH 表示 如圖 10-3
3. 依圓柱上螺旋線分類 : (1) 單線螺紋 : 在圓柱上僅有一條螺旋線, 其導程等於螺距 (2) 雙線螺紋 : 如在圓柱上有二條螺旋線, 其導程等於 2 倍螺距 (3) 多線螺紋 : 圓柱上製有多條 (n) 螺紋線, 其導程等於 n 倍螺距 如圖 10-4
4. 依螺紋形狀分類 : (1)V 型螺紋 : 用於一般機件之連接裝卸及分厘卡之心軸 1 公制螺紋 : 螺紋角為 60 2 惠氏螺紋 : 螺紋角為 60 3 統一標準螺紋 : 螺紋角為 60, 是美國 英國 加拿大通用之螺紋 (2) 方螺紋 : 牙形各表面互成直角, 牙深 牙頂 牙寛均相等 可傳達大動力, 效率高 (3) 鋸齒螺紋 : 用於單向動力傳遞, 適合較大動力負載 (4) 梯形螺紋 : 又稱愛克姆螺紋, 螺紋角英制 29 以 TM 表示, 公制是 30 以 Tr 表示之 適合輕 中動力傳遞 如圖 10-5(a)~(d)
(5) 圓螺紋 : 螺紋斷面的螺峰與螺根部作成同半徑的圓弧形狀, 適用土木機械 電燈泡之螺紋 (6) 蝸桿螺紋 : 外觀與梯形螺紋相似, 但螺紋深度較深 (7) 滾珠螺紋 : 係以滾珠置於半圓形凹槽之內 外螺紋間藉以傳達動力 用於精密數控 (NC) 機械之導螺桿 1 1 (8) 英國標準螺紋 : 螺紋角 47, 限於 直 2 4 徑以下之螺紋 如圖 10-5(e)~(g) 圖 10-6
10-2 螺紋的製造方法 節目錄
螺紋加工時主要的刀具 1. 螺紋車刀 2. 螺紋鈑刀 3. 螺紋輥模 4. 銑刀 5. 磨石及磨輪 6. 螺絲攻 7. 螺絲模 8. 滾齒刀
一 車床車削螺紋 應用時機螺紋數量少, 特殊螺紋或專業機器無法製造時 車刀進給方式 齒輪搭配法 直進法 斜進法 左右併進法 導螺桿 公制螺紋螺距有 4mm 6mm 8mm 及 12mm 英制螺紋每吋 2 牙 4 牙 6 牙及 8 牙 英制車床車削英制螺紋 導螺桿每吋螺紋數 (N 欲車之每吋螺紋數 (N L n ) ) 柱齒輪齒數 (T s) 導螺桿齒輪齒數 (T L )
齒輪搭配法 ( 續 ) 螺紋指示器 英制車床車削公制螺紋 導螺桿每吋螺紋數 (NL) 25.4/ 欲車螺紋節距 (P ) 公制車床車削公制螺紋 欲車螺紋節距 (Pn ) 導螺桿節距 (P ) 公制車床車削英制螺紋 2.54/ 欲車之每吋螺紋數 (N 導螺桿節距 (P ) L n 柱齒輪齒數 (T s) 導螺桿齒輪齒數 (T 柱齒輪齒數 (T s) 導螺桿齒輪齒數 (T L 車削螺紋時, 為使每一次行程, 皆能沿原來螺紋軌跡車削, 故應使用螺紋指示器 n ) 柱齒輪齒數 (T s) 導螺桿齒輪齒數 (T L ) L ) L ) 如圖 10-7 圖 10-8
二 螺紋機切製專門製造螺紋的工廠, 採用螺紋機大量生產, 以數值或自動控制 如圖 10-9 三 輥軋將圓柱形胚料置於旋轉的圓輥模或往復運動之平輥模之間, 以壓力使材料產生塑性流動而成形 1. 圓輥模法 : 如圖 10-10 2. 平輥模法 : 如圖 10-11
四 銑製 1. 外螺紋銑切 : (1) 單牙銑切 : 如圖 10-13 (2) 多牙銑切 : 如圖 10-14 2. 內螺紋銑切 : 利用行星螺紋銑床銑切, 如圖 10-15 五 輪磨 適合高精度及高光度或淬火硬化處理過之螺紋, 如導螺桿 蝸桿 牙規及高速鋼或超硬合金製成之螺絲攻 滾齒刀等 如圖 10-16
六 壓鑄凡熔點較低的非鐵金屬螺栓或帶有螺紋之機件, 大量生產時, 採用壓鑄法 七 自動螺絲模旋製 在自動車床上, 裝置自動螺絲模用以切削內 外螺紋 八 螺紋拉刀製造 以拉刀拉製內螺紋
九 螺絲攻攻製用來製造內螺紋之切削工具, 一般分為手工螺絲攻及機器螺繼攻 如圖 10-17 此外尚有下列螺絲攻 : 順序螺絲攻 螺冒螺絲攻 : 如圖 10-18 彎柄機器螺絲攻 : 如圖 10-19 蝸槽螺絲攻 : 如圖 10-20 冷作成型螺絲攻, 如圖 10-21
十 螺絲模切製切削小直徑外螺紋, 如圖 10-22
10-3 齒輪之概述 一 齒輪各部位名稱 節目錄
1. 齒面 : 正齒輪是圓柱面, 斜齒輪是圓錐面 2. 節圓 : 兩相互嚙合齒輪間, 假想互相滾動之圓 3. 節點 : 兩相互嚙合齒輪, 其節圓必相切之點 (P 點 ) 4. 節圓直徑 : 節圓之直徑, 以 D 表示 設計上主要依據 5. 齒頂圓 : 又稱齒冠圓, 齒輪最外圓, 直徑稱齒輪之外徑, 以 D 0 表示 外徑 = 節徑 +2 齒冠
6. 齒冠 : 正又稱齒頂圓, 為齒頂圓半徑與節圓半徑之差, 以 h 0 表示 h 0 =(D 0 -D) 2, 公制標準齒制 h 0 =M 7. 齒根圓 : 又稱齒底圓, 以 D b 表示 8. 齒根 : 又稱齒底高, 為齒輪節圓半徑與齒根圓半徑之差, 以 h b 表示 h b =(D-D b ) 2, 公制標準齒制 h b =1.157M 9. 齒厚 : 節齒輪沿節圓上齒之左右兩側間弧長
10. 齒間 : 齒輪沿節圓上兩齒間的間隔弧長 11. 齒面 : 齒輪節圓至齒頂圓之曲面 12. 齒腹 : 齒輪節圓至齒根圓之曲面 13. 齒面寛 : 沿齒輪軸線所測得之齒面寛度, 簡稱齒寛 14. 背隙 : 又稱齒隙, 為一對嚙合時, 所留於齒間之空隙
15. 齒間隙 : 或稱餘隙, 齒輪之齒頂圓與其相嚙合齒輪之齒根圓之徑向距離 16. 全齒深 : 又稱齒高, 為齒冠與齒根之和, 以 h 表示 公制標準齒制 h=2.157m 17. 工作深度 : 又稱有效齒深, 為兩嚙合齒輪齒冠之和, 亦為全齒深減去齒頂隙, 以 h w 表示 公制標準齒制 h w =2M 18. 周節 : 齒輪沿節圓上相鄰兩齒相對位置之弧長, 以 P c 表示, 為齒厚與齒間之和, 亦為節圓圓周長除以齒數 πd P c T
19. 模數 : 表示公制齒輪之大小, 為節圓直徑與齒數之 比值, 以 M 表示 D 模數愈大, 齒形愈大 M T 20. 徑節 : 表示英制齒輪之大小, 為齒數與節圓直徑之 比值, 以 P d 表示 T 徑節愈大, 齒形愈小 P d D 21. 中心距離 : 兩嚙合齒輪軸線間之距離, 以 C 表示 (D1 D2) (T1 T2 )M C 2 2 當兩齒輪外接取 + 號, 內接取 - 號
二 齒輪的種類
1. 連接兩平行軸齒輪 : (1) 正齒輪 : 用途最廣 如圖 10-24 (2) 螺旋齒輪 : 強度較正齒輪高且運轉平穩, 但製造困難, 運動會產生軸向推力 如圖 10-25
(3) 雙螺旋齒輪 : 又稱人字齒輪 傳動圓滑平穩, 噪音小, 可抵消軸向推力, 如圖 10-26 (4) 齒條與小齒輪 : 可將旋轉運動變成直線運動, 或直線運動變成旋轉運動 如圖 10-27
2. 連接相交軸之齒輪 : (1) 直齒斜齒輪 : 用亦稱傘形齒輪 (2) 蝸線斜齒輪 : 運轉時平穩安靜 3. 連接不平行且不相交軸之齒輪 : (1) 蝸桿與蝸輪 : 常用於減速機之傳動機構 (2) 錯交螺旋齒輪 : 又稱螺輪, 只能用在輕負荷之傳動
10-4 齒輪的製造方法 一 鑄造法 1. 連接兩平行軸齒輪 : 數百公斤之大齒輪可鑄造 2. 精密鑄造法 : 適合生產形狀較複雜且小形之齒輪, 有殼模法 脫臘法 石膏模法 蕭式法等 3. 壓鑄法 : 可生產精度佳之齒輪鑄件 二 粉末冶金法形狀複雜 材質特殊 數量多的齒輪很適合粉末冶金法 節目錄
三 射出成形法 11-2 節將詳述之 四 塑性加工法 1. 輥製法 : 有創生法及成形法 2. 熱間鍛造 3. 高速高能量成形法, 簡稱 HERF 4. 冷間鍛造, 如擠製 5. 衝剪法
五 切削加工法 1. 齒成形法 : (1) 成形銑刀銑齒法 (2) 成形拉刀拉削法 : 內 外齒輪 (3) 齒條形鉋刀鉋削法 2. 刀具滾切法 : (1) 滾齒 (2) 鉋齒 (3) 刮齒 (4) 搪齒 (5) 磨齒 (6) 研齒
10-5 齒輪切削加工法 1. 齒輪切削加工四階段 : (1) 齒胚加工 (2) 齒形加工 (3) 熱處理 (4) 熱處理後加工 2. 齒形加工及熱處理後之精加工是重要關鍵 應用於工具母機 加工機器 汽車等傳達大動力之各式齒輪皆朝高速化 低噪音 高迴轉穩定性及小型化發展 節目錄
不同用途齒輪之加工程序 1. 軟齒面及中齒面齒輪 : 素材調質 滾齒或鉋齒 2. 大模數齒輪 : 粗滾齒 調質 精滾齒 3. 工具機 汽機車齒輪滾齒或鉋齒 刮齒或搪齒 4. 齒面感應淬火齒輪 (HRC42~52) 滾齒或鉋齒 刮齒 感應淬火 刮齒或搪齒 5. 硬面齒輪
一 滾齒 使用螺旋柱狀齒輪滾刀加工 適合直齒和斜齒的圓柱齒輪及鏈輪 棘輪 蝸輪等加工 如圖 10-31
二 鉋齒 使用齒輪形鉋齒刀 適合內齒輪 外齒輪 棘輪 齒條 斜齒輪 面齒輪等加工 如圖 10-32 及圖 10-33
三 刮齒 經過滾齒或鉋齒加工完成後齒輪, 可利用刮齒技術來精修齒形 刮齒加工適合中 軟硬度齒輪齒形之精加工 如圖 10-34
四 搪齒 齒輪經滾齒或鉋齒及刮齒加工 再經感應淬火成為硬面齒輪後, 可採用搪齒技術, 提高其幾何精度及表面粗糙度 如圖 10-35
五 磨齒 熱處理後之硬齒面齒輪, 如齒形變形量較大時, 則先以滾齒法中的負刀角硬齒面技術去除變形量, 再利用磨齒法以獲得精度高的齒輪 磨齒法可分為成型磨齒法及創生磨齒法 如圖 10-36 及圖 10-37
六 研齒 齒輪經熱處理後, 變形量小, 且要求的精度不很高時, 可用研齒技術進行齒筋整光 研齒時加入煤油或輕油, 及齒輪專用研磨削狀金鋼砂, 具有磨削及潤滑效果 研磨後, 齒輪具有耐磨耗及操作安靜之優點 如圖 10-38