复
合材料(Composite
materials)，是以一种材料为基体(Matrix)，另一种材料为增强体(reinforcement)组合而成的材料。各种材料在性能上互相取
长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、
铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、
金属丝和硬质细粒等。
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螺旋內齒輪加工實例
Title: |
修整型螺旋內齒輪組之特性分析 |
Other Titles: |
Characteristic Analysis of Modified Internal Helical Gear Pairs |
Authors: |
陳仁浩
蔡忠杓
Ren-Haw Chen
Chung-Biau Tasy
魏家誠
Chia-Cheng Wei |
Keywords: |
螺旋內齒輪
齒形修整
運動誤差
internal helical gear
Profile Modification
Kinematical Error |
Issue Date: |
18-九月-2009 |
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據史料記載，遠在公元前400~200年的中國古代就巳開始使用齒輪，在我國山西出土的青銅齒輪是迄今巳發現的最古老齒輪，作為反映古代科學技術成就的指南車就是以齒輪機構為核心的機械裝置。 17世紀末，人們才開始研究，能正確傳遞運動的輪齒形狀。 18世紀，歐洲工業革命以後，齒輪傳動的應用日益廣泛；先是發展擺線齒輪，而後是漸開線齒輪，一直到20世紀初，漸開線齒輪已在應用中佔了優勢。 早在1694年，法國學者Philippe De La Hire首先提出漸開線可作為齒形曲線。 1733年，法國人M.Camus提出輪齒接觸點的公法線必須通過中心連線上的節點。 一條輔助瞬心線分別沿大輪和小輪的瞬心線(節圓)純滾動時，與輔助瞬心線固聯的輔助齒形在大輪和小輪上所包絡形成的兩齒廓曲線是彼此共軛的，這就是Camus定理。 它考慮了兩齒面的嚙合狀態；明確建立了現代關於接觸點軌蹟的概念。 1765年，瑞士的L． Euler提出漸開線齒形解析研究的數學基礎，闡明了相嚙合的一對齒輪，其齒形曲線的曲率半徑和曲率中心位置的關係。 後來，Savary進一步完成這一方法，成為現在的Eu-let-Savary方程。 對漸開線齒形應用作出貢獻的是Roteft WUlls，他提出中心距變化時，漸開線齒輪具有角速比不變的優點。 1873年，德國工程師Hoppe提出，對不同齒數的齒輪在壓力角改變時的漸開線齒形，從而奠定了現代變位齒輪的思想基礎。 19世紀末，展成切齒法的原理及利用此原理切齒的專用機床與刀具的相繼出現，使齒輪加工具軍較完備的手段後，漸開線齒形更顯示出巨大的優走性。 切齒時只要將切齒工具從正常的嚙合位置稍加移動，就能用標準刀具在機床上切出相應的變位齒輪。 1908年，瑞士MAAG研究了變位方法並製造出展成加工插齒機，後來，英國BSS、美國AGMA、德國DIN相繼對齒輪變位提出了多種計算方法。 為了提高動力傳動齒輪的使用壽命並減小其尺寸，除從材料，熱處理及結構等方面改進外，圓弧齒形的齒輪獲得了發展。 1907年，英國人Frank Humphris最早發表了圓弧齒形。 1926年，瑞土人Eruest Wildhaber取得法面圓弧齒形斜齒輪的專利權。 1955年，蘇聯的M． L． Novikov完成了圓弧齒形齒輪的實用研究並獲得列寧勳章。 1970年，英國Rolh—Royce公司工程師R． M.Studer取得了雙圓弧齒輪的美國專利。 這種齒輪現已日益為人們所重視，在生產中發揮了顯著效益。 齒輪是能互相嚙合的有齒的機械零件，它在機械傳動及整個機械領域中的應用極其廣泛。 現代齒輪技術已達到：齒輪模數O.004～100毫米；齒輪直徑由1毫米～150米；傳遞功率可達上十萬千瓦；轉速可達幾十萬轉/分；最高的圓周速度達300米/秒。 齒輪在傳動中的應用很早就出現了。 公元前三百多年，古希臘哲學家亞里士多德在《機械問題》中，就闡述了用青銅或鑄鐵齒輪傳遞旋轉運動的問題。 中國古代發明的指南車中已應用了整套的輪系。 不過，古代的齒輪是用木料製造或用金屬鑄成的，只能傳遞軸間的迴轉運動，不能保證傳動的平穩性，齒輪的承載能力也很小。 隨著生產的發展，齒輪運轉的平穩性受到重視。 1674年丹麥天文學家羅默首次提出用外擺線作齒廓曲線，以得到運轉平穩的齒輪。 18世紀工業革命時期，齒輪技術得到高速發展，人們對齒輪進行了大量的研究。 1733年法國數學家卡米發表了齒廓嚙合基本定律；1765年瑞士數學家歐拉建議採用漸開線作齒廓曲線。 19世紀出現的滾齒機和插齒機，解決了大量生產高精度齒輪的問題。 1900年,普福特為滾齒機裝上差動裝置，能在滾齒機上加工出斜齒輪，從此滾齒機滾切齒輪得到普及，展成法加工齒輪佔了壓倒優勢，漸開線齒輪成為應用最廣的齒輪。 1899年，拉舍最先實施了變位齒輪的方案。 變位齒輪不僅能避免輪齒根切，還可以湊配中心距和提高齒輪的承載能力。 1923年美國懷爾德哈伯最先提出圓弧齒廓的齒輪，1955年蘇諾維科夫對圓弧齒輪進行了深入的研究，圓弧齒輪遂得以應用於生產。 這種齒輪的承載能力和效率都較高，但尚不及漸開線齒輪那樣易於製造，還有待進一步改進。
齒輪的組成結構一般有輪齒、齒槽、端面、法面、齒頂圓、齒根圓、基圓、分度圓。輪
齒簡稱齒，是齒輪上每一個用於嚙合的凸起部分，這些凸起部分一般呈輻射狀排列，配對齒輪上的輪齒互相接觸，可使齒輪持續嚙合運轉；齒槽是齒輪上兩相鄰輪齒
之間的空間；端面是圓柱齒輪或圓柱蜗杆上，垂直於齒輪或蜗杆軸線的平面；法面指的是垂直於輪齒齒線的平面；齒頂圓是指齒頂端所在的圓；齒根圓是指槽底所在
的圓；基圓是形成漸開線的發生線作純滾動的圓；分度圓是在端面內計算齒輪幾何尺寸的基準圓.
齒輪可按齒形、齒輪外形、齒線形狀、輪齒所在的表面和製造方法等分類。
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用砂輪或其他磨俱加工工件，稱為磨削。 本節主要討論用砂輪在磨床上加工工件的特點及其應用，磨床的種類很多，較常見的有外圓磨床、內圓磨床和平面磨床等。
作為切削工具的砂輪，是由磨料加結合劑用燒結的方法而製成的多孔物體。 由於磨料、結合劑及製造工藝等的不同，砂輪特性可能差別很大，對磨削的加工質量、生產效率和經濟性有著重要影響。 砂輪的特性包括磨料、粒度、硬度、結合劑、組織以及形狀和尺寸等。
一.磨削過程磨削可以加工外圓面、內孔、平面、成形面、螺紋、齒輪等
1.外圓磨削1、在外圓磨床上進行
磨法：縱磨法橫磨法綜合磨深磨法
2、無心外圓磨
圓面必須連續，不能有較長鍵槽等孔的磨削
2.平面磨削週磨質量較高，但較慢
端磨較快，但質量不高
特點:主運動是砂輪的旋轉運動；
磨削過程:實際上是磨粒對工件表面的切削、刻削和滑擦三種作用的綜合效應；
砂輪的“自銳性” ：磨削中，磨粒本身也會由尖銳逐漸磨鈍，使切削能力變差，切削力變大，當切削力超過粘結劑強度時，磨鈍的磨粒會脫落，露出一層新的磨粒，這就是砂輪的“自銳性”。
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材料 名稱 降伏強度(MPa) 抗拉強度(MPa) 彈性係數(GPa) 比重(g/cm2) 比強度
鋁合金
2024 290 480
74 2.75 175
6061 340 440
73 2.7 163
7075
510 560
73 2.8 200
鎂合金
AZ31B 159 248
46 1.77 140
鈦合金 退火 880 950 105 4.5 211
Ti-6Al-4V 加工硬化 1260 1390 105 4.5 309
PE 低密度 無 6-17 0.2 0.92 6.5-18.5
高密度 無 20-37 1.2 0.96 20.8-38.5
PU 強化長纖維 無 250 20 1.5 167
Nylon Zytel 70G431 無 207 20 1.51 137
玻璃纖維 基材Polyester 無 206-344 103-310 1.5-2.1 57-172
碳纖維 平行纖維方向 無 1860 145 1.55 1200
垂直纖維方向 無 65 9.4 1.55 42
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「精
密如瑞士鐘錶」是句經常聽到讚美精緻工藝的一句話，美國太陽神十三號登月太空船在赴月球途中，由於服務艙遭到不明原因的爆炸以致電力中斷，儀器停擺，當時
幾乎陷於絕境，但太空人最後在所載瑞士製Speedmaster
手錶的精確計時下，適時點燃回航地球火箭的引擎，三位生死一瞬間的太空人最後得以順利穿過地球大氣層，平安落地。現代科技發達，做個精密的手錶比起其它的
高科技儀器也不算困難，但是精密的手錶代表的是一定程度的數學及工藝水平。
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圖8-69a為滾齒加工的工作原理。 滾齒時切削齒坯的刀具為滾刀，由於滾刀的螺旋升角較大，所以外形像一個蜗杆，滾刀在垂直於螺旋槽方向開槽，形成若干切削刃，其法向剖面具有齒條形狀。 因此當滾刀連續旋轉時，刀齒可視為一個無限長的齒條的移動，如圖8-69b。 同時刀齒由上而下的進行切削，保持齒條（滾刀）和齒坯之間的嚙合關係，滾刀就可在齒坯上加工出漸開線齒形，圖8-69c。
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台灣生技產值占全球的0.6%，目前在國際上的競爭力和地位並不高，工研院IEK ITIS計畫組長簡義忠指出，預估至2010年台灣生醫醫藥產值可達6160億元，且醫材產業成長幅度大於製藥產業；而近日在國際骨科器材訂單持續轉向亞洲下，可望替台灣廠商帶來新的商機。回顧2006年全球醫療器材市場，在BostonScience宣布買下心血管醫材大廠Guidant之後，這件高達270億美元的醫療器材併購案，代表企業大型化的趨勢；而醫用植入物新產品市場的爆炸性成長，也帶動國際資金大幅流入醫療器材的產業中。台灣方面，整體醫療器材產業也穩定發展，成為生技領域中引人注目的明日之星。台灣醫療產業定位集中於研發與生產端，承接OEM與 ODM的業務，未來發展也將朝向資通結合的電子醫療儀器。簡義忠進一步指出，以2006年台灣醫材產品結構來看，台灣醫材產值為14.7億元，產品多以輪椅、代步車、血壓計、體溫計、血糖計等居家用消費型產品最多，占56.8%，醫院用大型儀器類則明顯偏低，僅占0.73%。
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PCBN刀具車削齒輪的原理
自20世紀80年代末以來，用硬車削取代磨削加工的例子已經有很多記載。 諸如單件成本低、工藝柔性和環保等優勢通常被用於闡述採用硬車削的理由。 硬車削持續地以可喜的兩位數增長。 在大多數“世界級”製造組織中，硬車削已經以這樣或那樣的形式被接受和實施。
作為一種被接受的加工技術，期望硬車削取得的進展是與所有其它加工工藝一致的。 為了保持競爭力，削減每個零件總成本的壓力不斷地向生產施加。 因此高生產率加工現在正是PCBN刀具發展的驅動力。
本文著眼於諸如插車和修光刃技術等高效刀具理念並揭示了這兩種理念的機會。 通過使用實際加工案例和表面粗糙度、加工節拍、精度的比較，突出了這些不同加工理念的實際能力。
硬車削是一種被接受的精加工淬硬工件材料的加工工藝。 與其它加工技術相比，它具有柔性、高效和經濟性好的特點。 自從它推出以後，隨著機床製造商協助、PCBN新材質等級的研發和刀具製造方法的改進，硬車削不斷獲得顯著的性能提高。 傳
動零件是容易進行硬車削的，而本文中的汽車同步嚙合齒輪使用不同的刀具理念進行加工(零件材質：淬硬鋼；硬度：60HRC；加工工序：車削端面、外圓和內
孔；刀具材料：Secomax
CBN100；刀片型號：TNGN110308S；切削速度：200m/min；進給量：0.015～0.04mm/r；切削深度：0.15mm；冷卻
液：有；結果：23台磨床被4台CNC車床替代) 。 儘管幾年前硬車削的選擇是相當有限的，但正如本文所示，如今可供選擇的數量很多。 因此，加工工藝應該圍繞用戶的需求、機床的技術並根據用戶的產量進行設計，這是非常重要的。
硬車削的基本技術
當談到硬車削基本技術時，參考基準是在標準的刀桿上使用標準的ISO刀片幾何角度來加工淬硬零件，生成需要的零件廓形。 同步嚙合齒輪的加工過程通常涉及多種加工，如車內孔、車端面、反車端面和車削錐面。 自從能一次裝夾完成零件加工後，與磨削相比，直接的好處是減少了因位置精度超差而使零件報廢。 尺寸精度和表面粗糙度可通過調整加工參數而得到滿足。 零件夾持和機床穩定性也有很重要的作用。 自20世紀80年代末以來，這種技術已經使用得非常成功，而且繼續是代替磨削加工的基礎。
高生產率加工技術
對於所有發展中的技術，一旦基本概念已經被接受，不可避免會出現改型的理念。 就硬車削而言，當前強調提高生產率。很有趣的是，一種工藝是低進給加工，大家期望的另一種工藝是高進給精加工技術。
插車技術
插車實質上是使用相當一部分的切削刃長度來生成加工表面。 這個理念不是完全新的，因為它已經被非常成功地用於插車發動機缸蓋的閥座。 但是，隨著世界上第一款且目前唯一的用於精加工的整體式PCBN材質牌號CBN100的開發成功，插車的理念擴張到了其它應用領域。 整體式CBN100的經濟性好出很多，譬如一片三角形的刀片為插車提供六個切削刃，這使得該產品對於插車加工和傳統車削技術都非常理想。
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