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1、第七章 齿轮齿形加工 7.1 概述 齿轮在机械、仪器、仪表中应用很广。齿轮的质量直接影响到机电产品的工作性能、承载能力、使用寿命及工作精度。 7.1.1 齿轮的基本知识 1、齿轮的分类,2、渐开线 齿形轮廓线：渐开线、摆线、圆弧线等。 渐开线齿形的齿轮具有加工、安装简便、传动平稳等优点，应用最多。 在平面内,当一直线沿着一个固定圆作纯滚动时,该直线上任一点的运动轨迹,称为该圆的渐开线.这个圆称为基圆,这条直线称为发生线. 渐开线的形状与基圆半径大小有关,基圆半径愈大,渐开线曲率愈小,曲线愈平坦;反之,则曲率愈大,曲线愈弯曲.,3、分度圆与模数 分度圆：齿厚s与齿槽宽e相等的圆称为分度圆，其直径
2、为d 分度圆周节（分度圆齿距）P：在分度圆上相邻两齿对应点的弧长。 由于dPz，为使分度圆直径d成为整数或简单小数，令mP/，可得dmz，m叫模数。 模数m的数值已标准化，共50种。,4、压力角 渐开线上各点压力角不等。基圆上压力角为零，齿顶圆上压力角最大。分度圆上的压力角为刀具齿形角，称为标准压力角，20。 渐开线齿轮正确啮合的基本条件是两齿轮的m和分别相等。齿形加工时，刀具的m和必须与被加工齿轮一致。,7.1.2 圆柱齿轮精度 1.齿轮传动的精度要求 齿轮的加工精度对机械的工作性能、承载能力和使用寿命有很大影响。对齿轮传动性能提出的要求包括： 运动的准确性：齿轮一转中，其最大转角误差不能超
3、过允许范围。最大转角误差是以一转为周期的长周期误差。 传动的平稳性：齿轮在一个齿距范围内，其最大转角误差不能超过允许范围。以一齿为周期的误差为短周期误差。 载荷分布的均匀性：齿轮传递转矩时，要求齿面接触良好，使齿面载荷均匀分布。这项要求可用沿齿轮齿宽和齿高方向上，保证有一定接触区域的面积来表示。 以上三项是对齿轮本身提出的精度要求，用相应的偏差项目对其控制。,传动侧隙 指啮合传动齿轮非工作面的齿侧存在的间隙，用于存储润滑油，减少磨损。 侧隙通过控制齿轮的厚度得到，即分度圆上的实际齿厚略小于理论齿厚。 传动侧隙是对齿轮副提出的要求，是设计者根据使用要求，对齿轮轮齿尺寸大小规定的公差要求。,2、齿
4、轮的精度等级 国标中对常用渐开线圆柱齿轮齿距累积总公差、齿距累积极限偏差、单个齿轮齿距极限偏差、齿廓总公差、螺旋线总公差及切向综合总公差、一齿切向综合公差和径向跳动公差分别规定了十三个精度等级，从高到低分别用012表示；对径向综合总公差和一齿径向综合公差分别规定了九个精度等级，从高到低分别用412表示。 齿轮精度等级的选择应根据齿轮的用途、使用要求和工作条件来决定。选择的方法主要有计算法和经验法。 机械传动中应用最多的齿轮既传递运动又传递动力，其精度等级与圆周速度密切相关，因此可计算出齿轮的最高圆周速度，再确定齿轮精度等级。,3、齿轮精度等级和齿厚偏差在图样上标注,4、齿轮坯精度 齿轮在加工、
5、检验和安装过程中，常以内孔、顶圆和端面作基准。基准对齿轮加工、安装质量影响很大，因此对齿坯规定了误差，包括尺寸偏差、形位误差、基准面跳动及表面粗糙度等。,7.2 圆柱齿轮齿形加工 齿形加工方法很多，可分为无屑加工和有屑加工两大类。有屑加工按其形成齿形原理又分为成形法和展成法。 7.2.1 铣齿 成形法：用与被切齿轮齿槽法向截面形状相符的成形刀具切出齿形。 1.铣削直齿圆柱齿轮 （1）原理：成形法，IT9，Ra：6.33.2m。 m8，盘状模数铣刀；m8，指状模数铣刀。,成形法铣齿加工的齿轮形状由模数铣刀保证；轮齿分布的均匀性由分度头保证。,（2）成形铣刀 同一模数的齿轮铣刀，一般制作8把或15
6、把，表7.1。 表34 盘状齿轮铣刀刀号及其加工范围,2.铣齿的工艺特点 （1）生产成本低。 （2）加工精度低。 （3）生产率低。,7.2.2 插齿 插齿属于展成法加工。展成法是指利用齿轮刀具与被切齿轮的啮合运动，在专用齿轮加工机床上切出齿形的加工方法。 （1）插齿机和插齿刀 插齿刀：相当于圆柱齿轮。 （2）插齿原理与插齿运动 插齿原理：展成法。 插齿加工相当于一对无啮合间隙的圆柱齿轮传动。,插齿运动包括 主运动：插齿刀上下往复运动 分齿运动：强制插齿刀与齿轮坯之 间保持一对齿轮的啮合关系 径向进给运动：切出齿深。 圆周进给运动：插齿刀的旋转运动。 让刀运动：防止擦伤。 （3）齿轮坯的安装 内
7、孔和端面定位：大批量生产 外圆和端面定位：单件小批生产 （4）插齿工作范围 内外直齿圆柱齿轮、间距小的双联和多联齿轮、内外螺旋齿轮,（5）插齿工艺特点和应用 插齿切出的齿形不像成形法铣齿存在理论误差。插齿刀的精度比模数铣刀高，所以插齿精度比铣齿高。 插齿刀沿轮齿全长连续切削，包络齿形的切线数量较多，因而齿面粗糙度值小，为1.6um。 一把插齿刀可加工模数和压力角与其相同而齿数不同的圆柱齿轮。 插齿刀作直线往复运动，速度提高受到冲击和惯性力的限制，具有空回程，所以一般情况下生产率低于滚齿，但高于成型法铣齿。,7.2.3 滚齿 IT8IT7，Ra：3.21.6m。 1、滚齿机和齿轮滚刀 齿轮滚刀：
8、相当于一个右旋螺旋齿轮。,滚齿原理：滚齿加工是展成法原理来加工齿轮。用滚刀来加工对轮相当于一对交错螺旋轮啮合。这对啮合齿轮传动副中，一个齿轮齿数很少，一个或几个，螺旋角很大就演变成了一个蜗杆，再将蜗杆开槽并铲背，就成为齿轮滚刀。齿轮滚刀按给定切削速度作旋转运动时，工件则按齿轮齿条啮合关系传动（即当滚刀转一圈，相当于齿条移动一个或几个齿距，齿轮坏也相应转过一个或几个齿距），齿坏上切出齿槽，形成渐开线齿面 。,2、滚齿运动 滚齿原理：展成法。 滚齿运动： ：主运动：滚刀旋转。 ：分齿运动： ；垂直进给运动：切出整个齿宽。 ：径向进给运动：切出整个齿深。,3、滚齿与插齿比较 （1）加工原理相同：展成
9、法 （2）加工精度和齿面粗糙度基本相同：精度为87级，Ra1.6m （3）插齿的分齿精度略低于滚齿， 滚齿的齿形精度略低于插齿。 （4）插齿的齿面粗糙度略优于滚齿。 （5）插齿的生产率低于滚齿。 （6）加工范围不同。 插齿：内齿轮和小间隙多联齿轮 滚齿：螺旋齿轮、蜗轮和轴向齿轮较大的齿轮轴 （7）生产类型相同,7.2.4 齿端加工 当要求停车变速时，为使滑移齿轮容易进入啮合状态，常将齿端倒圆；如在不停车变速时，为使滑移齿轮迅速进入啮合状态，常将齿端倒尖；由于齿端锐边经渗碳和淬火后变脆，在齿轮传动时易崩裂，故应进行齿端倒棱。,7.3 圆柱齿轮精整加工 7.3.1 剃齿 IT7IT6， Ra：0.
10、80.4m。 （1）剃齿刀 剃齿刀：相当于斜齿圆柱齿轮。 （2）剃齿原理和剃齿运动 原理：展成法 剃齿运动 剃齿刀旋转带动工件正转、反转转 动，工作台带动工件往复运动，往复 一次剃齿刀径向进给0.020.04 mm/str，剃齿余量0.080.12mm。,（3）剃齿的特点 可提高渐开线齿形精度和齿向精度， 降低表面粗糙度，不能修正被切齿轮 的分齿误差。,7.3.2 珩齿 （1）原理：剃齿相同（展成法）。 （2）作用：去除齿轮淬火后的氧化皮、齿面毛刺和压痕。 （3）珩磨轮：磨料和环氧树脂合成后浇铸而成，相当于斜齿轮，见图7.12（ m4，带齿芯； m4，不带齿芯）。 （4）珩齿运动：剃齿相同，
11、转速比剃齿高，为1000 2000r/min，余量为 0.010.02mm，或不 留加工余量，径向进给 一次完成，实现磨削、 剃削和抛光的综合作用。 珩磨轮 （5）珩齿特点：对修正齿形精度和齿向精度作用不大，不能修正被切齿轮的分齿误差，生产率高，改善表面质量。常用工序：滚齿剃齿淬火珩齿,7.3.3 磨齿 IT6IT4IT3， Ra：0.80.2m 原理：成形法和展成法。 （1）成形法磨齿 IT6IT5， Ra：0.80.4 m，用成形砂轮磨削，生产率较高，加工精度较低，应用较少。,成形法磨齿,（2）展成法磨齿 锥面砂轮磨齿 砂轮截面齿形为假想齿条的齿形，工件向右滚动，利用砂轮右侧面磨削第1齿槽
12、的右侧面，从根部 磨至顶部；然后工件向左滚动，以砂轮左侧面磨削第1齿槽的左侧面，也从根部磨至 顶部，当第1齿槽两侧面全部磨削完毕时，砂轮自动退离工件，工件作分度转动，然后再向右滚动，磨削第2齿槽，这样反复循环，直至磨完全部轮齿。,图7.14 锥面砂轮磨齿,双碟形砂轮磨齿 两片砂轮倾斜一定角度，构成假想齿条两个齿的外侧面，同时磨削两个齿槽的两对应侧面。磨削完毕，工件退离砂轮并进行分度，再磨削另外侧面。直至各齿面磨削完毕为止。 3、成形法磨齿与展成法磨齿的比较 （1）展成法磨齿精度高。 （2）展成法磨齿生产率低。 （3）展成法磨齿成本高 。,双蝶形砂轮磨齿,7.3.4 研齿 IT7IT6， Ra：
13、1.60.2m 设备：研齿机。 研具：精密的铸铁齿轮。 研磨剂：磨粒：220240， 活性润滑油 特点：与珩齿相同，只能降低 表面粗糙度，不能提高齿形精度。 1、平行轴线研磨法 （图7.16） 过程：研磨轮与被研齿轮的 平行轴线研磨法 轴线平行，研磨时被研齿轮带动 研磨轮作无侧隙的自由啮合运动，被研齿轮还作轴向往复运动，研磨轮被轻微制动。经一段时间后，研磨轮 和被研磨轮作反向旋转，使齿的两个侧面被均匀研磨。 特点：由于齿面的滑动速度不均匀，研磨量也不均匀，在齿顶及齿根部分的滑动速度大，研磨量也大。,2、交叉轴线研磨法 过程：研磨轮与被研齿轮的轴 线互相交叉。研磨直齿轮时三个研 磨轮中的两个为斜
14、齿 轮，一个左旋， 一个右旋，轴线与被研齿轮的轴线 互相交叉；另一个研磨轮为直齿， 它的轴 线与被研齿轮的轴线平行。 被研齿轮安装于三个稍被制动的研 磨轮之间，并加注研 磨剂，被研齿 轮带动研磨轮作无侧隙的自由啮合 交叉轴线研磨法 运动，引起齿面接触部分产生相对滑动，从而 进行齿面研磨，被研齿轮先向一个方向旋转，然后向另一个方向旋转，使齿的两个侧面 都能均匀地得到研磨。 特点： 大大提高了研齿的生产效率，研磨量也均匀。,表7.2 常用的齿形加工方法,7.4 齿形加工方案的选择 7.4.1 齿形加工工艺方案 齿形加工方案的选择主要决定于齿轮的精度等级，此外还应考虑齿轮的结构特点、生产批量和切齿后所采用的热处理方法等。具体加工方案的选择可参考以下原则： 1、9级精度以下的齿轮，一般采用铣齿-齿端加工-热处理-修正内孔的加工方案。此方案适合单件小批量生产。 2、8-7级精度的齿轮，采用滚（插）齿-齿端加工-淬火-修正基准-珩齿（研齿）的加工方案。此方案适合各种批量生产。 3、7级或6级齿轮，采用滚（插）齿-齿端加工-剃齿-淬火-修正基准-珩齿（磨齿）的加工方案。单件小批量生产采用磨齿方案；大批量生产采用珩齿方案。 4、6-3级齿轮，采用滚（插）齿-齿端加工-淬火-修正基准-磨齿的加工方案。生产率较低，适合各种批量生产。,7.4.2 双联滑移齿轮机械加工工艺过程,
