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1、分 类 号 密 级：冀 中 职 业 学 院毕 业 论 文题 目： 直齿圆柱齿轮的设计及加工工艺 姓 名 张 克 灵学 号 系 别 机 电 系 专 业 机 电 一 体 化 技 术 指 导 教 师 姜 小 丽 论文提交日期 年 月概 述齿轮是机械行业量大面广的基础件，广泛应用于机床，汽车，摩托车，农机，建筑机械，工程机械，航空，兵器，工具等领域，而且对加工精度，效率和柔性提出了越来越高的要求。齿轮加工技术的发展有四个阶段，分别是：公元前400-200年的手工制作阶段，18世纪后的机械仿形阶段，19世纪后的机械范成加工阶段以及20世纪80年代至今的数控技术加工阶段。齿轮现在在国内绝大部分仍采用普通机
2、床加工，精度难以提高。据有关资料显示，到1995年底，我国拥有齿轮机床79485台，其中数控齿轮加工机床仅385台。齿轮加工机床设备陈旧，其中53的机床已使用16年以上，已使用了615年的机床占31，只有不到16的机床使用年限不到15年。而对齿轮特别是汽车齿轮制造要求也不断提高，在我国，由于齿轮的质量不能达到图纸要求，致使齿轮箱噪音大，寿命短，从而严重制约了整机的质量，这点在汽车行业表现得尤为严重。为了满足对齿轮加工中质量和加工效率得要求，从1995年以来大量进口数控齿轮加工机床。近几年，齿轮加工技术在发展的过程中涌现了一些新工艺：磨料流光整加工工艺，磨-珩联合工艺。相信在不久的将来，齿轮加工
3、技术必定会朝着数控化、智能化、高速化、集成化、环保化的方向发展。本文主要介绍磨齿技术的应用。磨齿加工技术最新发展现状采用磨齿加工的齿轮具有低传动噪音、高传动效率和长使用寿命的优点。磨齿加工曾被认为是一种用于航空或其它高技术领域的昂贵齿轮加工手段。现在，由于磨齿机的效率提高了，砂轮性能也更好，高额成本得以大幅下降。由此，磨齿加工已开始大规模应用于齿轮加工中。磨齿机经过如下的一系列的重大改进，使得效率提高了很多。（1）机载测量许多磨齿机因配备了机载测量系统而变得更为精确。优于使用了在机测量，不必将齿轮从工作台上拆卸下来送到其它地方去检测，避免了再加工时的二次安装误差。加工时，先由机载测量系统初步分
4、析齿轮，再将实测参数与理论设计参数对比，求出所需修正量，控制系统采集到这些修正数据后自动调整磨齿加工状态，然后再进行磨齿和测量。如此反复循环，直至达到所需的精度要求。一体化机载测量和机载修正系统使现代磨齿机更加高效。（2）直驱电机近年来，结构紧凑的直驱电机在砂轮主轴和齿轮工件主轴上的使用日渐增加。直驱主轴可避免传动链误差。因此，在“修砂轮磨齿轮”循环中运用直驱电机，并配以较好的砂轮和多轴联动控制，可消除切削纹、偏畸几何形状、齿轮使用噪音的高频误差及有害振动。 （3）自动化“自动化”一词越来越多地应用于磨齿加工特别是流程化生产中，包括工件安装、换刀以及与工件流程同步的库存分类等。自动化消除了机器
5、空转时间并有利于减少工序间等待时间。（4）磨齿机软件基于Windows的软件也像应用于个人计算机一样，广泛应用于今天的磨齿机中（如基于Windows的设计系统和数控系统）。以前只能以纸绘图，现在，图形界面和算法软件相结合的设计加修正软件包可使齿轮几何尺寸设计程序化和局部制造仿真化。驱动、滚珠丝杠和位置传感器三者间的高精度闭环控制因软件的应用而得以实现。许多新一代磨齿机的部件配有与驱动单元分离的位置传感器，因而具有更高的精度和热稳定性。绝对式位移传感器和绝对编码技术保证了在高定位精度前提下，反馈数据的高速传输和机床传动的稳定性。（5）新材料砂轮先进的陶瓷结合剂砂轮和电镀立方氮化硼（CBN）砂轮有
6、着同样高的生产效率。由于“混合颗粒”型合成物中使用了新材料以及粘接工艺的进步，提高了陶瓷结合剂砂轮的强韧性、形状精度保持力、材料切除力和耐用性。这些优异性能来源于高性能颗粒结构和增大的孔隙度。同时，良好的颗粒结构减少了磨削压力，降低了磨削温度。（6）磨削费用的降低 如今，磨齿成本大幅下降，其原因很多，如基于模块化设计的高性价比机型、数控系统、流程化生产等，即使是综合了前述所有先进技术的磨齿机也比以前的机型便宜得多，大批量生产使单件生产周期比以前缩短了50%70%，损耗品（砂轮和金刚石修正器等）成本也大幅下降。目 录第一章 直齿圆柱齿轮的设计.21.1齿轮的基础知识.21.2齿轮材料的合理选择.
7、41.3影响齿轮工作平稳性的加工误差分析.8第二章 直齿圆柱齿轮的工艺分析.102.1轴类零件加工的工艺路线.102.2齿轮加工方法.102.3齿轮加工方案选择及使用要求.142.4齿轮加工工艺过程.15 第三章 齿轮的加工.193.1 圆柱齿轮齿形加工方法和加工方案.193.2 典型齿轮零件加工工艺分析.20结束语.23参考文献.24第一章直齿圆柱齿轮轴的设计1.1齿轮的基础知识1.1.1齿轮的基础知识（1）齿轮机构的优点有：1）齿轮机构传别可达100000kw、300m/s。 2）齿轮机构的传动比恒定，寿命长，工作可递的功率和圆周速度分靠性高。 3）齿轮机构能够实现平行轴和不平行轴之间的传
8、动。 （2）齿轮机构的缺点有：1）齿轮机构得制造成本过高。 2）齿轮机构不适用于远距离的传动。 3）低精度齿轮会产生有害的冲击，噪音和振动。 1.1.2齿轮的分类 从机电一体化实用手册（见参考文献，以下皆是）一书中我们了解到：齿轮的传动是通过轮齿之间的相互啮合来实现直接接触的传动方法。这种传动方法的传动比精确、传递功率较大。齿轮传动要满足瞬时传动比保持不变，则两轮的齿廓不论在何处接触，过接触点的公法线必须与两轮的连心线交于固定的一点。 外啮合齿轮 直齿轮 内啮合齿轮 齿轮齿条啮合平行轴 斜齿轮 直齿圆锥齿轮 相交轴圆锥齿轮 螺旋齿圆锥齿轮 齿轮传动 蜗轮与蜗杆 交错轴 准双曲面齿轮 同心轴行星
9、齿轮 图1-1 齿轮的分类1.1.3共轭齿廓的重要一种-渐开线齿廓齿轮通过这段时间的考查与探讨，我们得出以下一些结论： （1）发生线沿基圆滚过的长度，等于基圆上被滚动过的圆弧长。 （2）渐开线上任意一点的法线必与基圆相切；渐开线上各点的曲率半径不相等；渐开线的形状决定基圆的大小。 （3）基圆内无渐开线。 图1-2 渐开线的形成及压力角 图1-3 渐开线形状与基圆大小的关系（4）渐开线齿廓啮合的特点：1）渐开线齿轮中心距的可分性。2）啮合角为恒定值。 （5）压力角（ak）及展角（invak）的计算 cos (ak)=(rb)/(rk) inv(ak)=tg（ak）-(ak)1.1.4标准直齿圆柱
10、齿轮外啮合几何尺寸计算 （1）分度圆、模数和压力角我们把齿轮上作为齿轮尺寸基准的圆称为分度圆，分度圆以d表示。相邻两齿同侧齿廓间的分度圆弧长称为齿距，以p表示，p=d/z，z为齿数。齿距p与的比值p/称为模数，以m表示（模数是齿轮的基本参数）。由此可知： 齿距 p = m 度圆直径 d = m z 我们把渐开线齿廓上与分度圆交点处的压力角a称为分度圆压力角，简称压力角，国家规定标准压力角a =20。（2）齿距、齿厚和槽宽齿距p分为齿厚s和槽宽e两部分，即s + e = p =m 标准齿轮的齿厚和槽宽相等，即s = e =m/2 齿距、齿厚和槽宽都是分度圆上的尺寸。（3）齿顶高、顶隙和齿根高由分度圆到齿顶的径向高度称为齿顶高，用ha表示ha = ha*m 两齿轮装配后，两啮合齿沿径向留下的空隙距离称为顶隙，以c表示c = c*m 由分度圆到齿根圆的径向高度称为齿根高，用hf表示hf = ha + c =（ha*+c*）m 式中ha*、c*分别称
