直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)及加工工藝-燕山大學(xué)

分 類 號(hào) 密 級(jí)： 燕 山 大 學(xué) 畢 業(yè) 論 文 題 目： 直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)及加工工藝 姓 名 李世民 學(xué) 號(hào) 2009040229 系 別 機(jī)電系 專 業(yè) 機(jī)電一體化 指 導(dǎo) 教 師 伊麗莎白 論文提交日期 2011年 9月 冀中職業(yè)學(xué)院畢 業(yè)論文 I 直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)及加工工藝 摘 要 對(duì)于直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)和加工工藝的設(shè)計(jì)，首先對(duì)直齒圓柱齒輪材料及其參數(shù)合理選取進(jìn)行總結(jié)，然后根據(jù)直齒圓柱齒輪設(shè)計(jì)公式及校核公式確定其齒輪類型，熱處理方法，精度等級(jí)及齒面硬度。又對(duì)直齒圓柱齒輪夾具及毛坯的選取進(jìn)行分析確定。通過計(jì)算數(shù)據(jù)及對(duì) CAD 課本的知識(shí)的掌握畫出直齒圓柱齒輪簡圖。最后根據(jù)對(duì)直尺圓柱齒輪加工工藝內(nèi)容和過程分析及齒輪加工方案的選取對(duì)直尺圓柱齒輪進(jìn)行加工。 關(guān)鍵詞： 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ， 工作原理 ， 熱 處理 冀中職業(yè)學(xué)院畢 業(yè)論文 II 目 錄 第一章 齒輪和齒輪加工 . 1 1.1 齒輪的特點(diǎn)和分類 . 1 1.1.1 齒輪特點(diǎn) . 1 1.1.2 齒輪分類 . 1 1.2 齒輪的加工 . 1 第二章 直齒圓柱齒輪 . 2 2.1 直齒圓柱齒輪各部分的名稱和代號(hào) . 2 2.1.1 標(biāo)準(zhǔn)直尺圓柱齒輪的 基本參數(shù) . 3 第三章 直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì) . 6 3.1 選材與熱處理 . 6 3.2 直齒圓柱齒輪毛坯材料的合理選擇 . 8 3.2.1 滿足材料的機(jī) 械性能 . 9 3.2.2 材料的經(jīng)濟(jì)性要求 . 9 3.2.3 滿足材料的工藝性能 . 9 3.3 直齒圓柱齒輪的計(jì)算 . 10 3.4 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)及齒輪零件圖 . 12 第四章 腹板式直齒圓柱齒輪的加工工藝 . 14 4.1 齒輪加工方法 . 14 4.1.1 成形法 . 14 4.1.2 展成法 . 15 4.1.3 齒形加工方法比較 . 18 4.2 齒輪加工方案選擇 及使用要求 . 18 4.2.1 齒輪加工方案選擇 . 18 4.2.2 齒輪傳動(dòng)的使用要求 . 19 4.3 齒輪加工工藝過程 . 20 4.4 腹板式直齒圓柱齒輪的加工步驟 . 21 參 考 文 獻(xiàn) . 23 致 謝 . 24 冀中職業(yè)學(xué)院畢 業(yè)論文 1 第一章 齒輪和齒輪加工 1.1 齒輪的特點(diǎn)和分類 1.1.1 齒輪特點(diǎn) （ 1） 齒輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)有： 1）齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比恒定，壽命長，工作可靠性高。 2)齒輪機(jī)構(gòu)傳遞的功率和圓周速度分別可達(dá) 100000kw、 300m s。 3）齒輪機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)平行軸和不平行軸之間的傳動(dòng)。 （ 2）齒輪機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)有： 1）齒輪機(jī)構(gòu)的制造成本過高。 2）齒輪機(jī)構(gòu)不適用于遠(yuǎn)距離的傳動(dòng)。 3）低精度齒輪會(huì)產(chǎn)生有害的沖擊，噪音和振動(dòng)。 1.1.2 齒輪分類 齒輪可按齒形、齒輪外形、齒 線形狀、輪齒所在的表面和制造方法分類。 齒輪的齒形包括齒廓曲線壓力角、齒高和變位。齒輪按其外形分為圓柱齒輪、錐齒輪、非圓齒輪、齒條、蝸輪蝸桿；按齒線形狀分為直齒輪、斜齒輪、人字齒、曲線齒輪；按齒所在的表面分為外齒輪、內(nèi)齒輪；按制造方法可分為鑄造齒輪、切制齒輪、軋制齒輪、燒結(jié)齒輪等。 1.2 齒輪的加工 齒輪的加工首先要確定齒輪的加工方法，然后根據(jù)你的齒輪精度等級(jí)確定你的加工方案，最后按照加工工藝路線進(jìn)行加工的過程。 冀中職業(yè)學(xué)院畢 業(yè)論文 2 第二章 直齒圓柱齒輪 2.1 直齒圓柱齒輪各部分的名稱和代號(hào) 1 齒頂圓 -齒輪齒頂所在 的圓。其直徑（或半徑）用 da（或 ra ）表示。 2 齒根圓 -齒輪齒槽底所在的圓。其直徑（或半徑）用 df（或 rf）表示。 3 分度圓 -用來分度（分齒）的圓，該圓位于齒厚和槽寬相等的地方。其直徑（或半徑）用 d（或 r表示）。 4 齒頂高 -齒頂圓與分度圓之間的徑向距離，用 ha 表示。 5 齒根高 -齒根圓與分度圓之間的徑向距離，用 hf 表示。 6 全 齒 高 - 齒 頂 圓 與 齒 根 圓 之 間 的 徑 向 距 離 ， 用 h 表 示 。 顯 然有 h = ha + hf 7 齒厚 -一個(gè)齒的兩側(cè)齒廓之間的分度圓弧長，用 s表示。 8 槽寬 -一個(gè) 齒槽的兩側(cè)齒廓之間的分度圓弧長，用 e表示。 9 齒距 -相鄰兩齒的同側(cè)齒廓之間的分度圓弧長，用 p表示。顯然有： p = s + e 10 齒寬 -齒輪輪齒的寬度（沿齒輪軸線方向度量），用 b表示。 冀中職業(yè)學(xué)院畢 業(yè)論文 3 2.1.1 標(biāo)準(zhǔn)直尺圓柱齒輪的基本參數(shù) （ 1）齒輪的經(jīng)驗(yàn)公式 1） 分度圓、模數(shù)和壓力角 我們把 齒輪上作為齒輪尺寸基準(zhǔn)的圓稱為分度圓，分度圓以 d表示。相鄰兩齒同側(cè)齒廓間的分度圓弧長稱為齒距，以 p表示， p=d/z ， z為齒數(shù)。齒距 p與 的比值 p/ 稱為模數(shù)，以 m表示 （ 模數(shù)是齒輪的基本參數(shù) ）。 由此可知： 齒距 p = m 分 度圓直徑 d = m z 我們把 漸開線齒廓上與分度圓交點(diǎn)處的壓力角稱為分度圓壓力角，簡稱壓力角 ， 國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)壓力角 =20 。 2） 齒距、齒厚和槽寬 齒距 p分為齒厚 s和槽寬 e兩部分，即 s + e = p =m 標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒厚和槽寬相等， 即 s = e =m/2 齒距、齒厚和槽寬都是分度圓上的尺寸。 3） 齒頂高、頂隙和齒根高 由分度圓到齒頂?shù)膹较蚋叨确Q為齒頂高，用 ha表示 ha = ha*m 兩齒輪裝配后，兩嚙合齒沿徑向留下的空隙距離稱為頂隙，以 c表示 c = c*m 由分度圓到齒根圓的徑向高度稱為齒根 高，用 hf表示 hf = ha + c =（ ha*+c*） m 式中 ha*、 c*分別稱為齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)齒制規(guī)定：正常齒制 ha*=1、 c*=0.25，短齒制 ha*=0.8、 c*=0.3。 由齒頂圓到齒根圓的徑向高度稱為全齒高，用 h表示 h = ha + hf =（ 2ha*+c*） m 齒頂高、齒根高、全齒高及頂隙都是齒輪的徑向尺寸。 冀中職業(yè)學(xué)院畢 業(yè)論文 4 表 2-1 漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪幾何尺寸計(jì)算公式 名稱 符號(hào) 計(jì)算公式 齒距 p p = m 齒厚 s s = m/2 槽寬 e e =m/2 齒頂高 ha ha = ha*m 齒根高 hf hf = ha + c =（ ha*+c*） m 全齒高 h h = ha + hf =（ 2ha*+c*） m 分度圓直徑 d d = m z 齒頂圓直徑 da da = d + 2ha = m（ z + 2ha*） 齒根圓直徑 df df = d 2hf = m（ z 2ha* 2c*） 基圓直徑 db db = dcos= mzcos 中心距 a a = m（ z1+z2） / 2 （ 2）系數(shù) 安全系數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 和 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 安全系數(shù) 軟齒面（ 350HBS） 硬齒面 重要的傳動(dòng)、滲碳淬火齒輪或鑄造齒輪 1 0 1.1 1.1 1.2 1.3 1.3 1.4 1.4 1.6 1.6 2.2 工作機(jī)械 載荷特性 原動(dòng)機(jī) 冀中職業(yè)學(xué)院畢 業(yè)論文 5 載荷系數(shù)K 均勻加料的運(yùn)輸機(jī)和加料機(jī)、輕型卷揚(yáng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、機(jī) 床輔助傳動(dòng) 均勻、輕微 沖擊 電動(dòng)機(jī) 多缸內(nèi)燃機(jī) 單缸內(nèi)燃機(jī) 1 1.2 1 2 1.6 1.6 1.8 不均勻加料的運(yùn)輸機(jī)和加料機(jī)、重型卷揚(yáng)機(jī)、球磨機(jī)、機(jī)床主傳動(dòng) 中等沖擊 1 2 1.6 1.6 1.8 1 8 2.0 沖床、鉆機(jī)、軋機(jī)、破碎機(jī)、挖掘機(jī) 大的沖擊 1.6 1.8 1.9 2.1 2.2 2.4 冀中職業(yè)學(xué)院畢 業(yè)論文 6 第三章 直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì) 3.1 選材與熱處理 1.材料： 制造齒 輪的材料主要是各種鋼材，其次是鑄鐵，還有其它非金屬材料；齒輪材料選用的基本原則：齒輪材料必須滿足工作條件的要求，如強(qiáng)度、壽命、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等； a) 鋼材分鍛鋼和鑄鋼，只有尺寸較大 (d400 600mm)，結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的齒輪宜用鑄鋼，一般都用鍛鋼制造齒輪。軟齒面齒輪經(jīng)調(diào)制或正火處理后切齒，常用 45， 40Gr等，因此齒面硬度不高，易制造，成本低，故應(yīng)用廣，常用于對(duì)尺寸和重量無嚴(yán)格限制的場合。為了使大小齒輪的壽命接近，應(yīng)是小齒輪的齒面硬度比大齒輪的高出 3050HBS。對(duì)于高速重載或重要的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，可使用硬度 齒面組合，齒面硬度可大致相同。許多鋼材經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砘虮砻嫣幚恚梢猿蔀槌Ｓ玫凝X輪材料； b) 鑄鐵，由于鑄鐵的抗 耐沖擊性能都比較差，因此主要用于制造低速不重復(fù)的開式傳動(dòng)，功率不大的齒輪，常用材料有 HT250,HT300 等，常作為低速、輕載、不太重要場合的齒輪材料；。 c) 非金屬材料，對(duì)高速輕載而又要求低噪音的齒輪的齒輪傳動(dòng)，也可用非金屬材料，加夾布膠木、尼龍等。常用的齒輪材料，熱處理方法、硬度、應(yīng)用舉例見表 6 4，適用于高速、輕載、且要求降低噪聲的場合。 2) 熱處理：應(yīng)考慮齒輪尺寸大小，毛坯成型方法及熱處理和制造工 藝；鋼制軟齒面齒輪，其配對(duì)兩輪齒面的硬度差應(yīng)保持在 3050HBS 或更多。 a) 表面淬火 一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如 45、 40Cr 等，表面淬火后輪齒變形小，不可磨齒，硬度可達(dá) 52 56HRC，面硬芯軟，能承受一定沖擊載荷。 a) 滲碳淬火 滲碳鋼為含碳量 0.15 0.25%的低碳鋼和地碳合金鋼，如 20、 20C等。齒面硬度達(dá) 冀中職業(yè)學(xué)院畢 業(yè)論文 7 到 56 62HRC，齒面接觸強(qiáng)度高，耐磨性好，齒芯韌性高，常用于受沖擊載荷的重要傳動(dòng)。通常滲碳淬火或要磨齒。 b) 調(diào)質(zhì) 調(diào)質(zhì)一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如 45、 45C、 35SiMn等。調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度為： 220 260HBS。因?yàn)橛捕炔桓撸士稍跓崽幚砗缶旋X形，且在使用中易于跑合。 c) 正火 正火能消除內(nèi)應(yīng)力、細(xì)化晶粒、改善力學(xué)性能和切削性能。機(jī)械強(qiáng)度要求不高的齒輪可用中碳鋼正火處理。大直徑的齒輪可用鑄鋼正火處理。 d) 滲氮 滲氮是一種化學(xué)處理。 滲氮后齒面硬度可達(dá) 60 62HBC。氮化處理溫度低，輪齒變形小，適用于難以磨齒的場合，如內(nèi)齒輪。 特點(diǎn)及應(yīng)用：調(diào)質(zhì)、正火處理后的硬度低， HBS 350,屬于軟齒面，工藝簡單，用于一般傳動(dòng)。當(dāng)大小齒輪都是軟齒面時(shí)。因小輪齒很薄，彎曲強(qiáng)度低，故在選材和熱處理時(shí)，小輪比大輪硬度高 20 50HBS。表面淬火、滲碳淬火、滲氮處理后齒面硬度高，屬硬齒面。其承載能力高，但一般需要磨齒。常用于結(jié)構(gòu)緊湊的場合。 所以為制造方便，才用軟吃面，大小齒輪均用 45鋼，小齒輪調(diào)制處理 ，吃面硬度：229 286HBS,大齒輪正火處理，吃面硬度： 169 217HBS。 冀中職業(yè)學(xué)院畢 業(yè)論文 8 3.2 直齒圓柱齒輪毛坯材料的合理選擇 在加工之前， 為了保證齒輪工作的可靠性，提高其使用壽命，齒輪的材料及其熱處理應(yīng)根據(jù) 實(shí)際的 工作條件和材料的特點(diǎn)來選取。 在本文的一些條件下， 對(duì)齒輪材料的基本要求是 ：應(yīng)使齒面具有足夠的硬度和耐磨性，齒心具有足夠的韌性，以防止齒面的各種失效，同時(shí)應(yīng)具有良好的冷、熱加工的工藝性，以達(dá)到齒輪的各種技術(shù)要求。 可以知道的是， 常用的齒輪材料為各種牌號(hào)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、鑄鋼冀中職業(yè)學(xué)院畢 業(yè)論文 9 鑄鐵和非金屬材料等。一般多采用鍛件或軋制鋼材。當(dāng)齒輪結(jié)構(gòu)尺寸較大，輪坯不易鍛造時(shí)，可采用鑄鋼。開式低速傳動(dòng)時(shí)，可采用灰鑄鐵或球墨鑄鐵。低速重載的齒輪易產(chǎn)生齒面塑性變形，輪齒也易折斷，宜選用綜合性能較好的鋼材。高速齒輪易產(chǎn)生齒面點(diǎn)蝕，宜選用齒面硬度高的材料。受沖擊載荷的齒輪，宜選用韌性好的材料 。對(duì)高速、輕載而又要求低噪聲的齒輪傳動(dòng)，也可采用非金屬材料、如夾布膠木、尼龍等。 3.2.1 滿足材料的機(jī)械性能 在加工過程中，如果齒根部受到大彎曲應(yīng)力，可能產(chǎn)生齒面或齒體強(qiáng)度失效；如果齒面各點(diǎn)都有相對(duì)滑動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生磨損。 齒輪主要的失效形式有齒面電蝕、齒面膠合、齒面塑性變形和輪齒折斷等。 因此我們要求齒輪材料有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度，齒面要有足夠的硬度和耐磨性，芯部要有一定的強(qiáng)度和韌性。 3.2.2 材料的經(jīng)濟(jì)性要求 在滿足使用性能的前提下，選用齒輪材料還應(yīng)該注意盡量降低零件的總成本。從材料 本身價(jià)格來考慮，碳鋼和鑄鐵的價(jià)格比較低廉，因此在滿足零件機(jī)械性能的前提下選用碳鋼和鑄鐵，不僅具有較好的加工工藝性能，而且可以降低成本。 從齒輪生產(chǎn)過程的耗費(fèi)來考慮。首先，采用不同的熱處理方法相對(duì)加工費(fèi)用也不一樣。其次，通過改進(jìn)熱處理工藝也可以降低成本 。 3.2.3 滿足材料的工藝性能 材料的工藝性能是指材料本身能夠適應(yīng)各種加工工藝要求的能力。 齒輪的制造要經(jīng)過鍛造、切削加工和熱處理等幾種加工，因此選擇材料時(shí)要特別注意材料的工藝性能。一般來說，碳鋼的鍛造、切削加工等工藝性能較好，其機(jī)械性能可 以滿足一般工作條件的要求，但強(qiáng)度不高，淬透性較差。而合金鋼淬透性好、強(qiáng)度高，但鍛造、切削加工性能較差。我們可以通過改變工藝規(guī)程、熱處理方法等途徑來改善材料的工藝性能。 冀中職業(yè)學(xué)院畢 業(yè)論文 10 3.3 直齒圓柱齒輪的計(jì)算 設(shè)計(jì)傳遞功率 P=10Kw，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，小齒輪轉(zhuǎn)速為 N1=1000r/min，傳動(dòng)比 i=4,單向轉(zhuǎn)動(dòng)，載荷平穩(wěn)，使用壽命 10年，單班制工作。 分析： (1)選擇齒輪材料及精度等級(jí) 小齒輪選用 45 鋼調(diào)質(zhì)，硬度為 220 250HBS；大齒輪選用 45 鋼正火，硬度為 170210HBS.因?yàn)槭瞧胀p速器，由提供的材料知選 8 級(jí)精度，要求齒面粗糙度 Ra=1.6um. (2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 銀兩齒輪均為鋼質(zhì)齒輪，可應(yīng)用公式求出 d1的值，確定有關(guān)參數(shù)及系數(shù)： 1)轉(zhuǎn)矩 T1 T1=9.55 106 P/N1=9.55 106 10/1000N mm=9.55 104 2)載荷系數(shù) K 查表知 K=1.1 3)齒數(shù) Z1和齒寬系數(shù) d 小齒輪的齒數(shù) z1 取為 25，則大齒輪的 z2=100.因單級(jí)齒輪傳動(dòng)為對(duì)稱布置，而齒輪齒面又為軟齒面，由材料選取 d=1。 4）許用接觸應(yīng)力 H 由圖查得 Hlim1=560MPa, Hlim2=530MPa 由表查得 SH=1。 N1=60njLh=60 1000 1 (10 52 40)=1.248 109 N2=N1/i=1.248 109/4=3.12 108 由圖得 ZNT1=1， ZNT2=1.06。 由式可得 H1= ZNT1 Hlim1/SH=1 560/1MPa=560MPa H2= ZNT2 Hlim2/ SH=1.06 530/1MPa=562MPa 故 d1 76.43錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =76.43錯(cuò)誤 !未找到引用源。 mm=58.3mm m=錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =錯(cuò)誤 !未找到引用源。 mm=2.33mm 冀中職業(yè)學(xué)院畢 業(yè)論文 11 由表取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=2.5mm. (3)計(jì)算主要尺寸 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =m錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =2.5 25mm=62.5mm 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =m錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =2.5 100mm=250mm b= d 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =1 62.5mm=62.5mm 經(jīng)圓整后取 b2=65mm. 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =錯(cuò)誤 !未找到引用源。 +5mm=70mm a=錯(cuò)誤 !未找到引用源。 m(z1+z2)=錯(cuò)誤 !未找到引用源。 2.5(25+100)mm =156.25mm (4)按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度較核 由上式得出 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，如 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 則校核合格。 確定有關(guān)系數(shù)與參數(shù)： 1） 齒形系數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 查表得 YF1=2.65， YF2=2.18。 2） 應(yīng)力修正系數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 查表得 YS1=1.59， YS2=1.80 3)許用彎曲應(yīng)力 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 由圖查得 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =210MPa,錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =190MPa. 由表查得 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =1.3. 由圖查得 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =1。 由上式可得 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =錯(cuò)誤 !未找到引用源。 MPa=162MPa 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =錯(cuò)誤 !未找到引用源。 MPa=146MPa 故 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =錯(cuò)誤 !未找到引用源。 2.651.59MPa=91MPa錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =162MPa 冀中職業(yè)學(xué)院畢 業(yè)論文 12 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =錯(cuò)誤 !未找到引用源 。 =91 錯(cuò)誤 !未找到引用源。=85MPa錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =146MPa 齒根彎曲強(qiáng)度校核合格。 （ 5）驗(yàn)算齒輪的圓周速度 v V=錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =錯(cuò)誤 !未找到引用源。 m/s=3.27m/s 由表可知選精度為 8最合適。 （ 6）計(jì)算幾何尺寸及繪制齒輪零件工作圖。（見后） 3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及齒輪零件圖 齒輪的結(jié)構(gòu)形式主要與齒輪的尺寸大小、毛坯材料、加工工藝、使用要求及經(jīng)濟(jì)性等因素有關(guān)。進(jìn)行齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常是先按齒輪動(dòng)的直徑大小選定合適的結(jié)構(gòu)形式，再由經(jīng)驗(yàn)公式確定有關(guān)尺寸，繪制零件工作圖。 （ 1）齒輪軸 如果圓柱齒輪齒根圓到鍵槽底面的徑向距離 e 2mt(錐齒輪 e1.6m時(shí)），則可將齒輪與軸做成一體稱為齒輪軸 .如圖 2 5 (2)腹板式齒輪 因齒輪的齒頂圓直徑 da=200 500mm，采用腹板式結(jié)構(gòu)，這種齒輪通常用鍛鋼制造， 其各部分尺寸由經(jīng)驗(yàn)公式確定。如圖 冀中職業(yè)學(xué)院畢 業(yè)論文 13 大齒輪零件圖 冀中職業(yè)學(xué)院畢 業(yè)論文 14 第四章 腹板式直齒圓柱齒輪的加工工藝 4.1 齒輪加工方法 為了便于我們了解齒輪加工，下面我們對(duì)齒輪加工的方法進(jìn)行一個(gè)簡單的探討。 齒輪加工的關(guān)鍵是齒面加工。目前，齒面加工的主要方法是刀具切削加工和砂輪磨削加工。前者由于加工效率高，加工精度較高，因而是目前廣泛采用的齒面加工方法。后者主要用于齒面的精加工，效率一般比較低。按照加 工原理，可分為成形法和展成法兩大類。 一般情況下 : a.加工直齒圓柱齒輪用插齒機(jī) b.加工斜齒輪用滾齒機(jī) c.加工傘齒輪用刨齒機(jī) (滾齒機(jī)也可以加工斜齒輪 ) 所選用的刀具由齒輪加工機(jī)床決定 ： a 滾齒機(jī)有專用的齒輪滾刀 b插齒機(jī)有專用的齒輪插刀 c.刨齒機(jī)有轉(zhuǎn)用的齒輪刨刀 以上刀具都是標(biāo)準(zhǔn)件 ,可以在刀具書中選型 (根據(jù)模數(shù) ) 齒輪軸的加工一般用滾齒機(jī)就可以加工 ,選用相應(yīng)模數(shù)的齒輪滾刀 ,不需要專門的夾具就可以加工 。 4.1.1 成形法 成形法是采用與被切齒輪齒槽相符的成形刀具加工齒形的方法。用 齒輪銑刀在銑床上加工齒輪是常用的成形法加工。 （ 1）齒輪銑刀的選擇 銑刀應(yīng)選擇與被加工齒輪模數(shù)、壓力角相等的銑刀。同時(shí)按齒輪齒數(shù)根據(jù)下頁表選擇合適號(hào)數(shù)的銑刀。 冀中職業(yè)學(xué)院畢 業(yè)論文 15 刀號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 加工齒數(shù)范圍 12 13 14 16 17 20 21 25 26 34 35 54 55 134 135 以上及齒條 （ 2）銑削方法 我們?cè)阢娤鞯倪^程中，在臥式銑床上應(yīng)將齒坯套在心軸上安裝于分度頭和尾架頂尖中，對(duì)刀并調(diào)好銑削深度后開始銑第一個(gè)槽，銑完一齒退出進(jìn)行分度，依次逐個(gè)完 成齒數(shù)的銑削。 （ 3）銑齒加工特點(diǎn) 1）用普通的銑床設(shè)備，且刀具成本低。 2）生產(chǎn)效率低。每切完一齒要進(jìn)行分度，占用較多的輔助時(shí)間。 3）齒輪精度低。齒形精度只達(dá) 11-9級(jí)。 以上主要原因是每號(hào)銑刀的刀齒輪廓只與該范圍最少齒槽相吻合，而此號(hào)齒輪銑刀加工同組的其它齒數(shù)的齒輪齒形都有一定的誤差。 4.1.2 展成法 展成法就是利用齒輪刀具與被切齒坯作嚙合運(yùn)動(dòng)而切出齒形的方法。主要有以下分類： （ 1） 插齒加工 插齒加工在插齒機(jī)上進(jìn)行，是相當(dāng)于一個(gè)齒輪的插齒刀與齒坯按一對(duì)齒輪作嚙合運(yùn)動(dòng)而把齒形切成的 ?？砂巡妪X過程分解為：插齒刀先在齒坯上切下一小片材料，然后插齒刀退回并轉(zhuǎn)過一小角度，齒坯也同時(shí)轉(zhuǎn)過相應(yīng)角度。之后，插齒刀又下插在齒坯上切下一小片材料。不斷重復(fù)上述過程。就是這樣，整個(gè)齒槽被一刀刀地切出，齒形則被逐冀中職業(yè)學(xué)院畢 業(yè)論文 16 漸地包絡(luò)而成。因此，一把插齒刀，可加工相同模數(shù)而齒數(shù)不同的齒形，不存在理論誤差。 插齒有以下切削運(yùn)動(dòng) : 1） 主運(yùn)動(dòng) 插齒刀的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng) 2） 展成運(yùn)動(dòng) 確保插齒刀與齒坯的嚙合關(guān)系的運(yùn)動(dòng) 3） 圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 插齒刀的轉(zhuǎn)動(dòng)，其控制著每次插齒刀的切削量 4） 徑向進(jìn)給量 插齒刀須作徑向逐漸切入運(yùn)動(dòng)，以便切 出全齒深。 5） 讓刀運(yùn)動(dòng) 插齒刀回程向上時(shí)，為避免與工件摩擦而使插齒刀讓開一定距離的運(yùn)動(dòng) 插齒除適于加工直齒圓柱齒輪外，特別適合加工多聯(lián)齒輪及內(nèi)齒輪。插齒加工精度一般為 7-8級(jí)。齒面粗糙度 Ra值為 1.6 m。 （ 2）滾齒加工 滾齒是目前應(yīng)用最廣的切齒方法，滾齒加工原理是滾齒刀和齒坯模擬一對(duì)螺旋齒輪作嚙合運(yùn)動(dòng)。滾齒刀好比一個(gè)齒數(shù)很少（一至二齒）齒很長的齒輪，形似蝸桿，經(jīng)刃磨后形成一排排齒條刀齒。因此，可把滾齒看成是齒條刀對(duì)齒坯的加工。這種方法可用一把滾齒刀加工相同模數(shù)不同齒數(shù)的齒輪。不存在理論齒形誤差。 滾齒精度一般為 7 9級(jí)，當(dāng)采用高精度滾刀和滾齒機(jī)時(shí)，可滾切 5級(jí)精度的齒輪。滾齒時(shí)，產(chǎn)生齒輪的基節(jié)偏差較小，而齒形誤差通常較大。 滾切直齒圓柱齒輪時(shí)有以下運(yùn)動(dòng)： 1）主運(yùn)動(dòng) 滾刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 2）展成運(yùn)動(dòng) 是保證滾齒刀和被切齒輪的轉(zhuǎn)速必須符合所模擬的一對(duì)齒輪的嚙合運(yùn)動(dòng)關(guān)系。即滾刀轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，工件轉(zhuǎn) K/Z轉(zhuǎn)。其中： K是滾刀的頭數(shù)， Z為齒輪齒數(shù)。 3）垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 要切出齒輪的全齒寬，滾刀須沿工件軸向作垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 冀中職業(yè)學(xué)院畢 業(yè)論文 17 滾齒加工適于加工直齒、斜齒圓柱齒輪。齒輪加工精度為 8-7級(jí)，齒面粗糙度 Ra值為1.6 m。在滾齒機(jī)上用蝸輪滾刀、鏈輪滾刀還能滾切蝸輪和鏈輪。 （ 3） 剃齒加工 剃齒是用剃齒刀對(duì)齒輪的齒面進(jìn)行 精加工的方法。加工原理：剃齒時(shí)刀具與工件作一種自由嚙合的展成運(yùn)動(dòng)。安裝時(shí)，剃齒刀與工件軸線傾斜一個(gè)剃齒刀螺旋角。剃齒刀的圓周速度可以分解為沿工件齒向的切向速度和沿工件齒面的法向速度，從而帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)和軸向運(yùn)動(dòng)，使刀具在工件表面上剃下一層極薄的切屑。同時(shí)，工作臺(tái)帶動(dòng)工件作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以剃削輪齒的全長。 （ 4） 珩齒加工 珩齒特點(diǎn) :珩齒的加工原理與剃齒相同，表面粗糙 Ra0.4 0.2 m。主要作 用是降低齒面粗糙度，生產(chǎn)率高，一般用于大批量加工 8 6級(jí)精度的淬火 齒輪。 （ 5）磨齒加工 磨齒是獲得高精度齒輪最有效和可靠的方法，既可磨削不淬火的齒輪，又可磨削淬火的齒輪。加工精度可達(dá) 6 4級(jí) , Ra0.4 0.2 m。 錐形砂輪磨削 單分度展成磨削 蝶形砂輪磨削 展成磨削 大平面砂輪磨削 齒輪磨削 圓柱蝸桿砂輪磨削 連續(xù)分度展成磨削 球面蝸桿砂輪磨削 成形磨削 數(shù)控成形砂輪磨削 圖 2-1 磨削方式的分類 冀中職業(yè)學(xué)院畢 業(yè)論文 18 4.1.3 齒形加工方法比較 滾齒、插齒與銑齒比較 銑齒采用普通設(shè)備和簡單刀具即可加工齒形。但是只能加工 11 9級(jí)精度、齒面粗糙度 Ra值為 6.3 m 3.2 m 的齒形。 滾齒和插齒的分度精度和齒形精度均較銑齒高，可以加工 6 級(jí)精度、齒面粗糙度值 Ra為 3.2 m 1.6 m；滾齒和插齒是連續(xù)分度和切削 ，生產(chǎn)效率比銑齒高。用同一模數(shù)的滾 到和插齒刀，可以各種不同齒數(shù)的齒輪，大大減少了刀具數(shù)目，提高了經(jīng)濟(jì)效益。 滾齒與插齒比較 滾齒是刀齒作連續(xù)的旋轉(zhuǎn)切削、切削速度較高，插齒是刃齒作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，限制了切削速度，故滾齒生產(chǎn)率比插齒烙高，滾齒機(jī)可以加工直齒、斜齒圓柱齒輪和蝸輪，但不能加工內(nèi)齒輪和相距太近的多聯(lián)齒輪；插齒時(shí)播齒刀沿齒全長連續(xù)切出，包絡(luò)線數(shù)量也多，而滾齒時(shí)輪齒全長是由滾刀多次連續(xù)切出，故插齒的齒面粗糙度值較小；插齒刀的制造、刃磨檢驗(yàn)壁滾刀方便，易得到高精度，但插齒機(jī)分齒傳動(dòng)鏈比滾齒復(fù)雜，因此，加工齒 輪的精度基本一樣；插齒機(jī)可以加工內(nèi)齒輪和多聯(lián)齒輪 ,但不能加工蝸輪 。 4.2 齒輪加工方案選擇 及使用要求 4.2.1 齒輪加工方案選擇 （ 1） 對(duì)于 8 級(jí)及 8 級(jí)以下精度的不淬硬齒輪，可用銑齒、滾齒或插齒直接達(dá)到加工精度要求。 （ 2） 對(duì)于 8級(jí)及 8級(jí)以下精度的淬硬齒輪，需在淬火前將精度提高一級(jí)，其加工方案可采用：滾（插）齒齒端加工齒面淬硬修正內(nèi)孔。 （ 3） 對(duì)于 6 7級(jí)精度的不淬硬齒輪，其齒輪加工方案：滾齒剃齒。 冀中職業(yè)學(xué)院畢 業(yè)論文 19 （ 4） 對(duì)于 6 7級(jí)精度的淬硬齒輪，其齒形加工一般有兩種方案： 1）剃珩磨方案 滾（插）齒齒 端加工剃齒齒面淬硬修正內(nèi)孔珩齒。 2）磨齒方案 滾（插）齒齒端加工齒面淬硬修正內(nèi)孔磨齒。 剃珩方案生產(chǎn)率高，廣泛用于 7 級(jí)精度齒輪的成批生產(chǎn)中。磨齒方案生產(chǎn)率低，一般用于 6級(jí)精度以上的齒輪。 （ 5） 對(duì)于 5級(jí)及 5 級(jí)精度以上的齒輪，一般采用磨齒方案。 （ 6） 對(duì)于大批量生產(chǎn)，用滾（插）齒冷擠齒的加工方案，可穩(wěn)定地獲得 7級(jí)精度齒輪。 我們加工的是腹板式支持圓柱齒輪，故選擇精度為 8。 4.2.2 齒輪傳動(dòng)的使用要求 由于齒輪的制造精度對(duì)機(jī)器的工作性能、承載能力、噪聲及使用壽命影響很大，因此，我們?cè)?制造齒輪時(shí)必須滿足齒輪傳動(dòng)的使用要求。 （ 1）傳動(dòng)的準(zhǔn)確性即主動(dòng)輪轉(zhuǎn)過一個(gè)角度時(shí)，從動(dòng)輪應(yīng)按給定的傳動(dòng)比轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角度。要求齒輪在一轉(zhuǎn)中，轉(zhuǎn)角誤差的最大值不能超過一定的限度，即為一轉(zhuǎn)角精度。 （ 2）工作平穩(wěn)性要求齒輪傳動(dòng)乎穩(wěn)，無沖擊；振動(dòng)和噪聲小，這就需要限制齒輪傳動(dòng)時(shí)，瞬時(shí)傳動(dòng)比的變化，即一齒轉(zhuǎn)角精度。 （ 3）載荷均勻性齒輪載荷由齒面承受，兩齒輪嚙合時(shí)，接觸面積的大小對(duì)齒輪的使用壽命影響很大。所以齒輪載荷的均勻性，由接觸精度來衡量。 （ 4）齒側(cè)間隙一對(duì)相互嚙合的齒輪，其非工作面必須留有一定的間隙，即為齒側(cè) 間隙，其作用是儲(chǔ)存潤滑油，使工作齒面形成油膜，減少磨損；同時(shí)可以補(bǔ)償熱變形、彈性變形、加工誤差和安裝誤差等因素引起的側(cè)隙減小，防止卡死。應(yīng)當(dāng)根據(jù)齒輪副的工作條件，來確定合理的側(cè)隙。 以上四項(xiàng)要求，根據(jù)齒輪傳動(dòng)裝置的用途和工作條件而有所不同。例如，滾齒機(jī)分度蝸桿副，讀數(shù)儀表所用的齒輪副，對(duì)傳動(dòng)準(zhǔn)確性要求高，工作平穩(wěn)性也有一定要求，而對(duì)載荷的均勻性要求一般不嚴(yán)格。 冀中職業(yè)學(xué)院畢 業(yè)論文 20 4.3 齒輪加工工藝過程 1.鍛造制坯 熱模鍛仍然是汽車齒輪件廣泛使用的毛坯鍛造工藝。近年來，楔橫軋技術(shù)在軸類加工上得到 了大范圍推廣。這項(xiàng)技術(shù)特別適合為比較復(fù)雜的階梯軸類制坯，它不僅精度較高、后序加工余量小，而且生產(chǎn)效率高。 2.正火 這一工藝的目的是獲得適合后序齒輪切削加工的硬度和為最終熱處理做組織準(zhǔn)備，以有效減少熱處理變形。所用齒輪鋼的材料通常為 20CrMnTi,一般的正火由于受人員、設(shè)備和環(huán)境的影響比較大，使得工件冷卻速度和冷卻的均勻性難以控制，造成硬度散差大，金相組織不均勻，直接影響金屬切削加工和最終熱處理，使得熱變形大而無規(guī)律，零件質(zhì)量無法控制。為此，采用等溫正火工藝。實(shí)踐證明，采用等溫正火有效改變了一般正火的 弊端，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。 3.車削加工 為了滿足高精度齒輪加工的定位要求，齒坯的加工全部采用數(shù)控車床，使用機(jī)械夾緊不重磨車刀，實(shí)現(xiàn)了在一次裝夾下孔徑、端面及外徑加工同步完成，既保證了內(nèi)孔與端面的垂直度要求，又保證了大批量齒坯生產(chǎn)的尺寸離散小。從而提高了齒坯精度，確保了后序齒輪的加工質(zhì)量。另外，數(shù)控車床加工的高效率還大大減少了設(shè)備數(shù)量，經(jīng)濟(jì)性好。 4.滾、插齒 加工齒部所用設(shè)備仍大量采用普通滾齒機(jī)和插齒機(jī)，雖然調(diào)整維護(hù)方便，但生產(chǎn)效率較低，若完成較大產(chǎn)能需要多機(jī)同時(shí)生產(chǎn)。隨著涂層技術(shù)的發(fā)展，滾刀、插刀 刃磨后的再次涂鍍非常方便地進(jìn)行，經(jīng)過涂鍍的刀具能夠明顯地提高使用壽命，一般能提高 90%以上，有效地減少了換刀次數(shù)和刃磨時(shí)間，效益顯著。 5.剃齒 徑向剃齒技術(shù)以其效率高，設(shè)計(jì)齒形、齒向的修形要求易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于大批量汽車齒輪生產(chǎn)中。公司自 1995年技術(shù)改造購進(jìn)意大利公司專用徑向剃齒機(jī)以來，在這項(xiàng)技術(shù)上已經(jīng)應(yīng)用成熟，加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠。 6.熱處理 汽車齒輪要求滲碳淬火，以保證其良好的力學(xué)性能。對(duì)于熱后不再進(jìn)行磨齒加工的冀中職業(yè)學(xué)院畢 業(yè)論文 21 產(chǎn)品，穩(wěn)定可靠的熱處理設(shè)備是必不可少的。公司引進(jìn)的是德國勞易公司的連續(xù)滲碳 淬火生產(chǎn)線，獲得了滿意的熱處理效果。 7.磨削加工 主要是對(duì)經(jīng)過熱處理的齒輪內(nèi)孔、端面、軸的外徑等部分進(jìn)行精加工，以提高尺寸精度和減小形位公差。 4.4 腹板式直齒圓柱齒輪的加工步驟 1)用鍛造工具對(duì)毛坯進(jìn)行鍛造 10秒，然后對(duì)毛坯進(jìn)行正火處理，用油冷卻用準(zhǔn)終30分鐘。 2)粗車：以外圓為定位基準(zhǔn)，粗車端面先切除較多的余量 2mm，用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測量觀察剩余長度達(dá)到 78mm。 3）半精車：在零件為 78mm的基礎(chǔ)上，繼續(xù)切削 2.5mm,然后測量。 4)精車：以外圓為定位基準(zhǔn)，精車端面，車削 0.5mm,停車，用游 標(biāo)卡尺測量，加工后齒輪長度達(dá)到 75mm。 5)粗車：以外圓為定位基準(zhǔn)，粗車另一端面同樣切除長度 2mm,用游標(biāo)卡尺測量，再加工使的齒輪毛坯長度達(dá)到 70.5mm