第七章 齒輪齒形加工

第七章齒輪齒形加工7.1概述齒輪在機(jī)械、儀器、儀表中應(yīng)用很廣。齒輪的質(zhì)量直接影響到機(jī)電產(chǎn)品的工作性能、承載能力、使用壽命及工作精度。7.1.1齒輪的基本知識(shí)

1、齒輪的分類(lèi)齒輪類(lèi)型應(yīng)用直齒輪、斜齒輪、人字齒輪平行軸間傳動(dòng)螺旋齒輪、蝸輪與蝸桿垂直交錯(cuò)軸間傳動(dòng)內(nèi)齒輪平行軸間同向傳動(dòng)齒輪齒條旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線(xiàn)移動(dòng)的轉(zhuǎn)換直齒錐齒輪相交軸間傳動(dòng)2、漸開(kāi)線(xiàn)齒形輪廓線(xiàn)：漸開(kāi)線(xiàn)、擺線(xiàn)、圓弧線(xiàn)等。漸開(kāi)線(xiàn)齒形的齒輪具有加工、安裝簡(jiǎn)便、傳動(dòng)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最多。在平面內(nèi),當(dāng)一直線(xiàn)沿著一個(gè)固定圓作純滾動(dòng)時(shí),該直線(xiàn)上任一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡,稱(chēng)為該圓的漸開(kāi)線(xiàn).這個(gè)圓稱(chēng)為基圓,這條直線(xiàn)稱(chēng)為發(fā)生線(xiàn).

漸開(kāi)線(xiàn)的形狀與基圓半徑大小有關(guān),基圓半徑愈大,漸開(kāi)線(xiàn)曲率愈小,曲線(xiàn)愈平坦;反之,則曲率愈大,曲線(xiàn)愈彎曲.3、分度圓與模數(shù)①分度圓：齒厚s與齒槽寬e相等的圓稱(chēng)為分度圓，其直徑為d②分度圓周節(jié)（分度圓齒距）P：在分度圓上相鄰兩齒對(duì)應(yīng)點(diǎn)的弧長(zhǎng)。③由于πd＝Pz，為使分度圓直徑d成為整數(shù)或簡(jiǎn)單小數(shù)，令m＝P/π，可得d＝mz，m叫模數(shù)。④模數(shù)m的數(shù)值已標(biāo)準(zhǔn)化，共50種。4、壓力角α

漸開(kāi)線(xiàn)上各點(diǎn)壓力角不等?；鶊A上壓力角為零，齒頂圓上壓力角最大。分度圓上的壓力角為刀具齒形角，稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)壓力角，α＝20°。

漸開(kāi)線(xiàn)齒輪正確嚙合的基本條件是兩齒輪的m和α分別相等。齒形加工時(shí)，刀具的m和α必須與被加工齒輪一致。7.1.2圓柱齒輪精度1.齒輪傳動(dòng)的精度要求齒輪的加工精度對(duì)機(jī)械的工作性能、承載能力和使用壽命有很大影響。對(duì)齒輪傳動(dòng)性能提出的要求包括：運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性：齒輪一轉(zhuǎn)中，其最大轉(zhuǎn)角誤差不能超過(guò)允許范圍。最大轉(zhuǎn)角誤差是以一轉(zhuǎn)為周期的長(zhǎng)周期誤差。傳動(dòng)的平穩(wěn)性：齒輪在一個(gè)齒距范圍內(nèi)，其最大轉(zhuǎn)角誤差不能超過(guò)允許范圍。以一齒為周期的誤差為短周期誤差。載荷分布的均勻性：齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，要求齒面接觸良好，使齒面載荷均勻分布。這項(xiàng)要求可用沿齒輪齒寬和齒高方向上，保證有一定接觸區(qū)域的面積來(lái)表示。以上三項(xiàng)是對(duì)齒輪本身提出的精度要求，用相應(yīng)的偏差項(xiàng)目對(duì)其控制。傳動(dòng)側(cè)隙指嚙合傳動(dòng)齒輪非工作面的齒側(cè)存在的間隙，用于存儲(chǔ)潤(rùn)滑油，減少磨損。側(cè)隙通過(guò)控制齒輪的厚度得到，即分度圓上的實(shí)際齒厚略小于理論齒厚。傳動(dòng)側(cè)隙是對(duì)齒輪副提出的要求，是設(shè)計(jì)者根據(jù)使用要求，對(duì)齒輪輪齒尺寸大小規(guī)定的公差要求。2、齒輪的精度等級(jí)國(guó)標(biāo)中對(duì)常用漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪齒距累積總公差、齒距累積極限偏差、單個(gè)齒輪齒距極限偏差、齒廓總公差、螺旋線(xiàn)總公差及切向綜合總公差、一齒切向綜合公差和徑向跳動(dòng)公差分別規(guī)定了十三個(gè)精度等級(jí)，從高到低分別用0~12表示；對(duì)徑向綜合總公差和一齒徑向綜合公差分別規(guī)定了九個(gè)精度等級(jí)，從高到低分別用4~12表示。齒輪精度等級(jí)的選擇應(yīng)根據(jù)齒輪的用途、使用要求和工作條件來(lái)決定。選擇的方法主要有計(jì)算法和經(jīng)驗(yàn)法。機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用最多的齒輪既傳遞運(yùn)動(dòng)又傳遞動(dòng)力，其精度等級(jí)與圓周速度密切相關(guān)，因此可計(jì)算出齒輪的最高圓周速度，再確定齒輪精度等級(jí)。3、齒輪精度等級(jí)和齒厚偏差在圖樣上標(biāo)注4、齒輪坯精度齒輪在加工、檢驗(yàn)和安裝過(guò)程中，常以?xún)?nèi)孔、頂圓和端面作基準(zhǔn)。基準(zhǔn)對(duì)齒輪加工、安裝質(zhì)量影響很大，因此對(duì)齒坯規(guī)定了誤差，包括尺寸偏差、形位誤差、基準(zhǔn)面跳動(dòng)及表面粗糙度等。7.2圓柱齒輪齒形加工齒形加工方法很多，可分為無(wú)屑加工和有屑加工兩大類(lèi)。有屑加工按其形成齒形原理又分為成形法和展成法。7.2.1銑齒成形法：用與被切齒輪齒槽法向截面形狀相符的成形刀具切出齒形。1.銑削直齒圓柱齒輪（1）原理：成形法，IT9，Ra：6.3～3.2μm。m<8，盤(pán)狀模數(shù)銑刀；m＞8，指狀模數(shù)銑刀。成形法銑齒加工的齒輪形狀由模數(shù)銑刀保證；輪齒分布的均勻性由分度頭保證。（2）成形銑刀

同一模數(shù)的齒輪銑刀，一般制作8把或15把，表7.1。表3－4盤(pán)狀齒輪銑刀刀號(hào)及其加工范圍刀號(hào)12345678加工齒數(shù)范圍12～1314～1617～2021～2526～3435～5455～134135以上及齒條齒形2.銑齒的工藝特點(diǎn)（1）生產(chǎn)成本低。（2）加工精度低。（3）生產(chǎn)率低。7.2.2插齒插齒屬于展成法加工。展成法是指利用齒輪刀具與被切齒輪的嚙合運(yùn)動(dòng)，在專(zhuān)用齒輪加工機(jī)床上切出齒形的加工方法。（1）插齒機(jī)和插齒刀插齒刀：相當(dāng)于圓柱齒輪。（2）插齒原理與插齒運(yùn)動(dòng)插齒原理：展成法。插齒加工相當(dāng)于一對(duì)無(wú)嚙合間隙的圓柱齒輪傳動(dòng)。插齒運(yùn)動(dòng)包括

①主運(yùn)動(dòng)：插齒刀上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)

②分齒運(yùn)動(dòng)：強(qiáng)制插齒刀與齒輪坯之間保持一對(duì)齒輪的嚙合關(guān)系

③徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：切出齒深。

④圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：插齒刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

⑤讓刀運(yùn)動(dòng)：防止擦傷。（3）齒輪坯的安裝①內(nèi)孔和端面定位：大批量生產(chǎn)②外圓和端面定位：?jiǎn)渭∨a(chǎn)（4）插齒工作范圍內(nèi)外直齒圓柱齒輪、間距小的雙聯(lián)和多聯(lián)齒輪、內(nèi)外螺旋齒輪（5）插齒工藝特點(diǎn)和應(yīng)用插齒切出的齒形不像成形法銑齒存在理論誤差。插齒刀的精度比模數(shù)銑刀高，所以插齒精度比銑齒高。插齒刀沿輪齒全長(zhǎng)連續(xù)切削，包絡(luò)齒形的切線(xiàn)數(shù)量較多，因而齒面粗糙度值小，為1.6um。一把插齒刀可加工模數(shù)和壓力角與其相同而齒數(shù)不同的圓柱齒輪。插齒刀作直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，速度提高受到?jīng)_擊和慣性力的限制，具有空回程，所以一般情況下生產(chǎn)率低于滾齒，但高于成型法銑齒。7.2.3滾齒IT8～I(xiàn)T7，Ra：3.2～1.6μm。1、滾齒機(jī)和齒輪滾刀齒輪滾刀：相當(dāng)于一個(gè)右旋螺旋齒輪。滾齒原理：滾齒加工是展成法原理來(lái)加工齒輪。用滾刀來(lái)加工對(duì)輪相當(dāng)于一對(duì)交錯(cuò)螺旋輪嚙合。這對(duì)嚙合齒輪傳動(dòng)副中，一個(gè)齒輪齒數(shù)很少，一個(gè)或幾個(gè)，螺旋角很大就演變成了一個(gè)蝸桿，再將蝸桿開(kāi)槽并鏟背，就成為齒輪滾刀。齒輪滾刀按給定切削速度作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，工件則按齒輪齒條嚙合關(guān)系傳動(dòng)（即當(dāng)滾刀轉(zhuǎn)一圈，相當(dāng)于齒條移動(dòng)一個(gè)或幾個(gè)齒距，齒輪壞也相應(yīng)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)或幾個(gè)齒距），齒壞上切出齒槽，形成漸開(kāi)線(xiàn)齒面。2、滾齒運(yùn)動(dòng)滾齒原理：展成法。滾齒運(yùn)動(dòng)：①：主運(yùn)動(dòng)：滾刀旋轉(zhuǎn)。②：分齒運(yùn)動(dòng)：③；垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：切出整個(gè)齒寬。④：徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：切出整個(gè)齒深。3、滾齒與插齒比較（1）加工原理相同：展成法（2）加工精度和齒面粗糙度基本相同：精度為8～7級(jí)，Ra1.6μm（3）插齒的分齒精度略低于滾齒，滾齒的齒形精度略低于插齒。（4）插齒的齒面粗糙度略?xún)?yōu)于滾齒。（5）插齒的生產(chǎn)率低于滾齒。（6）加工范圍不同。插齒：內(nèi)齒輪和小間隙多聯(lián)齒輪滾齒：螺旋齒輪、蝸輪和軸向齒輪較大的齒輪軸（7）生產(chǎn)類(lèi)型相同7.2.4齒端加工當(dāng)要求停車(chē)變速時(shí)，為使滑移齒輪容易進(jìn)入嚙合狀態(tài)，常將齒端倒圓；如在不停車(chē)變速時(shí)，為使滑移齒輪迅速進(jìn)入嚙合狀態(tài)，常將齒端倒尖；由于齒端銳邊經(jīng)滲碳和淬火后變脆，在齒輪傳動(dòng)時(shí)易崩裂，故應(yīng)進(jìn)行齒端倒棱。7.3圓柱齒輪精整加工7.3.1剃齒IT7～I(xiàn)T6，Ra：0.8～0.4μm。（1）剃齒刀剃齒刀：相當(dāng)于斜齒圓柱齒輪。（2）剃齒原理和剃齒運(yùn)動(dòng)①原理：展成法②剃齒運(yùn)動(dòng)剃齒刀旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)工件正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，工作臺(tái)帶動(dòng)工件往復(fù)運(yùn)動(dòng)，往復(fù)一次剃齒刀徑向進(jìn)給0.02～0.04mm/str，剃齒余量0.08～0.12mm。（3）剃齒的特點(diǎn)可提高漸開(kāi)線(xiàn)齒形精度和齒向精度，降低表面粗糙度，不能修正被切齒輪的分齒誤差。7.3.2珩齒（1）原理：剃齒相同（展成法）。（2）作用：去除齒輪淬火后的氧化皮、齒面毛刺和壓痕。（3）珩磨輪：磨料和環(huán)氧樹(shù)脂合成后澆鑄而成，相當(dāng)于斜齒輪，見(jiàn)圖7.12（m＞4，帶齒芯；m＜4，不帶齒芯）。（4）珩齒運(yùn)動(dòng)：剃齒相同，轉(zhuǎn)速比剃齒高，為1000～2000r/min，余量為0.01～0.02mm，或不留加工余量，徑向進(jìn)給一次完成，實(shí)現(xiàn)磨削、剃削和拋光的綜合作用。珩磨輪（5）珩齒特點(diǎn)：對(duì)修正齒形精度和齒向精度作用不大，不能修正被切齒輪的分齒誤差，生產(chǎn)率高，改善表面質(zhì)量。常用工序：滾齒→剃齒→淬火→珩齒7.3.3磨齒IT6～I(xiàn)T4→IT3，Ra：0.8～0.2μm原理：成形法和展成法。（1）成形法磨齒IT6～I(xiàn)T5，Ra：0.8～0.4μm，用成形砂輪磨削，生產(chǎn)率較高，加工精度較低，應(yīng)用較少。成形法磨齒（2）展成法磨齒①錐面砂輪磨齒砂輪截面齒形為假想齒條的齒形，工件向右滾動(dòng)，利用砂輪右側(cè)面磨削第1齒槽的右側(cè)面，從根部磨至頂部；然后工件向左滾動(dòng)，以砂輪左側(cè)面磨削第1齒槽的左側(cè)面，也從根部磨至頂部，當(dāng)?shù)?齒槽兩側(cè)面全部磨削完畢時(shí)，砂輪自動(dòng)退離工件，工件作分度轉(zhuǎn)動(dòng)，然后再向右滾動(dòng)，磨削第2齒槽，這樣反復(fù)循環(huán)，直至磨完全部輪齒。圖7.14錐面砂輪磨齒雙碟形砂輪磨齒兩片砂輪傾斜一定角度，構(gòu)成假想齒條兩個(gè)齒的外側(cè)面，同時(shí)磨削兩個(gè)齒槽的兩對(duì)應(yīng)側(cè)面。磨削完畢，工件退離砂輪并進(jìn)行分度，再磨削另外側(cè)面。直至各齒面磨削完畢為止。3、成形法磨齒與展成法磨齒的比較（1）展成法磨齒精度高。（2）展成法磨齒生產(chǎn)率低。（3）展成法磨齒成本高

。雙蝶形砂輪磨齒7.3.4研齒IT7～I(xiàn)T6，Ra：1.6～0.2μm設(shè)備：研齒機(jī)。研具：精密的鑄鐵齒輪。研磨劑：磨粒：220?！?40＃，活性潤(rùn)滑油特點(diǎn)：與珩齒相同，只能降低表面粗糙度，不能提高齒形精度。1、平行軸線(xiàn)研磨法（圖7.16）①過(guò)程：研磨輪與被研齒輪的平行軸線(xiàn)研磨法軸線(xiàn)平行，研磨時(shí)被研齒輪帶動(dòng)研磨輪作無(wú)側(cè)隙的自由嚙合運(yùn)動(dòng)，被研齒輪還作軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，研磨輪被輕微制動(dòng)。經(jīng)一段時(shí)間后，研磨輪和被研磨輪作反向旋轉(zhuǎn)，使齒的兩個(gè)側(cè)面被均勻研磨。②特點(diǎn)：由于齒面的滑動(dòng)速度不均勻，研磨量也不均勻，在齒頂及齒根部分的滑動(dòng)速度大，研磨量也大。2、交叉軸線(xiàn)研磨法①過(guò)程：研磨輪與被研齒輪的軸線(xiàn)互相交叉。研磨直齒輪時(shí)三個(gè)研磨輪中的兩個(gè)為斜齒輪，一個(gè)左旋，一個(gè)右旋，軸線(xiàn)與被研齒輪的軸線(xiàn)互相交叉；另一個(gè)研磨輪為直齒，它的軸線(xiàn)與被研齒輪的軸線(xiàn)平行。被研齒輪安裝于三個(gè)稍被制動(dòng)的研磨輪之間，并加注研磨劑，被研齒輪帶動(dòng)研磨輪作無(wú)側(cè)隙的自由嚙合交叉軸線(xiàn)研磨法運(yùn)動(dòng)，引起齒面接觸部分產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，從而進(jìn)行齒面研磨，被研齒輪先向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，然后向另一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，使齒的兩個(gè)側(cè)面都能均勻地得到研磨。②特點(diǎn)：大大提高了研齒的生產(chǎn)效率，研磨量也均勻。表7.2常用的齒形加工方法加工方法加工原理精度表面粗糙度生產(chǎn)率設(shè)備應(yīng)用范圍銑齒成形法96.3～3.2低普通銑床低精度圓柱齒輪、錐齒輪、蝸輪拉齒成形法71.6～0.4高拉床齒輪拉床制造復(fù)雜、應(yīng)用少插齒展成法8～73.2～1.6較高插齒機(jī)內(nèi)齒輪、扇形齒輪、人字齒輪、帶凸臺(tái)齒輪、間距小多聯(lián)齒輪滾齒展成法8～73.2～1.6較高滾齒機(jī)直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪、蝸輪，剃齒展成法7～60.8～0.4高剃齒機(jī)精加工未淬火圓柱齒輪珩齒展成法改善不大0.8～0.4很高珩齒機(jī)光整加工已淬火的圓柱齒輪研齒展成法改善不大1.6～0.2很高研齒機(jī)光整加工已淬火的圓柱齒輪磨齒成形法展成法6～30.8～0.2較低磨齒機(jī)精加工已淬火的圓柱齒輪7.4齒形加工方案的選擇7.4.1齒形加工工藝方案齒形加工方案的選擇主要決定于齒輪的精度等級(jí)，此外還應(yīng)考慮齒輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、生產(chǎn)批量和切齒后所采用的熱處理方法等。具體加工方案的選擇可參考以下原則：

1、9級(jí)精度以下的齒輪，一般采用銑齒-齒端加工-熱處