第5章齒輪齒形的加工

齒輪齒形的加工第5章基本內(nèi)容漸開線齒輪概述1圓柱齒輪齒形的成形法加工2圓柱齒輪齒形的展成法加工3圓柱齒輪齒形的精加工4齒輪傳動(dòng)

齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中的一個(gè)重要組成部分，它起著傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的作用。其傳動(dòng)可靠性好、承載能力強(qiáng)、制造工藝成熟，已廣泛應(yīng)用于機(jī)器、儀器制造業(yè)。

常見齒輪傳動(dòng)類型5.1漸開線齒輪概述5.1.1漸開線的形成及其特征若一動(dòng)直線在平面內(nèi)沿半徑為rb的圓作純滾動(dòng)時(shí)，則動(dòng)直線上任一點(diǎn)a的軌跡稱為半徑為rb的圓的漸開線。半徑為rb的圓稱為基圓，動(dòng)直線稱為發(fā)生線。漸開線齒輪的一個(gè)輪齒就是由同一基圓形成的兩條相反漸開線組成的。5.1漸開線齒輪概述5.1.2直齒圓柱齒輪各部分名稱、基本參數(shù)和主要尺寸1.直齒圓柱齒輪各部分名稱：5.1漸開線齒輪概述2.直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)

模數(shù)和壓力角是直齒圓柱齒輪的兩個(gè)基本參數(shù)。（1）模數(shù)模數(shù)m是周節(jié)P與π之比，即m=P/π則D

=m

z模數(shù)m的數(shù)值已標(biāo)準(zhǔn)化，如m=0.1，0.5，1，1.5，2，3等。漸開線齒輪正確嚙合的條件：兩齒輪的模數(shù)和壓力角分別相等。在齒形加工中，刀具的模數(shù)和壓力角的數(shù)值也必須與被加工齒輪相同。5.1漸開線齒輪概述（2）壓力角

漸開線齒形上任一點(diǎn)K的法向力F與其速度v

k

之間所夾的銳角，稱為K點(diǎn)的壓力角αk。漸開線上各點(diǎn)的壓力角是不相同的。通常所說的壓力角是指分度圓上A點(diǎn)處的壓力角，用α表示（α=20°）由此可得基圓直徑Db和分度圓直徑D的關(guān)系為：Db=cosα·D=cos20·D≈0.94D5.1漸開線齒輪概述3.直齒圓柱齒輪的主要尺寸

5.1漸開線齒輪概述5.1.3圓柱齒輪精度簡(jiǎn)介1.齒輪傳動(dòng)的精度要求齒輪是用來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的，在不同的工作條件下，對(duì)精度的要求有所不同。從傳遞運(yùn)動(dòng)方面看，應(yīng)保證傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確、平穩(wěn)；從傳遞動(dòng)力方面看，應(yīng)保證傳動(dòng)可靠和靈活。因此，一般齒輪傳動(dòng)的精度要求有以下四個(gè)方面：（1）傳遞運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性

即要求齒輪在一轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)角誤差應(yīng)限制在一定的范圍內(nèi)，使齒輪副傳動(dòng)比變化小，以保證傳遞運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性。5.1漸開線齒輪概述（2）傳遞運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性

即要求齒輪在轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角的范圍內(nèi)，其最大轉(zhuǎn)角誤差應(yīng)限制在一定范圍內(nèi)，使齒輪副瞬時(shí)傳動(dòng)比變化小，以免引起振動(dòng)和噪音，保證傳遞運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。（3）載荷分布的均勻性即要求在輪齒嚙合過程中，工作齒面沿全齒高和全齒長(zhǎng)上保持均勻接觸，并且接觸面積盡可能的大。（4）齒輪副側(cè)隙的合理性

即要求一對(duì)齒輪嚙合時(shí)，在非工作齒面間應(yīng)留有合理的間隙，否則會(huì)出現(xiàn)卡死或燒傷現(xiàn)象。齒輪副側(cè)隙對(duì)儲(chǔ)藏潤(rùn)滑油、補(bǔ)償齒輪傳動(dòng)受力后的彈性變形和熱變形，以及補(bǔ)償齒輪及其傳動(dòng)裝置的加工誤差和安裝誤差都是必要的。5.1漸開線齒輪概述2.齒輪傳動(dòng)精度的具體要求

不同的齒輪，其用途和工作條件不同，對(duì)精度的具體要求也不同：（1）傳遞運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性儀表、鐘表中的傳動(dòng)齒輪、分度齒輪、讀數(shù)齒輪，應(yīng)突出準(zhǔn)確性要求；（2）傳遞運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性高速動(dòng)力齒輪（如減速機(jī)中的初級(jí)齒輪），對(duì)平穩(wěn)性要求高；（3）載荷分布的均勻性高速動(dòng)力齒輪，礦山機(jī)械、起重機(jī)用齒輪對(duì)載荷分布的均勻性要求高；（4）齒輪副側(cè)隙的合理性任何齒輪5.2圓柱齒輪齒形的成形法加工

成形法（也稱仿形法）是用與被加工齒輪齒槽形狀相同的成形刀具切削輪齒的方法，如銑齒、成形法磨齒。5.2.1銑削直齒圓柱齒輪銑削直齒圓柱齒輪的方法如下圖：用盤形齒輪銑刀銑齒輪用指狀齒輪銑刀銑齒輪1.盤狀齒輪銑刀：齒輪模數(shù)m＜8時(shí)用，在臥式銑床上使用；2.指狀齒輪銑刀：齒輪模數(shù)m≥8時(shí)用，在立式銑床上使用，可加工直齒輪、斜圓柱齒輪、人字齒輪。

a)盤形齒輪銑刀

b)指狀齒輪銑刀成形法齒輪刀具5.2圓柱齒輪齒形的成形法加工5.2.2銑齒加工的特點(diǎn)及應(yīng)用1.銑齒加工的特點(diǎn)（1）成形法銑齒加工的基本特點(diǎn)：銑刀切削部分剖面形狀與被銑齒輪槽的剖面形狀相符。所以，齒輪銑刀與每一種齒數(shù)的齒輪是一一對(duì)應(yīng)的，是專用刀具。為了降低加工成本，實(shí)際生產(chǎn)中把同一模數(shù)的齒輪按齒數(shù)分成8組或15組，每組采用同一種刀號(hào)的銑刀加工。參見表5-2：齒輪銑刀的分號(hào)。（2）刀具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工成本低，但是加工精度和效率較低。2.銑齒加工的應(yīng)用

成形法銑齒主要用于單件、小批量生產(chǎn)和修配，用于制造低于8級(jí)精度的齒輪，齒面的表面粗糙度Ra值為6.3~3.2μm。成形法銑齒可以加工直齒、斜齒和人字齒圓柱齒輪，也可加工齒條和錐齒輪等。銑齒加工的特點(diǎn)及應(yīng)用5.3圓柱齒輪齒形的展成法加工

展成法（也叫包絡(luò)法或范成法）是利用齒輪的嚙合原理進(jìn)行切削的。只需一把刀具就能加工出模數(shù)相同而齒數(shù)不同的齒輪。如插齒、滾齒、剃齒和展成法磨齒。5.3.1插齒原理及運(yùn)動(dòng)

插齒機(jī)的工作原理類似一對(duì)圓柱齒輪嚙合，其中一個(gè)齒輪作為工件，另一個(gè)齒輪變?yōu)辇X輪形的插齒刀具，它的模數(shù)和壓力角與被加工齒輪相同，且在端面磨有前角，齒頂及齒側(cè)均磨有后角。展成法展成法

插齒刀的類型a)盤形b)碗形c)錐柄

插齒刀的類型插齒需要下列四個(gè)運(yùn)動(dòng)①插削主運(yùn)動(dòng)：指插削刀的上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。②范成運(yùn)動(dòng)：也叫分齒運(yùn)動(dòng)，插齒刀和齒坯的轉(zhuǎn)速按一對(duì)齒輪的速比關(guān)系計(jì)算，即

③徑向切入運(yùn)動(dòng)：指插齒刀每往復(fù)一次，徑向移動(dòng)的距離。工件應(yīng)該逐漸地移向插齒刀（或插齒刀移向工件），作徑向切入運(yùn)動(dòng)。④讓刀運(yùn)動(dòng)：插齒刀向上運(yùn)動(dòng)（空行程）時(shí)，為了避免擦傷工件齒面和減少刀具磨損，刀具和工件之間應(yīng)該讓開，使之產(chǎn)生一定間隙，而在插齒刀向下開始工作行程之前，應(yīng)迅速恢復(fù)到原位，以便刀具進(jìn)行下一次切削。插齒運(yùn)動(dòng)插齒運(yùn)動(dòng)1.滾齒原理

滾齒就是用齒輪滾刀在滾齒機(jī)上加工齒輪的輪齒，實(shí)際上是按一對(duì)螺旋齒輪相嚙合的原理進(jìn)行加工的。

5.3.2滾齒原理及運(yùn)動(dòng)蝸桿蝸輪嚙合一對(duì)螺旋齒輪嚙合滾齒原理

齒輪滾刀是一個(gè)蝸桿形刀具，為了形成切削刃，在垂直于蝸桿螺旋線方向或平行于軸線方向開出容屑槽，形成前刀面，并對(duì)滾刀的頂面和側(cè)面進(jìn)行鏟背，鏟磨出后角。

齒輪滾刀整體式齒輪滾刀

2.滾齒需要以下三個(gè)運(yùn)動(dòng)①主運(yùn)動(dòng)：指滾齒刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。②范成運(yùn)動(dòng)：也叫分齒運(yùn)動(dòng)，滾齒刀和齒坯的轉(zhuǎn)速按一對(duì)齒輪的速比關(guān)系計(jì)算，即

③垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：為了切出齒全高，滾刀沿被切齒輪的軸線作垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。滾齒運(yùn)動(dòng)（1）插齒和滾齒的加工精度和生產(chǎn)率比成形法高，應(yīng)用也最廣泛。一般情況下，插齒和滾齒達(dá)7~8級(jí)（甚至6級(jí)）精度，而銑齒只能達(dá)到9級(jí)精度；（2）插齒的齒面粗糙度較?。唬?）插齒的生產(chǎn)率高于銑齒，但低于滾齒；（4）插齒和滾齒加工齒輪的齒數(shù)范圍較大，同一模數(shù)的插齒刀和滾齒刀可以加工模數(shù)相同而齒數(shù)不同的齒輪。滾齒應(yīng)用最廣，可加工直齒、斜齒圓柱齒輪和蝸輪等，但不能加工內(nèi)齒輪和相距較近的多聯(lián)齒輪，而插齒可以加工。5.3.3

插齒和滾齒的特點(diǎn)及應(yīng)用5.4圓柱齒輪齒形的精加工

銑齒、滾齒、插齒是齒輪的粗加工方法，精度高于7級(jí)或齒形需要淬火處理的齒輪，還要進(jìn)行精加工。齒輪的精加工方法有剃齒、珩齒、磨齒、研齒等。精度等級(jí)加工效率0~2展望級(jí)供將來發(fā)展用3~5高精度精密齒輪機(jī)床上范成加工后精密磨齒0.996~8中等精度高精度齒輪機(jī)床上范成加工后磨齒、剃齒0.989較低精度可用任意方法加工0.9610~12低精度可用任意方法加工0.95

5.4.1剃齒剃齒是利用剃齒刀對(duì)未淬過火（HRC35以下）的直齒或斜齒圓柱齒輪進(jìn)行精加工的一種方法，精度可達(dá)7~6級(jí)，表面粗糙度Ra值可達(dá)0.8~0.4μm。1.剃齒刀剃齒刀實(shí)質(zhì)上是一個(gè)高精度的螺旋齒輪，并且在齒側(cè)面上開了許多小容屑槽以形成切削刃。5.4圓柱齒輪齒形的精加工

2.剃齒加工

剃齒加工在專門的剃齒機(jī)上進(jìn)行，屬于展成法。剃齒刀的軸線與工件軸線夾β角，以便使剃齒刀與工件能夠正確嚙合。剃齒加工時(shí)，由剃齒刀帶動(dòng)工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。剃齒刀與工件的接觸點(diǎn)A的速度vA可分解為vAn（切向速度）和

vAt

（剃削速度）。切向速度帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，剃削速度使齒輪的齒側(cè)面沿剃齒刀的齒側(cè)面滑移，從工件齒面上切下極薄的切屑。在剃齒過程中，剃齒刀時(shí)而正轉(zhuǎn)，時(shí)而反轉(zhuǎn)，可剃削工件的雙面。5.4.1剃齒5.4.1剃齒

3.剃齒加工的應(yīng)用（1）剃齒可以提高齒形精度和齒向精度，減小齒面粗糙度Ra值。（2）剃齒廣泛用于未淬過火（HRC35以下）的直齒或斜齒圓柱齒輪的精加工，精度可達(dá)7~6級(jí)，表面粗糙度Ra值可達(dá)0.8~0.4μm。（3）剃齒不能修正分齒誤差。剃齒前的齒形多用滾齒加工。（4）剃齒刀的設(shè)計(jì)、制造麻煩，價(jià)格較高，適用于大批量生產(chǎn)的場(chǎng)合。剃一個(gè)齒輪一般需要1～3分鐘，每次重磨后可加工約1500個(gè)齒輪，每把剃齒刀大約可加工一萬個(gè)齒輪。

5.4.2珩齒

珩齒是用珩磨輪在專用的珩齒機(jī)上對(duì)齒輪齒形進(jìn)行精加工的一種方法。當(dāng)齒輪的硬度超過HRC35時(shí)，可用珩齒加工，精度可達(dá)6級(jí)，表面粗糙度Ra值可達(dá)0.4~0.2μm。珩齒的原理與剃齒完全相同，只不過不是剃齒刀，而用珩磨輪。珩磨輪是用磨料與環(huán)氧樹脂等澆鑄或熱壓而成的，具有很高齒形精度的“螺旋齒輪”。當(dāng)它以很高的速度帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)時(shí)，就能在工件齒面上切除一層很薄的金屬，從而降低齒面粗糙度值。珩齒對(duì)齒形精度改善不大，主要減少熱處理后齒面的粗糙度值。珩齒機(jī)

磨齒在專用的磨齒機(jī)上進(jìn)行，主要是對(duì)淬硬齒輪齒面的精加工，可修整齒輪預(yù)加工的各項(xiàng)誤差，其加工精度較高，一般可達(dá)6~3級(jí)，齒面的表面粗糙度Ra值可達(dá)0.4~0.2μm。磨齒通常分為成形法磨齒和展成法磨齒兩大類。

1.展成法磨齒

展成法磨齒有錐形砂輪磨齒和雙碟形砂輪磨齒兩種形式。

在齒坯上磨出輪齒。磨齒5.4.3磨齒（1）錐形砂輪磨齒錐形砂輪磨齒是利用齒條和齒輪嚙合原理來磨削齒輪的，它所用的砂輪截面形狀是按照齒條的齒廓修整的。加工時(shí)，被磨削齒輪在假想齒條上滾動(dòng)，便可磨出工件上一個(gè)輪齒一側(cè)的齒面。經(jīng)多次分度，才能磨出工件上全部輪齒齒面。錐形砂輪磨齒所需的運(yùn)動(dòng)：①主運(yùn)動(dòng)：砂輪的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)②被磨齒輪的往復(fù)滾動(dòng)③砂輪沿輪齒方向的往復(fù)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)④分度運(yùn)動(dòng)：磨完一個(gè)齒槽后，砂輪自動(dòng)退離，被磨齒輪自動(dòng)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒的角度。錐形砂輪磨齒

（2）雙碟形砂輪磨齒雙碟形砂輪磨齒用兩個(gè)碟形砂輪的端平面來形成假想齒條的不同輪齒的兩側(cè)面，同時(shí)磨削齒槽的左右齒面。其磨削原理與錐形砂輪磨齒基本相同。磨削接觸面積小，磨削力和磨削熱很小。機(jī)床具有砂輪自動(dòng)修整與補(bǔ)償裝置，使砂輪能始終保持銳利和良好的工作精度，因而磨齒精度較高，最高可達(dá)4級(jí)，是各類磨