直齿圆柱齿轮的设计及加工工艺-燕山大学

分 类 号 密 级： 燕 山 大 学 毕 业 论 文 题 目： 直齿圆柱齿轮的设计及加工工艺 姓 名 李世民 学 号 2009040229 系 别 机电系 专 业 机电一体化 指 导 教 师 伊丽莎白 论文提交日期 2011年 9月 冀中职业学院毕 业论文 I 直齿圆柱齿轮的设计及加工工艺 摘 要 对于直齿圆柱齿轮的设计和加工工艺的设计，首先对直齿圆柱齿轮材料及其参数合理选取进行总结，然后根据直齿圆柱齿轮设计公式及校核公式确定其齿轮类型，热处理方法，精度等级及齿面硬度。又对直齿圆柱齿轮夹具及毛坯的选取进行分析确定。通过计算数据及对 CAD 课本的知识的掌握画出直齿圆柱齿轮简图。最后根据对直尺圆柱齿轮加工工艺内容和过程分析及齿轮加工方案的选取对直尺圆柱齿轮进行加工。 关键词： 结构特点 ， 工作原理 ， 热 处理 冀中职业学院毕 业论文 II 目 录 第一章 齿轮和齿轮加工 . 1 1.1 齿轮的特点和分类 . 1 1.1.1 齿轮特点 . 1 1.1.2 齿轮分类 . 1 1.2 齿轮的加工 . 1 第二章 直齿圆柱齿轮 . 2 2.1 直齿圆柱齿轮各部分的名称和代号 . 2 2.1.1 标准直尺圆柱齿轮的 基本参数 . 3 第三章 直齿圆柱齿轮的设计 . 6 3.1 选材与热处理 . 6 3.2 直齿圆柱齿轮毛坯材料的合理选择 . 8 3.2.1 满足材料的机 械性能 . 9 3.2.2 材料的经济性要求 . 9 3.2.3 满足材料的工艺性能 . 9 3.3 直齿圆柱齿轮的计算 . 10 3.4 结构 设计及齿轮零件图 . 12 第四章 腹板式直齿圆柱齿轮的加工工艺 . 14 4.1 齿轮加工方法 . 14 4.1.1 成形法 . 14 4.1.2 展成法 . 15 4.1.3 齿形加工方法比较 . 18 4.2 齿轮加工方案选择 及使用要求 . 18 4.2.1 齿轮加工方案选择 . 18 4.2.2 齿轮传动的使用要求 . 19 4.3 齿轮加工工艺过程 . 20 4.4 腹板式直齿圆柱齿轮的加工步骤 . 21 参 考 文 献 . 23 致 谢 . 24 冀中职业学院毕 业论文 1 第一章 齿轮和齿轮加工 1.1 齿轮的特点和分类 1.1.1 齿轮特点 （ 1） 齿轮机构的优点有： 1）齿轮机构传动比恒定，寿命长，工作可靠性高。 2)齿轮机构传递的功率和圆周速度分别可达 100000kw、 300m s。 3）齿轮机构能够实现平行轴和不平行轴之间的传动。 （ 2）齿轮机构的缺点有： 1）齿轮机构的制造成本过高。 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 齿轮分类 齿轮可按齿形、齿轮外形、齿 线形状、轮齿所在的表面和制造方法分类。 齿轮的齿形包括齿廓曲线压力角、齿高和变位。齿轮按其外形分为圆柱齿轮、锥齿轮、非圆齿轮、齿条、蜗轮蜗杆；按齿线形状分为直齿轮、斜齿轮、人字齿、曲线齿轮；按齿所在的表面分为外齿轮、内齿轮；按制造方法可分为铸造齿轮、切制齿轮、轧制齿轮、烧结齿轮等。 1.2 齿轮的加工 齿轮的加工首先要确定齿轮的加工方法，然后根据你的齿轮精度等级确定你的加工方案，最后按照加工工艺路线进行加工的过程。 冀中职业学院毕 业论文 2 第二章 直齿圆柱齿轮 2.1 直齿圆柱齿轮各部分的名称和代号 1 齿顶圆 -齿轮齿顶所在 的圆。其直径（或半径）用 da（或 ra ）表示。 2 齿根圆 -齿轮齿槽底所在的圆。其直径（或半径）用 df（或 rf）表示。 3 分度圆 -用来分度（分齿）的圆，该圆位于齿厚和槽宽相等的地方。其直径（或半径）用 d（或 r表示）。 4 齿顶高 -齿顶圆与分度圆之间的径向距离，用 ha 表示。 5 齿根高 -齿根圆与分度圆之间的径向距离，用 hf 表示。 6 全 齿 高 - 齿 顶 圆 与 齿 根 圆 之 间 的 径 向 距 离 ， 用 h 表 示 。 显 然有 h = ha + hf 7 齿厚 -一个齿的两侧齿廓之间的分度圆弧长，用 s表示。 8 槽宽 -一个 齿槽的两侧齿廓之间的分度圆弧长，用 e表示。 9 齿距 -相邻两齿的同侧齿廓之间的分度圆弧长，用 p表示。显然有： p = s + e 10 齿宽 -齿轮轮齿的宽度（沿齿轮轴线方向度量），用 b表示。 冀中职业学院毕 业论文 3 2.1.1 标准直尺圆柱齿轮的基本参数 （ 1）齿轮的经验公式 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 分 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称为分度圆压力角，简称压力角 ， 国家规定标准压力角 =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*分别称为齿顶高系数和顶隙系数，标准齿制规定：正常齿制 ha*=1、 c*=0.25，短齿制 ha*=0.8、 c*=0.3。 由齿顶圆到齿根圆的径向高度称为全齿高，用 h表示 h = ha + hf =（ 2ha*+c*） m 齿顶高、齿根高、全齿高及顶隙都是齿轮的径向尺寸。 冀中职业学院毕 业论文 4 表 2-1 渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算公式 名称 符号 计算公式 齿距 p p = m 齿厚 s s = m/2 槽宽 e e =m/2 齿顶高 ha ha = ha*m 齿根高 hf hf = ha + c =（ ha*+c*） m 全齿高 h h = ha + hf =（ 2ha*+c*） m 分度圆直径 d d = m z 齿顶圆直径 da da = d + 2ha = m（ z + 2ha*） 齿根圆直径 df df = d 2hf = m（ z 2ha* 2c*） 基圆直径 db db = dcos= mzcos 中心距 a a = m（ z1+z2） / 2 （ 2）系数 安全系数 错误 !未找到引用源。 和 错误 !未找到引用源。 安全系数 软齿面（ 350HBS） 硬齿面 重要的传动、渗碳淬火齿轮或铸造齿轮 1 0 1.1 1.1 1.2 1.3 1.3 1.4 1.4 1.6 1.6 2.2 工作机械 载荷特性 原动机 冀中职业学院毕 业论文 5 载荷系数K 均匀加料的运输机和加料机、轻型卷扬机、发电机、机 床辅助传动 均匀、轻微 冲击 电动机 多缸内燃机 单缸内燃机 1 1.2 1 2 1.6 1.6 1.8 不均匀加料的运输机和加料机、重型卷扬机、球磨机、机床主传动 中等冲击 1 2 1.6 1.6 1.8 1 8 2.0 冲床、钻机、轧机、破碎机、挖掘机 大的冲击 1.6 1.8 1.9 2.1 2.2 2.4 冀中职业学院毕 业论文 6 第三章 直齿圆柱齿轮的设计 3.1 选材与热处理 1.材料： 制造齿 轮的材料主要是各种钢材，其次是铸铁，还有其它非金属材料；齿轮材料选用的基本原则：齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿命、可靠性、经济性等； a) 钢材分锻钢和铸钢，只有尺寸较大 (d400 600mm)，结构形状复杂的齿轮宜用铸钢，一般都用锻钢制造齿轮。软齿面齿轮经调制或正火处理后切齿，常用 45， 40Gr等，因此齿面硬度不高，易制造，成本低，故应用广，常用于对尺寸和重量无严格限制的场合。为了使大小齿轮的寿命接近，应是小齿轮的齿面硬度比大齿轮的高出 3050HBS。对于高速重载或重要的齿轮转动，可使用硬度 齿面组合，齿面硬度可大致相同。许多钢材经适当的热处理或表面处理，可以成为常用的齿轮材料； b) 铸铁，由于铸铁的抗 耐冲击性能都比较差，因此主要用于制造低速不重复的开式传动，功率不大的齿轮，常用材料有 HT250,HT300 等，常作为低速、轻载、不太重要场合的齿轮材料；。 c) 非金属材料，对高速轻载而又要求低噪音的齿轮的齿轮传动，也可用非金属材料，加夹布胶木、尼龙等。常用的齿轮材料，热处理方法、硬度、应用举例见表 6 4，适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。 2) 热处理：应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工 艺；钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保持在 3050HBS 或更多。 a) 表面淬火 一般用于中碳钢和中碳合金钢，如 45、 40Cr 等，表面淬火后轮齿变形小，不可磨齿，硬度可达 52 56HRC，面硬芯软，能承受一定冲击载荷。 a) 渗碳淬火 渗碳钢为含碳量 0.15 0.25%的低碳钢和地碳合金钢，如 20、 20C等。齿面硬度达 冀中职业学院毕 业论文 7 到 56 62HRC，齿面接触强度高，耐磨性好，齿芯韧性高，常用于受冲击载荷的重要传动。通常渗碳淬火或要磨齿。 b) 调质 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如 45、 45C、 35SiMn等。调质处理后齿面硬度为： 220 260HBS。因为硬度不高，故可在热处理后精切齿形，且在使用中易于跑合。 c) 正火 正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。 d) 渗氮 渗氮是一种化学处理。 渗氮后齿面硬度可达 60 62HBC。氮化处理温度低，轮齿变形小，适用于难以磨齿的场合，如内齿轮。 特点及应用：调质、正火处理后的硬度低， HBS 350,属于软齿面，工艺简单，用于一般传动。当大小齿轮都是软齿面时。因小轮齿很薄，弯曲强度低，故在选材和热处理时，小轮比大轮硬度高 20 50HBS。表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高，属硬齿面。其承载能力高，但一般需要磨齿。常用于结构紧凑的场合。 所以为制造方便，才用软吃面，大小齿轮均用 45钢，小齿轮调制处理 ，吃面硬度：229 286HBS,大齿轮正火处理，吃面硬度： 169 217HBS。 冀中职业学院毕 业论文 8 3.2 直齿圆柱齿轮毛坯材料的合理选择 在加工之前， 为了保证齿轮工作的可靠性，提高其使用寿命，齿轮的材料及其热处理应根据 实际的 工作条件和材料的特点来选取。 在本文的一些条件下， 对齿轮材料的基本要求是 ：应使齿面具有足够的硬度和耐磨性，齿心具有足够的韧性，以防止齿面的各种失效，同时应具有良好的冷、热加工的工艺性，以达到齿轮的各种技术要求。 可以知道的是， 常用的齿轮材料为各种牌号的优质碳素结构钢、合金结构钢、铸钢冀中职业学院毕 业论文 9 铸铁和非金属材料等。一般多采用锻件或轧制钢材。当齿轮结构尺寸较大，轮坯不易锻造时，可采用铸钢。开式低速传动时，可采用灰铸铁或球墨铸铁。低速重载的齿轮易产生齿面塑性变形，轮齿也易折断，宜选用综合性能较好的钢材。高速齿轮易产生齿面点蚀，宜选用齿面硬度高的材料。受冲击载荷的齿轮，宜选用韧性好的材料 。对高速、轻载而又要求低噪声的齿轮传动，也可采用非金属材料、如夹布胶木、尼龙等。 3.2.1 满足材料的机械性能 在加工过程中，如果齿根部受到大弯曲应力，可能产生齿面或齿体强度失效；如果齿面各点都有相对滑动，会产生磨损。 齿轮主要的失效形式有齿面电蚀、齿面胶合、齿面塑性变形和轮齿折断等。 因此我们要求齿轮材料有高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，齿面要有足够的硬度和耐磨性，芯部要有一定的强度和韧性。 3.2.2 材料的经济性要求 在满足使用性能的前提下，选用齿轮材料还应该注意尽量降低零件的总成本。从材料 本身价格来考虑，碳钢和铸铁的价格比较低廉，因此在满足零件机械性能的前提下选用碳钢和铸铁，不仅具有较好的加工工艺性能，而且可以降低成本。 从齿轮生产过程的耗费来考虑。首先，采用不同的热处理方法相对加工费用也不一样。其次，通过改进热处理工艺也可以降低成本 。 3.2.3 满足材料的工艺性能 材料的工艺性能是指材料本身能够适应各种加工工艺要求的能力。 齿轮的制造要经过锻造、切削加工和热处理等几种加工，因此选择材料时要特别注意材料的工艺性能。一般来说，碳钢的锻造、切削加工等工艺性能较好，其机械性能可 以满足一般工作条件的要求，但强度不高，淬透性较差。而合金钢淬透性好、强度高，但锻造、切削加工性能较差。我们可以通过改变工艺规程、热处理方法等途径来改善材料的工艺性能。 冀中职业学院毕 业论文 10 3.3 直齿圆柱齿轮的计算 设计传递功率 P=10Kw，电动机驱动，小齿轮转速为 N1=1000r/min，传动比 i=4,单向转动，载荷平稳，使用寿命 10年，单班制工作。 分析： (1)选择齿轮材料及精度等级 小齿轮选用 45 钢调质，硬度为 220 250HBS；大齿轮选用 45 钢正火，硬度为 170210HBS.因为是普通减速器，由提供的材料知选 8 级精度，要求齿面粗糙度 Ra=1.6um. (2)按齿面接触疲劳强度设计 银两齿轮均为钢质齿轮，可应用公式求出 d1的值，确定有关参数及系数： 1)转矩 T1 T1=9.55 106 P/N1=9.55 106 10/1000N mm=9.55 104 2)载荷系数 K 查表知 K=1.1 3)齿数 Z1和齿宽系数 d 小齿轮的齿数 z1 取为 25，则大齿轮的 z2=100.因单级齿轮传动为对称布置，而齿轮齿面又为软齿面，由材料选取 d=1。 4）许用接触应力 H 由图查得 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 由图得 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错误 !未找到引用源。 =76.43错误 !未找到引用源。 mm=58.3mm m=错误 !未找到引用源。 =错误 !未找到引用源。 mm=2.33mm 冀中职业学院毕 业论文 11 由表取标准模数 m=2.5mm. (3)计算主要尺寸 错误 !未找到引用源。 =m错误 !未找到引用源。 =2.5 25mm=62.5mm 错误 !未找到引用源。 =m错误 !未找到引用源。 =2.5 100mm=250mm b= d 错误 !未找到引用源。 =1 62.5mm=62.5mm 经圆整后取 b2=65mm. 错误 !未找到引用源。 =错误 !未找到引用源。 +5mm=70mm a=错误 !未找到引用源。 m(z1+z2)=错误 !未找到引用源。 2.5(25+100)mm =156.25mm (4)按齿根弯曲疲劳强度较核 由上式得出 错误 !未找到引用源。 ，如 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 则校核合格。 确定有关系数与参数： 1） 齿形系数 错误 !未找到引用源。 查表得 YF1=2.65， YF2=2.18。 2） 应力修正系数 错误 !未找到引用源。 查表得 YS1=1.59， YS2=1.80 3)许用弯曲应力 错误 !未找到引用源。 由图查得 错误 !未找到引用源。 =210MPa,错误 !未找到引用源。 =190MPa. 由表查得 错误 !未找到引用源。 =1.3. 由图查得 错误 !未找到引用源。 =错误 !未找到引用源。 =1。 由上式可得 错误 !未找到引用源。 =错误 !未找到引用源。 =错误 !未找到引用源。 MPa=162MPa 错误 !未找到引用源。 =错误 !未找到引用源。 =错误 !未找到引用源。 MPa=146MPa 故 错误 !未找到引用源。 =错误 !未找到引用源。 =错误 !未找到引用源。 2.651.59MPa=91MPa错误 !未找到引用源。 =162MPa 冀中职业学院毕 业论文 12 错误 !未找到引用源。 =错误 !未找到引用源 。 =91 错误 !未找到引用源。=85MPa错误 !未找到引用源。 =146MPa 齿根弯曲强度校核合格。 （ 5）验算齿轮的圆周速度 v V=错误 !未找到引用源。 =错误 !未找到引用源。 m/s=3.27m/s 由表可知选精度为 8最合适。 （ 6）计算几何尺寸及绘制齿轮零件工作图。（见后） 3.4 结构设计及齿轮零件图 齿轮的结构形式主要与齿轮的尺寸大小、毛坯材料、加工工艺、使用要求及经济性等因素有关。进行齿轮结构设计时，通常是先按齿轮动的直径大小选定合适的结构形式，再由经验公式确定有关尺寸，绘制零件工作图。 （ 1）齿轮轴 如果圆柱齿轮齿根圆到键槽底面的径向距离 e 2mt(锥齿轮 e1.6m时），则可将齿轮与轴做成一体称为齿轮轴 .如图 2 5 (2)腹板式齿轮 因齿轮的齿顶圆直径 da=200 500mm，采用腹板式结构，这种齿轮通常用锻钢制造， 其各部分尺寸由经验公式确定。如图 冀中职业学院毕 业论文 13 大齿轮零件图 冀中职业学院毕 业论文 14 第四章 腹板式直齿圆柱齿轮的加工工艺 4.1 齿轮加工方法 为了便于我们了解齿轮加工，下面我们对齿轮加工的方法进行一个简单的探讨。 齿轮加工的关键是齿面加工。目前，齿面加工的主要方法是刀具切削加工和砂轮磨削加工。前者由于加工效率高，加工精度较高，因而是目前广泛采用的齿面加工方法。后者主要用于齿面的精加工，效率一般比较低。按照加 工原理，可分为成形法和展成法两大类。 一般情况下 : a.加工直齿圆柱齿轮用插齿机 b.加工斜齿轮用滚齿机 c.加工伞齿轮用刨齿机 (滚齿机也可以加工斜齿轮 ) 所选用的刀具由齿轮加工机床决定 ： a 滚齿机有专用的齿轮滚刀 b插齿机有专用的齿轮插刀 c.刨齿机有转用的齿轮刨刀 以上刀具都是标准件 ,可以在刀具书中选型 (根据模数 ) 齿轮轴的加工一般用滚齿机就可以加工 ,选用相应模数的齿轮滚刀 ,不需要专门的夹具就可以加工 。 4.1.1 成形法 成形法是采用与被切齿轮齿槽相符的成形刀具加工齿形的方法。用 齿轮铣刀在铣床上加工齿轮是常用的成形法加工。 （ 1）齿轮铣刀的选择 铣刀应选择与被加工齿轮模数、压力角相等的铣刀。同时按齿轮齿数根据下页表选择合适号数的铣刀。 冀中职业学院毕 业论文 15 刀号 1 2 3 4 5 6 7 8 加工齿数范围 12 13 14 16 17 20 21 25 26 34 35 54 55 134 135 以上及齿条 （ 2）铣削方法 我们在铣削的过程中，在卧式铣床上应将齿坯套在心轴上安装于分度头和尾架顶尖中，对刀并调好铣削深度后开始铣第一个槽，铣完一齿退出进行分度，依次逐个完 成齿数的铣削。 （ 3）铣齿加工特点 1）用普通的铣床设备，且刀具成本低。 2）生产效率低。每切完一齿要进行分度，占用较多的辅助时间。 3）齿轮精度低。齿形精度只达 11-9级。 以上主要原因是每号铣刀的刀齿轮廓只与该范围最少齿槽相吻合，而此号齿轮铣刀加工同组的其它齿数的齿轮齿形都有一定的误差。 4.1.2 展成法 展成法就是利用齿轮刀具与被切齿坯作啮合运动而切出齿形的方法。主要有以下分类： （ 1） 插齿加工 插齿加工在插齿机上进行，是相当于一个齿轮的插齿刀与齿坯按一对齿轮作啮合运动而把齿形切成的 。可把插齿过程分解为：插齿刀先在齿坯上切下一小片材料，然后插齿刀退回并转过一小角度，齿坯也同时转过相应角度。之后，插齿刀又下插在齿坯上切下一小片材料。不断重复上述过程。就是这样，整个齿槽被一刀刀地切出，齿形则被逐冀中职业学院毕 业论文 16 渐地包络而成。因此，一把插齿刀，可加工相同模数而齿数不同的齿形，不存在理论误差。 插齿有以下切削运动 : 1） 主运动 插齿刀的上下往复运动 2） 展成运动 确保插齿刀与齿坯的啮合关系的运动 3） 圆周进给运动 插齿刀的转动，其控制着每次插齿刀的切削量 4） 径向进给量 插齿刀须作径向逐渐切入运动，以便切 出全齿深。 5） 让刀运动 插齿刀回程向上时，为避免与工件摩擦而使插齿刀让开一定距离的运动 插齿除适于加工直齿圆柱齿轮外，特别适合加工多联齿轮及内齿轮。插齿加工精度一般为 7-8级。齿面粗糙度 Ra值为 1.6 m。 （ 2）滚齿加工 滚齿是目前应用最广的切齿方法，滚齿加工原理是滚齿刀和齿坯模拟一对螺旋齿轮作啮合运动。滚齿刀好比一个齿数很少（一至二齿）齿很长的齿轮，形似蜗杆，经刃磨后形成一排排齿条刀齿。因此，可把滚齿看成是齿条刀对齿坯的加工。这种方法可用一把滚齿刀加工相同模数不同齿数的齿轮。不存在理论齿形误差。 滚齿精度一般为 7 9级，当采用高精度滚刀和滚齿机时，可滚切 5级精度的齿轮。滚齿时，产生齿轮的基节偏差较小，而齿形误差通常较大。 滚切直齿圆柱齿轮时有以下运动： 1）主运动 滚刀的旋转运动。 2）展成运动 是保证滚齿刀和被切齿轮的转速必须符合所模拟的一对齿轮的啮合运动关系。即滚刀转一转，工件转 K/Z转。其中： K是滚刀的头数， Z为齿轮齿数。 3）垂直进给运动 要切出齿轮的全齿宽，滚刀须沿工件轴向作垂直进给运动 冀中职业学院毕 业论文 17 滚齿加工适于加工直齿、斜齿圆柱齿轮。齿轮加工精度为 8-7级，齿面粗糙度 Ra值为1.6 m。在滚齿机上用蜗轮滚刀、链轮滚刀还能滚切蜗轮和链轮。 （ 3） 剃齿加工 剃齿是用剃齿刀对齿轮的齿面进行 精加工的方法。加工原理：剃齿时刀具与工件作一种自由啮合的展成运动。安装时，剃齿刀与工件轴线倾斜一个剃齿刀螺旋角。剃齿刀的圆周速度可以分解为沿工件齿向的切向速度和沿工件齿面的法向速度，从而带动工件旋转和轴向运动，使刀具在工件表面上剃下一层极薄的切屑。同时，工作台带动工件作往复运动，以剃削轮齿的全长。 （ 4） 珩齿加工 珩齿特点 :珩齿的加工原理与剃齿相同，表面粗糙 Ra0.4 0.2 m。主要作 用是降低齿面粗糙度，生产率高，一般用于大批量加工 8 6级精度的淬火 齿轮。 （ 5）磨齿加工 磨齿是获得高精度齿轮最有效和可靠的方法，既可磨削不淬火的齿轮，又可磨削淬火的齿轮。加工精度可达 6 4级 , Ra0.4 0.2 m。 锥形砂轮磨削 单分度展成磨削 蝶形砂轮磨削 展成磨削 大平面砂轮磨削 齿轮磨削 圆柱蜗杆砂轮磨削 连续分度展成磨削 球面蜗杆砂轮磨削 成形磨削 数控成形砂轮磨削 图 2-1 磨削方式的分类 冀中职业学院毕 业论文 18 4.1.3 齿形加工方法比较 滚齿、插齿与铣齿比较 铣齿采用普通设备和简单刀具即可加工齿形。但是只能加工 11 9级精度、齿面粗糙度 Ra值为 6.3 m 3.2 m 的齿形。 滚齿和插齿的分度精度和齿形精度均较铣齿高，可以加工 6 级精度、齿面粗糙度值 Ra为 3.2 m 1.6 m；滚齿和插齿是连续分度和切削 ，生产效率比铣齿高。用同一模数的滚 到和插齿刀，可以各种不同齿数的齿轮，大大减少了刀具数目，提高了经济效益。 滚齿与插齿比较 滚齿是刀齿作连续的旋转切削、切削速度较高，插齿是刃齿作往复运动，限制了切削速度，故滚齿生产率比插齿烙高，滚齿机可以加工直齿、斜齿圆柱齿轮和蜗轮，但不能加工内齿轮和相距太近的多联齿轮；插齿时播齿刀沿齿全长连续切出，包络线数量也多，而滚齿时轮齿全长是由滚刀多次连续切出，故插齿的齿面粗糙度值较小；插齿刀的制造、刃磨检验壁滚刀方便，易得到高精度，但插齿机分齿传动链比滚齿复杂，因此，加工齿 轮的精度基本一样；插齿机可以加工内齿轮和多联齿轮 ,但不能加工蜗轮 。 4.2 齿轮加工方案选择 及使用要求 4.2.1 齿轮加工方案选择 （ 1） 对于 8 级及 8 级以下精度的不淬硬齿轮，可用铣齿、滚齿或插齿直接达到加工精度要求。 （ 2） 对于 8级及 8级以下精度的淬硬齿轮，需在淬火前将精度提高一级，其加工方案可采用：滚（插）齿齿端加工齿面淬硬修正内孔。 （ 3） 对于 6 7级精度的不淬硬齿轮，其齿轮加工方案：滚齿剃齿。 冀中职业学院毕 业论文 19 （ 4） 对于 6 7级精度的淬硬齿轮，其齿形加工一般有两种方案： 1）剃珩磨方案 滚（插）齿齿 端加工剃齿齿面淬硬修正内孔珩齿。 2）磨齿方案 滚（插）齿齿端加工齿面淬硬修正内孔磨齿。 剃珩方案生产率高，广泛用于 7 级精度齿轮的成批生产中。磨齿方案生产率低，一般用于 6级精度以上的齿轮。 （ 5） 对于 5级及 5 级精度以上的齿轮，一般采用磨齿方案。 （ 6） 对于大批量生产，用滚（插）齿冷挤齿的加工方案，可稳定地获得 7级精度齿轮。 我们加工的是腹板式支持圆柱齿轮，故选择精度为 8。 4.2.2 齿轮传动的使用要求 由于齿轮的制造精度对机器的工作性能、承载能力、噪声及使用寿命影响很大，因此，我们在 制造齿轮时必须满足齿轮传动的使用要求。 （ 1）传动的准确性即主动轮转过一个角度时，从动轮应按给定的传动比转过相应的角度。要求齿轮在一转中，转角误差的最大值不能超过一定的限度，即为一转角精度。 （ 2）工作平稳性要求齿轮传动乎稳，无冲击；振动和噪声小，这就需要限制齿轮传动时，瞬时传动比的变化，即一齿转角精度。 （ 3）载荷均匀性齿轮载荷由齿面承受，两齿轮啮合时，接触面积的大小对齿轮的使用寿命影响很大。所以齿轮载荷的均匀性，由接触精度来衡量。 （ 4）齿侧间隙一对相互啮合的齿轮，其非工作面必须留有一定的间隙，即为齿侧 间隙，其作用是储存润滑油，使工作齿面形成油膜，减少磨损；同时可以补偿热变形、弹性变形、加工误差和安装误差等因素引起的侧隙减小，防止卡死。应当根据齿轮副的工作条件，来确定合理的侧隙。 以上四项要求，根据齿轮传动装置的用途和工作条件而有所不同。例如，滚齿机分度蜗杆副，读数仪表所用的齿轮副，对传动准确性要求高，工作平稳性也有一定要求，而对载荷的均匀性要求一般不严格。 冀中职业学院毕 业论文 20 4.3 齿轮加工工艺过程 1.锻造制坯 热模锻仍然是汽车齿轮件广泛使用的毛坯锻造工艺。近年来，楔横轧技术在轴类加工上得到 了大范围推广。这项技术特别适合为比较复杂的阶梯轴类制坯，它不仅精度较高、后序加工余量小，而且生产效率高。 2.正火 这一工艺的目的是获得适合后序齿轮切削加工的硬度和为最终热处理做组织准备，以有效减少热处理变形。所用齿轮钢的材料通常为 20CrMnTi,一般的正火由于受人员、设备和环境的影响比较大，使得工件冷却速度和冷却的均匀性难以控制，造成硬度散差大，金相组织不均匀，直接影响金属切削加工和最终热处理，使得热变形大而无规律，零件质量无法控制。为此，采用等温正火工艺。实践证明，采用等温正火有效改变了一般正火的 弊端，产品质量稳定可靠。 3.车削加工 为了满足高精度齿轮加工的定位要求，齿坯的加工全部采用数控车床，使用机械夹紧不重磨车刀，实现了在一次装夹下孔径、端面及外径加工同步完成，既保证了内孔与端面的垂直度要求，又保证了大批量齿坯生产的尺寸离散小。从而提高了齿坯精度，确保了后序齿轮的加工质量。另外，数控车床加工的高效率还大大减少了设备数量，经济性好。 4.滚、插齿 加工齿部所用设备仍大量采用普通滚齿机和插齿机，虽然调整维护方便，但生产效率较低，若完成较大产能需要多机同时生产。随着涂层技术的发展，滚刀、插刀 刃磨后的再次涂镀非常方便地进行，经过涂镀的刀具能够明显地提高使用寿命，一般能提高 90%以上，有效地减少了换刀次数和刃磨时间，效益显着。 5.剃齿 径向剃齿技术以其效率高，设计齿形、齿向的修形要求易于实现等优势被广泛应用于大批量汽车齿轮生产中。公司自 1995年技术改造购进意大利公司专用径向剃齿机以来，在这项技术上已经应用成熟，加工质量稳定可靠。 6.热处理 汽车齿轮要求渗碳淬火，以保证其良好的力学性能。对于热后不再进行磨齿加工的冀中职业学院毕 业论文 21 产品，稳定可靠的热处理设备是必不可少的。公司引进的是德国劳易公司的连续渗碳 淬火生产线，获得了满意的热处理效果。 7.磨削加工 主要是对经过热处理的齿轮内孔、端面、轴的外径等部分进行精加工，以提高尺寸精度和减小形位公差。 4.4 腹板式直齿圆柱齿轮的加工步骤 1)用锻造工具对毛坯进行锻造 10秒，然后对毛坯进行正火处理，用油冷却用准终30分钟。 2)粗车：以外圆为定位基准，粗车端面先切除较多的余量 2mm，用游标卡尺进行测量观察剩余长度达到 78mm。 3）半精车：在零件为 78mm的基础上，继续切削 2.5mm,然后测量。 4)精车：以外圆为定位基准，精车端面，车削 0.5mm,停车，用游 标卡尺测量，加工后齿轮长度达到 75mm。 5)粗车：以外圆为定位基准，粗车另一端面同样切除长度 2mm,用游标卡尺测量，再加工使的齿轮毛坯长度达到 70.5mm