第七章齿轮齿形加工与司乃钧主编《机械加工基础》配套

1、第七章齿轮齿形加工7.1概述齿轮在机械、仪器、仪表中应用很广。齿轮的质量直接影 响到机电产品的工作性能、承载能力、使用寿命及工作精度。 7.1.1齿轮的基本知识1、齿轮的分类齿轮类型应用直齿轮、斜齿轮、人字齿 轮平行轴间传动螺旋齿轮、蜗轮与蜗杆垂直交错轴间传动内齿轮平行轴间同向传动齿轮齿条旋转运动和直线移动的转 换直齿锥齿轮相交轴间传动蜗杆传动內啮合折轮传动齿轮齿条传动直齿锥齿轮传动图3-30常见齿轮传动的类型图3-31渐开线的形成新开线2、渐开线齿形轮廓线：渐开线、摆线、圆弧 线等。渐开线齿形的齿轮具有加工、安装 简便、传动平稳等优点，应用最多。在平面内，当一直线沿着一个固定圆 作纯滚动时，

2、该直线上任一点的运动轨迹, 称为该圆的渐开线这个圆称为基圆，这 条直线称为发生线.渐开线的形状与基圆半径大小有关， 基圆半径愈大，渐开线曲率愈小,曲线愈 平坦仮乙则曲率愈大，曲线愈弯曲.3、分度圆与模数 分度圆：齿厚s与齿槽宽e相等 的圆称为分度圆，其直径为d 分度圆周节（分度圆齿距）P： 在分度圆上相邻两齿对应点的弧 长。 由于nd = Pz,为使分度圆直径 d成为整数或简革小薮，令m = P/n,可得d = mz, m叫模数。 模数m的数值已标准化，共50 种。图33直齿圆柱齿轮4、压力角a渐开线上各点压力角不等。基圆上压力角为零，齿顶圆上 压力角最大。分度圆上的压力角为刀具齿形角，称为标

3、准压力 角，a = 20 o渐开线齿轮正确啮合的基本条件是两齿轮的m和a分别相等。 齿形加工时，刀具的m和a必须与被加工齿轮一致。7.1.2圆柱齿轮精度1齿轮传动的精度要求齿轮的加工精度对机械的工作性能、承载能力和使用寿 命有很大影响。对齿轮传动性能提出的要求包括： 运动的准确性：齿轮一转中，其最大转角误差不能超过允 许范围。最大转角误差是以一转为周期的长周期误差。 传动的平稳性：齿轮在一个齿距范围内，其最大转角误差 不能超过允许范围。以一齿为周期的误差为短周期误差。 载荷分布的均匀性：齿轮传递转矩时，要求齿面接触良好, 使齿面载荷均匀分布。这项要求可用沿齿轮齿宽和齿高方向 上，保证有一定接触

4、区域的面积来表示。以上三项是对齿轮本身提出的精度要求，用相应的偏差 项目对其控制。 传动侧隙指啮合传动齿 轮非工作面的齿侧存在的 间隙，用于存储润滑油， 减少磨损。侧隙通过控制齿轮的 厚度得到，即分度圆上的 实际齿厚略小于理论齿厚。El传动侧隙是对齿轮副 提出的要求，是设计者根 据使用要求，对齿轮轮齿 尺寸大小规定的公差要求。2、齿轮的精度等级国标中对常用渐开线圆柱齿轮齿距累积总公差、齿距累 积极限偏差、单个齿轮齿距极限偏差、齿廓总公差、螺旋线 总公差及切向综合总公差、一齿切向综合公差和径向跳动公 差分别规定了十三个精度等级，从高到低分别用012表示； 对径向综合总公差和一齿径向综合公差分别规

5、定了九个精度 等级，从高到低分别用412表示。齿轮精度等级的选择应根据齿轮的用途、使用要求和工 作条件来决定。选择的方法主要有计算法和经验法。机械传动中应用最多的齿轮既传递运动又传递动力，其 精度等级与圆周速度密切相关，因此可计算出齿轮的最高圆 周速度，再确定齿轮精度等级。3、齿轮精度等级和齿厚偏差在图样上标注4、齿轮坯精度齿轮在加工、检验和安装过程中，常以内孔、顶面作基准。基准对齿轮加工、安装质量影响很大，因此对齿 坯规定了误差，包括尺寸偏差、形位误差、基准面跳动及表 面粗糙度等。7.2圆柱齿轮齿形加工齿形加工方法很多，可分为无屑加工和有屑加工两大类。 有屑加工按其形成齿形原理又分为成形法和

6、展成法。7.2.1铳齿成形法：用与被切齿轮齿槽法向截面形状相符的成形刀具切出 齿形。1铳削直齿圆柱齿轮(1)原理：成形法，IT9, Rd： 6.33.2pm。m8,指状模数铳刀。成形法铳凶加工的凶轮形状山枳数铳刀保证；轮凶分布的均匀性由分度头保证。_n(a)询枪铁刀齿皂坯(2)成形铳刀同一模数的齿轮铳刀，一般制作8把或15把，表7.1。 表34盘状齿轮铳刀刀号及其加工范围加工齿数范围14 16172026 3435 5455134135以上及齿条齿形2铳齿的工艺特点(1) 生产成本低。(2) 加工精度低。(3) 生产率低。7.2.2插齿插齿属于展成法加工。展 成法是指利用齿轮刀具与被切 齿轮的

7、啮合运动，在专用齿轮 加工机床上切出齿形的加工方 法。(1) 插齿机和插齿刀插齿刀：相当于圆柱齿轮。(2) 插齿原理与插齿运动 插齿原理：展成法。插齿加工相当于一对无啮合间隙的柱齿轮传动。拾齿刀后角魁向逍给运动切刖运动=:辻刀运动描齿刀“插齿运动包括 主运动：插齿刀上下往复运动 分齿运动：强制插齿刀与齿轮坯之 间保持一对齿轮的啮合关系 径向进给运动：切出齿深。 圆周进给运动：插齿刀的旋转运动 让刀运动：防止擦伤。(3) 齿轮坯的安装 内孔和端面定位：大批量生产 外圆和端面定位：单件小批生产(4) 插齿工作范围内外直齿圆柱齿轮、间距小的双联 和多诫齿轮、内外螺旋齿轮內孔和端面定位图 3-48齿轮

8、坯的安装定位方法(4橋双联齿轮S)描外圆柱齿轮一丄 rKPri插内齿轮(5) 插齿工艺特点和应用插齿切岀的齿形不像成形法铳齿存在理论误差。插齿刀的 精度比模数铳刀高，所以插齿精度比铳齿高。插齿刀沿轮齿全长连续切削，包络齿形的切线数量较多， 因而齿面粗糙度值小，为1.6umo一把插齿刀可加工模数和压力角与其相同而齿数不同的圆 柱齿轮。插齿刀作直线往复运动，速度提高受到冲击和惯性力的限 制，具有空回程，所以一般情况下生产率低于滚齿，但高于 成型法铳齿。7.2.3滚齿IT8IT7, Ra： 3.21.6|jm。1、滚齿机和齿轮滚刀 齿轮滚刀：相当于一个右旋螺旋齿轮。电动机丄床身滚齿原理：滚齿加工是展

9、成法原理来加工齿轮。用滚刀 来加工对轮相当于一对交错螺旋轮啮合。这对啮合齿轮传动 副中，一个齿轮齿数很少，一个或几个，螺旋角很大就演变 成了一个蜗杆，再将蜗杆开槽并铲背，就成为齿轮滚刀。齿 轮滚刀按给定切削速度作旋转运动时，工件则按齿轮齿条啮 合关系传动（即当滚刀转一圈，相当于齿条移动一个或几个 齿距，齿轮坏也相应转过一个或几个齿距），齿坏上切出齿 槽，形成渐开线齿面。2、滚齿运动滚齿原理：展成法。 滚齿运动： ：主运动：滚刀旋转。 ：分齿运动： ；垂直进给运动：切出整个齿宽图3-55右旋滚刀滚切直齿圆柱齿轮 ：径向进给运动：切出整个齿深3、滚齿与插齿比较(1) 加工原理相同：展成法(2) 加

10、工精度和齿面粗糙度基本相同：精度为87级， Ral.6|jm(3) 插齿的分齿精度略低于滚齿，滚齿的齿形精度略低于插齿。(4) 插齿的齿面粗糙度略优于滚齿。(5) 插齿的生产率低于滚齿。(6) 加工范围不同。插齿：内齿轮和小间隙多联齿轮 滚齿：螺旋齿轮、蜗轮和轴向齿轮较大的齿轮轴(7) 生产类型相同7.2.4齿端加工当要求停车变速时，为使滑移齿轮容易进入啮合状态，常将齿端倒如在不停车变速时，为使滑移齿轮迅速进入啮合状态，常将齿端倒尖；由于齿端锐边经渗碳和淬火后变 脆，在齿轮传动时易崩裂，故应进行齿端倒棱。柱齿轮精整加工7.3.1 弟 ij 齿IT7IT6, Ra： 0.80.4|jmo(1)剃

11、齿刀剃齿刀:相当于斜齿(2) 剃齿原理和剃齿运动 原理：展成法 剃齿运动剃齿刀旋转带动工件正转、反转转 动，工作台带动工件往复运动，往复 一次剃齿刀径向进给0.020.04 mm/str,剃齿余量0.080.12mm。(3)剃齿的特点可提高渐开线齿形精度和齿向精度, 降低表面粗糙度，不能修正被切齿轮 的分齿误差。7.3.2于行齿(1) 原理：剃齿相同(展成法)。(2) 作用：去除齿轮淬火后的氧化皮、齿面毛刺和压痕。(3) T行磨轮：磨料和环氧树脂合成后浇铸而成，相当于斜齿轮， 见图7.12 ( m4,带齿芯；(4) 壬行齿运动：剃齿相同， 转速比剃齿高，为1000 2000r/min,余量为

12、0.01 0,02mm,或不 留加工余量，径向进给 一次完成，实现磨削、 剃削和抛光的综合作用。带齿芯(b)不带齿芯術磨轮(5) 壬行齿特点：对修正齿形精度和齿向精度作用不大，不能修正 被切齿轮的分齿误差，生产率高，改善表面质量。常用工序：滚齿 f剃齿T淬火f于行齿7.3.3磨齿IT6IT4-*IT3, Ra： 0.80.2|jm原理：成形法和展成法。(1)成形法磨齿IT6IT5, Ra： 0.80.4 pm,用成形砂轮磨削，生产率较高, 加工精度较低，应用较少。成形法磨齿(2)展成法磨齿锥面砂轮磨齿砂轮截面齿形为假想齿条的齿形，工件向右滚动，利用 砂轮右侧面磨削第1齿槽的右侧面，从根部磨至顶

13、部；然后 工件向左滚动，以砂轮左侧面磨削第1齿槽的左侧面，也从 根部磨至顶部，当第1齿槽两侧面全部磨削完毕时，砂轮自 动退离工件，工件作分度转动，然后再向右滚动，磨削第2 齿槽，这样反复循环，直至磨完全部轮齿。图7.14 锥面砂轮磨齿双碟形砂轮磨齿两片砂轮倾斜一定角度，构成 假想齿条两个齿的外侧面，同时 磨削两个齿槽的两对应侧面。磨 削完毕，工件退离砂轮并进行分 度，再磨削另外侧面。直至各齿 面磨削完毕为止。3、成形法磨齿与展成法磨齿的比 较(1) 展成法磨齿精度高。(2) 展成法磨齿生产率低。(3) 展成法磨齿成本高。双蝶形砂轮磨齿平行轴线研磨法7.3.4研齿IT7 IT6, Ra： 1.6

14、 0.2pm设备：研齿机。 研具：精密的铸铁齿轮。研磨剂：磨粒:220#240#,活性润滑油特点：与怖齿相同，只能降低 表面粗糙度，不能提高齿形精度。1、平行轴线研磨法（图7.16） 过程：研磨轮与被研齿轮的 轴线平行，研磨时被研齿轮带动 研磨轮作无侧隙的自由啮合运动，被研齿轮还作轴向往复运动，研 磨轮被轻微制动。经一段时间后，研磨轮和被研磨轮作反向旋转， 使齿的两个侧面被均匀研磨。 特点：由于齿面的滑动速度不均匀，研磨量也不均匀，在齿顶 及齿根部分的滑动速度大，研磨量也大。2交叉轴线研磨法交叉轴线研磨法过程：研磨轮与被研齿轮的轴 线互相交叉。研磨直齿轮时三个研 磨轮中的两个为斜齿轮，一个左旋, 一个右旋，轴线与被研齿轮的轴线 互相交叉；另一个研磨轮为直齿， 它的轴线与被研齿轮的轴线平行。 被研齿轮安装于三个稍被制动的研 磨轮之间，并加注研磨剂，被研齿 轮带动研磨轮作无侧隙的自由啮合 运动，引起齿面接触部分产生相对滑动，从而进行齿面研磨，被研 齿轮先向一个方向旋转，然后向另一个方向旋转，使齿的两个侧面 都能均匀地得到研磨。特点：大大提高了研齿的生产效率，研磨量也均匀。7.4齿形加工方案的选择7.4.1齿形加工工艺方案齿形加工方案的选择主要决定于齿轮的精度等级，此外 还应考虑齿轮的结构特点、生产批量和切齿后所采用的热处 理方法等。具体加工方案的选