第二节齿轮齿形加工

1、齿轮的基本知识齿轮的基本知识1圆柱齿轮齿形加工圆柱齿轮齿形加工2齿端加工齿端加工34一 、齿轮的基本知识 齿轮传动是机械齿轮传动是机械传动中的一个重要组传动中的一个重要组成部分，它起着传递成部分，它起着传递动力和运动动力和运动的作用。的作用。其传动可靠性好、承其传动可靠性好、承载能力强、制造工艺载能力强、制造工艺成熟，已广泛应用于成熟，已广泛应用于机器、仪器制造业。机器、仪器制造业。1. 齿轮的功用和分类齿轮的功用和分类齿轮的分类按轮齿形状分按轮齿形状分直齿斜齿人字齿按轮齿结构分按轮齿结构分连轴齿轮带孔齿轮圆柱孔齿轮花键孔齿轮渐开线齿轮的齿形曲线有摆线圆弧线齿轮和齿轮副的种类2 2、 渐开线的

2、形成及其特征渐开线的形成及其特征 若一动直线在平面内沿半径为若一动直线在平面内沿半径为 r rb b 的圆作纯滚动时，则动直线上任的圆作纯滚动时，则动直线上任一点一点 a a 的轨迹称为半径为的轨迹称为半径为 r rb b 的圆的渐开线。半径为的圆的渐开线。半径为r rb b 的圆称为基圆，的圆称为基圆，动直线称为发生线。渐开线齿轮的一个轮齿就是由同一基圆形成的两条动直线称为发生线。渐开线齿轮的一个轮齿就是由同一基圆形成的两条相反渐开线组成的。相反渐开线组成的。渐开线的形成渐开线齿轮2. 渐开线渐开线渐开线齿轮的任一轮齿就是由同一基圆形成的两条相反的渐开线所组成3 3、分度圆、模数、压力角、分

3、度圆、模数、压力角直齿圆柱齿轮的几何尺寸3. 分度圆与模数分度圆与模数理论齿厚和齿宽相等理论齿厚和齿宽相等的圆称为分度圆的圆称为分度圆即即 s=es=e分度圆齿距分度圆齿距p=s+e 齿轮齿数是Z，分度圆直径是d,齿距P与齿数Z之间的关系为：zpd zpd/或mp/mzd 令即其中 m称为模数，单位为mm 渐开线齿形上任一点渐开线齿形上任一点K K的的法向力法向力F F与其速度与其速度v v k k 之间所之间所夹的锐角，称为夹的锐角，称为K K点的压力角点的压力角k k。渐开线。渐开线 上各点的压力角上各点的压力角是不相同的。是不相同的。 通常所说的压力角是指分通常所说的压力角是指分度圆上度

4、圆上A A点处的压力角，用点处的压力角，用表示（表示（ = 20= 20） 由此可得基圆直径由此可得基圆直径r rb b和分和分度圆直径度圆直径r r的关系为：的关系为： r rb b =cos =cos r r = cos 20 = cos 20 r r 0.94 0.94 r r 4. 4. 压力角压力角渐开线的压力角 模数和压力角是直齿圆柱齿轮的两个基本参数。 模数m是周节P与之比，即m = P / 则 D = m z 模数m的数值已标准化， 如 m = 0.1，0.5，1，1.5，2，3等。 渐开线齿轮正确啮合的条件：两齿轮的模数渐开线齿轮正确啮合的条件：两齿轮的模数 和压力角分别相等

5、。在齿形加工中，刀具的模数和压力角分别相等。在齿形加工中，刀具的模数 和压力角的数值也必须与被加工齿轮相同。和压力角的数值也必须与被加工齿轮相同。 齿轮是用来传递运动和动力的，在不同的工作条件下，齿轮是用来传递运动和动力的，在不同的工作条件下，对精度的要求有所不同。从传递运动方面看，应保证传递对精度的要求有所不同。从传递运动方面看，应保证传递运动准确、平稳；从传递动力方面看，应保证传动可靠和运动准确、平稳；从传递动力方面看，应保证传动可靠和灵活。灵活。 因此，一般齿轮传动的精度要求有以下四个方面：因此，一般齿轮传动的精度要求有以下四个方面：5 5、 圆柱齿轮精度简介圆柱齿轮精度简介5. 圆柱齿

6、轮精度圆柱齿轮精度（1 1）齿轮传动的精度要求齿轮传动的精度要求 传递运动的准确性传递运动的准确性 即要求齿轮在一转范围内，产生的最大转角误差应限制在即要求齿轮在一转范围内，产生的最大转角误差应限制在一定的范围内，使齿轮副传动比变化小，以保证传递运动的准一定的范围内，使齿轮副传动比变化小，以保证传递运动的准确性。确性。 传递运动的平稳性传递运动的平稳性 即要求齿轮在转过一个齿距角的范围内，其最大转即要求齿轮在转过一个齿距角的范围内，其最大转角误差应限制在一定范围内，使齿轮副瞬时传动比变角误差应限制在一定范围内，使齿轮副瞬时传动比变化小，以免引起振动和噪音，保证传递运动的平稳性。化小，以免引起振

7、动和噪音，保证传递运动的平稳性。 载荷分布的均匀性载荷分布的均匀性 即要求在轮齿啮合过程中，工作齿面沿全齿高和全即要求在轮齿啮合过程中，工作齿面沿全齿高和全齿长上保持均匀接触，并且接触面积尽可能的大。齿长上保持均匀接触，并且接触面积尽可能的大。 传动侧隙传动侧隙（对齿轮副的要求） 即要求一对齿轮啮合时，在非工作齿面间应留有合即要求一对齿轮啮合时，在非工作齿面间应留有合理的间隙，否则会出现理的间隙，否则会出现卡死或烧伤卡死或烧伤现象。现象。 齿轮副侧隙对储藏润滑油、补偿齿轮传动受力后的齿轮副侧隙对储藏润滑油、补偿齿轮传动受力后的弹性变形和热变形，以及补偿齿轮及其传动装置的加弹性变形和热变形，以及

8、补偿齿轮及其传动装置的加工误差和安装误差都是必要的。工误差和安装误差都是必要的。（2 2）齿轮的精度等级）齿轮的精度等级 GB1009588GB1009588渐开线圆柱齿轮精度渐开线圆柱齿轮精度规定了规定了1212个精度等级，由高到低依次为个精度等级，由高到低依次为1 1，2 2，3 3，.，1212级。级。1 12 2级是远景级，级是远景级，3 36 6级为高精度级，级为高精度级，7 78 8中等精度级，中等精度级，9 91212低精度级低精度级齿齿 厚厚 极极 限限 偏偏 差差 注：对外啮合齿轮，公法线平均长度上偏差注：对外啮合齿轮，公法线平均长度上偏差 E Ewms=wms=E ESSS

9、Scosacosa0.720.72F Frsinarsina 公法线平均长度下偏差公法线平均长度下偏差 E Ewmi=wmi=E ESiSicosa+0.72cosa+0.72F Frsinarsina公法线平均长度公差公法线平均长度公差 E Ewm=wm=T TScosaScosa1.441.44F Frsinarsina齿距极限偏差齿距极限偏差( (f fptpt) )值值um um 二、二、齿轮精度齿轮精度的选择的选择 选择：选择选择：选择齿轮精度时，应以传动的用途、传齿轮精度时，应以传动的用途、传 递功率的大小、齿轮的圆周速度及工作递功率的大小、齿轮的圆周速度及工作 条件等为依据，并参

10、考同类机械进行具条件等为依据，并参考同类机械进行具 体选择。一般情况下，齿轮的三个公差体选择。一般情况下，齿轮的三个公差 组选用相同的精度等级。标准规定根据组选用相同的精度等级。标准规定根据 齿轮使用要求的不同，允许对三个公差齿轮使用要求的不同，允许对三个公差 组选用不同的精度等级。组选用不同的精度等级。 图样标注：在齿轮零件图上应标注齿轮的精度图样标注：在齿轮零件图上应标注齿轮的精度 等级和齿厚极限偏差的字母代号。等级和齿厚极限偏差的字母代号。 标注示例：标注示例： a)a)齿轮三个公差组精度齿轮三个公差组精度 同为同为 7 7级，其齿厚上级，其齿厚上 偏差为偏差为F F，下偏差为，下偏差为

11、L L：b)b)第第公差组精度为公差组精度为7 7级，第级，第、公差组精度为公差组精度为6 6级，齿厚级，齿厚上偏差为上偏差为G G，齿厚下偏差为，齿厚下偏差为M M：c)c)齿轮的三个公差组精度同为齿轮的三个公差组精度同为4 4级，其齿厚上偏差为级，其齿厚上偏差为-330um-330um，下偏差为下偏差为-405um-405um： 一个齿轮的加工过程是由若干工序组成的。为了获得符合精度要求的齿轮，整个加工过程都是围绕着齿形加工工序服务的。齿形加工方法很多，按加工中有无切削，可分为无切削加工和有切削加工两大类。 无切削加工包括热轧齿轮、冷轧齿轮、精锻、粉末冶金等新工艺。无切削加工具有生产率高，

12、材料消耗少、成本低等一系列的优点，目前已推广使用。但因其加工精度较低，工艺不够稳定，特别是生产批量小时难以采用，这些缺点限制了它的使用。 齿形的有切削加工，具有良好的加工精度，目前仍是齿形的主要加工方法。按其加工原理可分为成形法和展成法两种。 二、二、 圆柱齿轮齿形加工圆柱齿轮齿形加工二、圆柱齿轮齿形加工二、圆柱齿轮齿形加工（也称仿形法）是用与被加工齿轮齿槽（也称仿形法）是用与被加工齿轮齿槽形状相同的成形刀具切削轮齿的方法。形状相同的成形刀具切削轮齿的方法。如如 铣齿、成形法磨齿、拉齿。铣齿、成形法磨齿、拉齿。 （也叫包络法或范成法）是利用齿轮（也叫包络法或范成法）是利用齿轮的啮合原理进行切削

13、的。只需一把刀具的啮合原理进行切削的。只需一把刀具就能加工出模数相同而齿数不同的齿轮。就能加工出模数相同而齿数不同的齿轮。如如 插齿、滚齿、剃齿和展成法磨齿。插齿、滚齿、剃齿和展成法磨齿。成形法成形法 展成法展成法 1. 铣齿铣齿铣削直齿圆柱齿轮的方法如下图：铣削直齿圆柱齿轮的方法如下图：用用盘形齿轮铣刀铣齿轮盘形齿轮铣刀铣齿轮 用指状齿轮铣刀铣齿轮用指状齿轮铣刀铣齿轮二、圆柱齿轮齿形加工二、圆柱齿轮齿形加工盘状齿轮铣刀：齿轮模数盘状齿轮铣刀：齿轮模数m8时用，在卧式铣床上使用；时用，在卧式铣床上使用；指状齿轮铣刀：齿轮模数指状齿轮铣刀：齿轮模数m8时用，在立式铣床上使用，可时用，在立式铣床上

14、使用，可加工直齿轮、斜圆柱齿轮、人字齿轮。加工直齿轮、斜圆柱齿轮、人字齿轮。 a)盘形齿轮铣刀盘形齿轮铣刀 b)指状齿轮铣刀指状齿轮铣刀成形法齿轮刀具成形法齿轮刀具（2）刀具结构简单，加工成本低，但是加工精度和）刀具结构简单，加工成本低，但是加工精度和效率较低。效率较低。铣齿加工的特点铣齿加工的特点（1 1）成形法铣齿加工的基本特点：）成形法铣齿加工的基本特点：铣刀切削部铣刀切削部分剖面形状与被铣齿轮槽的剖面形状相符。分剖面形状与被铣齿轮槽的剖面形状相符。所所以，齿轮铣刀与每一种齿数的齿轮是一一对应以，齿轮铣刀与每一种齿数的齿轮是一一对应的，是的，是专用刀具专用刀具。 为了降低加工成本，实际生

15、产中把为了降低加工成本，实际生产中把同一模同一模数的齿轮按齿数分成数的齿轮按齿数分成8 8组或组或1515组组，每组采用同一，每组采用同一种刀号的铣刀加工。种刀号的铣刀加工。见见P138P138表表4-54-5：齿轮铣刀的分号。：齿轮铣刀的分号。铣齿加工的应用铣齿加工的应用 成形法铣齿主要用于成形法铣齿主要用于单件、小批量单件、小批量生产和修配，生产和修配，用于制造用于制造低于低于8级精度的级精度的齿轮，齿面的表面粗糙度齿轮，齿面的表面粗糙度Ra值为值为6.33.2m。 成形法铣齿可以加工直齿、斜齿和成形法铣齿可以加工直齿、斜齿和人字齿圆柱齿轮，也可加工齿条和锥齿人字齿圆柱齿轮，也可加工齿条和

16、锥齿轮等。轮等。 插齿机的工作原理类似一对圆柱齿轮啮合，其中一个齿轮作为工件，另一个齿轮变为齿轮形的插齿刀具，它的模数和压力角与被加工齿轮相同，且在端面磨有前角，齿顶及齿侧均磨有后角 。展成法展成法2.2.插齿插齿插齿属于展成法加工（1）插齿原理）插齿原理插齿运动插齿运动插齿原理及插齿运动展成法 插齿刀的类型插齿刀的类型a)盘形盘形 b)碗形碗形 c)锥柄锥柄 插齿刀的类型插齿刀的类型 插齿需要下列四个运动插齿需要下列四个运动 插削主运动插削主运动：指插削刀的上下往复直线运动。：指插削刀的上下往复直线运动。插齿运动插齿运动（2）插齿运动 圆周进给运动 指插齿刀每上下往复一次其分度圆圆周所转过的

17、弧长（mm/dstr）。即即 范成运动范成运动：也叫分齿运动，插齿刀与齿坯：也叫分齿运动，插齿刀与齿坯间强制保持一对齿轮啮合速比关系的运动，也间强制保持一对齿轮啮合速比关系的运动，也叫展成运动。叫展成运动。 让刀运动：插齿刀向上运动（空行程）时，为了避免擦伤工件齿面和减少刀具磨损，刀具和工件之间应该让开，使之产生一定间隙，而在插齿刀向下开始工作行程之前，应迅速恢复到原位，以便刀具进行下一次切削。 径向进给运动 在分齿运动的同时，为切至全齿深，插齿刀逐渐向齿坯中心移动，用插齿刀每上下往复行程一次径向移动的距离表示（mm/dstr）。刀齿切至全齿深后，径向进给运动自动停止，齿坯再回转一周，即可完成

18、加工。 滚齿就是用齿轮滚刀在滚齿机上加工齿轮的轮齿，实际上是按一对螺旋齿轮相啮合的原理进行加工的。 蜗杆蜗轮啮合一对螺旋齿轮啮合滚齿原理3 3、 滚齿滚齿 齿轮滚刀是一个蜗杆形刀具，为了形成切削刃，在垂齿轮滚刀是一个蜗杆形刀具，为了形成切削刃，在垂直于蜗杆螺旋线方向或平行于轴线方向开出容屑槽，形成直于蜗杆螺旋线方向或平行于轴线方向开出容屑槽，形成前刀面，并对滚刀的顶面和侧面进行铲背，铲磨出后角。前刀面，并对滚刀的顶面和侧面进行铲背，铲磨出后角。齿轮滚刀齿轮滚刀整体式齿轮滚刀整体式齿轮滚刀滚刀滚刀 垂直进给运动垂直进给运动：为了切出齿：为了切出齿全宽，滚刀沿被切齿轮的轴线全宽，滚刀沿被切齿轮的轴

19、线作连续的垂直进给运动。作连续的垂直进给运动。（mm/r 或 mm/min）滚齿运动滚齿运动（2）滚齿运动）滚齿运动 主运动主运动：指滚齿刀的旋转运动。用其转速表示（：指滚齿刀的旋转运动。用其转速表示（r/min） 范成运动范成运动：也叫分齿运动，滚：也叫分齿运动，滚齿刀和齿坯间准确地保持一对斜齿齿刀和齿坯间准确地保持一对斜齿轮啮合速比关系的运动。轮啮合速比关系的运动。即即 滚齿的径向切深是由工作台控制的。模数小的齿轮，一次切出全齿深，模数大的齿轮得分2-3次切出。（3）滚齿工艺的特点和应用 适应性好 由于滚齿加工是采用展成法加工，因而一把滚刀可以加工与其模数和压力角相同的不同齿数的齿轮。 生产率较高 滚齿为连续切削，无空行程，且滚刀为旋转运动。所以滚齿生产率一般比插齿高。 分齿精度比插齿高，而齿形精