第5章齿轮齿形的加工

齿轮齿形的加工第5章基本内容渐开线齿轮概述1圆柱齿轮齿形的成形法加工2圆柱齿轮齿形的展成法加工3圆柱齿轮齿形的精加工4齿轮传动

齿轮传动是机械传动中的一个重要组成部分，它起着传递动力和运动的作用。其传动可靠性好、承载能力强、制造工艺成熟，已广泛应用于机器、仪器制造业。

常见齿轮传动类型5.1渐开线齿轮概述5.1.1渐开线的形成及其特征若一动直线在平面内沿半径为rb的圆作纯滚动时，则动直线上任一点a的轨迹称为半径为rb的圆的渐开线。半径为rb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相反渐开线组成的。5.1渐开线齿轮概述5.1.2直齿圆柱齿轮各部分名称、基本参数和主要尺寸1.直齿圆柱齿轮各部分名称：5.1渐开线齿轮概述2.直齿圆柱齿轮的基本参数

模数和压力角是直齿圆柱齿轮的两个基本参数。（1）模数模数m是周节P与π之比，即m=P/π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。5.1渐开线齿轮概述（2）压力角

渐开线齿形上任一点K的法向力F与其速度v

k

之间所夹的锐角，称为K点的压力角αk。渐开线上各点的压力角是不相同的。通常所说的压力角是指分度圆上A点处的压力角，用α表示（α=20°）由此可得基圆直径Db和分度圆直径D的关系为：Db=cosα·D=cos20·D≈0.94D5.1渐开线齿轮概述3.直齿圆柱齿轮的主要尺寸

5.1渐开线齿轮概述5.1.3圆柱齿轮精度简介1.齿轮传动的精度要求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，应保证传递运动准确、平稳；从传递动力方面看，应保证传动可靠和灵活。因此，一般齿轮传动的精度要求有以下四个方面：（1）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。5.1渐开线齿轮概述（2）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。（3）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齿长上保持均匀接触，并且接触面积尽可能的大。（4）齿轮副侧隙的合理性

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，否则会出现卡死或烧伤现象。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工误差和安装误差都是必要的。5.1渐开线齿轮概述2.齿轮传动精度的具体要求

不同的齿轮，其用途和工作条件不同，对精度的具体要求也不同：（1）传递运动的准确性仪表、钟表中的传动齿轮、分度齿轮、读数齿轮，应突出准确性要求；（2）传递运动的平稳性高速动力齿轮（如减速机中的初级齿轮），对平稳性要求高；（3）载荷分布的均匀性高速动力齿轮，矿山机械、起重机用齿轮对载荷分布的均匀性要求高；（4）齿轮副侧隙的合理性任何齿轮5.2圆柱齿轮齿形的成形法加工

成形法（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，如铣齿、成形法磨齿。5.2.1铣削直齿圆柱齿轮铣削直齿圆柱齿轮的方法如下图：用盘形齿轮铣刀铣齿轮用指状齿轮铣刀铣齿轮1.盘状齿轮铣刀：齿轮模数m＜8时用，在卧式铣床上使用；2.指状齿轮铣刀：齿轮模数m≥8时用，在立式铣床上使用，可加工直齿轮、斜圆柱齿轮、人字齿轮。

a)盘形齿轮铣刀

b)指状齿轮铣刀成形法齿轮刀具5.2圆柱齿轮齿形的成形法加工5.2.2铣齿加工的特点及应用1.铣齿加工的特点（1）成形法铣齿加工的基本特点：铣刀切削部分剖面形状与被铣齿轮槽的剖面形状相符。所以，齿轮铣刀与每一种齿数的齿轮是一一对应的，是专用刀具。为了降低加工成本，实际生产中把同一模数的齿轮按齿数分成8组或15组，每组采用同一种刀号的铣刀加工。参见表5-2：齿轮铣刀的分号。（2）刀具结构简单，加工成本低，但是加工精度和效率较低。2.铣齿加工的应用

成形法铣齿主要用于单件、小批量生产和修配，用于制造低于8级精度的齿轮，齿面的表面粗糙度Ra值为6.3~3.2μm。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轮等。铣齿加工的特点及应用5.3圆柱齿轮齿形的展成法加工

展成法（也叫包络法或范成法）是利用齿轮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。如插齿、滚齿、剃齿和展成法磨齿。5.3.1插齿原理及运动

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

插齿刀的类型a)盘形b)碗形c)锥柄

插齿刀的类型插齿需要下列四个运动①插削主运动：指插削刀的上下往复直线运动。②范成运动：也叫分齿运动，插齿刀和齿坯的转速按一对齿轮的速比关系计算，即

③径向切入运动：指插齿刀每往复一次，径向移动的距离。工件应该逐渐地移向插齿刀（或插齿刀移向工件），作径向切入运动。④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。插齿运动插齿运动1.滚齿原理

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。

5.3.2滚齿原理及运动蜗杆蜗轮啮合一对螺旋齿轮啮合滚齿原理

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。

齿轮滚刀整体式齿轮滚刀

2.滚齿需要以下三个运动①主运动：指滚齿刀的旋转运动。②范成运动：也叫分齿运动，滚齿刀和齿坯的转速按一对齿轮的速比关系计算，即

③垂直进给运动：为了切出齿全高，滚刀沿被切齿轮的轴线作垂直进给运动。滚齿运动（1）插齿和滚齿的加工精度和生产率比成形法高，应用也最广泛。一般情况下，插齿和滚齿达7~8级（甚至6级）精度，而铣齿只能达到9级精度；（2）插齿的齿面粗糙度较小；（3）插齿的生产率高于铣齿，但低于滚齿；（4）插齿和滚齿加工齿轮的齿数范围较大，同一模数的插齿刀和滚齿刀可以加工模数相同而齿数不同的齿轮。滚齿应用最广，可加工直齿、斜齿圆柱齿轮和蜗轮等，但不能加工内齿轮和相距较近的多联齿轮，而插齿可以加工。5.3.3

插齿和滚齿的特点及应用5.4圆柱齿轮齿形的精加工

铣齿、滚齿、插齿是齿轮的粗加工方法，精度高于7级或齿形需要淬火处理的齿轮，还要进行精加工。齿轮的精加工方法有剃齿、珩齿、磨齿、研齿等。精度等级加工效率0~2展望级供将来发展用3~5高精度精密齿轮机床上范成加工后精密磨齿0.996~8中等精度高精度齿轮机床上范成加工后磨齿、剃齿0.989较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剃齿剃齿是利用剃齿刀对未淬过火（HRC35以下）的直齿或斜齿圆柱齿轮进行精加工的一种方法，精度可达7~6级，表面粗糙度Ra值可达0.8~0.4μm。1.剃齿刀剃齿刀实质上是一个高精度的螺旋齿轮，并且在齿侧面上开了许多小容屑槽以形成切削刃。5.4圆柱齿轮齿形的精加工

2.剃齿加工

剃齿加工在专门的剃齿机上进行，属于展成法。剃齿刀的轴线与工件轴线夹β角，以便使剃齿刀与工件能够正确啮合。剃齿加工时，由剃齿刀带动工件做旋转运动。剃齿刀与工件的接触点A的速度vA可分解为vAn（切向速度）和

vAt

（剃削速度）。切向速度带动工件旋转，剃削速度使齿轮的齿侧面沿剃齿刀的齿侧面滑移，从工件齿面上切下极薄的切屑。在剃齿过程中，剃齿刀时而正转，时而反转，可剃削工件的双面。5.4.1剃齿5.4.1剃齿

3.剃齿加工的应用（1）剃齿可以提高齿形精度和齿向精度，减小齿面粗糙度Ra值。（2）剃齿广泛用于未淬过火（HRC35以下）的直齿或斜齿圆柱齿轮的精加工，精度可达7~6级，表面粗糙度Ra值可达0.8~0.4μm。（3）剃齿不能修正分齿误差。剃齿前的齿形多用滚齿加工。（4）剃齿刀的设计、制造麻烦，价格较高，适用于大批量生产的场合。剃一个齿轮一般需要1～3分钟，每次重磨后可加工约1500个齿轮，每把剃齿刀大约可加工一万个齿轮。

5.4.2珩齿

珩齿是用珩磨轮在专用的珩齿机上对齿轮齿形进行精加工的一种方法。当齿轮的硬度超过HRC35时，可用珩齿加工，精度可达6级，表面粗糙度Ra值可达0.4~0.2μm。珩齿的原理与剃齿完全相同，只不过不是剃齿刀，而用珩磨轮。珩磨轮是用磨料与环氧树脂等浇铸或热压而成的，具有很高齿形精度的“螺旋齿轮”。当它以很高的速度带动工件旋转时，就能在工件齿面上切除一层很薄的金属，从而降低齿面粗糙度值。珩齿对齿形精度改善不大，主要减少热处理后齿面的粗糙度值。珩齿机

磨齿在专用的磨齿机上进行，主要是对淬硬齿轮齿面的精加工，可修整齿轮预加工的各项误差，其加工精度较高，一般可达6~3级，齿面的表面粗糙度Ra值可达0.4~0.2μm。磨齿通常分为成形法磨齿和展成法磨齿两大类。

1.展成法磨齿

展成法磨齿有锥形砂轮磨齿和双碟形砂轮磨齿两种形式。

在齿坯上磨出轮齿。磨齿5.4.3磨齿（1）锥形砂轮磨齿锥形砂轮磨齿是利用齿条和齿轮啮合原理来磨削齿轮的，它所用的砂轮截面形状是按照齿条的齿廓修整的。加工时，被磨削齿轮在假想齿条上滚动，便可磨出工件上一个轮齿一侧的齿面。经多次分度，才能磨出工件上全部轮齿齿面。锥形砂轮磨齿所需的运动：①主运动：砂轮的高速旋转运动②被磨齿轮的往复滚动③砂轮沿轮齿方向的往复进给运动④分度运动：磨完一个齿槽后，砂轮自动退离，被磨齿轮自动转过一个齿的角度。锥形砂轮磨齿

（2）双碟形砂轮磨齿双碟形砂轮磨齿用两个碟形砂轮的端平面来形成假想齿条的不同轮齿的两侧面，同时磨削齿槽的左右齿面。其磨削原理与锥形砂轮磨齿基本相同。磨削接触面积小，磨削力和磨削热很小。机床具有砂轮自动修整与补偿装置，使砂轮能始终保持锐利和良好的工作精度，因而磨齿精度较高，最高可达4级，是各类磨