机械制造基础 课件 5.1圆柱齿轮零件的工艺特点

5.1圆柱齿轮零件的工艺特点

01圆柱齿轮传动的精度要求02圆柱齿轮的材料与毛坯03圆柱齿轮的加工工艺过程04圆柱齿轮加工的主要工艺问题

盘类零件零件基本上是扁平形状，有圆形、方形、弧形等各种各样的形状，它们中有均布孔，也有凹凸台，常见的盘类零件有法兰盘、带轮、凸轮、圆柱齿轮等。圆柱齿轮是机械传动中典型的盘类零件之一，通常起支撑和导向作用。其功用是按规定的传动比传递运动和动力。图5-1圆柱齿轮的结构形式a)单圈盘状齿轮

b）双联移滑齿轮

c)三联移滑齿轮

d）套状齿轮

e）内齿轮

f）连轴齿轮

g）扇形齿轮

h）齿条5.1.1圆柱齿轮传动的精度要求1.运动精度要求齿轮传动的传动特点是传动比恒定，即

2.接触精度要求齿轮工作时，要求齿面有一定且均匀的接触面积，并保证有符合要求的接触位置，以齿面载荷分布的均匀性来保证齿轮的使用寿命。3.工作平稳性精度要求

齿轮传动平稳，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，即齿轮在一转中多次出现的小周期性转角误差不应超过一定的限度。4.齿侧间隙要求

齿轮传动时，非工作面留有一定的间隙，用以储存润滑油，补偿弹性变形、热变形及齿轮制造和装配误差。5.1.2圆柱齿轮的材料与毛坯

圆柱齿轮常用的材料与热处理齿轮材料预备热处理齿面热处理综合性能适用工作范围中碳结构钢，如45调质、正火表面淬火综合力学性能较好，齿面粗糙度值较大低速、轻载或不重要齿轮中碳合金结构钢，如40Cr调质、正火表面淬火综合力学性能较好，热处理变形小速度较高，受力较大，精度为6级以上的齿轮低碳合金结构钢，如20Cr正火渗碳、碳氮共渗心部有较高韧性、齿面耐磨性较好高速、中载或受冲击载荷形式传动的齿轮铸铁材料，如HT200

切削性能好，成本低，抗弯强度、耐磨性、耐冲击性差受力不大，形状复杂，尺寸大的齿轮非铁金属材料，如HPb59—1

切削性能好，耐蚀性能好，齿面表面粗糙度值较小仪表、仪器中的小模数齿轮

齿轮的毛坯选择取决于齿轮的材料、结构形状、尺寸大小、使用条件及生产批量等因素。对于钢制齿轮，如果尺寸较小且性能要求不高，可直接采用热轧棒料。除此之外，一般都采用锻造毛坯。生产批量较小或尺寸较大的齿轮采用自由锻造，生产批量较大的中小尺寸齿轮采用模锻。对于直径比较大，结构比较复杂的不便于锻造的齿轮，采用铸钢毛坯或焊接组合毛坯。5.1.3圆柱齿轮的加工工艺过程

圆柱齿轮的加工艺可以分为齿坯工艺和齿形工艺两部分。其工艺过程因零件的结构形状、精度要求、生产批量及具体生产条件的不同而不同。一般工艺路线可归纳如下:毛坯制造—毛坏热处理—齿坯加工—中检—齿形粗加工—齿端加工—齿面热处理—精基准修正—齿形精加工—终检。图5-2双联齿轮

图5-2所示为一双联齿轮，材料为40Cr,

精度为7级，中批生产。

表5-2双联齿轮的参数齿号模数/mm齿数齿圈径向圆跳动/mm公法线平均长度/mm公法线长度变动量/mm跨齿数齿形误差/mm齿向误差/mmI3280.03623.150.02830.080.009II3320.03622.980.02830.080.009

表5-3双联齿轮加工工艺过程序号工序内容定位基面序号工序内容定位基面1毛坯锻造

9倒角(I、II齿圈牙角)花键孔和端面2正火

10钳工去毛刺

3粗车外圆和端面(留余量1~1.5mm)，钻镗花键底孔至尺寸外圆和端面11剃齿(z=28，采用螺旋角为15°的剃齿刀)，公法线长度至尺寸上限花键孔和端面4拉花键孔φ28H12孔和端面12剃齿(z=32，采用螺旋角为5°的剃齿刀)，公法线长度至尺寸上限花键孔和端面5精车外圆、端面及槽至尺寸花键孔和端面13齿部高频感应加热淬火至52HRC

6检验

14推孔

7滚齿(z=32，留剃削余量0.06~0.08mm)花键孔和端面15珩齿(z=32)花键孔和端面珩齿(z=28)8插齿(z=28，留剃削余量0.03~0.05mm)花键孔和端面16检验花键孔和端面5.1.4圆柱齿轮加工的主要工艺问题

1.定位基准的选择

设计时，为保证其传动精度，齿轮的设计基准大多与装配基准重合。工艺中应本着基准重合的原则，尽量使定位基准与设计基准、装配基准、测量基准重合，并尽可能在整个工艺过程中保持基准统一。

对于带孔齿轮，一般选齿轮的内孔和一个端面定位，作为基准的内孔，应有较高的加工精度，且基准端面相对内孔的端面圆跳动应符合公差要求。对于小直径连轴齿轮，一般选用轴两端中心孔作为统一的定位基准。对于直径或模数较大的连轴齿轮，一般用装配轴径和圆跳动较小的端面作为定位基准。

2.齿坯加工方案

齿坯加工是齿轮加工工艺的环节，其加工将作为后续齿形加工和检验用的基准，而基准的好坏对齿形加工的质量影响很大。齿轮轴的齿坯工艺与轴加工工艺大体相同。对盘状齿轮一般视批量不同采用不同的加工方案，但必须注意的是，为保证基准端面相对内孔的圆跳动要求，作为基准的内孔和一端面的精加工应尽量在一次安装内完成。

中、小批生产的盘类齿轮，齿坯加工尽量采用通用机床。一般工艺路线为:粗车内、外各部分—精加工内孔及定位端面—精加工其他表面。

大批量生产的盘类齿轮，齿坯加工应尽量选择像拉床、多刀机床、单轴、多轴自动机床，数控机床等这样的高生产率机床。一般工艺路线为:多刀粗车外圆、端面与孔—拉孔—多刀精车外圆、端面及其他表面。

3.热处理工序的安排

齿坯工艺过程中一般预先安排正火或调质等热处理。正火在生产中应用较多，其目的为消除锻造应力，改善材料的加工性能，得到较小的表面粗糙度值。正火一般安排在毛坯锻造后，齿坯加工前。调质处理一般安排在齿坯粗加工之后，其目的是消除锻造和切削应力，提高材料的综合力学性能，为以后淬火时减少变形做好组织准备。

为提高齿面的硬度，增加齿轮的承载能力和耐磨性，根据材料与技术要求，齿形加工一般在滚齿、插齿、剃齿加工之后，珩齿、磨齿加工之前，安排高频感应加热淬火、液体渗碳淬火或氮碳共渗等热处理工序。

4.齿端加工

齿轮的齿端加工有齿端倒圆、倒尖、倒棱等。倒棱可除去齿端锐边、毛刺，避免热处理时因应力集中而产生裂纹。倒圆、倒尖后的齿轮在切挡时容易进入啮合。

齿端加工必须在淬硬前进行，一般安排在滚齿或插齿后，剃齿前。

5.精基准的修正

齿轮淬火后，基准孔往往产生适当的变形，内孔尺寸一般缩小0.05mm左右。为保证齿形精度，对基准孔必须加以修正。如果是表面淬火齿轮，一般采用推孔法修正，其生产率较高；如果是整体表面淬火齿轮，可采用磨孔，磨孔的生产率低，但加工精度高。

6.齿形加工方案

齿形加工是齿轮加工的关键，加工方案的选择，主要依据齿轮的生产批量、精度等级、热处理方法等确定。常用的方案为:1)8级或8级精度以下的调质齿轮采用滚齿—齿端加工的加工方案。淬火齿轮采用滚齿─齿端加工─表面淬火─修内孔的加工方案。应注意，热处理前的齿形加工精度应高一级。

2)6~7级精度不淬火齿轮采用滚齿─齿端加工─剃齿的加工方案。淬火齿轮采用滚齿─齿端加工─剃齿─表面淬火─修基准─珩齿的加工方案。此方案设备简单，生产率高，成本较低。渗碳齿轮采用滚齿─齿端加工─渗碳淬火─修基准一磨齿的加工方案。

3)5级以上精度，淬硬(未淬硬)齿轮