齒輪的基本知識及應(yīng)用

1、齒輪的基本知識與應(yīng)齒輪的基本知識與應(yīng)用用 l什么是齒輪？什么是齒輪？ 齒輪是能互相嚙合的有齒的機械零件。它在機械傳動及整個機械領(lǐng)域中的應(yīng)用極其廣泛。 l齒輪的歷史。 早在公元前350年，古希臘著名的哲學(xué)家亞里士多德在文獻中對齒輪有過記錄。公元前250年左右，數(shù)學(xué)家阿基米德也在文獻中對使用了渦輪蝸桿的卷揚機進行了說明。 在現(xiàn)今伊拉克凱特斯芬遺跡中還保存著公元前的齒輪 齒輪在我國的歷史也源遠流長。據(jù)史料記載，遠在公元前400200年的中國古代就已開始使用齒輪，在我國山西出土的青銅齒輪是迄今已發(fā)現(xiàn)的最古老齒輪，作為反映古代科學(xué)技術(shù)成就的指南車就是以齒輪機構(gòu)為核心的機械裝置。 15世紀(jì)后半的意大利文藝

2、復(fù)興時期，著名的全才列奧納多.達芬奇14521519，不僅在文化藝術(shù)方面，在齒輪技術(shù)史上也留下了不可磨滅的功績，經(jīng)過了 500年以上，現(xiàn)在的齒輪仍然保留著當(dāng)時素描的原型。 直到17世紀(jì)末，人們才開始研究能正確傳遞運動的輪齒形狀。18世紀(jì)，歐洲工業(yè)革命以后，齒輪傳動的應(yīng)用日益廣泛；先是發(fā)展擺線齒輪，而后是漸開線齒輪，一直到20世紀(jì)初，漸開線齒輪已在應(yīng)用中占了優(yōu)勢。其后又發(fā)展了變位齒輪、圓弧齒輪、錐齒輪、斜齒輪等等。 現(xiàn)代齒輪技術(shù)已達到：齒輪模數(shù)0.004100毫米；齒輪直徑由1毫米150米；傳遞功率可達 十萬千瓦；轉(zhuǎn)速可達十萬轉(zhuǎn)/分；最高的圓周速度達300米/秒。 國際上，動力傳動齒輪裝置正沿著

3、小型化、高速化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。特殊齒輪的應(yīng)用、行星齒輪裝置的發(fā)展、低振動、低噪聲齒輪裝置的研制是齒輪設(shè)計方面的一些特點。 l齒輪一般分為三類，分別是平行軸、齒輪一般分為三類，分別是平行軸、相交軸及交錯軸齒輪。相交軸及交錯軸齒輪。 齒輪的種類繁多，其分類方法最通常的是根據(jù)齒輪軸性。一般分為平行軸平行軸、相交軸相交軸及交錯軸交錯軸三種類型。平行軸齒輪包括正齒輪、斜齒輪、內(nèi)齒輪、齒條及斜齒條等。相交軸齒輪有直齒錐齒輪、弧齒錐齒輪、零度齒錐齒輪等。交錯軸齒輪有交錯軸斜齒齒輪、蝸桿蝸輪、準(zhǔn)雙曲面齒輪等。 右表中所列出的效率為傳動效率，不包括軸承及攪拌潤滑等的損失。平行軸及相交軸的齒輪副的嚙合，基本上是

4、滾動，相對的滑動非常微小，所以效率高。交錯軸斜齒輪及蝸桿蝸輪等交錯軸齒輪副，因為是通過相對滑動產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)以達到動力傳動，所以摩擦的影響非常大，與其他齒輪相比傳動效率下降。齒輪的效率是齒輪在正常裝配狀況下的傳動效率。如果出現(xiàn)安裝不正確的情況，特別是錐齒輪裝配距離不正確而導(dǎo)致同錐交點有誤差時，其效率會顯著下降。 常用的齒輪分類常用的齒輪分類l平行軸的齒輪 l正齒輪。 齒線與軸心線為平行方向的圓柱齒輪。因為易于加工，因此在 動力傳動上使用最為廣泛。 l齒條 與正齒輪嚙合的直線齒條狀齒輪?？梢钥闯墒钦X輪的節(jié)圓直徑變成無限大時的特殊情況。 l內(nèi)齒輪 與正齒輪相嚙合在圓環(huán)的內(nèi)側(cè)加工有輪齒的齒輪。主要使用在

5、行星齒輪傳動機構(gòu)及齒輪聯(lián)軸器等應(yīng) 用上。 l斜齒齒輪 齒線為螺旋線的圓柱齒輪。因為比正齒輪強度高且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，被廣泛使用。傳動時產(chǎn)生軸向推力。 l斜齒齒條 與斜齒齒輪相嚙合的條狀齒輪。相當(dāng)于斜齒齒輪的節(jié)徑變成無限大時的情形。 l人字齒輪 齒線為左旋及右旋的兩個斜齒齒輪組合而成的齒 輪。有在軸向不產(chǎn)生推力的優(yōu)點。 l相交軸齒輪 l直齒錐齒輪 齒線與節(jié)錐線的母線一致的錐齒輪。在錐齒輪中，屬于比較容易制造的類型。所以，作為傳動用錐齒輪應(yīng)用范圍廣泛。 l弧齒錐齒輪 齒線為曲線，帶有螺旋角的錐齒輪。雖然與直齒錐齒輪相比，制作難度較大，但是作為高強度、低噪音的齒輪使用也很廣泛。 l零度錐齒輪 螺旋角為零度的

6、曲線齒錐齒輪。因為同時具有直齒和曲齒錐齒輪的特征，齒面的受力情形與直齒錐齒輪相同。 l交錯軸齒輪 l圓柱蝸桿副 圓柱蝸桿副是圓柱蝸桿和與之嚙合的蝸輪的總稱。運轉(zhuǎn)平靜及單對即可獲得大傳動比為其最大的特征，但是有效率低的缺點。 l交錯軸斜齒齒輪 圓柱蝸桿副在交錯軸間傳動時的名稱?？稍谛饼X齒輪副或斜齒齒輪與正齒輪副的情況下使用。運轉(zhuǎn)雖然平穩(wěn)，但只適合于使用在輕負(fù)荷的情況下。 l其他特殊齒輪 l面齒輪 可與正齒輪或斜齒齒輪嚙合的圓盤狀齒輪。在直交軸及交錯軸間傳動。 l鼓形蝸桿副 鼓形蝸桿及與之嚙合的蝸輪的總稱。雖然制造比較困難，但比起圓柱蝸桿副，可以傳動大負(fù)荷。 l準(zhǔn)雙曲面齒輪 在交錯軸間傳動的圓錐形

7、齒輪。大小齒輪經(jīng)過偏心加工，與弧齒齒輪相似，嚙合原理非常復(fù)雜。 l齒輪的基本術(shù)語和尺寸計算。 齒輪有很多齒輪所特有的術(shù)語和表現(xiàn)方法，為了使大家能更多的了解齒輪，在此介紹一些經(jīng)常使用的齒輪基本術(shù)語。 l齒輪各部位的名稱 l表示輪齒的大小的術(shù)語是模數(shù) m1、m3、m8被稱為模數(shù)1、模數(shù)3、模數(shù)8。 模數(shù)是全世界通用的稱呼，使用符號m（模數(shù)）和數(shù)字（毫米來表示輪齒的大小，數(shù)字越大，輪齒也越大。 另外，在使用英制單位的國家（比如美國），使用符號（徑節(jié)）及數(shù)字（分度圓直徑為1英吋時的齒輪的輪齒數(shù)）來表示輪齒的大小。比如：DP24、DP8，等等。還有使用符號（周節(jié)）和數(shù)字（毫米）來表示輪齒大小的比較特殊的

8、稱呼方法。比如CP5、CP10、 模數(shù)乘以圓周率即可得到齒距（p）。齒距是相鄰兩齒間的長度。 用公式表示就是不同模數(shù)的輪齒大小對比l壓力角 壓力角是決定齒輪齒形的參數(shù)。即輪齒齒面的傾斜度。壓力角（）一般采用20。以前，壓力角為14.5的齒輪曾經(jīng)很普及。 壓力角是在齒面的一點（一般是指節(jié)點）上，半徑線與齒形的切線間所成之角度。如圖所示，為壓力角。因為=，所以也是壓力角。 A齒與B齒的嚙合狀態(tài)從節(jié)點看上去時： A齒在節(jié)點上推動B點。這個時候的推動力作用在A齒及B齒的共同法線上。也就是說，共同法線是力的作用方向，亦是承受壓力的方向，則為壓力角。 模數(shù)（模數(shù)（m m）、壓力角（）、壓力角（）再加上）再

9、加上齒數(shù)（齒數(shù)（z z）是齒輪的三大基本參數(shù)）是齒輪的三大基本參數(shù)，以，以此參數(shù)為基礎(chǔ)計算齒輪各部位尺寸。此參數(shù)為基礎(chǔ)計算齒輪各部位尺寸。 l齒高與齒厚 輪齒的高度由模數(shù)（m）來決定。 全齒高 h=2.25m（=齒根高+齒頂高）齒頂高（ha）是從齒頂?shù)椒侄染€的高度。ha=1m。齒根高（hf）是從齒根到分度線的高度。hf=1.25m。齒厚 （s）的基準(zhǔn)是齒距的一半。s=m/2。 l齒輪的直徑 決定齒輪大小的參數(shù)是齒輪的分度圓直徑（d）。以分度圓為基準(zhǔn)，才能定出齒距、齒厚、齒高、齒頂高、齒根高。 分度圓直徑 d=zm齒頂圓直徑 da=d+2m齒根圓直徑 df=d-2.5m 分度圓在實際的齒輪中是無

10、法直接看到的，因為分度圓是為了決定齒輪的大小而假設(shè)的圓。 l中心距與齒隙 一對齒輪的分度圓相切嚙合時，中心距是兩個分度圓直徑的和的一半。中心距 a=（d1+d2）/2 在齒輪的嚙合中，要想得到圓滑的嚙合效果，齒隙是個重要的因素。齒隙是一對齒輪嚙合時齒面間的空隙。 齒輪的齒高方向也有空隙。這個空隙被稱為頂隙（Clearance)。頂隙(c)是齒輪的齒根高與相配齒輪的齒頂高之差。 頂隙 c=1.25m-1m=0.25m l斜齒齒輪 將正齒輪的輪齒螺旋狀扭轉(zhuǎn)后的齒輪為斜齒齒輪。正齒輪幾何計箅的大部分都可適用于斜齒齒輪。斜齒齒輪，根據(jù)其基準(zhǔn)面不同有2種方式： 端面（軸直角）基準(zhǔn)（端面模數(shù)/壓力角 法面

11、（齒直角）基準(zhǔn)（法向模數(shù)/壓力角 端面模數(shù)mt和法向模數(shù)mn的關(guān)系式 mt=mn/cos l螺旋方向與配合 斜齒齒輪、弧齒傘形齒輪等，輪齒呈螺旋狀的齒輪，螺旋方向和配合是一定的。螺旋方向是指當(dāng)齒輪的中心軸指向上下，從正面看上去時，輪齒的方向指向右上的是右旋，左上的是左旋。各種齒輪的配合如下所示， l螺旋方向與配合（二） l最常用的齒輪齒形是漸開線齒形最常用的齒輪齒形是漸開線齒形 僅僅在摩擦輪的外周上分割出等分的齒距，裝上突起，然后相互嚙合轉(zhuǎn)動的話,會出現(xiàn)如下問題: l 輪齒的切點產(chǎn)生滑動l 切點的移動速度時快時慢l 產(chǎn)生振動及噪音輪齒傳動時既要安靜又要圓滑，由此，誕生了漸開曲線。 l什么是漸開

12、線 將一端系有鉛筆的線纏在圓筒的外周上，然后在線繃緊的狀態(tài)下將線漸漸放開。此時，鉛筆所畫出的曲線即為漸開曲線。圓筒的外周被稱為基圓。 l一個示例 8齒漸開線齒輪示例。 將圓筒8等分后，系上8根鉛筆，畫出8條漸開曲線。然后，將線向相反方向纏繞，按同樣方法畫出8條曲線，這就是以漸開曲線作為齒形，齒數(shù)為8的齒輪。 l漸開線齒輪的優(yōu)點l即使中心距多少有些誤差，也可以正確的嚙合。l比較容易得到正確的齒形，加工也比較容易。l因為在曲線上滾動嚙合，所以，可以圓滑地傳遞旋轉(zhuǎn)運動。l只要輪齒的大小相同，一個刀具可以加工齒數(shù)不同的齒輪。l齒根粗壯，強度高。 l基圓和分度圓 基圓是形成漸開線齒形的基礎(chǔ)圓。分度圓是決

13、定齒輪大小的基準(zhǔn)圓?；鶊A與分度圓是齒輪的重要幾何尺寸。漸開線齒形是在基圓的外側(cè)形成的曲線。在基圓上壓力角為零度。 l漸開線齒輪的嚙合 兩個標(biāo)準(zhǔn)的漸開線齒輪的分度圓在標(biāo)準(zhǔn)的中心距下相切嚙合。 兩輪嚙合時的模樣，看上去就像是分度圓直徑大小為d1、d2兩個摩擦輪（Friction wheels）在傳動。但是，實際上漸開線齒輪的嚙合取決于基圓而不是分度圓。 l漸開線齒輪的嚙合 （二） 兩個齒輪齒形的嚙合接觸點按P1P2P3的順序在嚙合線上移動。請注意驅(qū)動齒輪中黃色的輪齒。這個齒開始嚙合后的一段時間內(nèi)，齒輪為兩齒嚙合（P1、P3）。嚙合繼續(xù)，當(dāng)嚙合點移動到分度圓上的點P2時，嚙合輪齒只剩下了一個。嚙合繼

14、續(xù)進行，嚙合點移動到點P3時，下一個輪齒開始在P1點嚙合，再次形成兩齒嚙合的狀態(tài)。就像這樣，齒輪的兩齒嚙合與單齒嚙合交互重復(fù)傳遞旋轉(zhuǎn)運動。 基圓的公切線A一B被稱為嚙合線。齒輪的嚙合點都在這條嚙合線上。 l漸開線齒輪的嚙合 （三） 用一個形象的圖來表示，就好像皮帶交叉地套在兩個基圓的外周上做旋轉(zhuǎn)運動傳遞動力一樣。 l齒輪的變位分為正變位和負(fù)變位 我們通常使用的齒輪的齒廓一般都是標(biāo)準(zhǔn)的漸開線，然而也存在一些情況需要對輪齒進行變位，如調(diào)整中心距、防止小齒輪的根切等。l齒輪的齒數(shù)與形狀 漸開線齒形曲線隨齒數(shù)多少而不同。齒數(shù)越多，齒形曲線越趨于直線。隨齒數(shù)增加，齒根的齒形變厚，輪齒強度增加。 由上圖可

15、以看到，齒數(shù)為10的齒輪，其輪齒的齒根處部分漸開線齒形被挖去，發(fā)生根切現(xiàn)象。但是如果對齒數(shù)z=10的齒輪采用正變位，增大齒頂圓直徑、增加輪齒的齒厚的話，可以得到與齒數(shù)200的齒輪同等程度的齒輪強度。 l變位齒輪 右圖是齒數(shù)z=10的齒輪正變位切齒示意圖。切齒時，刀具沿半徑方向的移動量xm（mm）稱為徑向變位量簡稱變位量)。xm=變位量（mm）x=變位系數(shù)m=模數(shù)（mm） 通過正變位的齒形變化。輪齒的齒厚增加，外徑（齒頂圓直徑也變大。齒輪通過采取正變位，可以避免根切（Undercut）的發(fā)生。對齒輪實行變位還可以達到其它的目的，如改變中心距，正變位可增加中心距，負(fù)變位可減少中心距。 不論是正變位

16、還是負(fù)變位齒輪，都對變位量有限制。 l正變位和負(fù)變位 變位有正變位和負(fù)變位。 雖然齒高相同，但齒厚不同。齒厚變厚的為正變位齒輪，齒厚變薄的為負(fù)變位齒輪。 無法改變兩個齒輪的中心距時，對小齒輪進行正變位（避免根切），對大齒輪進行負(fù)變位，以使中心距相同。這種情況下，變位量的絕對值相等。l正變位和負(fù)變位（二）l變位齒輪的嚙合 標(biāo)準(zhǔn)齒輪是在各個齒輪的分度圓相切狀態(tài)下嚙合。而經(jīng)過變位的齒輪的嚙合，如圖所示，是在嚙合節(jié)圓上相切嚙合。嚙合節(jié)圓上的壓力角稱為嚙合角。嚙合角與分度圓上的壓力角（分度圓壓力角）不同。嚙合角是設(shè)計變位齒輪時的重要要素。l齒輪變位的作用l可以防止在加工時因為齒數(shù)少而產(chǎn)生的根切現(xiàn)象。l通

17、過變位可以得到所希望的中心距。l在一對齒輪齒數(shù)比很大的情況下，對容易產(chǎn)生磨耗的小齒輪進行正變位，使齒厚加厚。相反，對大齒輪進行負(fù)變位，使齒厚變薄，以使得兩個齒輪的壽命接近。l齒形與齒線的修整 l齒形修整 齒形修整是修緣和修根的總稱。一般地說，修緣的方法使用比較普遍。修緣是指有意識的修削齒頂?shù)凝X形，使齒型偏離正確的漸開線齒形。由此，當(dāng)齒輪齒面受外力產(chǎn)生變形時，可以避免對與之嚙合的齒輪產(chǎn)生干涉，并且可以降低噪音，延長齒輪壽命。但是，要注意不能修整過量。過量修整等于增加了齒形誤差，將對嚙合產(chǎn)生不良影響。 l鼓形加工和齒端修薄 鼓形加工和齒端修薄都是沿齒線方向的修整。特別是鼓形加工，是以使輪齒接觸集中

18、到齒寬的中央部為目的的加工。所以，沿齒線方向加工成適當(dāng)?shù)墓男?。此時，應(yīng)注意不能加工過甚。過量的鼓形加工會引起輪齒接觸面積的減小，對齒輪強度產(chǎn)生不良影響。齒端修薄是將齒寬的兩端部加以適當(dāng)?shù)牡菇羌庸さ姆椒ā?l外徑加工及齒頂?shù)菇羌庸?為了減少外徑的偏差以及防止發(fā)生在齒頂?shù)呐鲎不蛎叄跐L齒加工的同時，齒輪的外徑加工及齒頂?shù)菇羌庸ひ嗫赏瑫r進行。 因為實行了齒頂?shù)菇牵瑖Ш蠒r的有效齒頂高減少，嚙合率也降低，所以，通常不希望過量的齒頂?shù)菇牵话悴怀^0.1m。 l齒輪的精度 齒輪是傳遞動力和旋轉(zhuǎn)的機械要素。對于齒輪的性能要求主要有：l更大的動力傳遞能力l盡可能使用體積小的齒輪l低噪音l正確性 要想滿足如上

19、所述的要求，提高齒輪的精度將成為必須解決的課題。l齒輪精度的分類 齒輪的精度大致可以分為三類l 漸開線齒形的正確度齒形精度l 齒面上齒線的正確度齒線精度l 齒/齒槽位置的正確度u 輪齒的分度精度單齒距精度u 齒距的正確度累積齒距精度u 夾在兩齒輪的測球在半徑方向位置的偏差徑向跳動精度 l齒形誤差 l齒線誤差 l齒距誤差 在以齒輪軸為中心的測定圓周上測量齒距值。單齒距偏差（fpt）實際齒距與理論齒距的差。齒距累積總偏差（Fp）測定全輪齒齒距偏差做出評價。齒距累積偏差曲線的總振幅值為齒距總偏差。 l徑向跳動（徑向跳動（FrFr） 將測頭（球形、圓柱形）相繼置于齒槽內(nèi)，測定測頭到齒輪軸線的最大和最小

20、徑向距離之差。齒輪軸的偏心量是徑向跳動的一部分。l徑向綜合總偏差（Fi”） 到此為止，我們所敘述的齒形、齒距、齒線精度等，都是評價齒輪單體精度的方法。與此不同的是，還有將齒輪與測量齒輪嚙合后評價齒輪精度的兩齒面嚙合試驗的方法。被測齒輪的左右兩齒面與測量齒輪接觸嚙合，并旋轉(zhuǎn)一整周。記錄中心距離的變化。下圖是齒數(shù)為30的齒輪的試驗結(jié)果。單齒徑向綜合偏差的波浪線共有30個。徑向綜合總偏差值大約為徑向跳動偏差與單齒徑向綜合偏差的和。 l齒輪各種精度之間的關(guān)聯(lián) 齒輪的各部分精度之間是有關(guān)聯(lián)的，一般來說，徑向跳動與其它誤差的相關(guān)性強，各種齒距誤差間的相關(guān)性也很強。 l齒輪的材料與熱處理 齒輪根據(jù)各自的用途

21、，分別使用黑色金屬、有色金屬及工程塑料等制作。材料的種類、熱處理手段等的不同，齒輪的強度也不同。l具有代表性的齒輪材料 l45鋼（機械結(jié)構(gòu)用碳素鋼） 45鋼是中碳鋼的代表，含碳量為0.45%。因為進貨非常容易，正齒輪、斜齒齒輪、齒條、傘形齒輪、蝸桿等各種齒輪多使用這種材料。l42CrMo（鉻鉬合金鋼） 含碳量0.40%，成份中含有鉻、鉬等成分的中碳合金鋼。比45鋼的強度高，通過調(diào)質(zhì)或高頻淬火處理可提高硬度，用來制造各種不同的齒輪。 l20CrMnTi（鉻鉬合金鋼） 低碳合金鋼的代表材料。一般情況下，經(jīng)滲碳淬火處理后使用。材料熱處理后的強度高于45鋼及42CrMo。使用表面硬度在5560HRC左

22、右。 l具有代表性的齒輪材料（二） lSu303不銹鋼 主要用在食品機械等需要避免生銹的機械中。l鑄造銅合金 是制造渦輪的主要材料。一般有鑄造磷青銅、鋁青銅等。嚙合的蝸桿材料大多使用45鋼、42CrMo、20CrMnTi等鋼材。蝸桿與渦輪使用不同材料是為了防止蝸桿渦輪嚙合時由于滑動而引起的齒面膠合及過渡磨損等。 l具有代表性的熱處理 l淬火 為了提高鋼材的硬度，將材料加熱到高溫（約800）后快速冷卻。根據(jù)冷卻介質(zhì)，分為油冷/水冷/噴射冷卻等不同種類。淬火后的鋼材過脆，為了增加鋼材的韌性，一般需要再進行回火處理。純鐵即使經(jīng)過淬火處理也不會變硬。鋼材的含碳量要在0.35%以上才有淬火硬化的可能。l

23、調(diào)質(zhì)處理 調(diào)質(zhì)處理是將淬火及高溫回火相結(jié)合，調(diào)整鋼材（鋼件）硬度、強度、靭性的熱處理。因為調(diào)質(zhì)后的材料及制品要進行機械加工，所以硬度達不到淬火后那么高。 l具有代表性的熱處理（二）l高頻淬火 像45鋼或42CrMn鋼這樣含碳量在0.35%以上的碳素鋼，對其表面進行硬化處理的方法。要注意的是，對齒輪進行高頻處理后，會發(fā)生齒面及齒頂?shù)挠捕冗_到使用要求、但齒根部分達不到淬火硬度的情況。硬度低于滲碳淬火處理的硬度。齒輪經(jīng)過高頻淬火后精度下降。作為高精度齒輪使用時需要對齒輪做磨削加工。l具有代表性的熱處理（三）l滲碳淬火 滲碳淬火是在低碳鋼的表面滲人碳素，使之成為高含碳量狀態(tài)的處理。是僅對鋼材表面進行硬

24、化的熱處理手段。滲人碳素的表面與芯部的硬度由硬到軟連續(xù)變化。芯部硬度低于表面。經(jīng)過滲碳淬火處理的齒輪容易產(chǎn)生變形（尺寸增大）及扭曲等，致使齒輪精度下降1個等級程度。要想提高齒輪精度，需要對齒輪做再次磨削。l氮化處理 氮化是將氮擴散滲人到鋼的表面以提高表面硬度的熱處理方法。含有鋁、鉻、鉬的鋼材容易達到氮化目的，表面硬度提高。 l齒輪的強度 齒輪最重要的是輪齒，齒輪的強度取決于輪齒折斷和齒面磨損強度。 l正齒輪及斜齒齒輪的彎曲強度計算公式 在輪齒上作用了超過極限值的力時，如圖所示輪齒會從齒根部出現(xiàn)裂痕以致造成輪齒斷裂。彎曲強度計算公式如下所示。 l正齒輪及斜齒齒輪的彎曲強度計算公式（二） 從上面的

25、公式中我們可以看到，如果要提高齒輪的彎曲強度，我們需要將分母減小、分子增大?？梢允褂玫姆椒ㄓ校簂使用高強度材料（容許齒根彎曲應(yīng)力增加）l增大齒輪體積（大模數(shù)、寬齒面）l高強度齒形（減少齒形系數(shù)，大壓力角、正變位）l提高重合率（減少重合度系數(shù)，小壓力角、增加齒高）l提高齒輪精度 l正齒輪及斜齒齒輪的齒面強度計算公式 齒面強度是基于齒面的接觸應(yīng)力計算輪齒抵抗點蝕（Pitting）發(fā)生的強度。l正齒輪及斜齒齒輪的齒面強度計算公式（二） 相對齒面強度的容許圓周力Ftlim公式如下： 從公式我們可以看到，提高齒面強度的方法有：使用淬火處理的硬質(zhì)材料（增大容許接觸應(yīng)力）、增大齒輪體積（大節(jié)圓直徑、增加有效

26、齒寬）、提高重合率（減少重合度系數(shù)）提高齒輪精度。l高精度齒輪的條件l齒輪的表面處理 齒輪的表面處理是為了改善材料的表面狀態(tài)而進行的處理加工。主要是為了：l提高耐腐蝕性能和防銹效果。l提高耐磨性能l提高表面粗糙度（表面更光滑）l表面更光潔、美觀l其它（提高疲勞強度） l常見的表面處理l鍍鋅 為了提高金屬的防銹能力。隨著鉻酸鹽鈍化處理的進步，外觀性能也有了很大的提高。鍍層厚度一般為225m左右。 l化學(xué)鍍鎳 化學(xué)鍍鎳的耐腐蝕性能、耐磨損性能高，鍍鎳過程中不通電、無電解，鍍膜厚度均勻（310m），適合使用在形狀復(fù)雜、尺寸要求精度高的產(chǎn)品上。 l常見的表面處理（二）l發(fā)黑處理（表面氧化） 即堿性氧化

27、處理。將金屬置于堿性處理液中加熱到140后，金屬本身發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在其表面形成黑色皮膜。皮膜有防銹作用，厚度在3m以下，主要化學(xué)成分為四氧化三鐵。 l磷化處理 即磷酸鹽處理。將金屬浸入加熱后的磷酸鹽溶液中進行化學(xué)處理，使金屬表面形成磷酸鹽保護膜。利用錳系磷化處理液處理后的皮膜厚度為315m左右，防銹性能好，同時具有很高的耐磨性和潤滑作用，所以多使用在滑動零部件的處理上。 l常見的表面處理（三）l固體潤滑處理 在不能使用潤滑油脂的地方可以考慮使用固體潤滑處理。只需將固體潤滑劑噴射到齒輪的輪齒表面，粘附在表面的潤滑劑干燥后形成皮膜。潤滑劑中的二硫化鉬顆粒滲入到金屬組織中起潤滑作用。特別是在齒輪的初

28、期跑合用或防止由于微小的摩擦動作引起的微動腐蝕上發(fā)揮其潤滑作用。 lWPC處理 對提高金屬的疲勞強度及滑動性能有效。需要注意的是，WPC處理提高金屬的抗疲勞強度但不改變金屬的抗彎曲強度。處理方法為用40200m的微粒介質(zhì)以100m/s以上的速度對齒輪等金屬進行噴射。因為噴射速度快，所以當(dāng)介質(zhì)撞擊金屬時會產(chǎn)生瞬時高溫，致使金屬表面的結(jié)晶融化，而后快速冷卻，是金屬表面的結(jié)晶變細，并且?guī)缀醪划a(chǎn)生尺寸變化（尺寸變化只有12m）。 l齒輪的加工方法齒輪的加工方法l使用滾刀切削斜齒齒輪的輪齒 滾刀呈螺紋狀，滾刀與斜齒齒輪邊做嚙合旋轉(zhuǎn)，邊連續(xù)切削。正齒輪及蝸輪也同樣可以使用滾刀進行切削。 l使用齒條銑刀加工

29、齒條的輪齒 下圖為正在切削中的齒條，斜齒齒條也同樣可使用齒條刀具切齒，可同時切削多個輪齒。 l使用小齒輪型刨齒刀切削正齒輪的輪齒 小齒輪刨齒刀的形狀與正齒輪相同 小齒輪刨齒刀切齒時，與正齒輪邊做嚙合旋轉(zhuǎn)邊連續(xù)切削。 內(nèi)齒輪也是用小齒輪刨齒刀切削。 l使用蝸桿刀具切削蝸桿的輪齒 下圖為正在切齒中的蝸桿。蝸桿刀具是普通的銑刀，與其它的齒輪相比，加工時間長. l使用CONIFLEX刀具加工直齒傘形齒輪的輪齒 上下二片一組的CONIFLEX刀具邊旋轉(zhuǎn)邊切齒。照片中的刀具是一組刀具中的下片。可以制作出重合度高、噪音低的齒輪。 l使用弧齒傘形齒輪刀具切削弧齒傘形齒輪的輪齒 加工右旋弧齒傘形齒輪的輪齒時的照

30、片，刀具為王冠型。 l使用螺紋裝砂輪研磨斜齒齒輪的輪齒 正齒輪也可使用同樣的方法磨削。因為螺紋非常多，所以加工效率高。 l使用薄型圓盤狀砂輪研磨蝸桿 砂輪高速旋轉(zhuǎn)，磨制出高精度的蝸桿。l使用砂輪研磨齒條 齒條的磨齒加工，在一年室溫保持在20的恒溫室中進行。砂輪的形狀為圓盤狀。制作高精度的研磨齒條，需要高水準(zhǔn)的技術(shù)與豐富的經(jīng)驗。 l注塑成型 將經(jīng)過加熱的塑料材注入到精密的齒輪模具中成型的加工方法。大批量生產(chǎn)可以降低生產(chǎn)成本。因為模具的造價高，所以不適合小批量生產(chǎn)。 l燒結(jié) 在金屬模具中將金屬粉末壓縮、成型、燒結(jié)、硬化的加工方法。大批量生產(chǎn)時可以降低生產(chǎn)成本。因為模具造價高，所以小批量生產(chǎn)時一般不

31、采用燒結(jié)的方式。 l滾壓 使用一對（2個）滾絲輪。將原材料夾在兩個滾絲輪之間，邊施加外力邊旋轉(zhuǎn)原材，使原材的表面變形形成齒形。 l沖壓 對板材及棒材施加沖力，使之變形后制成的產(chǎn)品。產(chǎn)品的加工周期短，但是所使用的模具造價高。 l各種齒輪的加工工藝流程 l正齒輪的生產(chǎn)工藝流程 l齒條的生產(chǎn)工藝流程 l傘形齒輪的生產(chǎn)工藝流程 l蝸桿的生產(chǎn)工藝流程 l齒輪的使用 不適當(dāng)?shù)凝X輪裝配與潤滑是引起意想不到的麻煩的主要原因。在這里，我們將重點介紹一些齒輪的正確裝配方法及正確選擇潤滑油的方法。 l齒輪的裝配與確認(rèn) 齒輪是旋轉(zhuǎn)零件。請充分考慮安全，將齒輪確實地固定在軸上。另外由于齒輪的形狀及輪齒的螺旋，齒輪在嚙合

32、旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生軸向力（推力），需要特別注意齒輪不在軸向產(chǎn)生移動。 l正齒輪的裝配與確認(rèn) 正齒輪雖然不產(chǎn)生軸向推力，但是組裝時需注意旋轉(zhuǎn)中的齒輪側(cè)面不與軸承架等接觸，確實可靠地將齒輪固定在軸上。還有，與配對齒輪的嚙合處如果發(fā)生偏離會對強度產(chǎn)生影響，請一定正確地安裝在設(shè)定的位置。 右圖的順序號在軸承架上裝配正齒輪的順序。 l齒條和小齒輪的安裝與確認(rèn) 因為齒條和小齒輪使用在直線齒頂裝置中，所以齒條和小齒輪的組裝距離在任意位置都能保持一定的高精度組裝非常的重要。另外，因為小齒輪多采用懸臂支撐與軸承聯(lián)接，所以需要特別注意輪齒不出現(xiàn)片面接觸。 右圖的序號是在支架上安裝齒條的順序 l錐齒輪的安裝與確認(rèn) 錐齒輪使

33、用在輸入軸與輸出軸在某一點相交的交叉軸上。大多數(shù)情況下齒輪為單臂支撐。在這種場合下，需要注意盡量避免軸部發(fā)生彎曲。所以應(yīng)盡量增加軸徑以提高剛性，軸承也應(yīng)盡量靠近齒輪安裝。還有錐錐齒輪成圓錐形狀，旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生軸向力（推力）。特別是弧齒錐齒輪，隨旋轉(zhuǎn)方向和輪齒螺旋方向的變化推力發(fā)生變化，請對推力進行計算后選擇適當(dāng)?shù)妮S承。l錐齒輪的安裝與確認(rèn)（二） l錐齒輪的安裝與確認(rèn)（二） l錐齒輪的安裝與確認(rèn)（三） 錐齒輪在組裝時請務(wù)必確認(rèn)輪齒接觸。根據(jù)輪齒接觸的狀態(tài)可以確認(rèn)組裝誤差。組裝誤差包括：組裝距離誤差、偏心誤差、軸角誤差。組裝精度低是引起異常噪音和磨損的原因。請邊調(diào)整齒輪的安裝位置邊組裝齒輪。 l錐齒輪

34、的安裝與確認(rèn)（四） l渦輪蝸桿的安裝與確認(rèn) 因為渦輪蝸桿隨旋轉(zhuǎn)方向及螺旋方向的不同軸向力（推力）發(fā)生變化，所以請計算推力懸著使用適合的軸承。 特別是蝸桿，因為承受很大的推力，所以使用止推軸承或圓錐滾子軸承將蝸桿與軸固定使之在推力方向不產(chǎn)生移動是非常重要的。 軸承的選擇錯誤或組裝錯誤會引起異常磨損或其它預(yù)想不到的故障發(fā)生。請一定特別注意正確選擇并裝配軸承。 l渦輪蝸桿的安裝與確認(rèn)（二）l渦輪蝸桿的安裝與確認(rèn)（三） 組裝渦輪蝸桿時必須確認(rèn)輪齒接觸狀況與側(cè)隙。組裝狀態(tài)的良否將直接左右齒面的磨耗度。 組裝時，請確認(rèn)以下所列各項目的齒接觸狀態(tài)及側(cè)隙后加以使用。 l渦輪蝸桿的安裝與確認(rèn)（四）l齒輪的潤滑方法 齒輪是否有良好的潤滑將會影響到齒輪的耐久性及噪音。齒輪的潤滑方法大致可以分為以下三類。l潤滑脂潤滑法。l飛濺潤滑法（油浴式）l強制潤滑法（循環(huán)噴油方式） 選擇潤滑方法主要是根據(jù)齒輪的圓周速度（m/s）及轉(zhuǎn)速（rpm）等作為基準(zhǔn)。根據(jù)圓周速度的大小對三種潤滑法進行分類的話，一般為低速下使用潤滑脂潤滑法、中速使用飛濺潤滑法、高速使用強制潤滑法。但是這只是個大致的基準(zhǔn)，比如因為維護保養(yǎng)等理由，在圓周速度達到很高的情況下也有使用潤滑脂潤滑的實例。 l