漸開線斜齒圓柱齒輪的工藝和工裝設計

1、山西煤炭職業(yè)技術學院2014屆畢業(yè)生畢業(yè)設計 說明書專 業(yè) 機械制造與自動化班 級 機制331102班姓 名 王琨學 號 指導教師 裴保家 學習年限 2011年9月至2014年6月二一四年六月畢業(yè)設計任務書計算機信息系 機械制造與自動化專業(yè) 機制331102班 姓名：王琨 學號：題目：漸開線斜齒圓柱齒輪工藝及工裝設計 （年生產(chǎn)1000件、備品率3%、廢品率0.5%）任務下達日期： 2014 年 1 月 7 日任務完成日期： 2014 年 6 月 6 日主要內(nèi)容與目標：一、設計題目：漸開線斜齒圓柱齒輪工藝與工裝設計二、主要內(nèi)容：（一）明確生產(chǎn)類型，熟悉零件及各種資料，對零件進行工藝分析；（二）繪

2、制零件圖。（三）確定毛坯的制造形式，尺寸公差與加工余量；1.毛坯種類2.鑄件或鍛件制造方法的選擇3.鑄件或鍛件的尺寸公差與加工余量（四）擬訂機械加工工藝路線1.定位基準的選擇2.加工方法的確定3.加工順序的安排4.熱處理、檢驗及其他工序的安排 （據(jù)上述步驟1-4確定二套加工工藝路線，并進行比較，選擇其中一套作為本零件的加工工藝）。（五）確定滿足各工序要求的工藝裝備（機床、刀具、夾具、量具）對需要改裝或重新設計的專用工藝裝備應提出具體的設計要求。（六）確定各工序的加工余量、計算工序尺寸和公差（七）確定切削用量（八）填寫工藝文件（九）提交文件1.產(chǎn)品零件圖 1張 2.產(chǎn)品毛坯圖1張3.機械加工工藝

3、過程卡片1份 4.機械加工工序卡片1份5.夾具設計裝配總圖* 1張 6.畢業(yè)設計說明書 1份三、目標通過零件的加工工藝設計，讓學生熟悉零件工藝設計過程，初步掌握設計方法和步驟，為學生畢業(yè)后能勝任工作打下基礎。指導教師（簽字）： 年 月 日學生（簽字）： 年 月 日畢業(yè)設計指導教師審閱書計算機信息系 機械制造與自動化專業(yè) 機制331102班 姓名：王琨 學號： 題目：漸開線斜齒圓柱齒輪工藝及工裝設計 （年生產(chǎn)1000件、備品率3%、廢品率0.5%）審閱意見：審閱成績：指導教師（簽字）： 年 月 日 畢業(yè)設計評閱教師評閱書計算機信息系 機械制造與自動化專業(yè) 機制331102班 姓名：王琨 學號：題

4、目：漸開線斜齒圓柱齒輪工藝及工裝設計 （年生產(chǎn)1000件、備品率3%、廢品率0.5%）評閱意見：評閱成績：評閱人（簽字）： 年 月 日 畢業(yè)設計答辯評定書計算機信息系 機械制造與自動化專業(yè) 機制331102 班 姓名：王琨 學號： 題目：漸開線斜齒圓柱齒輪工藝及工裝設計 （年生產(chǎn)1000件、備品率3%、廢品率0.5%）提出問題回答問題正確基本正確有一般性錯誤有原則性錯誤回答不清1.2.3.4.5.6.評定意見：答辯成績： 答辯小組組長（簽字）： 年 月 日答辯等級： 100優(yōu)秀90；90良好80；80中等70；70合格60；不及格60山西煤炭職業(yè)技術學院畢業(yè)答辯委員會主任委員（簽字）： 年 月

5、 日 概 述齒輪是機械行業(yè)量大面廣的基礎件，廣泛應用于機床，汽車，摩托車，農(nóng)機，建筑機械，工程機械，航空，兵器，工具等領域，而且對加工精度，效率和柔性提出了越來越高的要求。齒輪加工技術的發(fā)展有四個階段，分別是：公元前400-200年的手工制作階段，18世紀后的機械仿形階段，19世紀后的機械范成加工階段以及20世紀80年代至今的數(shù)控技術加工階段。齒輪現(xiàn)在在國內(nèi)絕大部分仍采用普通機床加工，精度難以提高。據(jù)有關資料顯示，到1995年底，我國擁有齒輪機床79485臺，其中數(shù)控齒輪加工機床僅385臺。齒輪加工機床設備陳舊，其中53的機床已使用16年以上，已使用了615年的機床占31，只有不到16的機床使

6、用年限不到15年。而對齒輪特別是汽車齒輪制造要求也不斷提高，在我國，由于齒輪的質(zhì)量不能達到圖紙要求，致使齒輪箱噪音大，壽命短，從而嚴重制約了整機的質(zhì)量，這點在汽車行業(yè)表現(xiàn)得尤為嚴重。為了滿足對齒輪加工中質(zhì)量和加工效率得要求，從1995年以來大量進口數(shù)控齒輪加工機床。近幾年，齒輪加工技術在發(fā)展的過程中涌現(xiàn)了一些新工藝：磨料流光整加工工藝，磨-珩聯(lián)合工藝。相信在不久的將來，齒輪加工技術必定會朝著數(shù)控化、智能化、高速化、集成化、環(huán)?；姆较虬l(fā)展。關鍵詞：齒輪、機床、機械目 錄第一章 齒輪結構分析1第二章 齒輪毛坯材料確定2第三章 齒輪介紹及漸開線斜齒圓柱齒輪8第四章 齒輪加工方法13第5章 斜齒圓柱

7、齒輪軸的工藝分析17第6章 加工余量25第七章 夾具、刀具、量具27第八章 切削用量的選擇致謝29致謝 30第一章零件結構分析1.零件結構特點:零件是一礦用刮板傳動齒輪，零件的模數(shù)Mn為3.5；齒數(shù)為63；da=234.25；df=218.5；=14°；齒輪旋向為左旋。零件一端加工出234.25h11，齒數(shù)為63，模數(shù)3.5的齒輪，另一端凸臺為85H6的內(nèi)孔有一鍵槽，具體見圖1.1所示。 圖1-12. 零件的工藝分析2.1齒輪機構傳動比恒定，壽命長，可靠性高。2.2齒輪機構傳遞的功率和圓周率速度分別可達到100000kw、300m/s2.3齒輪機構能夠?qū)崿F(xiàn)平行軸和不平行軸之間的傳動。

8、 第二章、齒輪毛坯材料的合理選擇在加工之前，為了保證齒輪工作的可靠性，提高其使用壽命，齒輪的材料及其熱處理應根據(jù)實際的工作條件和材料的特點來選取。在本文的一些條件下，對齒輪材料的基本要求是：應使齒面具有足夠的硬度和耐磨性，齒心具有足夠的韌性，以防止齒面的各種失效，同時應具有良好的冷、熱加工的工藝性，以達到齒輪的各種技術要求?？梢灾赖氖牵Ｓ玫凝X輪材料為各種牌號的優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼、合金結構鋼、鑄鋼、鑄鐵和非金屬材料等。一般多采用鍛件或軋制鋼材。當齒輪結構尺寸較大，輪坯不易鍛造時，可采用鑄鋼。開式低速傳動時，可采用灰鑄鐵或球墨鑄鐵。低速重載的齒輪易產(chǎn)生齒面塑性變形，輪齒也易折斷，宜選用綜合性能較好

9、的鋼材。高速齒輪易產(chǎn)生齒面點蝕，宜選用齒面硬度高的材料。受沖擊載荷的齒輪，宜選用韌性好的材料。對高速、輕載而又要求低噪聲的齒輪傳動，也可采用非金屬材料、如夾布膠木、尼龍等。1滿足材料的機械性能在加工過程中，如果齒根部受到大彎曲應力，可能產(chǎn)生齒面或齒體強度失效；如果齒面各點都有相對滑動，會產(chǎn)生磨損。齒輪主要的失效形式有齒面電蝕、齒面膠合、齒面塑性變形和輪齒折斷等。因此我們要求齒輪材料有高的彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度，齒面要有足夠的硬度和耐磨性，芯部要有一定的強度和韌性。2滿足材料的工藝性能 材料的工藝性能是指材料本身能夠適應各種加工工藝要求的能力。 齒輪的制造要經(jīng)過鍛造、切削加工和熱處理等幾種加

10、工，因此選擇材料時要特別注意材料的工藝性能。一般來說，碳鋼的鍛造、切削加工等工藝性能較好，其機械性能可以滿足一般工作條件的要求，但強度不高，淬透性較差。而合金鋼淬透性好、強度高，但鍛造、切削加工性能較差。我們可以通過改變工藝規(guī)程、熱處理方法等途徑來改善材料的工藝性能。3材料的經(jīng)濟性要求在滿足使用性能的前提下，選用齒輪材料還應該注意盡量降低零件的總成本。從材料本身價格來考慮，碳鋼和鑄鐵的價格比較低廉，因此在滿足零件機械性能的前提下選用碳鋼和鑄鐵，不僅具有較好的加工工藝性能，而且可以降低成本。從齒輪生產(chǎn)過程的耗費來考慮。首先，采用不同的熱處理方法相對加工費用也不一樣。其次，通過改進熱處理工藝也可以

11、降低成本 。 4齒輪的材料及熱處理材料成形原理與工藝中對齒輪材料的基本要求如下：齒面要硬,齒芯要韌易于加工及熱處理軟齒面齒輪齒面配對硬度差為30-50HBS常用的齒輪材料及其熱處理方法有：（1）中碳鋼(如45鋼)進行調(diào)質(zhì)或表面淬火，綜合力學性能較好，用于低速、輕載或中載的一些不重要的齒輪。（2）合金調(diào)質(zhì)鋼(如40Cr)進行調(diào)質(zhì)或表面淬火，綜合力學性能更好，且熱處理變形小，適用于中速、中載及精度要求較高的齒輪。（3）合金滲碳鋼(如20Cr，20CrMnTi)進行滲碳淬火或液體碳氮共滲，齒面硬度可達58HRC，且心部有較高韌性，適用于高速、中載和或有沖擊載荷的齒輪（4）鑄鐵及其他非金屬材料(如尼龍

12、、夾布膠木等)。這些材料強度低、易加工，適用于一些輕載的齒輪。由于本文用到的齒輪材料為鋼制齒輪，因此主要介紹一下它的的熱處理方法（本篇文章的加工工藝過程的選用中需要用到的熱處理方法是正火和調(diào)質(zhì)）：a.表面淬火表面淬火常用于中碳鋼和中碳合金鋼，如 45、 40Cr鋼等。表面淬火后，齒面硬度一般為4055HRC。特點是抗疲勞點蝕、抗膠合能力高。耐磨性好；由于齒心部分未淬硬，齒輪仍有足夠的韌性，能承受不大的沖擊載荷。 b.滲碳淬火滲碳淬火常用于低碳鋼和低碳含金鋼，如 20、 20Cr鋼等。滲碳淬火后齒面硬度可達5662HRC，而齒輪心部仍保持較高的韌性，輪齒的抗彎強度和齒面接觸強度高，耐磨性較好，常

13、用于受沖擊載荷的重要齒輪傳動。齒輪經(jīng)滲碳淬火后，輪齒變形較大，應進行磨削加工。 c.滲氮 滲氮是一種表面化學熱處理。滲氮后不需要進行其他熱處理，齒面硬度可達700900HV。由于滲氮處理后的齒輪硬度高，工藝溫度低，變形小，故適用于內(nèi)齒輪和難以磨削的齒輪，常用于含鉛、鉬、鋁等合金元素的滲氮鋼，如38CrMoAl等。 d.調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)一般用于中碳鋼和中碳合金鑰，如45、40Cr、35SiMn鋼等。調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度一般為220280HBS。因硬度不高，輪齒精加工可在熱處理后進行。e.正火正火能消除內(nèi)應力，細化晶粒，改善力學性能和切削性能。機械強度要求不高的齒輪可采用中碳鋼正火處理，大直徑的齒輪可采用鑄

14、鋼正火處理。 表2-1 常用齒輪材料及其力學性能類別材料牌號熱處理方法抗拉強度b/MPa屈服點s/MPa硬度HBS或HRC優(yōu)質(zhì)碳素鋼35正火500270150180HBS調(diào)質(zhì)550294190230 HBS45正火588294169217 HBS調(diào)質(zhì)647373229286 HBS表面淬火4050 HRC50正火628373180220 HBS合金結構鋼40Cr調(diào)質(zhì)700500240258 HBS表面淬火4855 HRC35SiMn調(diào)質(zhì)750450217269 HBS表面淬火4555 HRC40MnB調(diào)質(zhì)735490241286 HBS表面淬火4555 HRC20Cr滲碳淬火后回火637392

15、5662 HRC20CrMnTi10798345662HRC38CrMnAlA滲氮980834850HV鑄鋼ZG45正火580320156217 HBSZG55650350169229 HBS灰鑄鐵HT300300185278 HBSHT350350202304 HBS球墨鑄鐵QT600-3600370190270 HBSQT700-2700420225305 HBS非金屬夾布膠木1002535 HBSv5齒輪的技術要求齒輪本身的制造精度，對整個機器的工作性能、承載能力及使用壽命都有很大的影響。根據(jù)其使用條件，齒輪傳動應滿足以下幾個方面的要求。 （1）傳遞運動準確性 我們要求齒輪能較準確地傳遞

16、運動并使傳動比恒定。即要求齒輪在一轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)角誤差不超過一定范圍。 （2）傳遞運動平穩(wěn)性 我們要求齒輪傳遞運動平穩(wěn)，以減小沖擊、振動和噪聲。即要求限制齒輪轉(zhuǎn)動時瞬時速比的變化。 （3） 載荷分布均勻性 我們要求齒輪工作時，齒面接觸要均勻，以使齒輪在傳遞動力時不致因載荷分布不勻而使接觸應力過大，引起齒面過早磨損。接觸精度除了包括齒面接觸均勻性以外，還包括接觸面積和接觸位置。 （4）傳動側隙的合理性 我們要求齒輪工作時，非工作齒面間留有一定的間隙，以貯存潤滑油，補償因溫度、彈性變形所引起的尺寸變化和加工、裝配時的一些誤差。 由于齒輪的制造精度和齒側間隙主要根據(jù)齒輪的用途和工作條件而定。在實際運用中：

17、對于分度傳動用的齒輪，主要要求齒輪的運動精度較高；對于高速動力傳動用齒輪，為了減少沖擊和噪聲，對工作平穩(wěn)性精度有較高要求；對于重載低速傳動用的齒輪，則要求齒面有較高的接觸精度，以保證齒輪不致過早磨損；對于換向傳動和讀數(shù)機構用的齒輪，則應嚴格控制齒側間隙，必要時，須消除間隙。 6齒輪毛坯由于齒輪毛坯的選擇取決于齒輪的材料、結構形式與尺寸、使用條件及生產(chǎn)批量等因素。常用的齒輪毛坯有：(1)下料件用于一些不重要，受力不大且尺寸較小，結構簡單的齒輪。（由于實際需求，本文使用的就是下料件）(2)鍛件用于重要而受力較大的齒輪。(3)鑄鋼件用于直徑大或結構形狀復雜，不宜鍛造的齒輪。(4)鑄鐵件用于受力小，無

18、沖擊的開式傳動的齒輪。 結論：最終選擇45鋼，因為本齒輪為批量生產(chǎn)所以使用模鍛方法獲得毛坯。一般煤礦都使用軟齒面，因為軟齒是存在齒面點蝕而硬齒面存在齒面折斷的問題會影響煤礦生產(chǎn)安全。最終熱處理為：鍛造毛坯后正火消除內(nèi)應力，細化組織，改善切削性能（最佳切削硬度170-230）。進行一部分工序后表面淬火，提高硬度。第三章 齒輪介紹及漸開線斜齒圓柱齒輪3.1 齒輪的功用與結構特點 齒輪傳動在現(xiàn)代機器和儀器中的應用極為廣泛，其功用是按規(guī)定的速比傳遞運動和動力。齒輪的結構由于使用要求不同而具有各種不同的形狀，但從工藝角度可將齒輪看成是由齒圈和輪體兩部分構成。按照齒圈上輪齒的分布形式，可分為直齒、斜齒、人

19、字齒等；按照輪體的結構特點，齒輪大致分為盤形齒輪、套筒齒輪、軸齒輪、扇形齒輪和齒條等等，如圖31所示。圖3-1圓柱齒輪的結構形式在上述各種齒輪中，以盤形齒輪應用最廣。盤形齒輪的內(nèi)孔多為精度較高的圓柱孔和花鍵孔。其輪緣具有一個或幾個齒圈。單齒圈齒輪的結構工藝性最好，可采用任何一種齒形加工方法加工輪齒；雙聯(lián)或三聯(lián)等多齒圈齒輪(圖91b、c)。當其輪緣間的軸向距離較小時，小齒圈齒形的加工方法的選擇就受到限制，通常只能選用插齒。如果小齒圈精度要求高，需要精滾或磨齒加工，而軸向距離在設計上又不允許加大時，可將此多齒圈齒輪做成單齒圈齒輪的組合結構，以改善加工的工藝性。3.2齒輪的技術要求齒輪本身的制造精度

20、，對整個機器的工作性能、承載能力及使用壽命都有很大的影響。根據(jù)其使用條件，齒輪傳動應滿足以下幾個方面的要求。3.2.1傳遞運動準確性要求齒輪較準確地傳遞運動，傳動比恒定。即要求齒輪在一轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)角誤差不超過一定范圍。3.2.2傳遞運動平穩(wěn)性要求齒輪傳遞運動平穩(wěn)，以減小沖擊、振動和噪聲。即要求限制齒輪轉(zhuǎn)動時瞬時速比的變化。3.2.3載荷分布均勻性要求齒輪工作時，齒面接觸要均勻，以使齒輪在傳遞動力時不致因載荷分布不勻而使接觸應力過大，引起齒面過早磨損。接觸精度除了包括齒面接觸均勻性以外，還包括接觸面積和接觸位置。3.2.4傳動側隙的合理性要求齒輪工作時，非工作齒面間留有一定的間隙，以貯存潤滑油，補償

21、因溫度、彈性變形所引起的尺寸變化和加工、裝配時的一些誤差。齒輪的制造精度和齒側間隙主要根據(jù)齒輪的用途和工作條件而定。對于分度傳動用的齒輪，主要要求齒輪的運動精度較高；對于高速動力傳動用齒輪，為了減少沖擊和噪聲，對工作平穩(wěn)性精度有較高要求；對于重載低速傳動用的齒輪，則要求齒面有較高的接觸精度，以保證齒輪不致過早磨損；對于換向傳動和讀數(shù)機構用的齒輪，則應嚴格控制齒側間隙，必要時，須消除間隙。B10095?88中對齒輪及齒輪副規(guī)定了12個精度等級，從112順次降低。其中12級是有待發(fā)展的精度等級，35級為高精度等級，68級為中等精度等級，9級以下為低精度等級。每個精度等級都有三個公差組,分別規(guī)定出各

22、項公差和偏差項目，見表3-1。表31齒輪公差組公差組公差及偏差項目對傳動性能的影響· Fi、Fp(Fpk)、F”i、Fr、Fw 傳遞運動準確性· fI、ff、fpt、fpb、f”I、fpb 傳動平穩(wěn)性、噪聲、振動F、Fpx承載均勻性3.3漸開線斜齒圓柱輪輪3.3.1齒面形成研究直齒圓柱齒輪時知道，兩輪的齒廓面沿一條平行于齒輪軸的直線KK相接觸，KK與發(fā)生面在基圓柱上的切線NN平行。當發(fā)生面沿基圓柱做純滾動時，直線KK在空間形成的軌跡就是一個漸開面，即直齒輪的齒廓曲面，如圖3-2示。圖3-2 直齒齒輪漸開線的形成斜齒圓柱齒輪齒面的形成原理和直齒圓柱齒輪的情況相似，所不同的是發(fā)

23、生面上的直線KK與直線NN不平行，即與齒輪軸線不平行面是與基圓桿母線NN成一夾角b。故當發(fā)生面沿基圓柱作純滾動時，直線KK上的每一點都依次從基圓柱面的接觸點開始展成一條漸開線，而直線KK上各點所展成的漸開線的集合就是斜齒輪的齒面。由此可知，斜齒輪齒廓曲面與齒輪瑞面(與基圓柱軸線垂直的平面)上的交線(即端面上的齒廓曲線)仍是漸開線。而且由于這些漸開線有相同的基圓柱，所以它們的形狀都是一樣的，只是展成的起始點不同面己，即起始點依次處于螺旋線K0K0上的各點。所以其齒面為漸開螺旋面，如圖3-3示。由此可見斜齒圓柱齒輪的端面齒廓曲線仍為漸開線?？蓪⒅饼X圓柱齒輪看成斜齒圓柱齒輪的一個特例。從端面看，一對

24、漸開線斜齒輪傳動就相當于一對漸開線直齒輪傳動，所以它也滿足齒廓嚙合基本定律。圖3-3 斜齒齒輪的漸開線形成斜齒圓柱齒輪傳動和直齒圓柱齒輪傳動一樣，僅限于傳遞兩平行軸之間的運動。如果兩斜齒輪分度圓上的螺旋角不是大小相等且方向相反，則這樣的一對斜齒輪還可以用來傳遞既不平行又不相交的兩軸之間的運動。為了便于區(qū)別，把用于傳遞兩平行軸之間的運動，稱為斜齒圓柱齒輪傳動；用于傳遞兩交鍺軸之間的運動，稱為交錯軸斜齒輪傳動。斜齒圓柱齒輪傳動中的兩輪齒嚙合為線接觸，而交錯軸斜齒輪傳動中的兩輪齒嚙合為點接觸。一對斜齒圓柱齒輪嚙合時，齒面上的接觸線是由一個齒輪的一端齒頂(或齒根)處開始逐漸由短變長，再由長變短，至另一

25、端的齒根(或齒頂)處終止。這樣就減少了傳動時的沖擊和噪聲，提高了傳動的平穩(wěn)性，故斜齒輪適用于重載、高速傳動。圖3-4 斜齒輪嚙合總之：斜齒輪的輪齒為螺旋形，在垂直于齒輪軸線的端面（下標以t表示）和垂直于齒廓螺旋面的法面（下標以n表示）上有不同的參數(shù)。斜齒輪的端面是標準的漸開線，但從斜齒輪的加工和受力角度看，斜齒輪的法面參數(shù)應為標準值。3.3.2斜齒圓柱齒輪的參數(shù)及幾何尺寸計算螺旋角圖4所示為斜齒輪分度圓柱面展開圖，螺旋線展開成一直線，該直線與軸線的夾角稱為斜齒輪在分度圓柱上的螺旋角，簡稱斜齒輪的螺旋角。圖3-5 斜齒輪分度圓柱面展開圖旋向有左右之分，角度也有正負之分。旋向的判斷方法：沿齒輪軸線

26、方向觀看齒輪，輪齒向左偏為左旋齒輪，向右偏為右旋齒輪，如圖5所示。圖3-6旋向區(qū)分左旋 右旋螺旋角：對于基圓柱同理可得其螺旋角b：所以有通常用分度圓上的螺旋角斜進行幾何尺寸的計算。螺旋角越大，輪齒就越傾斜，傳動的平穩(wěn)性也越好，但軸向力也越大。通常在設計時取8°20° 。對于人字齒輪，其軸向力可以抵消，但加工較為困難，一般用于重型機械的齒輪傳動中。模數(shù)如圖3-7所示，為端面齒距，為法面齒距，因為，故端面模數(shù)與法面模數(shù)關系為：。圖3-7參數(shù)之間的關系壓力角因斜齒圓柱齒輪和斜齒條嚙合時，它們的法面壓力角和端面壓力角應分別相等，所以斜齒圓柱齒輪法面壓力角和端面壓力角的關系可通過斜齒

27、條得到。在圖7所示的斜齒條中，平面ABD在端面上，平面ACE在法面S上，ACB=90°。在直角ABD、ACE及ABC中，、，所以有：圖3-8 壓力角間的關系齒頂高系數(shù)及頂隙系數(shù)無論從法向或從端面來看，輪齒的齒頂高都是相同的，頂隙也是相同的，即，式中：法面齒頂高系數(shù)，；法面頂隙系數(shù),。3.4 當量齒輪與當量齒數(shù)在用仿形法加工斜齒輪時，銑刀是沿垂直于其法面方向進刀的，故應按法面的齒形來選擇銑刀，在計算輪齒的強度時，由于力是作用在法面內(nèi)，因而也需要知道法面的齒形。漸開線齒輪的齒形取決于其基圓半徑的大小，在模數(shù)、壓力角一定的情況下，基圓的半徑取決于齒數(shù)，即齒形與齒數(shù)有關。因此，在研究斜齒輪的

28、法面齒形時，可以虛擬一個與斜齒輪的法面齒形相當?shù)闹饼X輪，稱這個虛擬的直齒輪為該斜齒輪的當量齒輪；這個當量齒輪的模數(shù)和壓力角即為斜齒輪的法面模數(shù)和壓力角，其齒數(shù)則稱為該斜齒輪的當量齒數(shù)。為了確定斜齒輪的當量齒數(shù)，過斜齒輪分度圓螺旋線上一點C，作該輪齒螺旋線的法向剖面，該剖面與分度圓柱的交線為一橢圓。在此剖面上，點C附近的齒形可近似地視為斜齒輪法面上的齒形；將以橢圓上點C的曲率半徑為半徑所作的圓作為虛擬直齒輪的分度圓，即該斜齒輪的當量齒輪的分度圓，其模數(shù)利壓力角即為斜齒輪的法面模數(shù)和法面壓力角，其齒數(shù)則稱為該斜齒輪的當量齒數(shù)，用表示。圖3-9 當量齒輪與斜齒輪參數(shù)的幾何關系橢圓的長半軸，短半軸，而

29、，故得漸開線標準斜齒圓柱齒輪不發(fā)生根切的最小齒數(shù)式中為當量直齒標準齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)。第四章齒輪加工方案選擇1、齒輪加工方案選擇由于齒輪加工方案的選擇，主要取決于齒輪的精度等級、生產(chǎn)批量和熱處理方法等。下面提出我在選擇齒輪加工方案時的幾條原則，以供參考：1.1對于8級及8級以下精度的不淬硬齒輪，可用銑齒、滾齒或插齒直接達到加工精度要求。1.2對于8級及8級以下精度的淬硬齒輪，需在淬火前將精度提高一級，其加工方案可采用：滾（插）齒齒端加工齒面淬硬修正內(nèi)孔。1.3對于67級精度的不淬硬齒輪，其齒輪加工方案：滾齒剃齒。1.4對于67級精度的淬硬齒輪，其齒形加工一般有兩種方案：1.4.1剃珩磨方

30、案滾（插）齒齒端加工剃齒齒面淬硬修正內(nèi)孔珩齒。1.4.2磨齒方案滾（插）齒齒端加工齒面淬硬修正內(nèi)孔磨齒。剃珩方案生產(chǎn)率高，廣泛用于7級精度齒輪的成批生產(chǎn)中。磨齒方案生產(chǎn)率低，一般用于6級精度以上的齒輪。1.4.3對于5級及5級精度以上的齒輪，一般采用磨齒方案。1.4.4對于大批量生產(chǎn)，用滾（插）齒冷擠齒的加工方案，可穩(wěn)定地獲得7級精度齒輪。2齒輪加工方法2.1斜齒輪切制原理如圖4-1所示，斜齒輪的齒寬是與軸線有一夾角( ) 的螺旋線，具有一定的導程。加工時除須實現(xiàn)滾切直齒輪的三個基本運動即刀具回轉(zhuǎn)、齒坯回轉(zhuǎn)(分齒)和刀具沿齒坯軸向進給外，齒坯還必須有相應的附加運動(即刀具從A點到a點時，工件的

31、B點應轉(zhuǎn)到a點)。圖4-1 斜齒輪加工時的附加轉(zhuǎn)動滾切斜齒輪附加運動的計算方法有二。其一是以滾刀旋轉(zhuǎn)為基礎，將滾刀視為傳動鏈的首端，將回轉(zhuǎn)工作臺視為末端，如圖4-2 所示。設用右旋滾刀加工右旋斜齒輪，則除分齒運動外，還應有附加運動(即刀從A 點到a點時，工件由a轉(zhuǎn)到B點)，設齒坯導程為H，式中：K滾刀頭數(shù)，通常取1；被加工齒輪的齒數(shù)；滾刀每轉(zhuǎn)沿被加工齒輪軸線的進刀量，單位。圖4-2 以滾刀為基礎的加工（b）加工左旋齒輪因此滾刀轉(zhuǎn)動一轉(zhuǎn)時齒坯的轉(zhuǎn)數(shù)為：當用右旋滾刀加工左旋斜齒輪時， 齒坯也必須有相應的附加運動(即刀具從A點到a時，工件的a點應退至B點)，所以，上式“+”號應變?yōu)椤?”號。綜合兩種

32、情況，有：滾刀轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)，齒坯轉(zhuǎn)過()轉(zhuǎn)。其中，“+”號用于刀具與工件螺旋線方向相同，“-”號用于刀具與工件螺旋線方向相反。其二是以工作臺(工件)旋轉(zhuǎn)為基礎，計算附加運動，如圖4-3所示。設右旋滾刀加工左旋齒輪，若齒坯不作附加運動，則滾刀必須沿軸線從B點至a點平移，其速度為，因滾刀齒分布在滾刀螺旋線上，可使?jié)L刀附加轉(zhuǎn)動代替平行移動，其方向與滾刀旋轉(zhuǎn)速度方向相反，數(shù)值與齒坯有一定傳動比，既當齒坯轉(zhuǎn)過1轉(zhuǎn)時，滾刀除有轉(zhuǎn)動外，還應有附加轉(zhuǎn)動(通常K=1)。即有以工件為基礎計算附加轉(zhuǎn)動時有：齒坯轉(zhuǎn)過1轉(zhuǎn)，滾刀轉(zhuǎn)過()轉(zhuǎn)。其中，+號用于刀具與工件螺旋線方向相反，-號用于刀具與工件螺旋線方向相同。圖4-3 以

33、工作臺為基礎的加工為了便于我們了解齒輪加工，下面我們對齒輪加工的方法進行一個簡單的探討。齒輪加工的關鍵是齒面加工。目前，齒面加工的主要方法是刀具切削加工和砂輪磨削加工。前者由于加工效率高，加工精度較高，因而是目前廣泛采用的齒面加工方法。后者主要用于齒面的精加工，效率一般比較低。按照加工原理，可分為成形法和展成法兩大類。一般情況下:a.加工直齒圓柱齒輪用插齒機b.加工斜齒輪用滾齒機c.加工傘齒輪用刨齒機(滾齒機也可以加工斜齒輪)所選用的刀具由齒輪加工機床決定：b.滾齒機有專用的齒輪滾刀b插齒機有專用的齒輪插刀c.刨齒機有轉(zhuǎn)用的齒輪刨刀以上刀具都是標準件,可以在刀具書中選型(根據(jù)模數(shù))齒輪軸的加工

34、一般用滾齒機就可以加工,選用相應模數(shù)的齒輪滾刀,不需要專門的夾具就可以加工。2.2成形法成形法是采用與被切齒輪齒槽相符的成形刀具加工齒形的方法。用齒輪銑刀在銑床上加工齒輪是常用的成形法加工。2.2.1齒輪銑刀的選擇銑刀應選擇與被加工齒輪模數(shù)、壓力角相等的銑刀。同時按齒輪齒數(shù)根據(jù)下頁表選擇合適號數(shù)的銑刀。刀號12345678加工齒數(shù)范圍12131416172021252634355455134135以上及齒條2.2.2銑削方法我們在銑削的過程中，在臥式銑床上應將齒坯套在心軸上安裝于分度頭和尾架頂尖中，對刀并調(diào)好銑削深度后開始銑第一個槽，銑完一齒退出進行分度，依次逐個完成齒數(shù)的銑削。2.2.3銑齒

35、加工特點1）用普通的銑床設備，且刀具成本低。2）生產(chǎn)效率低。每切完一齒要進行分度，占用較多的輔助時間。3）齒輪精度低。齒形精度只達11-9級。以上主要原因是每號銑刀的刀齒輪廓只與該范圍最少齒槽相吻合，而此號齒輪銑刀加工同組的其它齒數(shù)的齒輪齒形都有一定的誤差。2.3展成法展成法就是利用齒輪刀具與被切齒坯作嚙合運動而切出齒形的方法。主要有以下分類：2.3.1插齒加工插齒加工在插齒機上進行，是相當于一個齒輪的插齒刀與齒坯按一對齒輪作嚙合運動而把齒形切成的?？砂巡妪X過程分解為：插齒刀先在齒坯上切下一小片材料，然后插齒刀退回并轉(zhuǎn)過一小角度，齒坯也同時轉(zhuǎn)過相應角度。之后，插齒刀又下插在齒坯上切下一小片材料

36、。不斷重復上述過程。就是這樣，整個齒槽被一刀刀地切出，齒形則被逐漸地包絡而成。因此，一把插齒刀，可加工相同模數(shù)而齒數(shù)不同的齒形，不存在理論誤差。插齒有以下切削運動:主運動插齒刀的上下往復運動展成運動確保插齒刀與齒坯的嚙合關系的運動圓周進給運動插齒刀的轉(zhuǎn)動，其控制著每次插齒刀的切削量徑向進給量插齒刀須作徑向逐漸切入運動，以便切出全齒深。讓刀運動插齒刀回程向上時，為避免與工件摩擦而使插齒刀讓開一定距離的運動插齒除適于加工直齒圓柱齒輪外，特別適合加工多聯(lián)齒輪及內(nèi)齒輪。插齒加工精度一般為7-8級。齒面粗糙度Ra值為1.6m。2.3.2滾齒加工滾齒是目前應用最廣的切齒方法，滾齒加工原理是滾齒刀和齒坯模擬

37、一對螺旋齒輪作嚙合運動。滾齒刀好比一個齒數(shù)很少（一至二齒）齒很長的齒輪，形似蝸桿，經(jīng)刃磨后形成一排排齒條刀齒。因此，可把滾齒看成是齒條刀對齒坯的加工。這種方法可用一把滾齒刀加工相同模數(shù)不同齒數(shù)的齒輪。不存在理論齒形誤差。滾齒精度一般為79級，當采用高精度滾刀和滾齒機時，可滾切5級精度的齒輪。滾齒時，產(chǎn)生齒輪的基節(jié)偏差較小，而齒形誤差通常較大。滾切直齒圓柱齒輪時有以下運動：1）主運動滾刀的旋轉(zhuǎn)運動。2）展成運動是保證滾齒刀和被切齒輪的轉(zhuǎn)速必須符合所模擬的一對齒輪的嚙合運動關系。即滾刀轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，工件轉(zhuǎn)K/Z轉(zhuǎn)。其中：K是滾刀的頭數(shù)，Z為齒輪齒數(shù)。3）垂直進給運動要切出齒輪的全齒寬，滾刀須沿工件軸向作

38、垂直進給運動滾齒加工適于加工直齒、斜齒圓柱齒輪。齒輪加工精度為8-7級，齒面粗糙度Ra值為1.6m。在滾齒機上用蝸輪滾刀、鏈輪滾刀還能滾切蝸輪和鏈輪。2.3.3剃齒加工剃齒是用剃齒刀對齒輪的齒面進行精加工的方法。加工原理：剃齒時刀具與工件作一種自由嚙合的展成運動。安裝時，剃齒刀與工件軸線傾斜一個剃齒刀螺旋角。剃齒刀的圓周速度可以分解為沿工件齒向的切向速度和沿工件齒面的法向速度，從而帶動工件旋轉(zhuǎn)和軸向運動，使刀具在工件表面上剃下一層極薄的切屑。同時，工作臺帶動工件作往復運動，以剃削輪齒的全長。1珩齒加工珩齒特點:珩齒的加工原理與剃齒相同，表面粗糙Ra0.40.2m。主要作用是降低齒面粗糙度，生產(chǎn)

39、率高，一般用于大批量加工86級精度的淬火齒輪。2磨齒加工磨齒是獲得高精度齒輪最有效和可靠的方法，既可磨削不淬火的齒輪，又可磨削淬火的齒輪。加工精度可達64級,Ra0.40.2m。3磨削方法分為展成磨削和成形磨削兩大類對于淬硬零件中的孔加工，磨孔是主要的加工方法。內(nèi)孔為斷續(xù)圓周表面（如有鍵槽或花鍵的孔）、階梯孔及盲孔時，常采用磨孔作為精加工。磨孔時砂輪的尺寸受被加工孔徑尺寸的限制，一般砂輪直徑為工件孔徑的0.50.9倍，磨頭軸的直徑和長度也取決于被加工孔的直徑和深度。故磨削速度低，磨頭的剛度差，磨削質(zhì)量和生產(chǎn)率均受到影響。磨孔的方式有中心內(nèi)圓磨削、無心內(nèi)圓磨削。中心內(nèi)圓磨削是在普通內(nèi)圓磨床或萬能

40、磨床上進行。無心內(nèi)圓磨削是在無心內(nèi)圓磨床上進行的，被加工工件多為薄壁件，不宜用夾盤夾緊，工件的內(nèi)外圓同軸度要求較高。這種磨削方法多用于磨削軸承環(huán)類型的零件，1）磨孔用的砂輪直徑受到工件孔徑的限制。約為孔徑的0.59倍，砂輪直徑小則磨耗快，因此經(jīng)常需要修整和更換，增加了輔助時間。2）由于選擇直徑較小的砂輪，磨削時要達到砂輪圓周速度25-30m/s是很困難的。因此，磨削速度比外圓磨削速度低的多，故孔的表面質(zhì)量較低，生產(chǎn)效率也不高。近些年來已制成有100000r/min的風動磨頭，以便磨削12mm直徑的孔。3）砂輪軸的直徑受到孔徑和長度的限制，又是懸臂安裝，故剛性差，容易彎曲和變形，產(chǎn)生內(nèi)圓磨削砂輪

41、軸的偏移，從而影響加工精度和表面質(zhì)量。4）砂輪與孔的接觸面積大，單位面積壓力小，砂粒不易脫落，砂輪顯得硬，工件易發(fā)生燒傷，故應選用較軟的砂輪。5）切削液不易進入磨削區(qū)，排屑較困難，磨屑易積集在磨粒間的空隙中，容易堵塞砂輪，影響砂輪的切削性能。6）磨削時，砂輪與孔的接觸長度經(jīng)常改變。當砂輪有一部分超出孔外時，其接觸長度較短，切削力較小，砂輪主軸所產(chǎn)生的壓移量比磨削孔的中部時為小，此時被磨去的金屬層較多，從而形成“喇叭口”。為了減小或消除其誤差，加工時應控制砂輪超出孔外的長度不大于1/21/3砂輪寬度。內(nèi)圓磨削精度可達IT7，表面粗糙度可達。4齒輪加工的其它方法滾制：齒輪的滾制加工有利用成形法與展

42、成法。利用展成法的滾制是利用齒條與小齒輪、小齒輪與大齒輪、內(nèi)齒輪與小齒輪的嚙合；將淬火硬化的齒條形工具、小齒輪形工具、內(nèi)齒輪形工具按壓于齒輪輪坯，使輪坯滾動，借塑性變形加工成齒形。利用成形法的滾制是用對應于滾制齒輪的齒輪形狀的成形滾制刀具，藉特殊的滾軋加工成形齒形。熱間鍛造：熱間鍛造的主要對象為直齒傘齒輪、螺旋傘齒輪及正齒輪，通常為以非鐵合金為材料的齒輪，可不計加熱之際發(fā)生的氧化皮時，熱間鍛造的精度及表面粗糙度不亞于機械加工。高速鍛造：1957年由美國General Dynamics公司開發(fā)冷間鍛造：主要有利用鍛粗或鍛頭法擴大齒坯尺寸的成形與減少齒坯斷面的擠出成形。沖剪：玩具等不大要求精度的小

43、型板齒輪常用沖剪法作成。普通鑄造：超大型齒輪不得不用鑄造放來加工。直接將熔融的金屬注入鑄模中，凝固后取出，直接使用或機械加工后使用。精密鑄造法：有轂模法、石膏模法等。還有粉末冶金法、射出成形法等齒輪加工方法齒形加工方法比較滾齒、插齒與銑齒比較銑齒采用普通設備和簡單刀具即可加工齒形。但是只能加工119級精度、齒面粗糙度Ra值為6.3m3.2m的齒形。滾齒和插齒的分度精度和齒形精度均較銑齒高，可以加工6級精度、齒面粗糙度值Ra為3.2m1.6m；滾齒和插齒是連續(xù)分度和切削，生產(chǎn)效率比銑齒高。用同一模數(shù)的滾到和插齒刀，可以各種不同齒數(shù)的齒輪，大大減少了刀具數(shù)目，提高了經(jīng)濟效益。滾齒與插齒比較滾齒是刀

44、齒作連續(xù)的旋轉(zhuǎn)切削、切削速度較高，插齒是刃齒作往復運動，限制了切削速度，故滾齒生產(chǎn)率比插齒烙高，滾齒機可以加工直齒、斜齒圓柱齒輪和蝸輪，但不能加工內(nèi)齒輪和相距太近的多聯(lián)齒輪；插齒時播齒刀沿齒全長連續(xù)切出，包絡線數(shù)量也多，而滾齒時輪齒全長是由滾刀多次連續(xù)切出，故插齒的齒面粗糙度值較??；插齒刀的制造、刃磨檢驗壁滾刀方便，易得到高精度，但插齒機分齒傳動鏈比滾齒復雜，因此，加工齒輪的精度基本一樣；插齒機可以加工內(nèi)齒輪和多聯(lián)齒輪,但不能加工蝸輪。表4-1各種齒輪加工工藝比較加工精度生產(chǎn)率齒面光潔度適用范圍滾齒通常加工610，最高能達到4級較高較差通用性大，常用于加工直齒、斜齒的外嚙合圓柱齒輪和蝸桿插齒通

45、常能加工79，最高能達到6級較高較好通用性大，適于加工內(nèi)外嚙合齒輪(包括階梯齒輪)、扇形齒輪、齒條等剃齒能加工57級精度齒輪高，24分鐘便能加工一個齒輪可達810主要用于齒輪滾插預加工后、淬火前的精加工珩齒一般用于加工68級精度齒輪低可達79多用于經(jīng)過剃齒和高頻淬火后，齒形的加工磨齒一90般情況下能達到37級精度較低可達79加工成本較高，多用于齒形淬硬后的精密加工確定機床：本工件加工選用Y3150E型滾齒機（工作臺移動式）第五章 斜齒圓柱齒輪軸的工藝分析一、軸類零件加工的工藝路線由于我們加工的是齒輪軸工件，因此，要對外圓進行加工。外圓加工的基本加工路線可歸納為四條：（1）粗車半精車精車對于一般

46、常用材料，這是外圓表面加工采用的最主要的工藝路線。（2）粗車半精車粗磨精磨對于黑色金屬材料，精度要求高和表面粗糙度值要求較小、零件需要淬硬時，其后續(xù)工序只能用磨削而采用的加工路線。（3）粗車半精車精車金剛石車對于有色金屬，用磨削加工通常不易得到所要求的表面粗糙度，因為有色金屬一般比較軟，容易堵塞沙粒間的空隙，因此其最終工序多用精車和金剛石車。（4）粗車半精粗磨精磨光整加工（5）對于黑色金屬材料的淬硬零件，精度要求高和表面粗糙度值要求很小，常用此加工路二、重點工藝說明1、 本零件的加工的除較多的余量。半精加工：是齒輪工件，材料為45鋼，以公差等級和粗糙度選擇加工工藝。外圓加工的基本加工路線。2、

47、 齒輪毛坯的形成；鍛件、棒料和鑄造。3、 粗加工：切車、滾、插齒。4、 熱處理:調(diào)質(zhì)、滲碳淬火、齒面高頻感應加淬火。5、 精加工：精修基準、精加工齒形。3、 加工工藝過程卡片機械加工工藝過程卡片工序號工序名稱工序內(nèi)容工藝裝備1鍛造毛坯鍛造2熱處理正火3粗車精車外形，各處留加工余量2mm車床4精車精車各處，內(nèi)孔至84.8mm留磨削余量0.2mm，其余至規(guī)定尺寸車床5滾齒滾切齒面，留磨削余量0.25mm滾齒機6倒角倒角至尺寸7鉗工去毛刺8熱處理齒面：HRC529插鍵槽至尺寸插床10磨平面磨床11磨平面磨床12磨內(nèi)孔磨內(nèi)孔至85H5磨床13磨齒齒面磨削齒輪磨床第6章 加工余量確定加工余量的大小對工件

48、的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本均有較大影響。加工余量過大，不僅增加機械加工的勞動量、減低生產(chǎn)率，而且增加了材料、刀具和電力的消耗，提高了加工成本；加工余量過小，則既不能消除前道工序的各種表面缺陷和誤差，又不能補償本工序加工時工件的安裝誤差，造成廢品。因此，合理的確定加工余量。確定加工余量的基本原則是：在保證加工質(zhì)量的前提下，加工余量越小越好。實際工件中，確定加工余量的方法有以下三種：1、 查表法：根據(jù)有關手冊提供的加工余量數(shù)據(jù)，再結合本產(chǎn)品生產(chǎn)實際加以修改后確定加工余量。這個是在各工廠廣泛使用的。2、 經(jīng)驗估價法：根據(jù)有關手冊3、 分析計算法：根據(jù)理論公式和一定的試驗材料，對影響加工余量的各因素

49、進行分析、計算來確定加工余量。這中方法較合理，但需要全面可靠的試驗材料，計算比較復雜。1、齒輪內(nèi)孔毛坯表6-1齒內(nèi)孔尺寸工序名工序余量基本尺寸工序經(jīng)濟精度磨內(nèi)孔0.285H6精車內(nèi)孔283.8毛坯孔2.282.82、齒輪毛坯尺寸由加工工藝確定零件毛坯鍛造采用鍛模尺寸零件單邊加工余量鍛件尺寸227.5h115237.52853860d11570如表6-2所示毛坯圖第七章夾具、刀具、量具1、刀具1.1滾刀漸開線齒輪的齒輪滾刀均為阿基米德整體滾刀，材料為高速鋼，由齒輪模數(shù)m=3.5選用滾刀基本尺寸d=100，L=100,D=401.2車刀切削45鋼，采用YT15硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)刀1.3砂輪外圓磨：陶瓷結

50、合劑CBN砂輪，直徑300mm，寬帶16mm，粒度80100#,濃度20%內(nèi)孔磨：陶瓷CBN砂輪，形狀代號1A8 13*20*62、滾刀轉(zhuǎn)速以及切削速度的關系根據(jù)被切齒輪的材料、硬度、模數(shù)、精度和表面粗糙度選擇粗糙度選擇切削速度V后克根據(jù)公式（I）計算滾刀轉(zhuǎn)速1000·V ·Dn=n滾刀轉(zhuǎn)速D滾刀直徑V切削速度高速鋼標準滾刀粗切齒輪時切削速度模數(shù)（mm）進給量/（mm/工件每轉(zhuǎn)）051.01.52.03.04.05.02-4856050454035303、夾具滾齒夾具一般采用定心加緊裝置，即由夾具底座和心軸組成，同一規(guī)格的夾具底座能安裝不同規(guī)格的心軸磨削外圓選用心軸，磨削內(nèi)

51、孔選用三爪自定心卡盤及砂輪接長軸。車削采用三爪自定心卡盤4、測量用具 車床有分度值為0.02mm的游標卡尺、孔徑75-100mm內(nèi)孔千分尺滾齒齒輪可用單面嚙合齒輪檢查儀器進行檢查。5各車床介紹CA6150參數(shù)型號C6150C6250加工能力床身上最大回轉(zhuǎn)直徑500橫拖板上最大回轉(zhuǎn)直徑330馬鞍上回轉(zhuǎn)直徑700中心距750、1000、1500mm床身寬度360mm主軸主軸孔徑52mm主軸端部尺寸C6主軸錐孔MT6主軸轉(zhuǎn)速范圍（級數(shù)）401400rpm (9Steps) 特殊訂貨1600rpm進給公制螺紋范圍（種數(shù)）0.2514mm (20 Kinds)模數(shù)螺紋范圍（種數(shù)）240/inch徑節(jié)螺紋范圍（種數(shù)）0.53.55mm (11 Kinds)滑板橫滑板行程222mm 小刀架行架95mm車刀桿截面尺寸20*20m尾架尾架套筒錐度MT4尾架套筒直徑65mm尾架套筒行程140mm主電機5.5kw包裝箱尺寸：（長*寬*高）中心距 750mm2220*1150*1590mm 1000mm2470*1150*1590mm 1500mm2970*1150*1590mm重量：凈重/毛重（公斤）中心距：750mm1