第二節(jié)齒輪齒形的加工

1、齒輪的基本知識齒輪的基本知識1圓柱齒輪齒形加工圓柱齒輪齒形加工2齒端加工齒端加工34一 、齒輪的基本知識 齒輪傳動是機械齒輪傳動是機械傳動中的一個重要組傳動中的一個重要組成部分，它起著傳遞成部分，它起著傳遞動力和運動動力和運動的作用。的作用。其傳動可靠性好、承其傳動可靠性好、承載能力強、制造工藝載能力強、制造工藝成熟，已廣泛應(yīng)用于成熟，已廣泛應(yīng)用于機器、儀器制造業(yè)。機器、儀器制造業(yè)。1. 齒輪的功用和分類齒輪的功用和分類齒輪的分類按輪齒形狀分按輪齒形狀分直齒斜齒人字齒按輪齒結(jié)構(gòu)分按輪齒結(jié)構(gòu)分連軸齒輪帶孔齒輪圓柱孔齒輪花鍵孔齒輪漸開線齒輪的齒形曲線有擺線圓弧線齒輪和齒輪副的種類2 2、 漸開線的

2、形成及其特征漸開線的形成及其特征 若一動直線在平面內(nèi)沿半徑為若一動直線在平面內(nèi)沿半徑為 r rb b 的圓作純滾動時，則動直線上任的圓作純滾動時，則動直線上任一點一點 a a 的軌跡稱為半徑為的軌跡稱為半徑為 r rb b 的圓的漸開線。半徑為的圓的漸開線。半徑為r rb b 的圓稱為基圓，的圓稱為基圓，動直線稱為發(fā)生線。漸開線齒輪的一個輪齒就是由同一基圓形成的兩條動直線稱為發(fā)生線。漸開線齒輪的一個輪齒就是由同一基圓形成的兩條相反漸開線組成的。相反漸開線組成的。漸開線的形成漸開線齒輪2. 漸開線漸開線漸開線齒輪的任一輪齒就是由同一基圓形成的兩條相反的漸開線所組成3 3、分度圓、模數(shù)、壓力角、分

3、度圓、模數(shù)、壓力角直齒圓柱齒輪的幾何尺寸3. 分度圓與模數(shù)分度圓與模數(shù)理論齒厚和齒寬相等理論齒厚和齒寬相等的圓稱為分度圓的圓稱為分度圓即即 s=es=e分度圓齒距分度圓齒距p=s+e 齒輪齒數(shù)是Z，分度圓直徑是d,齒距P與齒數(shù)Z之間的關(guān)系為：zpd zpd/或mp/mzd 令即其中 m稱為模數(shù)，單位為mm 漸開線齒形上任一點漸開線齒形上任一點K K的的法向力法向力F F與其速度與其速度v v k k 之間所之間所夾的銳角，稱為夾的銳角，稱為K K點的壓力角點的壓力角k k。漸開線。漸開線 上各點的壓力角上各點的壓力角是不相同的。是不相同的。 通常所說的壓力角是指分通常所說的壓力角是指分度圓上度

4、圓上A A點處的壓力角，用點處的壓力角，用表示（表示（ = 20= 20） 由此可得基圓直徑由此可得基圓直徑r rb b和分和分度圓直徑度圓直徑r r的關(guān)系為：的關(guān)系為： r rb b =cos =cos r r = cos 20 = cos 20 r r 0.94 0.94 r r 4. 4. 壓力角壓力角漸開線的壓力角 模數(shù)和壓力角是直齒圓柱齒輪的兩個基本參數(shù)。 模數(shù)m是周節(jié)P與之比，即m = P / 則 D = m z 模數(shù)m的數(shù)值已標準化， 如 m = 0.1，0.5，1，1.5，2，3等。 漸開線齒輪正確嚙合的條件：兩齒輪的模數(shù)漸開線齒輪正確嚙合的條件：兩齒輪的模數(shù) 和壓力角分別相等

5、。在齒形加工中，刀具的模數(shù)和壓力角分別相等。在齒形加工中，刀具的模數(shù) 和壓力角的數(shù)值也必須與被加工齒輪相同。和壓力角的數(shù)值也必須與被加工齒輪相同。 齒輪是用來傳遞運動和動力的，在不同的工作條件下，齒輪是用來傳遞運動和動力的，在不同的工作條件下，對精度的要求有所不同。從傳遞運動方面看，應(yīng)保證傳遞對精度的要求有所不同。從傳遞運動方面看，應(yīng)保證傳遞運動準確、平穩(wěn)；從傳遞動力方面看，應(yīng)保證傳動可靠和運動準確、平穩(wěn)；從傳遞動力方面看，應(yīng)保證傳動可靠和靈活。靈活。 因此，一般齒輪傳動的精度要求有以下四個方面：因此，一般齒輪傳動的精度要求有以下四個方面：5 5、 圓柱齒輪精度簡介圓柱齒輪精度簡介5. 圓柱齒

6、輪精度圓柱齒輪精度（1 1）齒輪傳動的精度要求齒輪傳動的精度要求 傳遞運動的準確性傳遞運動的準確性 即要求齒輪在一轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)角誤差應(yīng)限制在即要求齒輪在一轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)角誤差應(yīng)限制在一定的范圍內(nèi)，使齒輪副傳動比變化小，以保證傳遞運動的準一定的范圍內(nèi)，使齒輪副傳動比變化小，以保證傳遞運動的準確性。確性。 傳遞運動的平穩(wěn)性傳遞運動的平穩(wěn)性 即要求齒輪在轉(zhuǎn)過一個齒距角的范圍內(nèi)，其最大轉(zhuǎn)即要求齒輪在轉(zhuǎn)過一個齒距角的范圍內(nèi)，其最大轉(zhuǎn)角誤差應(yīng)限制在一定范圍內(nèi)，使齒輪副瞬時傳動比變角誤差應(yīng)限制在一定范圍內(nèi)，使齒輪副瞬時傳動比變化小，以免引起振動和噪音，保證傳遞運動的平穩(wěn)性?；?，以免引起振

7、動和噪音，保證傳遞運動的平穩(wěn)性。 載荷分布的均勻性載荷分布的均勻性 即要求在輪齒嚙合過程中，工作齒面沿全齒高和全即要求在輪齒嚙合過程中，工作齒面沿全齒高和全齒長上保持均勻接觸，并且接觸面積盡可能的大。齒長上保持均勻接觸，并且接觸面積盡可能的大。 傳動側(cè)隙傳動側(cè)隙（對齒輪副的要求） 即要求一對齒輪嚙合時，在非工作齒面間應(yīng)留有合即要求一對齒輪嚙合時，在非工作齒面間應(yīng)留有合理的間隙，否則會出現(xiàn)理的間隙，否則會出現(xiàn)卡死或燒傷卡死或燒傷現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 齒輪副側(cè)隙對儲藏潤滑油、補償齒輪傳動受力后的齒輪副側(cè)隙對儲藏潤滑油、補償齒輪傳動受力后的彈性變形和熱變形，以及補償齒輪及其傳動裝置的加彈性變形和熱變形，以及

8、補償齒輪及其傳動裝置的加工誤差和安裝誤差都是必要的。工誤差和安裝誤差都是必要的。（2 2）齒輪的精度等級）齒輪的精度等級 GB1009588GB1009588漸開線圓柱齒輪精度漸開線圓柱齒輪精度規(guī)定了規(guī)定了1212個精度等級，由高到低依次為個精度等級，由高到低依次為1 1，2 2，3 3，.，1212級。級。1 12 2級是遠景級，級是遠景級，3 36 6級為高精度級，級為高精度級，7 78 8中等精度級，中等精度級，9 91212低精度級低精度級齒齒 厚厚 極極 限限 偏偏 差差 注：對外嚙合齒輪，公法線平均長度上偏差注：對外嚙合齒輪，公法線平均長度上偏差 E Ewms=wms=E ESSS

9、Scosacosa0.720.72F Frsinarsina 公法線平均長度下偏差公法線平均長度下偏差 E Ewmi=wmi=E ESiSicosa+0.72cosa+0.72F Frsinarsina公法線平均長度公差公法線平均長度公差 E Ewm=wm=T TScosaScosa1.441.44F Frsinarsina齒距極限偏差齒距極限偏差( (f fptpt) )值值um um 二、二、齒輪精度齒輪精度的選擇的選擇 選擇：選擇選擇：選擇齒輪精度時，應(yīng)以傳動的用途、傳齒輪精度時，應(yīng)以傳動的用途、傳 遞功率的大小、齒輪的圓周速度及工作遞功率的大小、齒輪的圓周速度及工作 條件等為依據(jù)，并參

10、考同類機械進行具條件等為依據(jù)，并參考同類機械進行具 體選擇。一般情況下，齒輪的三個公差體選擇。一般情況下，齒輪的三個公差 組選用相同的精度等級。標準規(guī)定根據(jù)組選用相同的精度等級。標準規(guī)定根據(jù) 齒輪使用要求的不同，允許對三個公差齒輪使用要求的不同，允許對三個公差 組選用不同的精度等級。組選用不同的精度等級。 圖樣標注：在齒輪零件圖上應(yīng)標注齒輪的精度圖樣標注：在齒輪零件圖上應(yīng)標注齒輪的精度 等級和齒厚極限偏差的字母代號。等級和齒厚極限偏差的字母代號。 標注示例：標注示例： a)a)齒輪三個公差組精度齒輪三個公差組精度 同為同為 7 7級，其齒厚上級，其齒厚上 偏差為偏差為F F，下偏差為，下偏差為

11、L L：b)b)第第公差組精度為公差組精度為7 7級，第級，第、公差組精度為公差組精度為6 6級，齒厚級，齒厚上偏差為上偏差為G G，齒厚下偏差為，齒厚下偏差為M M：c)c)齒輪的三個公差組精度同為齒輪的三個公差組精度同為4 4級，其齒厚上偏差為級，其齒厚上偏差為-330um-330um，下偏差為下偏差為-405um-405um： 一個齒輪的加工過程是由若干工序組成的。為了獲得符合精度要求的齒輪，整個加工過程都是圍繞著齒形加工工序服務(wù)的。齒形加工方法很多，按加工中有無切削，可分為無切削加工和有切削加工兩大類。 無切削加工包括熱軋齒輪、冷軋齒輪、精鍛、粉末冶金等新工藝。無切削加工具有生產(chǎn)率高，

12、材料消耗少、成本低等一系列的優(yōu)點，目前已推廣使用。但因其加工精度較低，工藝不夠穩(wěn)定，特別是生產(chǎn)批量小時難以采用，這些缺點限制了它的使用。 齒形的有切削加工，具有良好的加工精度，目前仍是齒形的主要加工方法。按其加工原理可分為成形法和展成法兩種。 二、二、 圓柱齒輪齒形加工圓柱齒輪齒形加工二、圓柱齒輪齒形加工二、圓柱齒輪齒形加工（也稱仿形法）是用與被加工齒輪齒槽（也稱仿形法）是用與被加工齒輪齒槽形狀相同的成形刀具切削輪齒的方法。形狀相同的成形刀具切削輪齒的方法。如如 銑齒、成形法磨齒、拉齒。銑齒、成形法磨齒、拉齒。 （也叫包絡(luò)法或范成法）是利用齒輪（也叫包絡(luò)法或范成法）是利用齒輪的嚙合原理進行切削

13、的。只需一把刀具的嚙合原理進行切削的。只需一把刀具就能加工出模數(shù)相同而齒數(shù)不同的齒輪。就能加工出模數(shù)相同而齒數(shù)不同的齒輪。如如 插齒、滾齒、剃齒和展成法磨齒。插齒、滾齒、剃齒和展成法磨齒。成形法成形法 展成法展成法 1. 銑齒銑齒銑削直齒圓柱齒輪的方法如下圖：銑削直齒圓柱齒輪的方法如下圖：用用盤形齒輪銑刀銑齒輪盤形齒輪銑刀銑齒輪 用指狀齒輪銑刀銑齒輪用指狀齒輪銑刀銑齒輪二、圓柱齒輪齒形加工二、圓柱齒輪齒形加工盤狀齒輪銑刀：齒輪模數(shù)盤狀齒輪銑刀：齒輪模數(shù)m8時用，在臥式銑床上使用；時用，在臥式銑床上使用；指狀齒輪銑刀：齒輪模數(shù)指狀齒輪銑刀：齒輪模數(shù)m8時用，在立式銑床上使用，可時用，在立式銑床上

14、使用，可加工直齒輪、斜圓柱齒輪、人字齒輪。加工直齒輪、斜圓柱齒輪、人字齒輪。 a)盤形齒輪銑刀盤形齒輪銑刀 b)指狀齒輪銑刀指狀齒輪銑刀成形法齒輪刀具成形法齒輪刀具（2）刀具結(jié)構(gòu)簡單，加工成本低，但是加工精度和）刀具結(jié)構(gòu)簡單，加工成本低，但是加工精度和效率較低。效率較低。銑齒加工的特點銑齒加工的特點（1 1）成形法銑齒加工的基本特點：）成形法銑齒加工的基本特點：銑刀切削部銑刀切削部分剖面形狀與被銑齒輪槽的剖面形狀相符。分剖面形狀與被銑齒輪槽的剖面形狀相符。所所以，齒輪銑刀與每一種齒數(shù)的齒輪是一一對應(yīng)以，齒輪銑刀與每一種齒數(shù)的齒輪是一一對應(yīng)的，是的，是專用刀具專用刀具。 為了降低加工成本，實際生

15、產(chǎn)中把為了降低加工成本，實際生產(chǎn)中把同一模同一模數(shù)的齒輪按齒數(shù)分成數(shù)的齒輪按齒數(shù)分成8 8組或組或1515組組，每組采用同一，每組采用同一種刀號的銑刀加工。種刀號的銑刀加工。見見P138P138表表4-54-5：齒輪銑刀的分號。：齒輪銑刀的分號。銑齒加工的應(yīng)用銑齒加工的應(yīng)用 成形法銑齒主要用于成形法銑齒主要用于單件、小批量單件、小批量生產(chǎn)和修配，生產(chǎn)和修配，用于制造用于制造低于低于8級精度的級精度的齒輪，齒面的表面粗糙度齒輪，齒面的表面粗糙度Ra值為值為6.33.2m。 成形法銑齒可以加工直齒、斜齒和成形法銑齒可以加工直齒、斜齒和人字齒圓柱齒輪，也可加工齒條和錐齒人字齒圓柱齒輪，也可加工齒條和

16、錐齒輪等。輪等。 插齒機的工作原理類似一對圓柱齒輪嚙合，其中一個齒輪作為工件，另一個齒輪變?yōu)辇X輪形的插齒刀具，它的模數(shù)和壓力角與被加工齒輪相同，且在端面磨有前角，齒頂及齒側(cè)均磨有后角 。展成法展成法2.2.插齒插齒插齒屬于展成法加工（1）插齒原理）插齒原理插齒運動插齒運動插齒原理及插齒運動展成法 插齒刀的類型插齒刀的類型a)盤形盤形 b)碗形碗形 c)錐柄錐柄 插齒刀的類型插齒刀的類型 插齒需要下列四個運動插齒需要下列四個運動 插削主運動插削主運動：指插削刀的上下往復直線運動。：指插削刀的上下往復直線運動。插齒運動插齒運動（2）插齒運動 圓周進給運動 指插齒刀每上下往復一次其分度圓圓周所轉(zhuǎn)過的

17、弧長（mm/dstr）。即即 范成運動范成運動：也叫分齒運動，插齒刀與齒坯：也叫分齒運動，插齒刀與齒坯間強制保持一對齒輪嚙合速比關(guān)系的運動，也間強制保持一對齒輪嚙合速比關(guān)系的運動，也叫展成運動。叫展成運動。 讓刀運動：插齒刀向上運動（空行程）時，為了避免擦傷工件齒面和減少刀具磨損，刀具和工件之間應(yīng)該讓開，使之產(chǎn)生一定間隙，而在插齒刀向下開始工作行程之前，應(yīng)迅速恢復到原位，以便刀具進行下一次切削。 徑向進給運動 在分齒運動的同時，為切至全齒深，插齒刀逐漸向齒坯中心移動，用插齒刀每上下往復行程一次徑向移動的距離表示（mm/dstr）。刀齒切至全齒深后，徑向進給運動自動停止，齒坯再回轉(zhuǎn)一周，即可完成

18、加工。 滾齒就是用齒輪滾刀在滾齒機上加工齒輪的輪齒，實際上是按一對螺旋齒輪相嚙合的原理進行加工的。 蝸桿蝸輪嚙合一對螺旋齒輪嚙合滾齒原理3 3、 滾齒滾齒 齒輪滾刀是一個蝸桿形刀具，為了形成切削刃，在垂齒輪滾刀是一個蝸桿形刀具，為了形成切削刃，在垂直于蝸桿螺旋線方向或平行于軸線方向開出容屑槽，形成直于蝸桿螺旋線方向或平行于軸線方向開出容屑槽，形成前刀面，并對滾刀的頂面和側(cè)面進行鏟背，鏟磨出后角。前刀面，并對滾刀的頂面和側(cè)面進行鏟背，鏟磨出后角。齒輪滾刀齒輪滾刀整體式齒輪滾刀整體式齒輪滾刀滾刀滾刀 垂直進給運動垂直進給運動：為了切出齒：為了切出齒全寬，滾刀沿被切齒輪的軸線全寬，滾刀沿被切齒輪的軸

19、線作連續(xù)的垂直進給運動。作連續(xù)的垂直進給運動。（mm/r 或 mm/min）滾齒運動滾齒運動（2）滾齒運動）滾齒運動 主運動主運動：指滾齒刀的旋轉(zhuǎn)運動。用其轉(zhuǎn)速表示（：指滾齒刀的旋轉(zhuǎn)運動。用其轉(zhuǎn)速表示（r/min） 范成運動范成運動：也叫分齒運動，滾：也叫分齒運動，滾齒刀和齒坯間準確地保持一對斜齒齒刀和齒坯間準確地保持一對斜齒輪嚙合速比關(guān)系的運動。輪嚙合速比關(guān)系的運動。即即 滾齒的徑向切深是由工作臺控制的。模數(shù)小的齒輪，一次切出全齒深，模數(shù)大的齒輪得分2-3次切出。（3）滾齒工藝的特點和應(yīng)用 適應(yīng)性好 由于滾齒加工是采用展成法加工，因而一把滾刀可以加工與其模數(shù)和壓力角相同的不同齒數(shù)的齒輪。 生產(chǎn)率較高 滾齒為連續(xù)切削，無空行程，且滾刀為旋轉(zhuǎn)運動。所以滾齒生產(chǎn)率一般比插齒高。 分齒精度比插齒高，而齒形精