齒輪齒條的基本知識(shí)與應(yīng)用課件

齒輪齒條的基本知識(shí)與應(yīng)用

齒輪齒條的基本知識(shí)與應(yīng)用1什么是齒輪？

齒輪是能互相嚙合的有齒的機(jī)械零件。它在機(jī)械傳動(dòng)及整個(gè)機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用極其廣泛。什么是齒輪？齒輪是能互相嚙合的有齒的機(jī)械零件。它在機(jī)械傳動(dòng)2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(xiàn)中對(duì)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(xiàn)中對(duì)使用了渦輪蝸桿的卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行了說明。齒輪的歷史。早在公元前350年，古希臘著名的哲學(xué)家3

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(guó)的歷史也源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。據(jù)史料記載，遠(yuǎn)在公元前400~200年的中國(guó)古代就已開始使用齒輪，在我國(guó)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(jī)構(gòu)為核心的機(jī)械裝置。在現(xiàn)今伊拉克凱特斯芬遺跡中還保存著公元前的齒輪415世紀(jì)后半的意大利文藝復(fù)興時(shí)期，著名的全才列奧納多.達(dá)芬奇[1452?1519]，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(jī)，經(jīng)過了500年以上，現(xiàn)在的齒輪仍然保留著當(dāng)時(shí)素描的原型。15世紀(jì)后半的意大利文藝復(fù)興時(shí)期，著名的全才列奧納多5

直到17世紀(jì)末，人們才開始研究能正確傳遞運(yùn)動(dòng)的輪齒形狀。18世紀(jì)，歐洲工業(yè)革命以后，齒輪傳動(dòng)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(shì)。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(dá)到：齒輪模數(shù)0.004～100毫米；齒輪直徑由1毫米～150米；傳遞功率可達(dá)十萬千瓦；轉(zhuǎn)速可達(dá)十萬轉(zhuǎn)/分；最高的圓周速度達(dá)300米/秒。國(guó)際上，動(dòng)力傳動(dòng)齒輪裝置正沿著小型化、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(dòng)、低噪聲齒輪裝置的研制是齒輪設(shè)計(jì)方面的一些特點(diǎn)。直到17世紀(jì)末，人們才開始研究能正確傳遞運(yùn)動(dòng)的輪齒形6齒輪一般分為三類，分別是平行軸、相交軸及交錯(cuò)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、相交軸及交錯(cuò)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(cuò)軸齒輪有交錯(cuò)軸斜齒齒輪、蝸桿蝸輪、準(zhǔn)雙曲面齒輪等。齒輪一般分為三類，分別是平行軸、相交軸及交錯(cuò)軸齒輪。 齒輪7

右表中所列出的效率為傳動(dòng)效率，不包括軸承及攪拌潤(rùn)滑等的損失。平行軸及相交軸的齒輪副的嚙合，基本上是滾動(dòng)，相對(duì)的滑動(dòng)非常微小，所以效率高。交錯(cuò)軸斜齒輪及蝸桿蝸輪等交錯(cuò)軸齒輪副，因?yàn)槭峭ㄟ^相對(duì)滑動(dòng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)以達(dá)到動(dòng)力傳動(dòng)，所以摩擦的影響非常大，與其他齒輪相比傳動(dòng)效率下降。齒輪的效率是齒輪在正常裝配狀況下的傳動(dòng)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(diǎn)有誤差時(shí)，其效率會(huì)顯著下降。常用的齒輪分類右表中所列出的效率為傳動(dòng)效率，不包括軸承及攪拌潤(rùn)滑等8平行軸的齒輪正齒輪。齒線與軸心線為平行方向的圓柱齒輪。因?yàn)橐子诩庸?，因此在?dòng)力傳動(dòng)上使用最為廣泛。齒條與正齒輪嚙合的直線齒條狀齒輪。可以看成是正齒輪的節(jié)圓直徑變成無限大時(shí)的特殊情況。平行軸的齒輪正齒輪。齒條9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。主要使用在行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及齒輪聯(lián)軸器等應(yīng)用上。斜齒齒輪齒線為螺旋線的圓柱齒輪。因?yàn)楸日X輪強(qiáng)度高且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，被廣泛使用。傳動(dòng)時(shí)產(chǎn)生軸向推力。內(nèi)齒輪斜齒齒輪10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(shí)的情形。人字齒輪齒線為左旋及右旋的兩個(gè)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(diǎn)。

斜齒齒條人字齒輪11相交軸齒輪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(dòng)用錐齒輪應(yīng)用范圍廣泛。相交軸齒輪直齒錐齒輪12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(qiáng)度、低噪音的齒輪使用也很廣泛。零度錐齒輪螺旋角為零度的曲線齒錐齒輪。因?yàn)橥瑫r(shí)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。弧齒錐齒輪零度錐齒輪13交錯(cuò)軸齒輪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(yùn)轉(zhuǎn)平靜及單對(duì)即可獲得大傳動(dòng)比為其最大的特征，但是有效率低的缺點(diǎn)。交錯(cuò)軸斜齒齒輪圓柱蝸桿副在交錯(cuò)軸間傳動(dòng)時(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)雖然平穩(wěn)，但只適合于使用在輕負(fù)荷的情況下。交錯(cuò)軸齒輪圓柱蝸桿副交錯(cuò)軸斜齒齒輪14其他特殊齒輪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(cuò)軸間傳動(dòng)。其他特殊齒輪面齒輪15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(dòng)大負(fù)荷。準(zhǔn)雙曲面齒輪在交錯(cuò)軸間傳動(dòng)的圓錐形齒輪。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。鼓形蝸桿副準(zhǔn)雙曲面齒輪16齒輪的基本術(shù)語(yǔ)和尺寸計(jì)算。

齒輪有很多齒輪所特有的術(shù)語(yǔ)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(yǔ)。齒輪的基本術(shù)語(yǔ)和尺寸計(jì)算。齒輪有很多齒輪所特有的術(shù)17齒輪各部位的名稱齒輪各部位的名稱18表示輪齒的大小的術(shù)語(yǔ)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(hào)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(guó)家（比如美國(guó)），使用符號(hào)（徑節(jié)）及數(shù)字（分度圓直徑為1英吋時(shí)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(hào)（周節(jié)）和數(shù)字（毫米）來表示輪齒大小的比較特殊的稱呼方法。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(zhǎng)度。

用公式表示就是表示輪齒的大小的術(shù)語(yǔ)是模數(shù)m1、m3、m8…被稱為19不同模數(shù)的輪齒大小對(duì)比不同模數(shù)的輪齒大小對(duì)比20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（α）一般采用20°。以前，壓力角為14.5°的齒輪曾經(jīng)很普及。壓力角壓力角是決定齒輪齒形的參數(shù)。即輪齒齒面的傾斜21

壓力角是在齒面的一點(diǎn)（一般是指節(jié)點(diǎn)）上，半徑線與齒形的切線間所成之角度。如圖所示，α為壓力角。因?yàn)棣痢?α，所以α’也是壓力角。壓力角是在齒面的一點(diǎn)（一般是指節(jié)點(diǎn)）上，半徑線與齒形22A齒與B齒的嚙合狀態(tài)從節(jié)點(diǎn)看上去時(shí)：

A齒在節(jié)點(diǎn)上推動(dòng)B點(diǎn)。這個(gè)時(shí)候的推動(dòng)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，α則為壓力角。A齒與B齒的嚙合狀態(tài)從節(jié)點(diǎn)看上去時(shí)：23

模數(shù)（m）、壓力角（α）再加上齒數(shù)（z）是齒輪的三大基本參數(shù)，以此參數(shù)為基礎(chǔ)計(jì)算齒輪各部位尺寸。模數(shù)（m）、壓力角（α）再加上齒數(shù)（z）是齒輪的三大24齒高與齒厚輪齒的高度由模數(shù)（m）來決定。全齒高h(yuǎn)=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=πm/2。齒高與齒厚輪齒的高度由模數(shù)（m）來決定。全齒高h(yuǎn)=2.25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(shí)際的齒輪中是無法直接看到的，因?yàn)榉侄葓A是為了決定齒輪的大小而假設(shè)的圓。齒輪的直徑?jīng)Q定齒輪大小的參數(shù)是齒輪的分度圓直徑（d26中心距與齒隙一對(duì)齒輪的分度圓相切嚙合時(shí)，中心距是兩個(gè)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(gè)重要的因素。齒隙是一對(duì)齒輪嚙合時(shí)齒面間的空隙。齒輪的齒高方向也有空隙。這個(gè)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中心距與齒隙一對(duì)齒輪的分度圓相切嚙合時(shí)，中27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(jì)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（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/cosβ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28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(shí)，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，螺旋方向與配合斜齒齒輪、弧齒傘形齒輪等，輪齒呈螺旋29螺旋方向與配合（二）螺旋方向與配合（二）30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(dòng)的話,會(huì)出現(xiàn)如下問題:

輪齒的切點(diǎn)產(chǎn)生滑動(dòng)切點(diǎn)的移動(dòng)速度時(shí)快時(shí)慢產(chǎn)生振動(dòng)及噪音輪齒傳動(dòng)時(shí)既要安靜又要圓滑，由此，誕生了漸開曲線。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31什么是漸開線

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(shí)，鉛筆所畫出的曲線即為漸開曲線。圓筒的外周被稱為基圓。什么是漸開線將一端系有鉛筆的線纏在圓筒的外周上，然32一個(gè)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。一個(gè)示例8齒漸開線齒輪示例。33漸開線齒輪的優(yōu)點(diǎn)即使中心距多少有些誤差，也可以正確的嚙合。比較容易得到正確的齒形，加工也比較容易。因?yàn)樵谇€上滾動(dòng)嚙合，所以，可以圓滑地傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。只要輪齒的大小相同，一個(gè)刀具可以加工齒數(shù)不同的齒輪。齒根粗壯，強(qiáng)度高。漸開線齒輪的優(yōu)點(diǎn)即使中心距多少有些誤差，也可以正確的嚙合。34基圓和分度圓

基圓是形成漸開線齒形的基礎(chǔ)圓。分度圓是決定齒輪大小的基準(zhǔn)圓。基圓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。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35漸開線齒輪的嚙合

兩個(gè)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(shí)的模樣，看上去就像是分度圓直徑大小為d1、d2兩個(gè)摩擦輪（Frictionwheels）在傳動(dòng)。但是，實(shí)際上漸開線齒輪的嚙合取決于基圓而不是分度圓。漸開線齒輪的嚙合兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的漸開線齒輪的分度圓在標(biāo)準(zhǔn)36漸開線齒輪的嚙合（二）

兩個(gè)齒輪齒形的嚙合接觸點(diǎn)按P1—P2—P3的順序在嚙合線上移動(dòng)。請(qǐng)注意驅(qū)動(dòng)齒輪中黃色的輪齒。這個(gè)齒開始嚙合后的一段時(shí)間內(nèi)，齒輪為兩齒嚙合（P1、P3）。嚙合繼續(xù)，當(dāng)嚙合點(diǎn)移動(dòng)到分度圓上的點(diǎn)P2時(shí)，嚙合輪齒只剩下了一個(gè)。嚙合繼續(xù)進(jìn)行，嚙合點(diǎn)移動(dòng)到點(diǎn)P3時(shí)，下一個(gè)輪齒開始在P1點(diǎn)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(yùn)動(dòng)?；鶊A的公切線A一B被稱為嚙合線。齒輪的嚙合點(diǎn)都在這條嚙合線上。漸開線齒輪的嚙合（二）兩個(gè)齒輪齒形的嚙合接觸點(diǎn)按P37漸開線齒輪的嚙合（三）

用一個(gè)形象的圖來表示，就好像皮帶交叉地套在兩個(gè)基圓的外周上做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞動(dòng)力一樣。漸開線齒輪的嚙合（三）用一個(gè)形象的圖來表示，就好像38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(duì)輪齒進(jìn)行變位，如調(diào)整中心距、防止小齒輪的根切等。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39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(qiáng)度增加。

由上圖可以看到，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(duì)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(qiáng)度。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40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(shí)，刀具沿半徑方向的移動(dòng)量xm（mm）稱為徑向變位量〔簡(jiǎn)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(duì)齒輪實(shí)行變位還可以達(dá)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。不論是正變位還是負(fù)變位齒輪，都對(duì)變位量有限制。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(shí)，41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。正變位和負(fù)變位變位有正變位和負(fù)變位。42

無法改變兩個(gè)齒輪的中心距時(shí)，對(duì)小齒輪進(jìn)行正變位（避免根切），對(duì)大齒輪進(jìn)行負(fù)變位，以使中心距相同。這種情況下，變位量的絕對(duì)值相等。正變位和負(fù)變位（二）無法改變兩個(gè)齒輪的中心距時(shí)，對(duì)小齒輪進(jìn)行正變位（避免43變位齒輪的嚙合

標(biāo)準(zhǔn)齒輪是在各個(gè)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(jì)變位齒輪時(shí)的重要要素。變位齒輪的嚙合標(biāo)準(zhǔn)齒輪是在各個(gè)齒輪的分度圓相切狀態(tài)下44齒輪變位的作用可以防止在加工時(shí)因?yàn)辇X數(shù)少而產(chǎn)生的根切現(xiàn)象。通過變位可以得到所希望的中心距。在一對(duì)齒輪齒數(shù)比很大的情況下，對(duì)容易產(chǎn)生磨耗的小齒輪進(jìn)行正變位，使齒厚加厚。相反，對(duì)大齒輪進(jìn)行負(fù)變位，使齒厚變薄，以使得兩個(gè)齒輪的壽命接近。齒輪變位的作用可以防止在加工時(shí)因?yàn)辇X數(shù)少而產(chǎn)生的根切現(xiàn)象。45齒形與齒線的修整齒形與齒線的修整46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(shí)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(shí)，可以避免對(duì)與之嚙合的齒輪產(chǎn)生干涉，并且可以降低噪音，延長(zhǎng)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(duì)嚙合產(chǎn)生不良影響。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47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)墓男巍４藭r(shí)，應(yīng)注意不能加工過甚。過量的鼓形加工會(huì)引起輪齒接觸面積的減小，對(duì)齒輪強(qiáng)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?。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48外徑加工及齒頂?shù)菇羌庸?/p>

為了減少外徑的偏差以及防止發(fā)生在齒頂?shù)呐鲎不蛎?，在滾齒加工的同時(shí)，齒輪的外徑加工及齒頂?shù)菇羌庸ひ嗫赏瑫r(shí)進(jìn)行。因?yàn)閷?shí)行了齒頂?shù)菇?，嚙合時(shí)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?，一般不超過0.1m。外徑加工及齒頂?shù)菇羌庸榱藴p少外徑的偏差以及防止發(fā)49齒輪的精度

齒輪是傳遞動(dòng)力和旋轉(zhuǎn)的機(jī)械要素。對(duì)于齒輪的性能要求主要有： 更大的動(dòng)力傳遞能力 盡可能使用體積小的齒輪 低噪音 正確性要想滿足如上所述的要求，提高齒輪的精度將成為必須解決的課題。齒輪的精度齒輪是傳遞動(dòng)力和旋轉(zhuǎn)的機(jī)械要素。對(duì)于齒輪50齒輪精度的分類

齒輪的精度大致可以分為三類漸開線齒形的正確度——齒形精度齒面上齒線的正確度——齒線精度齒/齒槽位置的正確度 輪齒的分度精度——單齒距精度 齒距的正確度——累積齒距精度 夾在兩齒輪的測(cè)球在半徑方向位 置的偏差——徑向跳動(dòng)精度齒輪精度的分類齒輪的精度大致可以分為三類51齒形誤差齒形誤差52齒線誤差齒線誤差53齒距誤差在以齒輪軸為中心的測(cè)定圓周上測(cè)量齒距值。單齒距偏差（fpt）實(shí)際齒距與理論齒距的差。齒距累積總偏差（Fp）測(cè)定全輪齒齒距偏差做出評(píng)價(jià)。齒距累積偏差曲線的總振幅值為齒距總偏差。齒距誤差在以齒輪軸為中心的測(cè)定圓周上測(cè)量齒距值。54徑向跳動(dòng)（Fr）

將測(cè)頭（球形、圓柱形）相繼置于齒槽內(nèi)，測(cè)定測(cè)頭到齒輪軸線的最大和最小徑向距離之差。齒輪軸的偏心量是徑向跳動(dòng)的一部分。徑向跳動(dòng)（Fr）將測(cè)頭（球形、圓柱形）相繼置于齒槽55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(píng)價(jià)齒輪單體精度的方法。與此不同的是，還有將齒輪與測(cè)量齒輪嚙合后評(píng)價(jià)齒輪精度的兩齒面嚙合試驗(yàn)的方法。被測(cè)齒輪的左右兩齒面與測(cè)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(yàn)結(jié)果。單齒徑向綜合偏差的波浪線共有30個(gè)。徑向綜合總偏差值大約為徑向跳動(dòng)偏差與單齒徑向綜合偏差的和。徑向綜合總偏差（Fi”）到此為止，我們所敘述的齒形56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(dòng)與其它誤差的相關(guān)性強(qiáng)，各種齒距誤差間的相關(guān)性也很強(qiáng)。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)57齒輪的材料與熱處理

齒輪根據(jù)各自的用途，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(qiáng)度也不同。齒輪的材料與熱處理齒輪根據(jù)各自的用途，分別使用黑色58具有代表性的齒輪材料45鋼（機(jī)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?yàn)檫M(jìn)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。42CrMo（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(qiáng)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。20CrMnTi（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(qiáng)度高于45鋼及42CrMo。使用表面硬度在55~60HRC左右。具有代表性的齒輪材料45鋼（機(jī)械結(jié)構(gòu)用碳素鋼）59具有代表性的齒輪材料（二）Su303不銹鋼主要用在食品機(jī)械等需要避免生銹的機(jī)械中。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(shí)由于滑動(dòng)而引起的齒面膠合及過渡磨損等。具有代表性的齒輪材料（二）Su303不銹鋼60具有代表性的熱處理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(jìn)行回火處理。純鐵即使經(jīng)過淬火處理也不會(huì)變硬。鋼材的含碳量要在0.35%以上才有淬火硬化的可能。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(qiáng)度、靭性的熱處理。因?yàn)檎{(diào)質(zhì)后的材料及制品要進(jìn)行機(jī)械加工，所以硬度達(dá)不到淬火后那么高。具有代表性的熱處理淬火61具有代表性的熱處理（二）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(duì)其表面進(jìn)行硬化處理的方法。要注意的是，對(duì)齒輪進(jìn)行高頻處理后，會(huì)發(fā)生齒面及齒頂?shù)挠捕冗_(dá)到使用要求、但齒根部分達(dá)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(shí)需要對(duì)齒輪做磨削加工。具有代表性的熱處理（二）高頻淬火62具有代表性的熱處理（三）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(duì)鋼材表面進(jìn)行硬化的熱處理手段。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(gè)等級(jí)程度。要想提高齒輪精度，需要對(duì)齒輪做再次磨削。氮化處理氮化是將氮擴(kuò)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(dá)到氮化目的，表面硬度提高。具有代表性的熱處理（三）滲碳淬火63齒輪的強(qiáng)度

齒輪最重要的是輪齒，齒輪的強(qiáng)度取決于輪齒折斷和齒面磨損強(qiáng)度。齒輪的強(qiáng)度齒輪最重要的是輪齒，齒輪的強(qiáng)度取決于輪齒64正齒輪及斜齒齒輪的彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式

在輪齒上作用了超過極限值的力時(shí)，如圖所示輪齒會(huì)從齒根部出現(xiàn)裂痕以致造成輪齒斷裂。彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式如下所示。正齒輪及斜齒齒輪的彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式在輪齒上作用了超65正齒輪及斜齒齒輪的彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式（二）

從上面的公式中我們可以看到，如果要提高齒輪的彎曲強(qiáng)度，我們需要將分母減小、分子增大?？梢允褂玫姆椒ㄓ校菏褂酶邚?qiáng)度材料（容許齒根彎曲應(yīng)力增加）增大齒輪體積（大模數(shù)、寬齒面）高強(qiáng)度齒形（減少齒形系數(shù)，大壓力角、正變位）提高重合率（減少重合度系數(shù)，小壓力角、增加齒高）提高齒輪精度正齒輪及斜齒齒輪的彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式（二）從上面的公式66正齒輪及斜齒齒輪的齒面強(qiáng)度計(jì)算公式齒面強(qiáng)度是基于齒面的接觸應(yīng)力計(jì)算輪齒抵抗點(diǎn)蝕（Pitting）發(fā)生的強(qiáng)度。正齒輪及斜齒齒輪的齒面強(qiáng)度計(jì)算公式齒面強(qiáng)度是基于齒面67正齒輪及斜齒齒輪的齒面強(qiáng)度計(jì)算公式（二）相對(duì)齒面強(qiáng)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(qiáng)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、增加有效齒寬）、提高重合率（減少重合度系數(shù)）提高齒輪精度。正齒輪及斜齒齒輪的齒面強(qiáng)度計(jì)算公式（二）相對(duì)齒面強(qiáng)度的容68高精度齒輪的條件高精度齒輪的條件69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(jìn)行的處理加工。主要是為了：提高耐腐蝕性能和防銹效果。提高耐磨性能提高表面粗糙度（表面更光滑）表面更光潔、美觀其它（提高疲勞強(qiáng)度）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)70常見的表面處理鍍鋅為了提高金屬的防銹能力。隨著鉻酸鹽鈍化處理的進(jìn)步，外觀性能也有了很大的提高。鍍層厚度一般為2~25μm左右。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（3~10μm），適合使用在形狀復(fù)雜、尺寸要求精度高的產(chǎn)品上。常見的表面處理鍍鋅化學(xué)鍍鎳71常見的表面處理（二）發(fā)黑處理（表面氧化）即堿性氧化處理。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3μm以下，主要化學(xué)成分為四氧化三鐵。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(jìn)行化學(xué)處理，使金屬表面形成磷酸鹽保護(hù)膜。利用錳系磷化處理液處理后的皮膜厚度為3~15μm左右，防銹性能好，同時(shí)具有很高的耐磨性和潤(rùn)滑作用，所以多使用在滑動(dòng)零部件的處理上。常見的表面處理（二）發(fā)黑處理（表面氧化）磷化處理72常見的表面處理（三）固體潤(rùn)滑處理在不能使用潤(rùn)滑油脂的地方可以考慮使用固體潤(rùn)滑處理。只需將固體潤(rùn)滑劑噴射到齒輪的輪齒表面，粘附在表面的潤(rùn)滑劑干燥后形成皮膜。潤(rùn)滑劑中的二硫化鉬顆粒滲入到金屬組織中起潤(rùn)滑作用。特別是在齒輪的初期跑合用或防止由于微小的摩擦動(dòng)作引起的微動(dòng)腐蝕上發(fā)揮其潤(rùn)滑作用。WPC處理對(duì)提高金屬的疲勞強(qiáng)度及滑動(dòng)性能有效。需要注意的是，WPC處理提高金屬的抗疲勞強(qiáng)度但不改變金屬的抗彎曲強(qiáng)度。處理方法為用40~200μm的微粒介質(zhì)以100m/s以上的速度對(duì)齒輪等金屬進(jìn)行噴射。因?yàn)閲娚渌俣瓤欤援?dāng)介質(zhì)撞擊金屬時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)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(xì)，并且?guī)缀醪划a(chǎn)生尺寸變化（尺寸變化只有1~2μm）。常見的表面處理（三）固體潤(rùn)滑處理WPC處理73齒輪的加工方法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(jìn)行切削。齒輪的加工方法使用滾刀切削斜齒齒輪的輪齒74使用齒條銑刀加工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(shí)切削多個(gè)輪齒。使用齒條銑刀加工齒條的輪齒75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(shí)，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。使用小齒輪型刨齒刀切削正齒輪的輪齒76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(shí)間長(zhǎng).使用蝸桿刀具切削蝸桿的輪齒77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。使用CONIFLEX刀具加工直齒傘形齒輪的輪齒78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(shí)的照片，刀具為王冠型。使用弧齒傘形齒輪刀具切削弧齒傘形齒輪的輪齒79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?yàn)槁菁y非常多，所以加工效率高。使用螺紋裝砂輪研磨斜齒齒輪的輪齒80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。使用薄型圓盤狀砂輪研磨蝸桿81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(jìn)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(yàn)。使用砂輪研磨齒條82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?yàn)槟＞叩脑靸r(jià)高，所以不適合小批量生產(chǎn)。注塑成型83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(shí)可以降低生產(chǎn)成本。因?yàn)槟＞咴靸r(jià)高，所以小批量生產(chǎn)時(shí)一般不采用燒結(jié)的方式。燒結(jié)84滾壓使用一對(duì)（2個(gè)）滾絲輪。將原材料夾在兩個(gè)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。沖壓對(duì)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(jià)高。滾壓沖壓85各種齒輪的加工工藝流程正齒輪的生產(chǎn)工藝流程各種齒輪的加工工藝流程正齒輪的生產(chǎn)工藝流程86齒條的生產(chǎn)工藝流程齒條的生產(chǎn)工藝流程87傘形齒輪的生產(chǎn)工藝流程傘形齒輪的生產(chǎn)工藝流程88蝸桿的生產(chǎn)工藝流程蝸桿的生產(chǎn)工藝流程89齒輪的使用不適當(dāng)?shù)凝X輪裝配與潤(rùn)滑是引起意想不到的麻煩的主要原因。在這里，我們將重點(diǎn)介紹一些齒輪的正確裝配方法及正確選擇潤(rùn)滑油的方法。齒輪的使用不適當(dāng)?shù)凝X輪裝配與潤(rùn)滑是引起意想不到的麻90齒輪的裝配與確認(rèn)齒輪是旋轉(zhuǎn)零件。請(qǐng)充分考慮安全，將齒輪確實(shí)地固定在軸上。另外由于齒輪的形狀及輪齒的螺旋，齒輪在嚙合旋轉(zhuǎn)時(shí)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(dòng)。齒輪的裝配與確認(rèn)齒輪是旋轉(zhuǎn)零件。請(qǐng)充分考慮安全，將91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(shí)需注意旋轉(zhuǎn)中的齒輪側(cè)面不與軸承架等接觸，確實(shí)可靠地將齒輪固定在軸上。還有，與配對(duì)齒輪的嚙合處如果發(fā)生偏離會(huì)對(duì)強(qiáng)度產(chǎn)生影響，請(qǐng)一定正確地安裝在設(shè)定的位置。右圖的順序號(hào)①~⑦在軸承架上裝配正齒輪的順序。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92齒條和小齒輪的安裝與確認(rèn)因?yàn)辇X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?yàn)樾↓X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(hào)①~④是在支架上安裝齒條的順序齒條和小齒輪的安裝與確認(rèn)因?yàn)辇X條和小齒輪使用在直線93錐齒輪的安裝與確認(rèn)錐齒輪使用在輸入軸與輸出軸在某一點(diǎn)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(chǎng)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(shí)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(qǐng)對(duì)推力進(jìn)行計(jì)算后選擇適當(dāng)?shù)妮S承。錐齒輪的安裝與確認(rèn)錐齒輪使用在輸入軸與輸出軸在某一94錐齒輪的安裝與確認(rèn)（二）錐齒輪的安裝與確認(rèn)（二）95錐齒輪的安裝與確認(rèn)（二）錐齒輪的安裝與確認(rèn)（二）96錐齒輪的安裝與確認(rèn)（三）錐齒輪在組裝時(shí)請(qǐng)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(qǐng)邊調(diào)整齒輪的安裝位置邊組裝齒輪。錐齒輪的安裝與確認(rèn)（三）錐齒輪在組裝時(shí)請(qǐng)務(wù)必確認(rèn)輪97錐齒輪的安裝與確認(rèn)（四）錐齒輪的安裝與確認(rèn)（四）98渦輪蝸桿的安裝與確認(rèn)因?yàn)闇u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(qǐng)計(jì)算推力懸著使用適合的軸承。特別是蝸桿，因?yàn)槌惺芎艽蟮耐屏Γ允褂弥雇戚S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(dòng)是非常重要的。軸承的選擇錯(cuò)誤或組裝錯(cuò)誤會(huì)引起異常磨損或其它預(yù)想不到的故障發(fā)生。請(qǐng)一定特別注意正確選擇并裝配軸承。渦輪蝸桿的安裝與確認(rèn)因?yàn)闇u輪蝸桿隨旋轉(zhuǎn)方向及螺旋方向99渦輪蝸桿的安裝與確認(rèn)（二）渦輪蝸桿的安裝與確認(rèn)（二）100渦輪蝸桿的安裝與確認(rèn)（三）組裝渦輪蝸桿時(shí)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(shí)，請(qǐng)確認(rèn)以下所列各項(xiàng)目的齒接觸狀態(tài)及側(cè)隙后加以使用。渦輪蝸桿的安裝與確認(rèn)（三）組裝渦輪蝸桿時(shí)必須確認(rèn)輪齒101渦輪蝸桿的安裝與確認(rèn)（四）渦輪蝸桿的安裝與確認(rèn)（四）102齒輪的潤(rùn)滑方法齒輪是否有良好的潤(rùn)滑將會(huì)影響到齒輪的耐久性及噪音。齒輪的潤(rùn)滑方法大致可以分為以下三類。潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑法。飛濺潤(rùn)滑法（油浴式）強(qiáng)制潤(rùn)滑法（循環(huán)噴油方式）選擇潤(rùn)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(duì)三種潤(rùn)滑法進(jìn)行分類的話，一般為低速下使用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑法、中速使用飛濺潤(rùn)滑法、高速使用強(qiáng)制潤(rùn)滑法。但是這只是個(gè)大致的基準(zhǔn)，比如因?yàn)榫S護(hù)保養(yǎng)等理由，在圓周速度達(dá)到很高的情況下也有使用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑的實(shí)例。齒輪的潤(rùn)滑方法齒輪是否有良好的潤(rùn)滑將會(huì)影響到齒輪的103潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑法潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑法是低速、輕負(fù)