直齒圓柱齒輪工藝過(guò)程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

Ui機(jī)械設(shè)計(jì) 圓柱直齒齒輪設(shè)計(jì)學(xué) 生 123宿舍成員 院 系 汽車(chē)工程系 專(zhuān) 業(yè) 汽車(chē)制造與裝配學(xué) 號(hào)指導(dǎo)教師 答辯日期 目錄一、 齒輪的發(fā)展歷史及（一） 、齒輪的發(fā)展歷史（二） 、我國(guó)齒輪發(fā)展現(xiàn)狀（三） 、齒輪發(fā)展趨勢(shì)二、 齒輪的毛胚選擇與計(jì)算（一） 毛胚的的選擇（二） 齒輪的計(jì)算三、 齒輪加工工藝分析（一） 工藝過(guò)程分析（二） 定位基準(zhǔn)的確定（三） 齒端加工（四） 精基準(zhǔn)修正四、 總結(jié)五、 參考文獻(xiàn)?、齒輪的發(fā)展歷史及（一）、齒輪的發(fā)展歷史齒輪傳動(dòng)技術(shù)經(jīng)歷了長(zhǎng)期的歷史發(fā)展過(guò)程。公元前400~200年，中國(guó)古代就開(kāi)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(chē)就是以齒輪機(jī)構(gòu)為核心的機(jī)械裝置。但從17世紀(jì)末，人們才開(kāi)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)應(yīng)用日益廣泛，先是發(fā)展擺線(xiàn)齒輪，而后是漸開(kāi)線(xiàn)齒輪。早在1694年，法國(guó)學(xué)者philippeDelahire，首先提出漸開(kāi)線(xiàn)可作為齒形曲線(xiàn)。1733年，法國(guó)人CamusM,提出輪齒接觸點(diǎn)的公法線(xiàn)必須通過(guò)中心連線(xiàn)上的節(jié)點(diǎn)。他考慮了兩齒面的嚙合狀態(tài)，明確建立了關(guān)于接觸點(diǎn)軌跡的概念。1765年，瑞士的Eulerl提出漸開(kāi)線(xiàn)齒形解析研究的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，闡明了相嚙合的一對(duì)齒輪，其齒形曲線(xiàn)的曲率半徑和曲率中心位置的關(guān)系。后來(lái)，Savary進(jìn)一步完成這一方法，成為現(xiàn)在的Euler-Savery方程。對(duì)漸開(kāi)線(xiàn)齒形應(yīng)用作出貢獻(xiàn)的是RobertWillis，他提出中心距變化時(shí)，漸開(kāi)線(xiàn)齒輪具有角速比不變的優(yōu)點(diǎn)。1873年，德國(guó)工程師hoppe提出，對(duì)不同齒數(shù)的齒輪，在壓力角改變時(shí)的漸開(kāi)線(xiàn)齒形，從而奠定了現(xiàn)代變位齒輪的思想基礎(chǔ)。直至19世紀(jì)末，展成切齒法的原理及利用此原理切齒的專(zhuān)用機(jī)床與刀具的相繼出現(xiàn)，使齒輪加工具有較完善的手段后，漸開(kāi)線(xiàn)齒形才顯示出巨大的優(yōu)越性。切齒時(shí)，只要將切齒刀具從正常的嚙合位置稍作移動(dòng)，就能用標(biāo)準(zhǔn)齒輪刀具在機(jī)床上切出相應(yīng)的變位齒輪。1908年，瑞士MAAG公司研究并制造出展成法加工的插齒機(jī)。接著，英國(guó)BSS、國(guó)AGMA、德國(guó)的DIN,等相繼對(duì)變位齒輪提出了多種計(jì)算方法。為提高動(dòng)力傳動(dòng)齒輪的使用壽命并減小其尺寸，英國(guó)人Humphris在1907年最早發(fā)表了圓弧齒形的設(shè)想。1926年，瑞士人Wildhaber取得了法面圓弧齒形斜齒輪的專(zhuān)利權(quán)。1955年，原蘇聯(lián)工程師,Novikov在完成實(shí)用性研究后進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用。1970年，英國(guó)Rolls-Royce公司工程師Studer取得了雙圓弧齒輪的美國(guó)專(zhuān)利。與此同時(shí)，我國(guó)與原蘇聯(lián)，以及日本等國(guó)對(duì)雙圓弧齒形，進(jìn)行了一系列開(kāi)發(fā)研究并獲得了普遍的應(yīng)用成果。（二）我國(guó)齒輪發(fā)展現(xiàn)狀建國(guó)初期，當(dāng)時(shí)基本上沒(méi)有齒輪產(chǎn)品的生產(chǎn)能力。經(jīng)過(guò)第一、二個(gè)五年計(jì)劃的建設(shè)，我國(guó)初步形成了一套包括機(jī)床、汽車(chē)、重型機(jī)械、電站設(shè)備，石油化工與通用設(shè)備等機(jī)械制造能力。同時(shí)，相應(yīng)的齒輪制造業(yè)也隨著發(fā)展起來(lái)，到1963年左右，我國(guó)已不僅能成批生產(chǎn)齒輪及其裝置，而且普通規(guī)格的齒輪機(jī)床、刀具、量?jī)x也能由國(guó)內(nèi)制造。1970年后，國(guó)家為了上水平，新建與改建一批生產(chǎn)齒輪及齒輪箱的專(zhuān)業(yè)廠與車(chē)間，并從國(guó)外引進(jìn)一批關(guān)鍵設(shè)備，使齒輪產(chǎn)品的生產(chǎn)能力和水平上了一個(gè)臺(tái)階。到1980年初，當(dāng)時(shí)結(jié)合發(fā)展硬齒面齒輪制造技術(shù)與齒輪產(chǎn)品的更新?lián)Q代，進(jìn)一步裝備了一批齒輪制造企業(yè)，這就基本上形成了我國(guó)齒輪制造業(yè)的完整體系。齒輪傳動(dòng)在我國(guó)的發(fā)展是從漸開(kāi)線(xiàn)齒廓起步的。漸開(kāi)線(xiàn)齒輪在技術(shù)上最成熟,應(yīng)用最具備條件，因而使用也最普遍，并在機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，占有主導(dǎo)地位。漸開(kāi)線(xiàn)齒廓具有中心距敏感性小，可進(jìn)行各種變位和修形設(shè)計(jì)，易于進(jìn)行精密加工、互換性好等一系列優(yōu)點(diǎn)。從50年代起，在一般與重要的設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)中，都采用漸開(kāi)線(xiàn)齒輪。限于當(dāng)時(shí)的制造水平，多數(shù)齒輪傳動(dòng)采用定軸式結(jié)構(gòu)，普遍使用以調(diào)質(zhì)熱處理為主的所謂軟齒面齒輪，其制造精度相當(dāng)于國(guó)際GB10095-88的8-9級(jí)。由于漸開(kāi)線(xiàn)軟齒面齒輪表面接觸強(qiáng)度薄弱，加之一般質(zhì)量水平不高，在使用中往往出現(xiàn)早期失效，尤其在一些承載較重的場(chǎng)合，使用壽命較低。1958年以后,我國(guó)開(kāi)始研究與應(yīng)用單圓弧齒輪。這種齒輪主要靠軸向傳遞運(yùn)動(dòng)，其端面齒廓理論上呈點(diǎn)嚙合，因而降低了對(duì)齒廓的技術(shù)要求；在垂直于齒面瞬時(shí)接觸線(xiàn)方向，誘導(dǎo)曲率半徑較大；再有，齒面潤(rùn)滑性能較好，因此，在軟齒面條件下其齒面接觸強(qiáng)度與漸開(kāi)線(xiàn)齒輪相比有顯著提高。從60年代起，單圓弧齒輪在國(guó)內(nèi)獲得了廣泛應(yīng)用。1970年以后，我國(guó)由單圓弧齒輪發(fā)展為雙圓弧齒輪，即由單凸圓弧或單凹圓弧組成齒廓改變?yōu)橛赏拱紙A弧上下分段組成的單一齒廓形式,也就是說(shuō)大、小齒輪的基本齒廓是一致的。它簡(jiǎn)化了切齒工藝，大大提高了輪齒的彎曲強(qiáng)度，使圓弧齒輪的技術(shù)達(dá)到了更完善的程度。這對(duì)于同樣參數(shù)與尺寸的軟齒面圓柱齒輪，圓弧齒輪的工作壽命高于漸開(kāi)線(xiàn)齒輪，特別是應(yīng)用在一些重負(fù)荷、大功率的齒輪傳動(dòng)中，取得了良好的效果。70年代末，隨著國(guó)外機(jī)械產(chǎn)品的引進(jìn)與齒輪制造水平的提高，齒面經(jīng)滲碳淬火、氮化或感應(yīng)淬火處理的所謂硬齒面漸開(kāi)線(xiàn)齒輪開(kāi)始為人們所重視。這種齒輪由于齒面硬度高與輪齒精度好而大大提高承載能力和使用壽命，并因結(jié)構(gòu)尺寸小使齒輪裝置的成本大為降低。80年代末，我國(guó)已初步具備了硬齒面漸開(kāi)線(xiàn)齒輪的制造能力，齒輪加工精度一般為6-7級(jí)，高精度齒輪可達(dá)4-5級(jí)。與此同時(shí)，雙弧齒輪的硬齒面技術(shù)也有新的發(fā)展,研制成功齒面經(jīng)氮化處理的硬齒面雙圓弧齒輪,且已在大功率高參數(shù)齒輪傳動(dòng)裝置上推廣應(yīng)用。近來(lái)，又在成功應(yīng)用珩齒新工藝基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出超硬滾切（也稱(chēng)刮齒）圓弧齒輪的精加工工藝，將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大硬齒面圓弧齒輪的應(yīng)用范圍。為避免根切、減少傳動(dòng)結(jié)構(gòu)尺寸、提高齒面接觸強(qiáng)度，變位齒輪的應(yīng)用日益見(jiàn)多。一般根據(jù)齒輪的工作條件、材料熱處理狀況，以及性能指標(biāo)的要求，選取各自不同的變位系數(shù)。近年來(lái)，有的重載齒輪為了降低齒面接觸應(yīng)力，提高抗膠合能力，設(shè)計(jì)大變位系數(shù)的齒輪傳動(dòng)，使最大滑動(dòng)率接近相等；有的開(kāi)式齒輪為抗磨損與提高齒輪彎曲強(qiáng)度，選擇總變位系數(shù)盡可能大的正變位設(shè)計(jì)，使齒輪在不改變結(jié)構(gòu)、不增加制造成本條件下，提高承載性能與使用壽命，充分發(fā)揮了變位齒輪的優(yōu)越性。實(shí)踐已經(jīng)證明：符合理論齒廓與理論齒向的齒輪傳動(dòng)不一定具有良好的動(dòng)態(tài)性能。重要的齒輪傳動(dòng)通常設(shè)計(jì)為修形齒輪。現(xiàn)在，不僅那些有降噪要求的機(jī)床與車(chē)輛齒輪需要齒頂修形（也稱(chēng)修緣）或齒向修鼓形，而且發(fā)展為整個(gè)齒廓與齒向進(jìn)行不同方式的修形設(shè)計(jì)。特別對(duì)于大功率高速或重載齒輪傳動(dòng)，由于受到輪齒變形與制造安裝誤差等影響，因靜態(tài)齒面接觸情況的改變，造成齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)中的振動(dòng)與偏載。一般對(duì)6級(jí)精度以上的圓柱齒輪傳動(dòng)，都可進(jìn)行修形設(shè)計(jì)，這種齒輪修形的概念已較普遍地應(yīng)用在其他類(lèi)型的齒輪傳動(dòng)中。各類(lèi)齒輪的行星傳動(dòng)是近20年來(lái)發(fā)展較快的一種傳動(dòng)形式，它是一種至少有一個(gè)齒輪的幾何軸線(xiàn)繞中心輪軸線(xiàn)回轉(zhuǎn)的齒輪傳動(dòng)。因此種傳動(dòng)采用數(shù)個(gè)行星輪或一個(gè)行星輪的多個(gè)輪齒同時(shí)傳遞負(fù)荷，并利用了向嚙合的組合形式，因而具有體積小、重量輕、速比范圍大、傳動(dòng)效率高、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于冶金、礦山、起重運(yùn)輸、通用、化工、航天等設(shè)備上，作為增速、減速與變速的傳動(dòng)裝置。在有些要求結(jié)構(gòu)緊湊的場(chǎng)合或是同軸線(xiàn)傳動(dòng)的情況下，它已替代了一批平行軸結(jié)構(gòu)的定軸傳動(dòng)。漸開(kāi)線(xiàn)齒輪行星傳動(dòng)一般用于大、中功率的增、減速傳動(dòng)，而各種少齒差式的行星傳動(dòng)主要使用在中、小功率的大減速比傳動(dòng)。所謂少齒差即是在齒輪嚙合副中，其內(nèi)齒輪與外齒輪的齒數(shù)差很少而得名。對(duì)于漸開(kāi)線(xiàn)齒輪少齒差行星傳動(dòng)與擺線(xiàn)針輪少齒差行星運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，其基本原理與計(jì)算方法相同，其行星運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生，并無(wú)單獨(dú)的行星輪而是由其中的外齒輪通過(guò)一轉(zhuǎn)臂軸承的偏心作用所致。漸開(kāi)線(xiàn)少齒差中的外齒輪一般是不磨齒的，因而加工簡(jiǎn)便，成本低。擺線(xiàn)少齒差中的外齒輪(擺線(xiàn)輪)是齒面滲碳淬火磨齒的。傳動(dòng)效率較高，但需專(zhuān)用加工設(shè)備，因?yàn)槭浅膳a(chǎn)，成本不會(huì)太高，應(yīng)用面越來(lái)越廣，它是目前我國(guó)齒輪減速器中年產(chǎn)量最大的一種。另一種諧波齒輪少齒差行星傳動(dòng)是依靠柔性材料制成的外齒輪所產(chǎn)生的可控彈性變形來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)。常應(yīng)用于傳動(dòng)功率不大、運(yùn)動(dòng)精度高、回差小、結(jié)構(gòu)更為緊湊的大速比傳動(dòng)裝置，特別適合于仿生機(jī)械，醫(yī)療機(jī)械，電子設(shè)備及航空航天裝置上要求高動(dòng)態(tài)性能的伺服系統(tǒng)中使用。錐齒輪與準(zhǔn)雙曲面齒輪根據(jù)其類(lèi)型、制造精度與材料熱處理的不同，具有各自的應(yīng)用范圍。在車(chē)輛與航空方面，較多采用弧齒錐齒輪，并長(zhǎng)期沿用美國(guó)的格利森(Gloasean)制，多年來(lái)已形成一整套比較成熟的設(shè)計(jì)與工藝方法。也有一些采用奧利康(Oerlikon)制，這種錐齒輪是在延伸外擺線(xiàn)錐齒輪銑齒機(jī)上加工的。，90年代后，針對(duì)重型、礦山設(shè)備中大型曲齒錐齒輪的需要，連續(xù)從國(guó)外引進(jìn)由德國(guó)克林根貝爾格(kingelnberg)公司生產(chǎn)的延伸外擺線(xiàn)錐齒輪生產(chǎn)線(xiàn)，加工齒輪最大法向模數(shù)35mm，最大直徑達(dá)到2000mm，形成了一套擺線(xiàn)一準(zhǔn)漸開(kāi)線(xiàn)齒制。在要求單級(jí)大減速比并傳遞大轉(zhuǎn)矩的齒輪傳動(dòng)中，多數(shù)應(yīng)用蝸桿傳動(dòng)。現(xiàn)有普通圓柱蝸桿，圓弧圓柱蝸桿與環(huán)面蝸桿等三種類(lèi)型。一般設(shè)計(jì)成普通圓柱蝸桿傳動(dòng)，加工比較方便。其中應(yīng)用較多的是軸向直廓圓柱蝸桿傳動(dòng)與法向直廓圓柱蝸桿傳動(dòng)兩種；對(duì)于載荷較大的場(chǎng)合，常采用圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)；對(duì)于較精密的傳動(dòng)，可采用漸開(kāi)線(xiàn)圓柱蝸桿傳動(dòng)或軸向直廓圓柱蝸桿傳動(dòng)。在一些重載，且功率較大的傳動(dòng)中，較多采用環(huán)面蝸桿傳動(dòng)。它具有多齒接觸與潤(rùn)滑條件好等特點(diǎn)。如與普通圓柱蝸桿副相比，承載能力可提咼1.5-3倍。其缺點(diǎn)是制造比較復(fù)雜、成本高。蝸桿傳動(dòng)類(lèi)型的選擇取決于所具有的工藝條件與傳遞功率的范圍。蝸桿傳動(dòng)的性能質(zhì)量不僅與蝸桿和蝸輪的制造質(zhì)量有關(guān)，且與安裝跑合的效果密切相關(guān)。只要在工藝上保證，同一類(lèi)型的蝸桿傳動(dòng)，其承載能力不會(huì)有顯著差別。齒輪產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，除依賴(lài)于合理而先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法外，主要決定于齒輪制造水平的高低。近些年來(lái)，我國(guó)齒輪制造能力和水平已有長(zhǎng)足的發(fā)展，齒輪精度等級(jí)普遍有所提高，例如一般低速齒輪已由87,級(jí)提高到978級(jí)；機(jī)床齒輪由：78級(jí)提高到279級(jí)；汽車(chē)齒輪由：7,級(jí)提高到278級(jí)；軋機(jī)齒輪由978級(jí)提高到27:級(jí)；高速齒輪由279級(jí)提高到；7:級(jí)。由此帶動(dòng)了相關(guān)的齒輪機(jī)床、切齒刀具、測(cè)量?jī)x器的技術(shù)更新、精度水平的提高及品種規(guī)格范圍的擴(kuò)大。多數(shù)齒輪機(jī)床與刀具已接近或達(dá)到國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)水平，但對(duì)少數(shù)高精度磨齒機(jī)、高效切齒機(jī)床以及精密量?jī)x等，與國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)相比尚有一定差距。對(duì)于不同類(lèi)型的齒輪、齒廓形狀、齒面硬度、結(jié)構(gòu)形式、精度等級(jí)與生產(chǎn)條件，可選擇不同的工藝方案。一般來(lái)說(shuō)，齒輪制造工藝過(guò)程包括材料制備、齒坯加工、切齒、齒面熱處理和齒面精加工等五個(gè)階段。常用的輪齒加工方法有銑齒、滾齒、插齒、剃齒、珩齒與磨齒等，其相應(yīng)的齒輪加工機(jī)床與切齒工具一般均能立足于國(guó)內(nèi)。圓柱齒輪在機(jī)械產(chǎn)品中，應(yīng)用廣泛，規(guī)格品種繁多，長(zhǎng)期來(lái)采用漸開(kāi)線(xiàn)齒廓。多數(shù)選用中碳合金鋼與滲碳合金鋼兩種，少數(shù)采用氮化鋼。按其性能規(guī)定相應(yīng)的熱處理工藝，如調(diào)質(zhì)、感應(yīng)淬火、滲碳淬火與表面氮化等。在切齒工藝方面，對(duì)于汽車(chē)、拖拉機(jī)批量生產(chǎn)的中、小模數(shù)齒輪，通常采用滾（插）齒一剃（擠）齒一熱處理一珩齒工藝；對(duì)于冶金、礦山、石化、起重運(yùn)輸?shù)葯C(jī)械配套的大、中模數(shù)齒輪，大都采用調(diào)質(zhì)處理一滾（插）齒工藝；對(duì)于低速重載與高速齒輪，一般米用滾（插）齒一滲碳淬火一磨齒工藝。蝸輪副的加工相當(dāng)于蝸桿與蝸輪的嚙合運(yùn)動(dòng)關(guān)系。蝸桿通常可用銑削與車(chē)削兩種加工方法，對(duì)于要求較精確的或硬齒面蝸桿，應(yīng)采用磨削方法。蝸輪輪齒在成批生產(chǎn)條件下，使用幾何尺寸做成與相嚙蝸桿基本相同的蝸輪滾刀，按要求的中心距滾削加工；對(duì)于單件制造的蝸輪，可采用單齒或多齒飛刀加工；對(duì)于重要的或高精度蝸輪，應(yīng)使用蝸輪剃齒刀精加工齒面。蝸桿副安裝后，一般需要跑合運(yùn)轉(zhuǎn)。錐齒輪加工方式名目繁多，按其齒線(xiàn)形式差異，有不同的方法。直齒（包括斜齒）錐齒輪用刨齒法加工，其中分展成法與仿形法兩種形式。對(duì)于大批生產(chǎn)的較小模數(shù)錐齒輪可用圓拉刀成形法銑齒，其效率較高，但需專(zhuān)用刀具；也用雙刀盤(pán)銑齒，適于中、小模數(shù)錐齒輪的高效加工，它與展成法刨齒相似，其加工齒寬受刀盤(pán)直徑限制；如用砂輪替代刀盤(pán)，可作磨齒加工；對(duì)于齒廓精度要求不高的錐齒輪，用成形銑刀（如盤(pán)狀銑刀或指形銑刀）以單面法或雙面法進(jìn)行加工。曲齒錐齒輪加工主要分弧齒錐齒輪與長(zhǎng)幅外擺線(xiàn)錐齒輪兩類(lèi)?；↓X錐齒輪用銑刀盤(pán)銑齒，刀盤(pán)在銑齒機(jī)搖臺(tái)上做切削旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而搖臺(tái)與被加工錐齒輪做相對(duì)滾動(dòng)，刀盤(pán)與工件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，相當(dāng)于一個(gè)平面圓弧齒輪與被加工錐齒輪的嚙合，所得齒形為漸開(kāi)線(xiàn)的近似齒廓，刀盤(pán)滾切一次就切出一個(gè)齒側(cè)面，工件分度后再加工另一齒面。對(duì)于收縮齒與等高齒兩種情況，銑刀盤(pán)種類(lèi)與旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的調(diào)整是不同的。如用砂輪代替刀盤(pán)，可進(jìn)行錐齒輪齒面的磨削精加工。長(zhǎng)幅外擺線(xiàn)錐齒輪在加工時(shí)，機(jī)床搖臺(tái)固定不動(dòng)，刀盤(pán)與工件相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，可以連續(xù)銑齒，同時(shí)完成齒槽切削與分度，銑刀盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)內(nèi)外一組刀齒，工件則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒節(jié)距。若刀盤(pán)隨機(jī)床搖臺(tái)與被加工工件相對(duì)滾動(dòng)切削，則一次滾動(dòng)可同時(shí)完成分度與齒廓和齒向的加工。這種錐齒輪因機(jī)床與刀盤(pán)結(jié)構(gòu)不同，也有奧利康、克林根貝爾格、格利森等三種齒制的切齒調(diào)整方法。以上兩類(lèi)曲齒錐齒輪，只要將被加工錐齒輪的軸線(xiàn)調(diào)整到機(jī)床搖臺(tái)軸線(xiàn)相錯(cuò)位置，均可切制準(zhǔn)雙曲面錐齒輪副。擺線(xiàn)齒輪、諧波齒輪與非圓齒輪等加工均屬相應(yīng)的滾齒、銑齒、插齒、與磨齒等方法的特殊應(yīng)用。如改變砂輪的形狀與通常的磨齒運(yùn)動(dòng)關(guān)系，就可磨削擺線(xiàn)齒輪的齒面；如利用數(shù)控技術(shù)，在插齒方法中改變刀具與工件相互運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速比關(guān)系與中心距，就可加工非圓齒輪。齒輪的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是各類(lèi)齒輪產(chǎn)品質(zhì)量的重要保證。齒輪精度標(biāo)準(zhǔn)是影響齒輪質(zhì)最重要的一項(xiàng)，它規(guī)定了不同等級(jí)齒輪加工誤差的限制范圍，多年來(lái)，企業(yè)努力貫徹此標(biāo)準(zhǔn)，并在標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)立了齒輪整體誤差測(cè)量理論和儀器，為確保齒輪質(zhì)量，提供了重要手段。目前，我國(guó)已頒布各項(xiàng)齒輪國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)88項(xiàng)，齒輪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)283項(xiàng)。其中大多數(shù)齒輪技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，均已與國(guó)際接軌，達(dá)到了國(guó)際通用技術(shù)水平。關(guān)于齒輪術(shù)語(yǔ)、代號(hào)、設(shè)計(jì)計(jì)算、試驗(yàn)與檢驗(yàn)方法等基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，廣泛采用了世界先進(jìn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)企業(yè)不斷提高齒輪產(chǎn)品的質(zhì)量水平。近十幾年來(lái)，我國(guó)陸續(xù)從世界工業(yè)先進(jìn)國(guó)家引進(jìn)了石油化工、大型化肥、燃?xì)廨啓C(jī)、冶金軋鋼、建材、露天礦開(kāi)采等大型成套設(shè)備，數(shù)量可觀。經(jīng)實(shí)際使用分析，其中高速與重載齒輪是這些成套設(shè)備的關(guān)鍵部件，絕大部分采用硬齒面齒輪，齒輪的圓周速度最高達(dá)150m/s,傳動(dòng)功率最高達(dá)40000kw,，齒輪精度等級(jí)5-6級(jí)，最高為4級(jí)。為實(shí)現(xiàn)這些高精度硬齒面齒輪制造的國(guó)產(chǎn)化，開(kāi)展了科研與制造技術(shù)攻關(guān)，使我國(guó)的高速齒輪與重載齒輪設(shè)計(jì)制造水平提高了一大步?，F(xiàn)已能設(shè)計(jì)制造的高速齒輪，其最大功率為44000kw,最高圓周速度為156m/s,齒輪制造精度為4-5級(jí)；重載齒輪最大功率達(dá)6000kw，最大傳遞轉(zhuǎn)矩達(dá)2000KN.m,圓周速度達(dá)30-50m/s，齒輪精度達(dá)5-6級(jí)。（三）齒輪發(fā)展趨勢(shì)國(guó)際上，動(dòng)力傳動(dòng)齒輪裝置正沿著小型化、高速化、低噪聲、高可靠性方向發(fā)展。為提高齒輪傳動(dòng)的承載能力，硬齒面齒輪設(shè)計(jì)制造技術(shù)，日益受到普遍的關(guān)注，以提高齒輪齒面硬度縮小傳動(dòng)裝置的尺寸。軟、硬齒面齒輪設(shè)計(jì)性能參數(shù)及經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比（見(jiàn)表1-1），表中列出了各種齒輪材料與工藝條件下的經(jīng)濟(jì)效果。其次，米用以圓弧齒輪為代表的特殊齒形，如英法合作研制的艦載直升飛機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)，應(yīng)用圓弧齒輪設(shè)計(jì)后，使減速器高度大為降低。還有，隨著船舶動(dòng)力由中速柴油機(jī)代替的趨勢(shì)，在大型船上采用大功率行星齒輪裝置確有成效。在冶金、礦山、水泥、軋機(jī)等大型傳動(dòng)裝置中，行星齒輪以其體積小、同軸性好、效率高等特點(diǎn)而應(yīng)用愈來(lái)愈多。由于煉油、化肥、冶金等設(shè)備向大型化發(fā)展，對(duì)傳動(dòng)裝置的功率、速度與可靠性都提高了。如傳動(dòng)功率1000-30000kw，齒輪圓周速度20-200m/s，設(shè)計(jì)工作壽命5*10-10*10h，因而要求齒輪的精度等級(jí)達(dá)到4-5級(jí)以上。并對(duì)齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性與噪聲均有較高的要求。由于數(shù)控技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用于傳遞兩軸間非勻速比運(yùn)動(dòng)的非圓齒輪傳動(dòng)已在各種機(jī)器及儀器儀表，如機(jī)床、重型機(jī)械、輕工機(jī)械、汽車(chē)以及流量計(jì)等中逐步發(fā)展起來(lái)，其應(yīng)用效果是十分顯著的，如錐形立銑刀的刀刃是圓錐面上的螺旋線(xiàn)，采用非圓齒輪使等導(dǎo)程螺旋線(xiàn)改變?yōu)榈嚷菪锹菪€(xiàn)，可改善銑刀的切削性能；在汽車(chē)變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向器中，采用的齒條與齒扇傳動(dòng)設(shè)計(jì)，就是利用非圓齒輪的傳動(dòng)原理；此外，鋼帶軋制生產(chǎn)線(xiàn)中最后切斷工序的滾筒式飛剪機(jī),就是利用非圓齒輪裝置，來(lái)保證鋼帶的同步剪切。齒輪用鋼材及其熱處理工藝對(duì)齒輪的承載能力影響較大，如合金鋼調(diào)質(zhì)到300HBS的許用接觸應(yīng)力為850N/mm,許用彎曲應(yīng)力為300N/mm；而滲碳淬火至60HRC的鋼，其許用接觸和彎曲應(yīng)力分別達(dá)到1600N/mm和500N/mm 。因而，目前普遍提高了對(duì)各類(lèi)齒輪的齒面硬度要求。在鋼材的冶金質(zhì)量方面，對(duì)重要的齒輪，要求采用真空脫氣處理，提高了鋼的韌度，改善了加工性能。為保證齒輪不同尺寸的心部硬度與減少熱處理變形，開(kāi)始生產(chǎn)并應(yīng)用保證淬透性鋼。為縮短齒輪滲碳周期，正逐步推行齒輪的稀土滲碳工藝。此外，為確保齒輪的加工質(zhì)量、效率及減少變形，對(duì)齒坯預(yù)備熱處理的質(zhì)量越來(lái)越重視。表1-1軟、硬齒面齒輪性能參數(shù)及經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比鋼材4542CrMo430MnCr542CrMo431CrMoV934CrMo420MnCr5熱處理正火調(diào)質(zhì)滲碳調(diào)質(zhì)氣體淡化感應(yīng)或火焰淬火滾齒、研齒47023904966滲碳加工滾齒滾齒磨齒滾齒精滾磨齒中心距/mm830650585490390重量/kg85004860356526201581重量比（％）174100715433價(jià)格比（％）132100857863安全抗點(diǎn)蝕1.31.31.31.31.41.6系數(shù)抗彎曲6.15.73.92.32.32.3在切齒加工方面，目前正向高速、高效、高精度方向發(fā)展。如用高速鋼滾刀滾齒，切削速度可達(dá)100-200m/min,被加工齒面的硬度達(dá)300-400HBS；硬質(zhì)合金滾刀切齒，切削速度達(dá)）300m/min。在汽車(chē)齒輪加工中，多采用多頭滾刀，一般雙頭滾刀可提高效率40%,且頭數(shù)越多、前刃面磨損越小。滾齒時(shí)，在機(jī)床上采用數(shù)控、數(shù)顯裝置，可縮短調(diào)整時(shí)間80%，使加工精度提高1級(jí)。硬齒面齒輪的精加工，當(dāng)前采用硬質(zhì)合金負(fù)前角滾刀超硬滾齒，如與蝸桿珩齒結(jié)合可部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)的磨齒工藝，費(fèi)用僅為磨齒的1/3，效率比普通磨齒提高1-5倍，模數(shù)越大，齒數(shù)越多，效果越明顯，且沒(méi)有燒傷或裂紋，還可適當(dāng)提高齒面的疲勞強(qiáng)度。用超硬滾切代替齒輪的粗磨或半精磨的趨勢(shì)日益明顯。滾切精度可以達(dá)到6級(jí)，對(duì)大模數(shù)硬齒面齒輪可達(dá)到7級(jí)。此外，在加工汽車(chē)硬齒面齒輪時(shí)，發(fā)展一種不使用切削液的超硬滾刀干式滾切工藝，不僅可以提高生產(chǎn)率，減少加工費(fèi)用，而且可減輕環(huán)境污染。在插齒工藝方面，有些插床的插削速度已提高到1500-2500沖程/min，加工精度可達(dá)5-6級(jí)，如使用TIN涂層插齒刀加工摩托車(chē)齒輪，刃磨一次可加工1000件，它比無(wú)涂層插齒刀壽命延長(zhǎng)6倍。用aa級(jí)硬質(zhì)合金插齒刀加工45-62HRC的硬齒面齒輪，其精度可達(dá)6-7級(jí)。使用CBN梳齒刀加工淬硬齒輪,其精度可達(dá)5級(jí)在珩齒方面，除采用蝸桿式珩輪進(jìn)行珩齒外，瑞士生產(chǎn)了一種內(nèi)嚙合式珩輪的珩齒機(jī)，加工一個(gè)m=3.5mm、z=41、b=37的斜齒輪，時(shí)間僅為1min，加工精度達(dá)5-6級(jí)，現(xiàn)已在一些轎車(chē)齒輪上應(yīng)用推廣。磨齒是獲得高精度齒輪最可靠的方法，在齒輪加工中的比重日益增大。一方面普遍采用數(shù)控技術(shù)提高自動(dòng)化程度，另一方面廣泛使用CBN砂輪提高磨齒精度。改善冷卻潤(rùn)滑條件。新近開(kāi)發(fā)了高效數(shù)控CBN蝸桿砂輪磨齒機(jī)與數(shù)控CBN成形砂輪磨齒機(jī)，磨削效率與質(zhì)量顯著提高，還可減少磨削次數(shù)、提高磨削用量，省去昂貴的修正機(jī)構(gòu)與補(bǔ)償裝置。有的在蝸桿砂輪上鍍一層CBN磨料，無(wú)需經(jīng)機(jī)床修整，磨削淬硬的汽車(chē)齒輪，僅需1min，加工精度達(dá)4-5級(jí)。瑞士萊斯豪爾公司采用環(huán)面蝸桿砂輪磨削原理開(kāi)發(fā)的RIP200型磨齒機(jī)，其生產(chǎn)率為普通磨齒法的5倍；磨削轎車(chē)齒輪時(shí)，單件磨削時(shí)間可縮短到1min，平均每個(gè)齒的磨削時(shí)間僅為2s，并按需可磨削各種修形齒輪。由于應(yīng)用立方氮化硼砂輪的結(jié)果，使成形磨削獲得了快速發(fā)展。與蝸桿砂輪磨齒相比，成形磨齒能十分方便解決齒廓修緣和齒根圓角問(wèn)題，并在理論上對(duì)工件的模數(shù)沒(méi)有限制，而蝸桿砂輪磨齒的最大模數(shù)僅7-8mm。數(shù)控成形砂輪磨齒機(jī)具有其他各種磨齒機(jī)無(wú)法比擬的萬(wàn)能性，配備相應(yīng)軟件后，可加工各種特殊齒形，而且調(diào)整方便，操作簡(jiǎn)單，最高磨齒精度可達(dá)2級(jí)。齒輪傳動(dòng)CAD技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用已日趨完善，從優(yōu)化設(shè)計(jì)到計(jì)算機(jī)輔助繪圖,從二維圖形發(fā)展到三維實(shí)體造型，從齒輪零部件CAD到齒輪傳動(dòng)裝置CAD，逐步建立了齒輪傳動(dòng)一體化的CAD集成系統(tǒng)。它包含了各類(lèi)齒輪傳動(dòng)裝置相關(guān)零部件CAD。一般齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算軟件開(kāi)發(fā)已較完整，在工程應(yīng)用中已較普遍。目前，少數(shù)單位開(kāi)發(fā)了典型齒輪零部件的參數(shù)化CAD繪圖，效率很高。要把通用的機(jī)械CAD軟件和齒輪專(zhuān)用的CAD軟件結(jié)合起來(lái)，推動(dòng)軟件的商品化與集成化，建成齒輪設(shè)計(jì)與制造工程數(shù)據(jù)庫(kù)，逐步過(guò)渡到齒輪傳動(dòng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)技術(shù)與仿真技術(shù)，以適應(yīng)高參數(shù)與高性能齒輪裝置的設(shè)計(jì)要求，進(jìn)一步解決齒輪產(chǎn)品虛擬設(shè)計(jì)與制造技術(shù)中，三維可視圖形、建模與仿真、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與分析計(jì)算等現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)問(wèn)題。二、齒輪的毛胚選擇與計(jì)算（一）毛胚的的選擇為了制造出質(zhì)量高，成本低競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的產(chǎn)品，要科學(xué)合理的對(duì)眾多選材料進(jìn)行全面分析和篩選。1材料的使用性能使用性能主要是指在工作條件下，材料應(yīng)具有的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，這是選材時(shí)首先應(yīng)予保證的。對(duì)于機(jī)械零件和工程構(gòu)件，最重要的是力學(xué)性能。齒輪在機(jī)器中的主要作用是傳遞功率與調(diào)節(jié)速度。在工作時(shí)，齒輪通過(guò)齒面得接觸傳遞動(dòng)力，周期的受彎曲應(yīng)力盒接觸應(yīng)力。在嚙合的齒面上，還承受強(qiáng)烈的摩擦力和沖擊力等。因此要求齒輪材料具有：較高的彎曲疲勞和接觸疲勞強(qiáng)度；齒面有較高硬度和耐磨性；齒輪心部要有足夠的強(qiáng)度和韌性。所以材料采用45鋼。2、 材料的工藝性能制造每一個(gè)零件都要經(jīng)過(guò)一系列的加工過(guò)程，因此，將材料加工成零件的難易程度，將直接影響零件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率和加工成本。工藝性能中最突出的問(wèn)題是切削加工性和熱處理工藝性。因此絕大部分材料需經(jīng)過(guò)切削加工和熱處理。3、 材料的經(jīng)濟(jì)性在滿(mǎn)足使用性能的前提下，選用材料時(shí)應(yīng)注意降低零件的總成本。零件的總成本包括材料本身的價(jià)格、加工費(fèi)和其他費(fèi)用，有時(shí)甚至還要包括運(yùn)費(fèi)與安裝費(fèi)用。在金屬材料哦中，非金剛和鑄鐵的價(jià)格都比較低廉，而且加工方便。因此在能夠滿(mǎn)足零件力學(xué)性能與工藝性能的前提下，選用非合金剛和鑄鐵可降低成本。對(duì)于一些只要求表面性能高的零件，可選用廉價(jià)鋼種進(jìn)行表面強(qiáng)化處理來(lái)達(dá)到。另外,在考慮材料的經(jīng)濟(jì)性時(shí)不宜單純的以?xún)r(jià)格來(lái)比較材料的優(yōu)劣，而應(yīng)以綜合經(jīng)濟(jì)效益來(lái)評(píng)價(jià)材料的經(jīng)濟(jì)性。

（二）齒輪的計(jì)算表1-2齒輪的計(jì)算名稱(chēng)符號(hào)公式齒1rRO齒2模數(shù)mM=p/n55齒數(shù)zz1828分度圓直徑dd=mz90140齒頂咼hah=h*ma a55齒根高h(yuǎn)fh=(h*+c*)mf a6.256.25齒頂圓直徑dad二d+2ha a100150齒根圓直徑dfd=d—2hf f77.5127.5孔徑b55齒寬bb=屮ddi1818三、齒輪加工工藝分析圓柱齒輪加工工藝過(guò)程常因齒輪的結(jié)構(gòu)形狀、精度等級(jí)、生產(chǎn)批量及生產(chǎn)條件不同而采用不同的工藝方案。（一）工藝過(guò)程分析圖1-1所示為一雙聯(lián)齒輪，材料為40Cr，精度為7—6—6級(jí)，其加工工藝過(guò)程見(jiàn)表1-4。從表中可見(jiàn)，齒輪加工工藝過(guò)程大致要經(jīng)過(guò)如下幾個(gè)階段：毛坯熱處理、齒坯加工、齒形加工、齒端加工、齒面熱處理、精基準(zhǔn)修正及齒形精加工等。表1-3加工精度表rH口齒號(hào)IIITH口齒號(hào)III模數(shù)22基節(jié)偏差±0.016±0.016齒數(shù)1828齒形公差0.0170.018精度等級(jí)7GK7JL齒向公差0.0170.017公法線(xiàn)長(zhǎng)度變0.030.02公法線(xiàn)平均21.360-27.60-動(dòng)量94長(zhǎng)度0.050.05齒圈徑向跳動(dòng)0.0500.042跨齒數(shù)45表1-4雙聯(lián)齒輪加工工藝過(guò)程序號(hào)工序內(nèi)容定位基準(zhǔn)1毛坯鍛造外圓及端面2正火050孔及A面3粗車(chē)外圓及端面，留余量1.5?2mm，鉆鏜花鍵底孔至尺寸屮50花鍵孔及A面4拉花鍵孔花鍵孔及B面5鉗工去毛刺花鍵孔及A面6上芯軸，精車(chē)外圓，端面及槽至要求花鍵孔及端面7檢驗(yàn)花鍵孔及A面8滾齒（z=28），留剃余量0.07?0.10mm花鍵孔及A面9插齒（z=18），留剃余量0.0,4?0.06mm花鍵孔及A面10倒角（1、11齒12。牙角）花鍵孔及A面11鉗工去毛刺12剃齒（z=28），公法線(xiàn)長(zhǎng)度至尺寸上限13剃齒（z=18），采用螺旋角度為5°的剃齒刀，剃齒后公法線(xiàn)長(zhǎng)度至尺寸上限14齒部高頻淬火：G5215推孔16珩齒17總檢入庫(kù)加工的第一階段是齒坯最初進(jìn)入機(jī)械加工的階段。由于齒輪的傳動(dòng)精度主要決定于齒形精度和齒距分布均勻性，而這與切齒時(shí)采用的定位基準(zhǔn)（孔和端面）的精度有著直接的關(guān)系，所以，這個(gè)階段主要是為下一階段加工齒形準(zhǔn)備精基準(zhǔn),使齒的內(nèi)孔和端面的精度基本達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求。在這個(gè)階段中除了加工出基準(zhǔn)外，對(duì)于齒形以外的次要表面的加工，也應(yīng)盡量在這一階段的后期加以完成。第二階段是齒形的加工。對(duì)于不需要淬火的齒輪，一般來(lái)說(shuō)這個(gè)階段也就是齒輪的最后加工階段，經(jīng)過(guò)這個(gè)階段就應(yīng)當(dāng)加工出完全符合圖樣要求的齒輪來(lái)。對(duì)于需要淬硬的齒輪，必須在這個(gè)階段中加工出能滿(mǎn)足齒形的最后精加工所要求的齒形精度，所以這個(gè)階段的加工是保證齒輪加工精度的關(guān)鍵階段。應(yīng)予以特別JJ圖1-2圖1-3加工的第三階段是熱處理階段。在這個(gè)階段中主要對(duì)齒面的淬火處理，使齒面達(dá)到規(guī)定的硬度要求。加工的最后階段是齒形的精加工階段。這個(gè)階段的目的，在于修正齒輪經(jīng)過(guò)淬火后所引起的齒形變形，進(jìn)一步提高齒形精度和降低表面粗糙度，使之達(dá)到最終的精度要求。在這個(gè)階段中首先應(yīng)對(duì)定位基準(zhǔn)面（孔和端面）進(jìn)行修整，因淬火以后齒輪的內(nèi)孔和端面均會(huì)產(chǎn)生變形，如果在淬火后直接采用這樣的孔和端面作為基準(zhǔn)進(jìn)行齒形精加工，是很難達(dá)到齒輪精度的要求的。以修整過(guò)的基準(zhǔn)面定位進(jìn)行齒形精加工，可以使定位準(zhǔn)確