機械制造基礎 課件 5.1圓柱齒輪零件的工藝特點

5.1圓柱齒輪零件的工藝特點

01圓柱齒輪傳動的精度要求02圓柱齒輪的材料與毛坯03圓柱齒輪的加工工藝過程04圓柱齒輪加工的主要工藝問題

盤類零件零件基本上是扁平形狀，有圓形、方形、弧形等各種各樣的形狀，它們中有均布孔，也有凹凸臺，常見的盤類零件有法蘭盤、帶輪、凸輪、圓柱齒輪等。圓柱齒輪是機械傳動中典型的盤類零件之一，通常起支撐和導向作用。其功用是按規(guī)定的傳動比傳遞運動和動力。圖5-1圓柱齒輪的結構形式a)單圈盤狀齒輪

b）雙聯(lián)移滑齒輪

c)三聯(lián)移滑齒輪

d）套狀齒輪

e）內齒輪

f）連軸齒輪

g）扇形齒輪

h）齒條5.1.1圓柱齒輪傳動的精度要求1.運動精度要求齒輪傳動的傳動特點是傳動比恒定，即

2.接觸精度要求齒輪工作時，要求齒面有一定且均勻的接觸面積，并保證有符合要求的接觸位置，以齒面載荷分布的均勻性來保證齒輪的使用壽命。3.工作平穩(wěn)性精度要求

齒輪傳動平穩(wěn)，無沖擊、振動和噪聲小。這就需要限制齒輪傳動時瞬時傳動比的變化，即齒輪在一轉中多次出現(xiàn)的小周期性轉角誤差不應超過一定的限度。4.齒側間隙要求

齒輪傳動時，非工作面留有一定的間隙，用以儲存潤滑油，補償彈性變形、熱變形及齒輪制造和裝配誤差。5.1.2圓柱齒輪的材料與毛坯

圓柱齒輪常用的材料與熱處理齒輪材料預備熱處理齒面熱處理綜合性能適用工作范圍中碳結構鋼，如45調質、正火表面淬火綜合力學性能較好，齒面粗糙度值較大低速、輕載或不重要齒輪中碳合金結構鋼，如40Cr調質、正火表面淬火綜合力學性能較好，熱處理變形小速度較高，受力較大，精度為6級以上的齒輪低碳合金結構鋼，如20Cr正火滲碳、碳氮共滲心部有較高韌性、齒面耐磨性較好高速、中載或受沖擊載荷形式傳動的齒輪鑄鐵材料，如HT200

切削性能好，成本低，抗彎強度、耐磨性、耐沖擊性差受力不大，形狀復雜，尺寸大的齒輪非鐵金屬材料，如HPb59—1

切削性能好，耐蝕性能好，齒面表面粗糙度值較小儀表、儀器中的小模數(shù)齒輪

齒輪的毛坯選擇取決于齒輪的材料、結構形狀、尺寸大小、使用條件及生產批量等因素。對于鋼制齒輪，如果尺寸較小且性能要求不高，可直接采用熱軋棒料。除此之外，一般都采用鍛造毛坯。生產批量較小或尺寸較大的齒輪采用自由鍛造，生產批量較大的中小尺寸齒輪采用模鍛。對于直徑比較大，結構比較復雜的不便于鍛造的齒輪，采用鑄鋼毛坯或焊接組合毛坯。5.1.3圓柱齒輪的加工工藝過程

圓柱齒輪的加工藝可以分為齒坯工藝和齒形工藝兩部分。其工藝過程因零件的結構形狀、精度要求、生產批量及具體生產條件的不同而不同。一般工藝路線可歸納如下:毛坯制造—毛壞熱處理—齒坯加工—中檢—齒形粗加工—齒端加工—齒面熱處理—精基準修正—齒形精加工—終檢。圖5-2雙聯(lián)齒輪

圖5-2所示為一雙聯(lián)齒輪，材料為40Cr,

精度為7級，中批生產。

表5-2雙聯(lián)齒輪的參數(shù)齒號模數(shù)/mm齒數(shù)齒圈徑向圓跳動/mm公法線平均長度/mm公法線長度變動量/mm跨齒數(shù)齒形誤差/mm齒向誤差/mmI3280.03623.150.02830.080.009II3320.03622.980.02830.080.009

表5-3雙聯(lián)齒輪加工工藝過程序號工序內容定位基面序號工序內容定位基面1毛坯鍛造

9倒角(I、II齒圈牙角)花鍵孔和端面2正火

10鉗工去毛刺

3粗車外圓和端面(留余量1~1.5mm)，鉆鏜花鍵底孔至尺寸外圓和端面11剃齒(z=28，采用螺旋角為15°的剃齒刀)，公法線長度至尺寸上限花鍵孔和端面4拉花鍵孔φ28H12孔和端面12剃齒(z=32，采用螺旋角為5°的剃齒刀)，公法線長度至尺寸上限花鍵孔和端面5精車外圓、端面及槽至尺寸花鍵孔和端面13齒部高頻感應加熱淬火至52HRC

6檢驗

14推孔

7滾齒(z=32，留剃削余量0.06~0.08mm)花鍵孔和端面15珩齒(z=32)花鍵孔和端面珩齒(z=28)8插齒(z=28，留剃削余量0.03~0.05mm)花鍵孔和端面16檢驗花鍵孔和端面5.1.4圓柱齒輪加工的主要工藝問題

1.定位基準的選擇

設計時，為保證其傳動精度，齒輪的設計基準大多與裝配基準重合。工藝中應本著基準重合的原則，盡量使定位基準與設計基準、裝配基準、測量基準重合，并盡可能在整個工藝過程中保持基準統(tǒng)一。

對于帶孔齒輪，一般選齒輪的內孔和一個端面定位，作為基準的內孔，應有較高的加工精度，且基準端面相對內孔的端面圓跳動應符合公差要求。對于小直徑連軸齒輪，一般選用軸兩端中心孔作為統(tǒng)一的定位基準。對于直徑或模數(shù)較大的連軸齒輪，一般用裝配軸徑和圓跳動較小的端面作為定位基準。

2.齒坯加工方案

齒坯加工是齒輪加工工藝的環(huán)節(jié)，其加工將作為后續(xù)齒形加工和檢驗用的基準，而基準的好壞對齒形加工的質量影響很大。齒輪軸的齒坯工藝與軸加工工藝大體相同。對盤狀齒輪一般視批量不同采用不同的加工方案，但必須注意的是，為保證基準端面相對內孔的圓跳動要求，作為基準的內孔和一端面的精加工應盡量在一次安裝內完成。

中、小批生產的盤類齒輪，齒坯加工盡量采用通用機床。一般工藝路線為:粗車內、外各部分—精加工內孔及定位端面—精加工其他表面。

大批量生產的盤類齒輪，齒坯加工應盡量選擇像拉床、多刀機床、單軸、多軸自動機床，數(shù)控機床等這樣的高生產率機床。一般工藝路線為:多刀粗車外圓、端面與孔—拉孔—多刀精車外圓、端面及其他表面。

3.熱處理工序的安排

齒坯工藝過程中一般預先安排正火或調質等熱處理。正火在生產中應用較多，其目的為消除鍛造應力，改善材料的加工性能，得到較小的表面粗糙度值。正火一般安排在毛坯鍛造后，齒坯加工前。調質處理一般安排在齒坯粗加工之后，其目的是消除鍛造和切削應力，提高材料的綜合力學性能，為以后淬火時減少變形做好組織準備。

為提高齒面的硬度，增加齒輪的承載能力和耐磨性，根據(jù)材料與技術要求，齒形加工一般在滾齒、插齒、剃齒加工之后，珩齒、磨齒加工之前，安排高頻感應加熱淬火、液體滲碳淬火或氮碳共滲等熱處理工序。

4.齒端加工

齒輪的齒端加工有齒端倒圓、倒尖、倒棱等。倒棱可除去齒端銳邊、毛刺，避免熱處理時因應力集中而產生裂紋。倒圓、倒尖后的齒輪在切擋時容易進入嚙合。

齒端加工必須在淬硬前進行，一般安排在滾齒或插齒后，剃齒前。

5.精基準的修正

齒輪淬火后，基準孔往往產生適當?shù)淖冃?，內孔尺寸一般縮小0.05mm左右。為保證齒形精度，對基準孔必須加以修正。如果是表面淬火齒輪，一般采用推孔法修正，其生產率較高；如果是整體表面淬火齒輪，可采用磨孔，磨孔的生產率低，但加工精度高。

6.齒形加工方案

齒形加工是齒輪加工的關鍵，加工方案的選擇，主要依據(jù)齒輪的生產批量、精度等級、熱處理方法等確定。常用的方案為:1)8級或8級精度以下的調質齒輪采用滾齒—齒端加工的加工方案。淬火齒輪采用滾齒─齒端加工─表面淬火─修內孔的加工方案。應注意，熱處理前的齒形加工精度應高一級。

2)6~7級精度不淬火齒輪采用滾齒─齒端加工─剃齒的加工方案。淬火齒輪采用滾齒─齒端加工─剃齒─表面淬火─修基準─珩齒的加工方案。此方案設備簡單，生產率高，成本較低。滲碳齒輪采用滾齒─齒端加工─滲碳淬火─修基準一磨齒的加工方案。

3)5級以上精度，淬硬(未淬硬)齒輪