齒輪加工方式

1、第一章 齒輪的種類及應(yīng)用范圍第一節(jié) 齒輪種類齒輪傳動是目前機(jī)械傳動中應(yīng)用最廣泛、最常見的一種傳動形式。齒輪用它的輪齒來傳遞力矩和運(yùn)動、變換運(yùn)動的方向、指示讀數(shù)及變換機(jī)構(gòu)的位置等。齒輪按輪齒齒廓曲線，可分為漸開線、擺線、圓弧線、雙圓弧線齒輪等。按其外形，可分成圓柱齒輪、錐齒輪、蝸桿蝸輪、鼓形齒輪、非圓齒輪等。按其傳動形式，又可分為平行軸傳動、相交軸傳動及交錯軸傳動。第二節(jié) 齒輪的應(yīng)用范圍及特點(diǎn)第二章 齒輪加工方法及工藝過程第一節(jié) 齒輪加工方法一、齒輪常用材料及其力學(xué)性能齒輪的輪齒在傳動過程中要傳遞力矩而承受彎曲、沖擊等載荷。通過一段時間的使用，輪齒還會發(fā)生齒面磨損、齒面點(diǎn)蝕、表面咬合和齒面塑性變

2、形等情況而造成精度喪失，產(chǎn)生振動和噪聲等故障。齒輪的工作條件不同，輪齒的破壞形式也不同。選取齒輪材料時，除考慮齒輪工作條件外，還應(yīng)考慮齒輪的結(jié)構(gòu)形狀、生產(chǎn)數(shù)量、制造成本和材料貨源等因素。一般應(yīng)滿足下列幾個基本要求：1. 輪齒表面層要有足夠的硬度和耐磨性。2. 對于承受交變載荷和沖擊載荷的齒輪，基體要有足夠的抗彎強(qiáng)度與韌性。3.要有良好的工藝性，即要易于切削加工和熱處理性能好。齒輪的常用材料及其力學(xué)性能見表1-3。二、常用齒形加工方法齒輪齒形的加工方法，有無切屑加工和切削加工兩大類。無切屑加工方法有：熱軋、冷擠、模鍛、精密鑄造和粉末冶金等。切削加工方法可分為成形法和展成法兩種，其加工精度及適用范

3、圍見表1-4。三、齒輪常用熱處理（表1-5）第二節(jié) 齒輪加工工藝過程齒輪制造技術(shù)是獲得優(yōu)質(zhì)齒輪的關(guān)鍵。齒輪加工的工藝，因齒輪結(jié)構(gòu)形狀、精度等級、生產(chǎn)條件可采用不同的方案，概括起來有齒坯加工、齒形加工、熱處理和熱處理后精加工四個階段。齒坯加工必須保證加工基準(zhǔn)面精度。熱處理直接決定輪齒的內(nèi)在質(zhì)量，齒形加工和熱處理后的精加工是制造的關(guān)鍵。也反映了齒輪制造的水平。在齒輪加工工藝上，對軟齒面和中硬齒面齒輪（300400HBS），一般工藝方法為調(diào)質(zhì)后滾齒或插齒。對大模數(shù)齒輪則采用粗滾齒調(diào)質(zhì)精滾齒。對汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床等齒輪，批量大，要求精度高，采用滾齒或插齒后，再進(jìn)行剃齒或珩齒。齒面感應(yīng)淬火的齒輪（425

4、2HRC），其工藝為滾齒或插齒、剃齒、感應(yīng)淬火，再剃齒或珩齒。對于硬齒面齒輪，一般先滾齒或插齒，有時還剃齒，熱處理后精整基準(zhǔn)面，輪齒變形大時，進(jìn)行磨齒。輪齒變形較小，且精度要求在7級和7級以下的齒輪，熱處理后可采用珩齒或研齒。要求精度高且載荷不太大，且要求硬齒面的齒輪，可采用精滾齒后離子滲氮工藝。設(shè)計(jì)合理的齒輪的性能，除材料因素外，主要取決于齒輪制造水平。目前齒輪已達(dá)到的參數(shù)和性能指標(biāo)見表1-7。為了齒輪在工作狀態(tài)下正常嚙合，對于圓周速度超過100m/s 的高速齒輪，由于運(yùn)轉(zhuǎn)中的熱效應(yīng)，應(yīng)對齒面熱變形進(jìn)行修形。對于低速重載齒輪，采用硬齒面齒輪由于跑合性能不好，齒面負(fù)荷系數(shù)增加，導(dǎo)致整個齒輪裝置

5、系統(tǒng)產(chǎn)生一定的彈性變形，會產(chǎn)生沿齒向載荷分布不均，因此，必須齒向修形?？傊?，國內(nèi)外對齒面修形技術(shù)已作為齒輪制造中的一項(xiàng)重要工作內(nèi)容，尤其是在減小體積，提高承載能力方面更是如此。一、齒輪加工方法齒輪的加工方法很多，但主要方法有滾齒、插齒、剃齒和磨齒。其他尚有銑齒、刨齒、梳齒、擠齒、珩齒和研齒等。近年來，在加工技術(shù)，如硬齒面技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)等方面的發(fā)展，已使各種加工方法出現(xiàn)了嶄新面貌。（一）滾齒滾齒于1897年即被應(yīng)用，是目前應(yīng)用最廣的切齒方法，可加工漸開線齒輪、圓弧齒輪、擺線齒輪、鏈輪、棘輪、蝸輪和包絡(luò)蝸桿。滾齒精度一般可達(dá)47 級。表面粗糙度Ra3.21.6um。國產(chǎn)滾齒機(jī)（Y31800A

6、）加工最大直徑達(dá)8m，最大模數(shù)達(dá)40mm。目前高速鋼滾刀的切削速度可達(dá)100200 m/min，加工齒面硬度最高達(dá)300400HB。硬質(zhì)合金滾刀切削速度可達(dá) 300m/min，滾切齒面硬度最高達(dá)HRC62。滾齒是一種高效切齒方法。 目前滾齒的先進(jìn)技術(shù)有：1.多頭滾刀滾齒 一般雙頭滾刀可提高效率約40%。但滾刀各頭之間的偏差影響齒輪的齒向精度。2.滾齒機(jī)數(shù)控化或普通滾齒機(jī)安裝數(shù)顯裝置 80年代國外已制造了全數(shù)控（CNC）機(jī)床，即用計(jì)算機(jī)數(shù)控，用電子系統(tǒng)協(xié)調(diào)機(jī)床各種運(yùn)動，可減少調(diào)整時間和提高加工精度。3.硬齒面滾齒技術(shù)硬齒面滾齒擴(kuò)展了滾齒領(lǐng)域。該方法也稱刮削齒加工。刮削可作為大型齒輪磨前予加工工序

7、，去掉淬火變形量，直到留有合理的磨削余量，以減少磨齒時間，降低成本。刮削作為精加工工序，可達(dá)到6級精度，如果與蝸桿珩齒相結(jié)合，可獲得良好的齒面質(zhì)量，避免磨削燒傷和裂紋?？杀葐渭兡X提高效率15倍，費(fèi)用降低一半以上。硬齒面滾齒的滾刀刀齒采用硬質(zhì)合金或金屬陶瓷材料，表層涂氮化鈦，這些新材料已經(jīng)能夠控制刀具的崩刃。同時也提供了干式（不用切削油）切削的可能性,干式切削優(yōu)點(diǎn)是不需準(zhǔn)備和處理冷卻液，不要求油霧處理（由空氣排放）的工作，干切屑無污染，零件也沒有清理的要求。如果切削時使用切削油，則可提高刀壽命。4.大型齒輪滾齒大型齒輪滾齒，由于工件體積大，重量重，裝卡不便。所以大型齒輪滾齒設(shè)備的發(fā)展趨勢是綜合

8、性加工。（二）插齒和梳齒插齒是一種廣為采用的切齒方法，特別適合于加工內(nèi)齒輪和多聯(lián)齒輪。采用特殊刀具和附件后，還可加工無聲鏈輪、棘輪、內(nèi)外花鍵、齒形皮帶輪、扇形齒輪、非完整齒齒輪、特殊齒形結(jié)合子、齒條、端面齒輪和錐度齒輪等。數(shù)控插齒機(jī)能加工橢圓齒輪、非圓齒輪和特殊形狀的齒輪。梳齒是用齒條刀插削圓柱齒輪。特點(diǎn)是加工精度高，可達(dá)DIN5級。由于刀具結(jié)構(gòu)簡單、制造刃磨方便，精度高、刃磨次數(shù)多，便于采用硬質(zhì)合金刀片和立方氮化硼（CBN）刀片加工淬硬齒輪。（三）剃齒剃齒是一種高效齒輪精加工方法，最早于1926年在美國應(yīng)用。和磨齒相比，剃齒具有效率高、成本低、齒面無燒傷和裂紋等優(yōu)點(diǎn)。所以在成批生產(chǎn)的汽車、拖

9、拉機(jī)和機(jī)床等齒輪加工中，得到廣泛應(yīng)用。對角剃齒法和徑向剃齒法還可用于帶臺肩齒輪的精加工。（四）珩齒珩齒是一種輪齒表面光整加工技術(shù)，可有效地改善齒面質(zhì)量，粗糙度由Ra2.5減小到Ra0.63以下。某些珩齒方法還能在一定程度上提高齒輪精度，由于效率高，成本低，齒面無燒傷，所以廣泛用于7級以下精度的軟、硬齒面齒輪加工。珩齒方法有齒輪形珩輪外嚙合珩齒、蝸桿式珩輪珩齒和內(nèi)嚙合珩齒。齒輪形珩輪外嚙合珩齒已廣泛應(yīng)用，能有效地降低齒面粗糙度，但提高齒輪精度的能力甚微。 （五）磨齒磨齒是獲得高精度齒輪最有效和可靠的方法。發(fā)達(dá)國家都用硬齒面齒輪，磨齒成為高精度齒輪的主要加工方法。目前碟形砂輪和大平面砂輪磨齒精度可

10、達(dá)DIN2級，但效率很低。蝸桿砂輪磨齒精度達(dá)DIN34級，效率高，適用于中、小模數(shù)齒輪磨齒，但砂輪修正較為復(fù)雜。磨齒的主要問題是效率低、成本高，尤其是大尺寸齒輪。所以提高磨齒效率，降低費(fèi)用成為當(dāng)前主要研究方向，在這方面，近年來出現(xiàn)的新技術(shù)有：改進(jìn)磨削方法如減少磨削次數(shù)，壓縮展成長度，縮短磨削沖程, 可以提高磨齒效率。應(yīng)用立方氮化硼（CBN）砂輪高效磨齒 CBN砂輪具有硬度高、耐磨性好、壽命長、精度保持性好、切削性能好、熱擴(kuò)散系數(shù)大等優(yōu)點(diǎn)。因此，用CBN砂輪磨齒輪比用單晶鋼玉砂輪磨削效率提高510 倍，被磨削表面不易發(fā)生燒傷和裂紋，表面呈壓應(yīng)力狀態(tài)，疲勞強(qiáng)度高。（六）螺旋錐齒輪加工螺旋錐齒輪和準(zhǔn)

11、雙曲面齒輪廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機(jī)、工程機(jī)械、石油地質(zhì)鉆機(jī)、坦克、直升飛機(jī)和機(jī)床的驅(qū)動。這類齒輪的設(shè)計(jì)制造質(zhì)量主要取決于兩方面因素。一是加工設(shè)備及其工夾具的精度。二是由復(fù)雜的共軛計(jì)算所確定的機(jī)床及刀具的調(diào)整參數(shù)保證的齒形精度，這是提高這類齒輪質(zhì)量的關(guān)鍵所在。在螺旋錐齒輪加工方面。美國格利森公司占有很重要的地位。近十余年間，格利森公司在加工設(shè)備方面，創(chuàng)造了高效準(zhǔn)雙曲面齒輪磨齒機(jī)和數(shù)控多功能銑齒機(jī)。在質(zhì)量檢驗(yàn)分析和控制技術(shù)方面，研制了具有三坐標(biāo)測量功能的計(jì)算機(jī)輔助檢測系統(tǒng)，可快速準(zhǔn)確測出齒形誤差，并得出最佳的切齒修正調(diào)整參數(shù)。在設(shè)計(jì)制造技術(shù)方面，研制了一套包括幾何、強(qiáng)度設(shè)計(jì)、切齒（或磨齒）調(diào)整參數(shù)計(jì)

12、算，考慮輪齒邊緣和輪齒接觸分析和有限元應(yīng)力接觸分析的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)。我國現(xiàn)已能制造較先進(jìn)的弧齒錐齒輪切齒機(jī)床，如Y2250A、Y2080I等。在軟件開發(fā)方面，重慶大學(xué)、北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué)等分別研制的弧齒錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪設(shè)計(jì)制造應(yīng)用技術(shù)軟件系統(tǒng)，可完成齒輪幾何參數(shù)設(shè)計(jì)，加工時機(jī)床離刀盤的調(diào)整參數(shù)計(jì)算，輕載下的輪齒接觸分析（TCA）以及精密磨齒調(diào)整參數(shù)計(jì)算。（七）研齒為了改善齒面粗糙度，可采用研齒。有時由于裝配誤差及受載變形等因素影響，使原本精度較高的齒輪在滿載下，齒面接觸情況變壞，也可用研齒方法進(jìn)行改善。研齒時，必需用齒輪專用研磨劑，以避免損傷齒面，或研磨后清洗不掉，造成齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)后損傷齒面，以

13、及研磨劑進(jìn)入軸承，損傷軸承。（八）齒輪檢測齒輪檢測技術(shù)在齒輪制造中占有重要地位，沒有先進(jìn)的檢測技術(shù)和儀器，不可能制造出性能優(yōu)良的齒輪?，F(xiàn)代齒輪檢測技術(shù)向非接觸化、精密化、多功能化、高速化、自動化、智能化、集成化（計(jì)算機(jī)控制）、經(jīng)濟(jì)化方向發(fā)展。在檢測領(lǐng)域方面，解決大模數(shù)和小模數(shù)齒輪的檢測問題。目前齒輪檢測方法有單項(xiàng)誤差的測量和綜合誤差的測量兩大類。1968年我國成都工具研究所首創(chuàng)了齒輪整體誤差測量理論和方法。揭示了齒輪傳動特性和各種誤差之間的內(nèi)在聯(lián)系，為控制傳動質(zhì)量，改進(jìn)齒輪設(shè)計(jì)和制造提供依據(jù)。1970年后，我國成都工具研究所、哈爾濱和北京量具刃具廠等運(yùn)用該方法分別研制成了截面整體誤差測量儀。從

14、而將我國齒輪測量技術(shù)發(fā)展到動態(tài)綜合測量的新階段。三、齒輪工藝分類（一）圓柱齒輪加工（二）蝸桿副加工（三）錐齒輪加工（四）特種齒輪加工（五）齒輪加工方法選擇齒輪的各種加工方法都有相對應(yīng)的一種或多種齒輪加工機(jī)床和刀具，不同的行業(yè)（生產(chǎn)批量）生產(chǎn)條件各不相同，可根據(jù)齒輪的種類、材料及熱處理和精度要求等，參考表1-8表1-10合理選擇加工方法。表中精度等級的選用分別適用于下列三種情況：1.較低精度等級對加工機(jī)床、刀具和切齒操作等沒有特殊要求，一般情況下都能達(dá)到的精度等級。2.中間精度等級要求加工機(jī)床、刀具和切齒操作等均是最佳狀態(tài)，才能達(dá)到的精度等級。3.較高精度等級必須采取特殊措施，在特定條件下才能達(dá)

15、到的精度等級。齒輪的精度等級：級8-7-7Dc 新標(biāo)準(zhǔn)：8-7-7 K L GB/T10095叉車齒輪箱中的齒輪 精度一般在5、6、7、8、9范圍8運(yùn)動精度；7工作平穩(wěn)性精度；7接觸精度；Dc齒側(cè)間隙運(yùn)動精度齒輪在一轉(zhuǎn)內(nèi)回轉(zhuǎn)角的最大誤差。運(yùn)動精度影響機(jī)構(gòu)傳遞速度和分度的準(zhǔn)確度。工作平穩(wěn)性精度齒輪在一轉(zhuǎn)內(nèi)回轉(zhuǎn)角的全部誤差值中多次重復(fù)的數(shù)值，即將其瞬間傳動比的變化限制在一定的范圍內(nèi)。工作平穩(wěn)性精度影響機(jī)構(gòu)的沖擊和噪音。接觸精度實(shí)際接觸面積的比例大小。接觸精度影響齒面的接觸強(qiáng)度D零保證側(cè)隙，用于儀表中的讀數(shù)傳動齒輪Db較小保證側(cè)隙，用于要求正反轉(zhuǎn)而速度又不高的齒輪傳傳動。Dc標(biāo)準(zhǔn)保證側(cè)隙，用于一般機(jī)

16、床齒輪，減速器等。De較大保證側(cè)隙，用于高速高溫工作環(huán)境下的齒輪，以及重型設(shè)備的開式傳動齒輪等。新標(biāo)準(zhǔn)：K（上偏差）=-12fpt L（下偏差）=-16fpt fpt齒距極限偏差 K,L,fpt均由 精度等級；模數(shù)；分度圓直徑 來決定。齒輪精度等級的選擇：按工作條件不同應(yīng)選擇不同的精度等級。在選擇不同的精度等級組合時，工作平穩(wěn)性精度等級可以高于或低于運(yùn)動精度等級，但不得高于二級或低于一級。接觸精度等級，則不可低于工作平穩(wěn)性精度等級。選擇齒輪的精度等級時，應(yīng)根據(jù)其傳動的用途、工作條件、傳遞功率及圓周速度和其它技術(shù)要求，定出主要精度作為選擇的依據(jù)。決定精度等級時，還要考慮加工條件，正確處理精度等級

17、與加工條件及經(jīng)濟(jì)性的矛盾。如：高速傳動的齒輪，對工作平穩(wěn)性精度要求是主要的；對分度機(jī)構(gòu)中的齒輪，運(yùn)動精度是主要的；對重載傳動的齒輪，接觸精度是主要的；對高速高溫條件下傳動的齒輪，工作平穩(wěn)性精度和側(cè)隙是主要的。 一般情況下：運(yùn)動精度等級的選擇：精度等級應(yīng)用范圍齒面粗糙度5-6圓周速度15米/秒（直），30米/秒（斜）Ra 0.4-0.8 7圓周速度10米/秒（直），15米/秒（斜） 1.68圓周速度4米/秒（直），6米/秒（斜） 3.29 不重要的齒輪傳動及低速重載的傳動 6.3工作平穩(wěn)性等級的選擇：噪音圓周速度直：3米/秒3-15米/秒15米/秒斜：5米/秒5-30米/秒30米/秒大85-95分貝 8級 7級 6級中75-85 7級6級5級小75 6級 5級5級接觸精度等級