第4章-齒輪齒形的加工

齒輪齒形的加工第4章基本內容漸開線齒輪概述1圓柱齒輪齒形的成形法加工2圓柱齒輪齒形的展成法加工3圓柱齒輪齒形的精加工4齒輪傳動

齒輪傳動是機械傳動中的一個重要組成部分，它起著傳遞動力和運動的作用。其傳動可靠性好、承載能力強、制造工藝成熟，已廣泛應用于機器、儀器制造業(yè)。

常見齒輪傳動類型4.1漸開線齒輪概述4.1.1漸開線的形成及其特征若一動直線在平面內沿半徑為rb的圓作純滾動時，則動直線上任一點a的軌跡稱為半徑為rb的圓的漸開線。半徑為rb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相反漸開線組成的。4.1漸開線齒輪概述4.1.2直齒圓柱齒輪各部分名稱、基本參數(shù)和主要尺寸1.直齒圓柱齒輪各部分名稱：4.1漸開線齒輪概述2.直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)

模數(shù)和壓力角是直齒圓柱齒輪的兩個基本參數(shù)。（1）模數(shù)模數(shù)m是周節(jié)P與π之比，即m=P/π

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)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。4.1漸開線齒輪概述（2）壓力角

漸開線齒形上任一點K的法向力F與其速度v

k

之間所夾的銳角，稱為K點的壓力角αk。漸開線上各點的壓力角是不相同的。通常所說的壓力角是指分度圓上A點處的壓力角，用α表示（α=20°）由此可得基圓直徑Db和分度圓直徑D的關系為：Db=cosα·D=cos20·D≈0.94D4.1漸開線齒輪概述3.直齒圓柱齒輪的主要尺寸

4.1漸開線齒輪概述

4.1.3圓柱齒輪精度簡介1.齒輪傳動的精度要求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，應保證傳遞運動準確、平穩(wěn)；從傳遞動力方面看，應保證傳動可靠和靈活。因此，一般齒輪傳動的精度要求有以下四個方面：（1）傳遞運動的準確性

即要求齒輪在一轉范圍內，產生的最大轉角誤差應限制在一定的范圍內，使齒輪副傳動比變化小，以保證傳遞運動的準確性。4.1漸開線齒輪概述（2）傳遞運動的平穩(wěn)性

即要求齒輪在轉過一個齒距角的范圍內，其最大轉角誤差應限制在一定范圍內，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。（3）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齒長上保持均勻接觸，并且接觸面積盡可能的大。（4）齒輪副側隙的合理性

即要求一對齒輪嚙合時，在非工作齒面間應留有合理的間隙，否則會出現(xiàn)卡死或燒傷現(xiàn)象。齒輪副側隙對儲藏潤滑油、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工誤差和安裝誤差都是必要的。2.齒輪傳動精度的具體要求

不同的齒輪，其用途和工作條件不同，對精度的具體要求也不同：（1）傳遞運動的準確性

儀表、鐘表中的傳動齒輪、分度齒輪、讀數(shù)齒輪，應突出準確性要求；（4）齒輪副側隙的合理性

任何齒輪（3）載荷分布的均勻性

高速動力齒輪，礦山機械、起重機用齒輪對載荷分布的均勻性要求高；（2）傳遞運動的平穩(wěn)性

高速動力齒輪（如減速機中的初級齒輪），對平穩(wěn)性要求高；4.2圓柱齒輪齒形的成形法加工

成形法（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，如銑齒、成形法磨齒。4.2.1銑削直齒圓柱齒輪銑削直齒圓柱齒輪的方法如下圖：用盤形齒輪銑刀銑齒輪用指狀齒輪銑刀銑齒輪1.盤狀齒輪銑刀：齒輪模數(shù)m＜8時用，在臥式銑床上使用；2.指狀齒輪銑刀：齒輪模數(shù)m≥8時用，在立式銑床上使用，可加工直齒輪、斜圓柱齒輪、人字齒輪。

a)盤形齒輪銑刀

b)指狀齒輪銑刀成形法齒輪刀具所以，齒輪銑刀與每一種齒數(shù)的齒輪是一一對應的，是專用刀具。為了降低加工成本，實際生產中把同一模數(shù)的齒輪按齒數(shù)分成8組或15組，每組采用同一種刀號的銑刀加工。參見P90表4-2：齒輪銑刀的分號。4.2.2銑齒加工的特點及應用1.銑齒加工的特點（1）成形法銑齒加工的基本特點：銑刀切削部分剖面形狀與被銑齒輪槽的剖面形狀相符。（2）刀具結構簡單，加工成本低，但是加工精度和效率較低。2.銑齒加工的應用

成形法銑齒主要用于單件、小批量生產和修配，用于制造低于8級精度的齒輪，齒面的表面粗糙度Ra值為6.3~3.2μm。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輪等。銑齒加工的特點及應用4.3圓柱齒輪齒形的展成法加工

展成法（也叫包絡法或范成法）是利用齒輪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。如插齒、滾齒、剃齒和展成法磨齒。4.3.1插齒原理及運動

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，齒頂及齒側均磨有后角。展成法展成法

插齒刀的類型a)盤形b)碗形c)錐柄

插齒刀的類型

插齒需要下列四個運動①插削主運動：指插削刀的上下往復直線運動。②范成運動：也叫分齒運動，插齒刀和齒坯的轉速按一對齒輪的速比關系計算，即

③徑向切入運動：指插齒刀每往復一次，徑向移動的距離。工件應該逐漸地移向插齒刀（或插齒刀移向工件），作徑向切入運動。④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，刀具和工件之間應該讓開，使之產生一定間隙，而在插齒刀向下開始工作行程之前，應迅速恢復到原位，以便刀具進行下一次切削。插齒運動插齒運動

1.滾齒原理

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。

4.3.2滾齒原理及運動蝸桿蝸輪嚙合一對螺旋齒輪嚙合滾齒原理

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，形成前刀面，并對滾刀的頂面和側面進行鏟背，鏟磨出后角。

齒輪滾刀整體式齒輪滾刀

2.滾齒需要以下三個運動①主運動：指滾齒刀的旋轉運動。②范成運動：也叫分齒運動，滾齒刀和齒坯的轉速按一對齒輪的速比關系計算，即

③垂直進給運動：為了切出齒全高，滾刀沿被切齒輪的軸線作垂直進給運動。滾齒運動滾齒機加工范圍（1）直齒圓柱齒輪（2）斜齒圓柱齒輪（3）蝸輪

附加運動保證刀架沿工件軸線方向移動一個螺旋線導程T時,工件附加轉一轉。加工斜齒圓柱齒輪時的附加運動滾齒機滾切斜齒圓柱齒輪的傳動鏈滾齒機滾切斜齒圓柱齒輪的傳動原理圖（1）插齒和滾齒的加工精度和生產率比成形法高，應用也最廣泛。

一般情況下，插齒和滾齒達7~8級（甚至6級）精度，而銑齒只能達到9級精度；4.3.3

插齒和滾齒的特點及應用（4）插齒和滾齒加工齒輪的齒數(shù)范圍較大，同一模數(shù)的插齒刀和滾齒刀可以加工模數(shù)相同而齒數(shù)不同的齒輪。（3）插齒的生產率高于銑齒，但低于滾齒；（2）插齒的齒面粗糙度較??；

滾齒應用最廣，可加工直齒、斜齒圓柱齒輪和蝸輪等，但不能加工內齒輪和相距較近的多聯(lián)齒輪，而插齒可以加工。4.4圓柱齒輪齒形的精加工

銑齒、滾齒、插齒是齒輪的粗加工方法，精度高于7級或齒形需要淬火處理的齒輪，還要進行精加工。齒輪的精加工方法有剃齒、珩齒、磨齒、研齒等。精度等級加工效率0~2展望級供將來發(fā)展用3~5高精度精密齒輪機床上范成加工后精密磨齒0.996~8中等精度高精度齒輪機床上范成加工后磨齒、剃齒0.989較低精度可用任意方法加工0.9610~12低精度可用任意方法加工0.95

4.4.1剃齒剃齒是利用剃齒刀對未淬過火（HRC35以下）的直齒或斜齒圓柱齒輪進行精加工的一種方法，精度可達7~6級，表面粗糙度Ra值可達0.8~0.4μm。1.

剃齒刀剃齒刀實質上是一個高精度的螺旋齒輪，并且在齒側面上開了許多小容屑槽以形成切削刃。4.4圓柱齒輪齒形的精加工

2.剃齒加工剃齒加工在專門的剃齒機上進行，屬于展成法。剃齒刀的軸線與工件軸線夾β角，以便使剃齒刀與工件能夠正確嚙合。剃齒加工時，由剃齒刀帶動工件做旋轉運動。剃齒刀與工件的接觸點A的速度vA可分解為vAn（切向速度）和

vAt

（剃削速度）。切向速度帶動工件旋轉，剃削速度使齒輪的齒側面沿剃齒刀的齒側面滑移，從工件齒面上切下極薄的切屑。在剃齒過程中，剃齒刀時而正轉，時而反轉，可剃削工件的雙面。4.4.1剃齒剃齒的運動：

1）切削運動即刀與工件的相對滑動，相對滑動速度即為切削速度

2）縱向進給速度（雙向）

3）徑向進給運動為保證刀具與工件間的無隙嚙合，并保證齒面間的工作壓力，工作臺每雙行程后應作徑向進給。注：

剃齒刀帶動工件旋轉，二者形成無側隙的螺旋齒輪自由嚙合運動

剃齒屬于自由嚙合的展成加工（與插、滾齒不同）

4.4.1剃齒

3.

剃齒加工的應用（1）剃齒可以提高齒形精度和齒向精度，減小齒面粗糙度Ra值。（4）剃齒刀的設計、制造麻煩，價格較高，適用于大批量生產的場合。剃一個齒輪一般需要1～3分鐘，每次重磨后可加工約1500個齒輪，每把剃齒刀大約可加工一萬個齒輪。（3）剃齒不能修正分齒誤差。剃齒前的齒形多用滾齒加工。（2）剃齒廣泛用于未淬過火（HRC35以下）的直齒或斜齒圓柱齒輪的精加工，精度可達7~6級，表面粗糙度Ra值可達0.8~0.4μm。剃齒工藝中的幾個問題

(1)剃前齒輪的材料

剃前齒輪硬度在22-32HRC范圍時，剃齒刀校正誤差能力最好，如果齒輪材質不均勻，含雜質過多或韌性過大會引起剃齒刀滑刀或啃刀，最終影響剃齒的齒形及表面粗糙度。

近年來，由于含鈷、鉬成分較高的高性能高速鋼刀具的應用，使剃齒也能進行硬齒面的齒輪精加工。

(2)剃前齒輪的精度

剃齒是齒形的精加工方法，因此剃齒前的齒輪應有較高的精度，通常剃齒后的精度只能比剃齒前提高一級。

(3)剃齒余量

剃齒余量的大小對剃齒質量和生產率均有較大影響。余量不足時，剃前誤差及表面缺陷不能全部除去；余量過大，則剃齒效率低，刀具磨損快，剃齒質量反而下降。

(4)剃前齒形加工時的刀具

剃齒時，為了減輕剃齒刀齒頂負荷，避免刀尖折斷，剃前在齒跟處挖掉一塊。齒頂處希望能有一修緣，這不僅對工作平穩(wěn)系性有利，而且可使剃齒后的工件沿外圓不產生毛刺。

此外，合理的確定切削用量和正確的操作也十分重要。

4.4.2珩齒

1、珩齒原理及特點

珩齒是熱處理后的一種光整加工方法。珩齒的運動關系和所用機床與剃齒相似，珩輪與工件是一對斜齒輪副無側隙的自由緊密嚙合,所不同的是珩齒所用刀具是含有磨料、環(huán)氧樹脂等原料混合后在鐵心上澆鑄而成的塑料齒輪。切削是在珩輪與被加工齒輪的“自由嚙合”過程中，靠齒面間的壓力和相對滑動來進行的。

珩齒的運動與剃齒基本相同，即珩輪帶動工件高速正反轉；工件沿軸向往復運動及工件的徑向進給運動。

所不同的是其徑向進給是在開車后一次進給到預定位置。

因此，珩齒開始時齒面壓力較大，隨后逐漸減少，直至壓力消失時珩齒便結束。

珩齒的特點如下：

1)珩齒后表面質量較好

珩齒速度一般是1～3m/s,比普通磨削速度低，磨粒粒度又小，結合處彈性較大，珩齒過程實際上是低速磨削、研磨和拋光的綜合過程，齒面不會產生燒傷和裂紋，所以珩齒后齒的表面質量較好。

2)珩齒后的表面粗糙度值減少

珩輪齒面上均勻密布著磨粒，珩齒后齒面切削痕跡很細，磨粒不僅在齒面產生滑動而切削，而且沿漸開線切線方向亦具有切削作用，從而在齒面上產生交叉網(wǎng)紋，使齒面的表面粗糙度值明顯減少。

3)珩齒修正誤差能力低

珩齒與剃齒的運動關系基本相同，由于珩輪本身有一定的彈性，不會全部復映到齒輪上，所以珩輪本身精度一般都不高，但對珩前齒輪的精度則要求高。

2、珩齒方法

珩齒方法有外嚙合珩齒、內嚙合珩齒和蝸桿狀珩磨輪珩齒三種，如圖9-6所示

蝸桿狀外嚙合珩齒內嚙合珩齒珩齒機3、珩齒的應用因為珩齒修正誤差能力差，因而珩齒主要用于去除熱處理后齒面上的氧化皮及毛刺，可使表面粗糙度

Ra值從1.6um左右降到0.4um以下，為了保證齒輪的精度要求，必須提高珩前的加工精度和減少熱處理變形。

珩齒的軸交角常取15度。珩齒余量很小，一般珩前為剃齒時，常取0.01～0.02mm；為磨齒時，取0.003～0.005mm。

珩前加工多采用剃齒。如磨齒后需要進一步降低表面粗糙度值，也可以采用珩齒使齒面的表面粗糙度值

達到0.1um.相關參數(shù)選擇①②國內外應用比較

在齒輪加工中，珩齒工藝傳統(tǒng)上被認為僅是一種對淬硬齒輪進行表面光整加工的方法，主要用于提高齒面光潔度。但近年來在瑞士、德國等工業(yè)發(fā)達國家，由于采用了高精度齒輪式金剛石修形滾輪對珩磨輪進行精密修形，使珩齒精度大幅度提高，從而使珩齒工藝廣泛應用于硬齒面齒輪的最終精加工工序。雖然珩齒工藝具有效率高、成本低、機床結構簡單、操作方便等優(yōu)點，但目前在我國硬齒面齒輪精加工中的應用尚未普及。

補：擠齒（冷擠）

1、擠齒原理

冷擠齒輪是一種齒輪無切削加工新工藝，有一些工廠已用它來代替剃齒，齒輪冷擠過程是擠輪與工件之間在一定壓力下按無側隙嚙合的自由對滾過程，是按展成原理的無切削加工，如圖所示。擠輪實質上是一個高精度的圓柱齒輪，有的擠輪還有一定的變位量，擠輪與齒輪軸線平行旋轉。擠輪寬度大于被擠齒輪寬度，所以在擠齒過程中只需要徑向進給，無需軸向進給。擠輪的連續(xù)徑向進給對工件施加壓力，使工件齒廓表層金屬產生塑性變形，以修正齒輪誤差和提高表面質量。

制造擠輪的材料要有一定的強度和耐磨性，可用鉻錳鋼或高速鋼制造。為了防止工件與擠輪齒面的粘結，在冷擠過程中要加硫化油來潤滑，這樣既可使冷擠后齒面的表面粗糙度值減少，而且還可以提高擠輪的耐用度

2、擠齒特點

擠齒與剃齒一樣，均為齒輪淬火前的齒形精加工，與剃齒相比，擠齒有以下特點

1)生產率高

壓力足夠時，對中等尺寸的齒輪一般只需5秒左右就可以將齒輪擠到規(guī)定尺寸，再精整到20秒左右即成成品；而剃齒需2—4分左右。擠齒余量比剃齒小，而且擠齒前滾齒或插齒的齒面粗糙度要求可比剃齒低一些，因而可以增大滾或插的進給量，使生產率提高30%以上。

2)精度高

擠齒可以使齒輪精度達到6級甚至更高。剃齒機的運動部分多，剛性差，機床調整時間長，而擠齒只有單純的徑向進給，機床傳動系統(tǒng)簡單，剛性好，機床調整方便且精度穩(wěn)定。

3)齒面的表面粗糙度值小

擠齒時工件的余量被碾壓平整，所以有些表面缺陷和刮傷等容易被填平。擠齒的表面粗糙度值達到0.04-0.1um。

4)擠輪壽命長且成本低

一般擠輪不開槽，結構簡單，成本低，而且壽命卻比剃齒刀長很多。一般擠輪可以加工上萬個齒輪。

5)被擠齒輪使用壽命長

。

6)擠多聯(lián)齒輪時不受限制。

磨齒在專用的磨齒機上進行，主要是對淬硬齒輪齒面的精加工，可修整齒輪預加工的各項誤差，其加工精度較高，一般可達6~3級，齒面的表面粗糙度Ra值可達0.4~0.2μm。

磨齒通常分為成形法磨齒和展成法磨齒兩大類。

1.展成法磨齒