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第七章齿轮齿形加工7.1概述齿轮在机械、仪器、仪表中应用很广。齿轮的质量直接影响到机电产品的工作性能、承载能力、使用寿命及工作精度。7.1.1齿轮的基本知识1、齿轮的分类齿轮类型应用直齿轮、斜齿轮、人字齿轮平行轴间传动螺旋齿轮、蜗轮与蜗杆垂直交错轴间传动内齿轮平行轴间同向传动齿轮齿条旋转运动和直线移动的转换直齿锥齿轮相交轴间传动2、渐开线齿形轮廓线：渐开线、摆线、圆弧线等。渐开线齿形的齿轮具有加工、安装简便、传动平稳等优点，应用最多。在平面内,当一直线沿着一个固定圆作纯滚动时,该直线上任一点的运动轨迹,称为该圆的渐开线.这个圆称为基圆,这条直线称为发生线.渐开线的形状与基圆半径大小有关,基圆半径愈大,渐开线曲率愈小,曲线愈平坦;反之,则曲率愈大,曲线愈弯曲.3、分度圆与模数①分度圆：齿厚s与齿槽宽e相等的圆称为分度圆，其直径为d②分度圆周节（分度圆齿距）P：在分度圆上相邻两齿对应点的弧长。③由于πd＝Pz，为使分度圆直径d成为整数或简单小数，令m＝P/π，可得d＝mz，m叫模数。④模数m的数值已标准化，共50种。4、压力角α渐开线上各点压力角不等。基圆上压力角为零，齿顶圆上压力角最大。分度圆上的压力角为刀具齿形角，称为标准压力角，α＝20°。渐开线齿轮正确啮合的基本条件是两齿轮的m和α分别相等。齿形加工时，刀具的m和α必须与被加工齿轮一致。7.1.2圆柱齿轮精度1.齿轮传动的精度要求齿轮的加工精度对机械的工作性能、承载能力和使用寿命有很大影响。对齿轮传动性能提出的要求包括：①运动的准确性：齿轮一转中，其最大转角误差不能超过允许范围。最大转角误差是以一转为周期的长周期误差。②传动的平稳性：齿轮在一个齿距范围内，其最大转角误差不能超过允许范围。以一齿为周期的误差为短周期误差。③载荷分布的均匀性：齿轮传递转矩时，要求齿面接触良好，使齿面载荷均匀分布。这项要求可用沿齿轮齿宽和齿高方向上，保证有一定接触区域的面积来表示。以上三项是对齿轮本身提出的精度要求，用相应的偏差项目对其控制。④传动侧隙指啮合传动齿轮非工作面的齿侧存在的间隙，用于存储润滑油，减少磨损。侧隙通过控制齿轮的厚度得到，即分度圆上的实际齿厚略小于理论齿厚。传动侧隙是对齿轮副提出的要求，是设计者根据使用要求，对齿轮轮齿尺寸大小规定的公差要求。2、齿轮的精度等级国标中对常用渐开线圆柱齿轮齿距累积总公差、齿距累积极限偏差、单个齿轮齿距极限偏差、齿廓总公差、螺旋线总公差及切向综合总公差、一齿切向综合公差和径向跳动公差分别规定了十三个精度等级，从高到低分别用0~12表示；对径向综合总公差和一齿径向综合公差分别规定了九个精度等级，从高到低分别用4~12表示。齿轮精度等级的选择应根据齿轮的用途、使用要求和工作条件来决定。选择的方法主要有计算法和经验法。机械传动中应用最多的齿轮既传递运动又传递动力，其精度等级与圆周速度密切相关，因此可计算出齿轮的最高圆周速度，再确定齿轮精度等级。3、齿轮精度等级和齿厚偏差在图样上标注4、齿轮坯精度齿轮在加工、检验和安装过程中，常以内孔、顶圆和端面作基准。基准对齿轮加工、安装质量影响很大，因此对齿坯规定了误差，包括尺寸偏差、形位误差、基准面跳动及表面粗糙度等。7.2圆柱齿轮齿形加工齿形加工方法很多，可分为无屑加工和有屑加工两大类。有屑加工按其形成齿形原理又分为成形法和展成法。7.2.1铣齿成形法：用与被切齿轮齿槽法向截面形状相符的成形刀具切出齿形。1.铣削直齿圆柱齿轮（1）原理：成形法，IT9，Ra：6.3～3.2μm。m8，盘状模数铣刀；m＞8，指状模数铣刀。成形法铣齿加工的齿轮形状由模数铣刀保证；轮齿分布的均匀性由分度头保证。（2）成形铣刀同一模数的齿轮铣刀，一般制作8把或15把，表7.1。表3－4盘状齿轮铣刀刀号及其加工范围刀号12345678加工齿数范围12～1314～1617～2021～2526～3435～5455～134135以上及齿条齿形2.铣齿的工艺特点（1）生产成本低。（2）加工精度低。（3）生产率低。7.2.2插齿插齿属于展成法加工。展成法是指利用齿轮刀具与被切齿轮的啮合运动，在专用齿轮加工机床上切出齿形的加工方法。（1）插齿机和插齿刀插齿刀：相当于圆柱齿轮。（2）插齿原理与插齿运动插齿原理：展成法。插齿加工相当于一对无啮合间隙的圆柱齿轮传动。插齿运动包括①主运动：插齿刀上下往复运动②分齿运动：强制插齿刀与齿轮坯之间保持一对齿轮的啮合关系③径向进给运动：切出齿深。④圆周进给运动：插齿刀的旋转运动。⑤让刀运动：防止擦伤。（3）齿轮坯的安装①内孔和端面定位：大批量生产②外圆和端面定位：单件小批生产（4）插齿工作范围内外直齿圆柱齿轮、间距小的双联和多联齿轮、内外螺旋齿轮（5）插齿工艺特点和应用插齿切出的齿形不像成形法铣齿存在理论误差。插齿刀的精度比模数铣刀高，所以插齿精度比铣齿高。插齿刀沿轮齿全长连续切削，包络齿形的切线数量较多，因而齿面粗糙度值小，为1.6um。一把插齿刀可加工模数和压力角与其相同而齿数不同的圆柱齿轮。插齿刀作直线往复运动，速度提高受到冲击和惯性力的限制，具有空回程，所以一般情况下生产率低于滚齿，但高于成型法铣齿。7.2.3滚齿IT8～IT7，Ra：3.2～1.6μm。1、滚齿机和齿轮滚刀齿轮滚刀：相当于一个右旋螺旋齿轮。滚齿原理：滚齿加工是展成法原理来加工齿轮。用滚刀来加工对轮相当于一对交错螺旋轮啮合。这对啮合齿轮传动副中，一个齿轮齿数很少，一个或几个，螺旋角很大就演变成了一个蜗杆，再将蜗杆开槽并铲背，就成为齿轮滚刀。齿轮滚刀按给定切削速度作旋转运动时，工件则按齿轮齿条啮合关系传动（即当滚刀转一圈，相当于齿条移动一个或几个齿距，齿轮坏也相应转过一个或几个齿距），齿坏上切出齿槽，形成渐开线齿面。2、滚齿运动滚齿原理：展成法。滚齿运动：①：主运动：滚刀旋转。②：分齿运动：③；垂直进给运动：切出整个齿宽。④：径向进给运动：切出整个齿深。ZKnn刀工3、滚齿与插齿比较（1）加工原理相同：展成法（2）加工精度和齿面粗糙度基本相同：精度为8～7级，Ra1.6μm（3）插齿的分齿精度略低于滚齿，滚齿的齿形精度略低于插齿。（4）插齿的齿面粗糙度略优于滚齿。（5）插齿的生产率低于滚齿。（6）加工范围不同。插齿：内齿轮和小间隙多联齿轮滚齿：螺旋齿轮、蜗轮和轴向齿轮较大的齿轮轴（7）生产类型相同7.2.4齿端加工当要求停车变速时，为使滑移齿轮容易进入啮合状态，常将齿端倒圆；如在不停车变速时，为使滑移齿轮迅速进入啮合状态，常将齿端倒尖；由于齿端锐边经渗碳和淬火后变脆，在齿轮传动时易崩裂，故应进行齿端倒棱。7.3圆柱齿轮精整加工7.3.1剃齿IT7～IT6，Ra：0.8～0.4μm。（1）剃齿刀剃齿刀：相当于斜齿圆柱齿轮。（2）剃齿原理和剃齿运动①原理：展成法②剃齿运动剃齿刀旋转带动工件正转、反转转动，工作台带动工件往复运动，往复一次剃齿刀径向进给0.02～0.04mm/str，剃齿余量0.08～0.12mm。（3）剃齿的特点可提高渐开线齿形精度和齿向精度，降低表面粗糙度，不能修正被切齿轮的分齿误差。7.3.2珩齿（1）原理：剃齿相同（展成法）。（2）作用：去除齿轮淬火后的氧化皮、齿面毛刺和压痕。（3）珩磨轮：磨料和环氧树脂合成后浇铸而成，相当于斜齿轮，见图7.12（m＞4，带齿芯；m＜4，不带齿芯）。（4）珩齿运动：剃齿相同，转速比剃齿高，为1000～2000r/min，余量为0.01～0.02mm，或不留加工余量，径向进给一次完成，实现磨削、剃削和抛光的综合作用。珩磨轮（5）珩齿特点：对修正齿形精度和齿向精度作用不大，不能修正被切齿轮的分齿误差，生产率高，改善表面质量。常用工序：滚齿→剃齿→淬火→珩齿7.3.3磨齿IT6～IT4→IT3，Ra：0.8～0.2μm原理：成形法和展成法。（1）成形法磨齿IT6～IT5，Ra：0.8～0.4μm，用成形砂轮磨削，生产率较高，加工精度较低，应用较少。成形法磨齿（2）展成法磨齿①锥面砂轮磨齿砂轮截面齿形为假想齿条的齿形，工件向右滚动，利用砂轮右侧面磨削第1齿槽的右侧面，从根部磨至顶部；然后工件向左滚动，以砂轮左侧面磨削第1齿槽的左侧面，也从根部磨至顶部，当第1齿槽两侧面全部磨削完毕时，砂轮自动退离工件，工件作分度转动，然后再向右滚动，磨削第2齿槽，这样反复循环，直至磨完全部轮齿。图7.14锥面砂轮磨齿②双碟形砂轮磨齿两片砂轮倾斜一定角度，构成假想齿条两个齿的外侧面，同时磨削两个齿槽的两对应侧面。磨削完毕，工件退离砂轮并进行分度，再磨削另外侧面。直至各齿面磨削完毕为止。3、成形法磨齿与展成法磨齿的比较（1）展成法磨齿精度高。（2）展成法磨齿生产率低。（3）展成法磨齿成本高。双蝶形砂轮磨齿7.3.4研齿IT7～IT6，Ra：1.6～0.2μm设备：研齿机。研具：精密的铸铁齿轮。研磨剂：磨粒：220＃～240＃，活性润滑油特点：与珩齿相同，只能降低表面粗糙度，不能提高齿形精度。1、平行轴线研磨法（图7.16）①过程：研磨轮与被研齿轮的平行轴线研磨法轴线平行，研磨时被研齿轮带动研磨轮作无侧隙的自由啮合运动，被研齿轮还作轴向往复运动，研磨轮被轻微制动。经一段时间后，研磨轮和被研磨轮作反向旋转，使齿的两个侧面被均匀研磨。②特点：由于齿面的滑动速度不均匀，研磨量也不均匀，在齿顶及齿根部分的滑动速度大，研磨量也大。2、交叉轴线研磨法①过程：研磨轮与被研齿轮的轴线互相交叉。研磨直齿轮时三个研磨轮中的两个为斜齿轮，一个左旋，一个右旋，轴线与被研齿轮的轴线互相交叉；另一个研磨轮为直齿，它的轴线与被研齿轮的轴线平行。被研齿轮安装于三个稍被制动的研磨轮之间，并加注研磨剂，被研齿轮带动研磨轮作无侧隙的自由啮合交叉轴线研磨法运动，引起齿面接触部分产生相对滑动，从而进行齿面研磨，被研齿轮先向一个方向旋转，然后向另一个方向旋转，使齿的两个侧面都能均匀地得到研磨。②特点：大大提高了研齿的生产效率，研磨量也均匀。表7.2常用的齿形加工方法加工方法加工原理精度表面粗糙度生产率设备应用范围铣齿成形法96.3～3.2低普通铣床低精度圆柱齿轮、锥齿轮、蜗轮拉齿成形法71.6～0.4高拉床齿轮拉床制造复杂、应用少插齿展成法8～73.2～1.6较高插齿机内齿轮、扇形齿轮、人字齿轮、带凸台齿轮、间距小多联齿轮滚齿展成法8～73.2～1.6较高滚齿机直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、蜗轮，剃齿展成法7～60.8～0.4高剃齿机精加工未淬火圆柱齿轮珩齿展成法改善不大0.8～0.4很高珩齿机光整加工已淬火的圆柱齿轮研齿展成法改善不大1.6～0.2很高研齿机光整加工已淬火的圆柱齿轮磨齿成形法展成法6～30.8～0.2较低磨齿机精加工已淬火的圆柱齿轮7.4齿形加工方案的选择7.4.1齿形加工工艺方案齿形加工方案的选择主要决定于齿轮的精度等级，此外还应考虑齿轮的结构特点、生产批量和切齿后所采用的热处理方法等。具体加工方案的选择可参考以下原则：1、9级精度以下的齿轮，一般采用铣齿-齿端加工-热处理-修正内孔的加工方案。此方案适合单件小批量生产。2、8-7级精度的齿轮，采用滚（插）齿-齿端加工-淬火-修正基准-珩齿（研齿）的加工方案。此方案适合各种批量生产。3、7级或6级齿轮，采用滚（插）齿-齿端加工-剃齿-淬火-修正基准-珩齿（磨齿）的加工方案。单件小批量生产采用磨齿方案；大批量生产采用珩齿方案。4、6-3级齿轮，采用滚（插）齿-齿端加工-淬火-修正基准-磨齿的加工方案。生产率较低，适合各种批量生产。7.4.2双联滑移齿轮机械加工工艺过程