齿轮基本知识

齿轮传动基本知识何谓齿轮？一个有齿的机械构件，它与另一个有齿构件通过其共轭齿面的相继啮合，从而传递运动或改变运动的形式，称为齿轮。齿轮的种类1、按啮合方式分类：1）外啮合齿轮2）内啮合齿轮2、按轴线在空间的位置分类1）轴线平行的圆柱齿轮2）轴线相交的锥齿轮3）轴线相交的螺旋齿轮，双曲线齿轮和蜗轮蜗杆3、按传动的工作条件分类1）开式齿轮——齿轮暴露在外2）闭式齿轮——置于密封箱体内4、按齿轮轮齿的形态分类1）直齿2）斜齿3）曲线齿齿轮的种类5、按轮齿齿廓曲线的形状分类1）摆线齿形2）渐开线齿形3）圆弧齿形6、按齿坯形状可分为：圆柱齿轮、锥齿轮、椭圆齿轮、鼓形齿轮、扇形齿轮、齿条等齿轮的种类我国齿轮发展现状50年代一般采用以调质热处理为主的软齿面齿轮制造精度达8-9级。70年代末齿面经渗碳淬火、氮化或感应淬火处理的所谓硬齿面齿轮开始重视。80年代末Δ普遍采用硬齿面精度达6-7级高精度可达4-5级Δ双圆弧齿轮已在大功率、高转速齿轮传动装置上推广Δ在应用珩齿新工艺基础上开发出超硬滚切（也称刮齿）Δ变位齿轮应用日益增多避免根切，减少传动结构尺寸，提高齿面接触强度在不改变结构，不增加成本条件下提高承载性能与使用寿命。Δ重要的齿轮传动设计为修形齿轮——不求符合理论齿廓与理论齿向齿顶修形（也称修缘）齿向修鼓形可降低轮齿变形与制造安装误差影响，降低噪音。我国齿轮发展现状行星传动：是一种至少有一个齿轮的集合轴线绕中心轴线回转的齿轮传动。特点：体积小，重量轻，速比范围大，传动效率高，噪音小，作为增速减速与变速的传动装置。形式：渐开线行星传动，少齿差式行星传动（渐开线、摆线、谐波齿轮）我国齿轮发展现状锥齿轮与准双曲面齿轮弧齿锥齿轮——美国格里森（Gleason）延伸外摆线——瑞士奥利康（Oerlikon）德国克林根贝尔格（Kingelnberg）蜗杆传动——用于要求单级大减速比并传递大转矩的齿轮传动。普通圆柱蜗杆、圆弧圆柱蜗杆、环面涡杆我国目前设计制造水平高速圆周速度最高达156m/s最大功率为44000KW；制造精度为4-5级重载齿轮：圆周速度最高达30-50m/s；重载功率达6000齿轮发展趋势△动力传动装置：小型化、高速化、低噪音、高可靠性△齿形：硬齿面、圆弧齿轮、行星齿轮、非圆齿轮△齿轮用钢材及热处理：提高接触和弯曲应力——采用硬齿面（渗碳淬火）为提高钢化韧度、改善加工性能——采用真空脱气为保证心部硬度、减少热处理变形——应用保证淬透性钢为缩短渗碳周期——推行稀土渗碳工艺为保证加工质量、效率及减少变形——重视齿坯预备热处理（正火）△切齿：向高速、高效、高精度硬质合金刀、多头滚刀、机床采用数控、数显硬质合金负前角滚刀超硬滚齿代磨Tin涂层蜗杆式珩齿采用CBN（立方氮化硼砂轮）蜗杆砂轮、数控磨齿机、高效高精度采用齿轮专用CAD软件开拓新的磨削原理、环面蜗杆砂轮连续成形磨齿齿轮发展趋势柳工齿轮加工简况柳工齿轮主要在箱体及驱动桥中50C箱体：齿轮共有15种22件，齿轮材料为20CrMnTi主要种类有：直齿圆柱、内齿轮模数有：3.25，4，6.53种压力角均为20°精度等级均为8-7-7GK其中变位齿轮2个主要加工工艺为①滚、剃②滚、剃、珩③滚、硬齿面刮齿④滚磨、插50C驱动桥齿轮齿轮共有：7种36件主要种类有：直齿圆柱、直齿内齿轮、直齿锥齿轮、弧齿锥齿轮齿轮材料：除内齿轮为40Cr外其余均为20CrMnTi模数有：轮边行星齿轮副：行星轮、太阳轮、内齿轮m6；α20°；ha0.8差速器直齿锥齿轮、锥齿轮、半轴齿轮m7.5；α20°；变位；ha0.8主传动弧齿锥齿轮副：m11；α20°；β35°；ha1.788柳工齿轮加工简况齿轮制造工艺过程的五个阶段材料制备——齿坯加工——切齿——齿坯热处理——齿坯精加工齿坯加工必须保证基准面精度、热处理直接决定轮齿的内在质量齿形加工和热处理后精加工是制造的关键，也反映齿轮制造水平。常用轮齿加工方法：铣齿、滚齿、刨齿、扦齿、剃齿、珩齿、梳齿、挤齿、研齿、磨齿、刮齿等常用切齿工艺△圆柱中小模数齿轮：滚（插）齿——剃（挤）齿——热处理——珩齿大中模数齿轮：调质处理——滚（插）齿低速重载与高速：滚（插）齿——渗碳淬火——磨（括）齿△蜗轮副加工：蜗杆加工：通常用铣削、车削、或磨削蜗轮：滚削、但齿或多齿飞刀、剃齿△锥齿轮加工：直齿、斜齿------刨齿（展成法、仿形法）、圆拉齿、双刀盘铣齿、磨齿、成形铣刀（盘状、指状铣刀）曲齿锥齿轮：弧齿锥齿轮——铣齿、磨齿延伸外摆线——滚切△特种齿轮加工：（包括非圆齿轮、谐波齿轮和摆线齿轮）采用相应的滚齿、铣齿、扦齿、磨齿等方法的特殊应用。常用切齿工艺齿轮加工的工艺过程，因其结构形状精度等级，生产批量和各厂生产条件的不同而采取不同的工艺规程。每个操作者应熟悉整个齿轮加工工艺过程，特别是了解上下道工序的加工步骤加工位置，加工余量，这时本道工序的加工是有益处的，尽可能做到设计、工艺（加工）、测量基准统一和基准重合，保证零件的加工质量。常用切齿工艺齿轮加工齿轮加工主要是齿坯加工与齿形的加工对齿坯加工的要求：尺寸精度、表面粗糙度、形位公差齿形加工：按加工原理分主要有成形法和展成法两大类。成形法——使用与齿槽形状相同的成形刀具加工出齿形。特点：刀具简单、操作方便，一般在铣床上一齿一齿铣成，加工精度较低，效率高。主要有铣齿、拉齿展成法——利用齿轮啮合原理，即刀具和毛坯在啮合运动中切削加工齿形的方法。特点：效率高，齿轮精度高，可加工各种形状复杂的齿轮。主要有：滚齿、插齿、剃齿、珩齿、磨齿、硬齿面刮齿、刨齿、铣齿、冷挤。另外还可通过小（无）切削加工方法加工齿形，主要有：热轧齿轮、铸造齿轮、精密模锻齿齿轮加工齿轮机床的名称、型号机床的分类：金属切削机床，按其产品的工作原理，结构性能特点和使用范围，分为车、铣、刨、钻、齿、磨等十二大类。用大写的汉语拼音字母表示，例车床用C，铣床用X、X62，齿轮机床（牙）用Y。齿轮机床齿轮机床型号举例：YM3180（X8）（A）（/1）——Y：类代号：齿轮加工M：通用特性：精密级31：组、代号：滚齿机80：主参数或设计顺序号：最大工件直径φ800（X8）第二主参数：最大工作模数1-8mm（A）重大改进顺序号，第一次改进（/1）：同一型号机床的变形号：第一种齿轮机床常用齿轮刀具材料一、刀具材料的性能1、高的硬度2、高的耐磨性3、足够的硬度和韧性4、高耐热性常用齿轮刀具材料种类1、高速钢，又称锋钢淬火后硬度为HRC62-70允许切削速度为25-30m/min2、硬质合金常温硬度HRA74-93允许切削速度可达200m/min直齿圆柱齿轮各部分名称基本参数尺寸计算1、齿顶圆——过齿轮各轮顶端所作的圆，用“d0”2、齿根圆——与齿轮各轮齿的齿槽底部相切的圆用“df”3、齿厚——在任意圆上，一个轮齿的两侧齿廓间的弧线长度，又称弧齿厚，用“S”表示分度圆上弧齿厚。4、齿槽宽——相邻两齿之间的间隙，用“e”表示分度圆的齿槽宽5、齿距——在任意圆周上，相邻两齿同一侧齿廓间的弧线长度，“p”6、分度圆——标准齿轮上齿厚与齿槽宽相等的圆，用“d”表示其直径7、齿顶高——位于齿顶圆与分度圆之间的轮齿部分，用“ha”8、齿根高——位于齿根圆与分度圆之间的轮齿部分，用“hf”表示9、全齿高——齿顶圆与齿根圆之间的径向距离，用“h”表示:h=ha+hf齿轮的基本参数1、齿数——齿轮轮齿的数目，用“Z”表示2、模数——衡量轮齿大小的基本参数，用“m”表示或3、压力角——齿廓曲线上受压力方向与运动速度方向的夹角，用“α”表示Zdm（齿数）分度圆直径）(pm4、齿顶高系数——齿顶高度与模数之比，用“ha*”表示规定：标准齿轮ha*=1短齿齿轮ha*=0.8——行星轮、太阳轮、内齿轮用“C*”表示5、顶隙系数——规定：标准齿轮C*=0.25短齿齿轮C*=0.3采用扦齿、剃齿法加工时：C*=0.35齿轮的基本参数齿轮的精度和检测对齿轮精度的基本要求：（GB10095-88）传递运动准确、平稳、振动和噪声小齿面接触良好，载荷分布均匀有一定的齿侧间隙GB10095—88《渐开线圆柱齿轮精度》简介1、适用范围：适用于符合GB1356《渐开线圆柱齿轮基本齿廓》法向模数mn≥1mm的渐开线直齿（或斜齿）圆柱齿轮。2、误差定义和代号：定义22项误差常用12种：（1）齿距累积误差：ΔFp在分度圆上（允许在齿高中部测量）任意两个同侧齿间的实际弧长与公称弧长之差的最大绝对值（2）齿圈径向跳动ΔFn在齿轮一转范围内，测头在内槽内，于齿高中部双面接触，测头相对于齿轮轴线的最大变动量。（3）公法线长度变动ΔFw在齿轮一周范围内，实际公法线长度最大值与最小之差。（4）齿形误差Δff在端截面上（允许用检查被测齿轮和测量蜗杆啮合时齿轮齿面上的接触迹线代替，但仍按基圆切线方向计值）齿形工作部分内（齿顶倒棱部分除外），包容实际齿形且距离为最小的两条设计齿形间的法向距离。GB10095—88《渐开线圆柱齿轮精度》简介（5）齿距误差Δfpt在分度圆上（允许在齿高中部测量）实际齿距与公称齿距之差。公称齿距是指所有实际齿距的平均值。（6）基节偏差Δfpb实际基节与公称基节之差。公称基节是指基圆柱切平面所截两相邻同侧齿面的交线之间的法向距离。（7）齿向误差ΔFβ在分度圆柱面上，齿宽有效部分范围内（端面倒角部分除外），包容实际齿线的两条设计齿线之间的端面距离。（8）轴向齿距误差ΔFpπ在与齿轮基准轴线平行而大约通过齿高中部的一条直线上，任意两个同侧齿面间的实际距离与公称距离之差，沿齿面法线方向计值。（9）齿厚偏差ΔE分度圆柱面上，齿厚实际值与公称值之差。对于斜齿轮指法向齿厚。（10）公法线平均长度偏差ΔEw在齿轮一周内，公法线长度平均值与公称值之差。（11）齿轮副的接触斑点装配好的齿轮副，在啮合转动轻微的制动下，运转后齿面上分布的接触擦亮痕迹。接触痕迹的大小在齿面展开图上用百分数计算。（12）齿轮副的侧隙jt（圆周），jn（法向）圆周侧隙——装配好的齿轮副，当一个齿轮固定时，另一个齿轮的圆周晃动量，以分度圆上弧长计值。法向侧隙——装配好的齿轮副，当工作齿面接触时，非工作齿面之间的最小距离。精度等级（1）齿轮有12个精度等级，1级最高，12级最低。齿轮副中两个配对齿轮的精度一段取相同的等级，也允许取不同的等级。（2）根据使用要求不同，允许各公差组选用不同的精度等级，但在同一公差组内，各项公差与极限偏差应保持相同的精度等级。（3）公差组按误差项目对传动性能的主要影响将各项精度指标分为三个公差组公差组公差与极限偏差项目误差特性对传动性能的主要影响ⅠFi’，Fp，FpkFi’’，Fy，Fw以齿轮一转为周期的误差传递运动的准确性Ⅱfi’，fi’’，fi’fpt，fpb，fpβ在齿轮一周内多次周期地重复出现的误差传递的平稳性、噪声、振动ⅢFβ，Fb，Fpx齿向线的误差载荷分布的均匀性（4）精度等级的选择应根据传动的用途，使用条件.传动功率和圆周速度及其它技术要求确定（5）齿坯检验在加工、检验、安装时的径向基准和轴向辅助基准面应尽量一致由于齿坯加工精度对齿加工有很大影响，因此对齿坯的孔、顶圆直径、基准面尺寸和形位公差都有规定。（6）成品检验时，检验项目应包括：齿轮传递运动的准确性，传动的平稳性，载荷分布的均匀性，齿厚偏差（7）齿厚极限偏差对齿厚偏差的上下偏差用c~s共14个字母代号。（8）齿轮精度和齿厚极限偏差标注例一、齿轮的三个公差组的精度同为7级，其齿厚上偏差为F，下偏差为L（老标准JB178-83）GB10095-887-F-L7——齿轮第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ公差组的精度等级均为7级F——齿厚上偏差L——齿厚下偏差例二、50C内齿轮，太阳轮、行星齿轮（老标准JB178-83）GB10095-888-7-7GK8——第Ⅰ公差组精度8级（传递运动的准确性）7——第Ⅱ公差精度7级（传递平稳性）7——第Ⅲ公差精度7级（载荷分布均匀性）G——齿厚上偏差K——齿厚下偏差齿轮常用检测方法由于齿轮种类不同，制造方法不同，检测手段也有所不同，小批生产时应件件按要求，逐个进行