第七章齒輪齒形加工7.1概述齒輪在機械、儀器、儀表中應用很廣。齒輪的質量直接影響到機電產品的工作性能、承載能力、使用壽命及工作精度。7.1.1齒輪的基本知識

1、齒輪的分類齒輪類型應用直齒輪、斜齒輪、人字齒輪平行軸間傳動螺旋齒輪、蝸輪與蝸桿垂直交錯軸間傳動內齒輪平行軸間同向傳動齒輪齒條旋轉運動和直線移動的轉換直齒錐齒輪相交軸間傳動2、漸開線齒形輪廓線：漸開線、擺線、圓弧線等。漸開線齒形的齒輪具有加工、安裝簡便、傳動平穩等優點，應用最多。在平面內,當一直線沿著一個固定圓作純滾動時,該直線上任一點的運動軌跡,稱為該圓的漸開線.這個圓稱為基圓,這條直線稱為發生線.

漸開線的形狀與基圓半徑大小有關,基圓半徑愈大,漸開線曲率愈小,曲線愈平坦;反之,則曲率愈大,曲線愈彎曲.3、分度圓與模數①分度圓：齒厚s與齒槽寬e相等的圓稱為分度圓，其直徑為d②分度圓周節（分度圓齒距）P：在分度圓上相鄰兩齒對應點的弧長。③由于πd＝Pz，為使分度圓直徑d成為整數或簡單小數，令m＝P/π，可得d＝mz，m叫模數。④模數m的數值已標準化，共50種。4、壓力角α

漸開線上各點壓力角不等。基圓上壓力角為零，齒頂圓上壓力角最大。分度圓上的壓力角為刀具齒形角，稱為標準壓力角，α＝20°。

漸開線齒輪正確嚙合的基本條件是兩齒輪的m和α分別相等。齒形加工時，刀具的m和α必須與被加工齒輪一致。7.1.2圓柱齒輪精度1.齒輪傳動的精度要求齒輪的加工精度對機械的工作性能、承載能力和使用壽命有很大影響。對齒輪傳動性能提出的要求包括：運動的準確性：齒輪一轉中，其最大轉角誤差不能超過允許范圍。最大轉角誤差是以一轉為周期的長周期誤差。傳動的平穩性：齒輪在一個齒距范圍內，其最大轉角誤差不能超過允許范圍。以一齒為周期的誤差為短周期誤差。載荷分布的均勻性：齒輪傳遞轉矩時，要求齒面接觸良好，使齒面載荷均勻分布。這項要求可用沿齒輪齒寬和齒高方向上，保證有一定接觸區域的面積來表示。以上三項是對齒輪本身提出的精度要求，用相應的偏差項目對其控制。傳動側隙指嚙合傳動齒輪非工作面的齒側存在的間隙，用于存儲潤滑油，減少磨損。側隙通過控制齒輪的厚度得到，即分度圓上的實際齒厚略小于理論齒厚。傳動側隙是對齒輪副提出的要求，是設計者根據使用要求，對齒輪輪齒尺寸大小規定的公差要求。2、齒輪的精度等級國標中對常用漸開線圓柱齒輪齒距累積總公差、齒距累積極限偏差、單個齒輪齒距極限偏差、齒廓總公差、螺旋線總公差及切向綜合總公差、一齒切向綜合公差和徑向跳動公差分別規定了十三個精度等級，從高到低分別用0~12表示；對徑向綜合總公差和一齒徑向綜合公差分別規定了九個精度等級，從高到低分別用4~12表示。齒輪精度等級的選擇應根據齒輪的用途、使用要求和工作條件來決定。選擇的方法主要有計算法和經驗法。機械傳動中應用最多的齒輪既傳遞運動又傳遞動力，其精度等級與圓周速度密切相關，因此可計算出齒輪的最高圓周速度，再確定齒輪精度等級。3、齒輪精度等級和齒厚偏差在圖樣上標注4、齒輪坯精度齒輪在加工、檢驗和安裝過程中，常以內孔、頂圓和端面作基準。基準對齒輪加工、安裝質量影響很大，因此對齒坯規定了誤差，包括尺寸偏差、形位誤差、基準面跳動及表面粗糙度等。7.2圓柱齒輪齒形加工齒形加工方法很多，可分為無屑加工和有屑加工兩大類。有屑加工按其形成齒形原理又分為成形法和展成法。7.2.1銑齒成形法：用與被切齒輪齒槽法向截面形狀相符的成形刀具切出齒形。1.銑削直齒圓柱齒輪（1）原理：成形法，IT9，Ra：6.3～3.2μm。m<8，盤狀模數銑刀；m＞8，指狀模數銑刀。成形法銑齒加工的齒輪形狀由模數銑刀保證；輪齒分布的均勻性由分度頭保證。（2）成形銑刀

同一模數的齒輪銑刀，一般制作8把或15把，表7.1。表3－4盤狀齒輪銑刀刀號及其加工范圍刀號12345678加工齒數范圍12～1314～1617～2021～2526～3435～5455～134135以上及齒條齒形2.銑齒的工藝特點（1）生產成本低。（2）加工精度低。（3）生產率低。7.2.2插齒插齒屬于展成法加工。展成法是指利用齒輪刀具與被切齒輪的嚙合運動，在專用齒輪加工機床上切出齒形的加工方法。（1）插齒機和插齒刀插齒刀：相當于圓柱齒輪。（2）插齒原理與插齒運動插齒原理：展成法。插齒加工相當于一對無嚙合間隙的圓柱齒輪傳動。插齒運動包括

①主運動：插齒刀上下往復運動

②分齒運動：強制插齒刀與齒輪坯之間保持一對齒輪的嚙合關系

③徑向進給運動：切出齒深。

④圓周進給運動：插齒刀的旋轉運動。

⑤讓刀運動：防止擦傷。（3）齒輪坯的安裝①內孔和端面定位：大批量生產②外圓和端面定位：單件小批生產（4）插齒工作范圍內外直齒圓柱齒輪、間距小的雙聯和多聯齒輪、內外螺旋齒輪（5）插齒工藝特點和應用插齒切出的齒形不像成形法銑齒存在理論誤差。插齒刀的精度比模數銑刀高，所以插齒精度比銑齒高。插齒刀沿輪齒全長連續切削，包絡齒形的切線數量較多，因而齒面粗糙度值小，為1.6um。一把插齒刀可加工模數和壓力角與其相同而齒數不同的圓柱齒輪。插齒刀作直線往復運動，速度提高受到沖擊和慣性力的限制，具有空回程，所以一般情況下生產率低于滾齒，但高于成型法銑齒。7.2.3滾齒IT8～IT7，Ra：3.2～1.6μm。1、滾齒機和齒輪滾刀齒輪滾刀：相當于一個右旋螺旋齒輪。滾齒原理：滾齒加工是展成法原理來加工齒輪。用滾刀來加工對輪相當于一對交錯螺旋輪嚙合。這對嚙合齒輪傳動副中，一個齒輪齒數很少，一個或幾個，螺旋角很大就演變成了一個蝸桿，再將蝸桿開槽并鏟背，就成為齒輪滾刀。齒輪滾刀按給定切削速度作旋轉運動時，工件則按齒輪齒條嚙合關系傳動（即當滾刀轉一圈，相當于齒條移動一個或幾個齒距，齒輪壞也相應轉過一個或幾個齒距），齒壞上切出齒槽，形成漸開線齒面。2、滾齒運動滾齒原理：展成法。滾齒運動：①：主運動：滾刀旋轉。②：分齒運動：③；垂直進給運動：切出整個齒寬。④：徑向進給運動：切出整個齒深。3、滾齒與插齒比較（1）加工原理相同：展成法（2）加工精度和齒面粗糙度基本相同：精度為8～7級，Ra1.6μm（3）插齒的分齒精度略低于滾齒，滾齒的齒形精度略低于插齒。（4）插齒的齒面粗糙度略優于滾齒。（5）插齒的生產率低于滾齒。（6）加工范圍不同。插齒：內齒輪和小間隙多聯齒輪滾齒：螺旋齒輪、蝸輪和軸向齒輪較大的齒輪軸（7）生產類型相同7.2.4齒端加工當要求停車變速時，為使滑移齒輪容易進入嚙合狀態，常將齒端倒圓；如在不停車變速時，為使滑移齒輪迅速進入嚙合狀態，常將齒端倒尖；由于齒端銳邊經滲碳和淬火后變脆，在齒輪傳動時易崩裂，故應進行齒端倒棱。7.3圓柱齒輪精整加工7.3.1剃齒IT7～IT6，Ra：0.8～0.4μm。（1）剃齒刀剃齒刀：相當于斜齒圓柱齒輪。（2）剃齒原理和剃齒運動①原理：展成法②剃齒運動剃齒刀旋轉帶動工件正轉、反轉轉動，工作臺帶動工件往復運動，往復一次剃齒刀徑向進給0.02～0.04mm/str，剃齒余量0.08～0.12mm。（3）剃齒的特點可提高漸開線齒形精度和齒向精度，降低表面粗糙度，不能修正被切齒輪的分齒誤差。7.3.2珩齒（1）原理：剃齒相同（展成法）。（2）作用：去除齒輪淬火后的氧化皮、齒面毛刺和壓痕。（3）珩磨輪：磨料和環氧樹脂合成后澆鑄而成，相當于斜齒輪，見圖7.12（m＞4，帶齒芯；m＜4，不帶齒芯）。（4）珩齒運動：剃齒相同，轉速比剃齒高，為1000～2000r/min，余量為0.01～0.02mm，或不留加工余量，徑向進給一次完成，實現磨削、剃削和拋光的綜合作用。珩磨輪（5）珩齒特點：對修正齒形精度和齒向精度作用不大，不能修正被切齒輪的分齒誤差，生產率高，改善表面質量。常用工序：滾齒→剃齒→淬火→珩齒7.3.3磨齒IT6～IT4→IT3，Ra：0.8～0.2μm原理：成形法和展成法。（1）成形法磨齒IT6～IT5，Ra：0.8～0.4μm，用成形砂輪磨削，生產率較高，加工精度較低，應用較少。成形法磨齒（2）展成法磨齒①錐面砂輪磨齒砂輪截面齒形為假想齒條的齒形，工件向右滾動，利用砂輪右側面磨削第1齒槽的右側面，從根部磨至頂部；然后工件向左滾動，以砂輪左側面磨削第1齒槽的左側面，也從根部磨至頂部，當第1齒槽兩側面全部磨削完畢時，砂輪自動退離工件，工件作分度轉動，然后再向右滾動，磨削第2齒槽，這樣反復循環，直至磨完全部輪齒。圖7.14錐面砂輪磨齒雙碟形砂輪磨齒兩片砂輪傾斜一定角度，構成假想齒條兩個齒的外側面，同時磨削兩個齒槽的兩對應側面。磨削完畢，工件退離砂輪并進行分度，再磨削另外側面。直至各齒面磨削完畢為止。3、成形法磨齒與展成法磨齒的比較（1）展成法磨齒精度高。（2）展成法磨齒生產率低。（3）展成法磨齒成本高

。雙蝶形砂輪磨齒7.3.4研齒IT7～IT6，Ra：1.6～0.2μm設備：研齒機。研具：精密的鑄鐵齒輪。研磨劑：磨粒：220＃～240＃，活性潤滑油特點：與珩齒相同，只能降低表面粗糙度，不能提高齒形精度。1、平行軸線研磨法（圖7.16）①過程：研磨輪與被研齒輪的平行軸線研磨法軸線平行，研磨時被研齒輪帶動研磨輪作無側隙的自由嚙合運動，被研齒輪還作軸向往復運動，研磨輪被輕微制動。經一段時間后，研磨輪和被研磨輪作反向旋轉，使齒的兩個側面被均勻研磨。②特點：由于齒面的滑動速度不均勻，研磨量也不均勻，在齒頂及齒根部分的滑動速度大，研磨量也大。2、交叉軸線研磨法①過程：研磨輪與被研齒輪的軸線互相交叉。研磨直齒輪時三個研磨輪中的兩個為斜齒輪，一個左旋，一個右旋，軸線與被研齒輪的軸線互相交叉；另一個研磨輪為直齒，它的軸線與被研齒輪的軸線平行。被研齒輪安裝于三個稍被制動的研磨輪之間，并加注研磨劑，被研齒輪帶動研磨輪作無側隙的自由嚙合交叉軸線研磨法運動，引起齒面接觸部分產生相對滑動，從而進行齒面研磨，被研齒輪先向一個方向旋轉，然后向另一個方向旋轉，使齒的兩個側面都能均勻地得到研磨。②特點：大大提高了研齒的生產效率，研磨量也均勻。表7.2常用的齒形加工方法加工方法加工原理精度表面粗糙度生產率設備應用范圍銑齒成形法96.3～3.2低普通銑床低精度圓柱齒輪、錐齒輪、蝸輪拉齒成形法71.6～0.4高拉床齒輪拉床制造復雜、應用少插齒展成法8～73.2～1.6較高插齒機內齒輪、扇形齒輪、人字齒輪、帶凸臺齒輪、間距小多聯齒輪滾齒展成法8～73.2～1.6較高滾齒機直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪、蝸輪，剃齒展成法7～60.8～0.4高剃齒機精加工未淬火圓柱齒輪珩齒展成法改善不大0.8～0.4很高珩齒機光整加工已淬火的圓柱齒輪研齒展成法改善不大1.6～0.2很高研齒機光整加工已淬火的圓柱齒輪磨齒成形法展成法6～30.8～0.2較低磨齒機精加工已淬火的圓柱齒輪7.4齒形加工方案的選擇7.4.1齒形加工工藝方案齒形加工方案的選擇主要決定于齒輪的精度等級，此外還應考慮齒輪的結構特點、生產批量和切齒后所采用的熱處理方法等。具體加工方案的選擇可參考以下原則：

1、9級精度以下的齒輪，一般采用銑齒-齒端加工-熱處