1. 齿轮的功用

　概　　述

第六章　圆柱齿轮的加工齿轮在机器和仪器中应用极为广泛，其功用是按一定的传动比传递运动和动力。

齿轮因其在机器中的功用不同而结构各异，但总是由齿圈和轮体组成。在齿圈上均布着直齿、斜齿等轮齿，而在轮体上有轮辐、轮毂、孔、键槽等。按齿圈上轮齿的分布形式，齿轮可分为直齿轮、斜齿轮和人字齿轮等；按轮体的结构形式，齿轮

可分为盘类、齿轮轴和齿条等。

一、齿轮的功用和结构特点

2. 齿轮的结构特点

齿轮的结构形式直接影响齿轮的加工工艺过程。单齿圈盘类齿轮的结构工艺性最好，可采用任何一种齿形加工方法加工轮齿；双联或三联等多齿圈齿轮的小齿圈的加工受齿圈间轴向距离的限制，其齿形加工方法的选择就受到限制，加工工艺性差。

齿轮的功用和结构特点

传动的准确性。

工作平稳性。

载荷均匀性。

合理的齿侧间隙。　　

二、齿轮传动的精度要求

• 三、齿面加工方法• 齿轮加工的关键是齿面加工。目前，齿面加工的主要方法是刀具

切削加工和砂轮磨削加工。前者由于加工效率高，加工精度较高，因而是目前广泛采用的齿面加工方法。后者主要用于齿面的精加工，效率一般比较低。按照加工原理，齿面加工可以分为成形法和展成法两大类。

• 1 ．成形法• 成形法是利用与被加工齿轮的齿槽断面形状一致的刀具，在齿坯

上加工出齿面的方法。成形铣削一般在普通铣床：上进行，如图 4—2 所示。铣削时工件安装在分度头上，铣刀旋转对工件进行切削加工，工作台作直线进给运动，加工完一个齿槽，分度头将工件转过一定角度，再加工另一个齿槽，依次加工出所有齿槽。当加工模数大于 8mm 的齿轮时，采用指状铣刀进行加工。铣削斜齿圆柱齿轮必须在万能铣床上进行。铣削时工作台偏转一个角度，使其等于齿轮的螺旋角 β 工件在随工作台进给的同时，由分度头带动作附加旋转运动而形成螺旋齿槽。

• 常用的成形齿轮刀具有盘形铣刀和指状铣刀。后者适于加工大模数的直齿、斜齿齿轮，特别是人字齿轮。用成形铣刀加工齿轮时，齿轮的齿廓精度是由铣刀切削刃形状来保证的，而渐开线齿廓的形状是由齿轮的模数和齿数决定的。所以齿轮的模数、齿数不同，渐开线齿廓就不一样，因此，要加工出准确的齿廓，每一个模数，每一种齿数的齿轮，就相应地需要用一种形状的齿轮铣刀。这样做显然是行不通的。在实际生产中，是将同一模数的齿轮，按其齿数分为 8 组，每一组只用一把铣刀，分组情况见表 4—1 。

　　标准齿轮铣刀的模数、压力角和加工的齿数范围都标记在铣刀的端面上。由于每种编号的刀齿形状均按加工齿数范围中的最小齿数设计，因此，加工该范围内其他齿数的齿轮时，就会有一定的齿廓误差。盘状齿轮铣刀适用于加工m≤8mm的齿轮。　　当所加工的斜齿圆柱齿轮精度要求不高时，可以借用加工直齿圆柱齿轮的铣刀。但此时铣刀的号数不应根据斜齿圆柱齿轮的实际齿数 z选择，而应按照法向截面内的当量齿数 (假想齿数 )来选择。 斜齿圆柱齿轮的当量齿数～可按下式求出

3cos

zz 当

刀号 1 2 3 4 5 6 7 8加工齿数范围

1213

1416

1720

2125

2634

3554

55134

135以上

• 式中 β—— 斜齿圆柱齿轮的螺旋角。• 成形法铣齿一般用于单件小批生产和机修工作中，加工精度为

9-12 级，齿面粗糙度砌值为 6.3-3.2 ／ 2m的直齿、斜齿和人字齿圆柱齿轮。

• 2 ．展成法• 展成法加工齿轮是利用齿轮的啮合原理进行的，即把齿轮副(齿条一齿轮或齿轮一齿轮 )中的一个制作为刀具，另一个则为工件，并强制刀具和工件作严格的啮合运动而展成切出齿廓。 在滚齿机上滚齿加工的过程，相当于一对交错轴斜齿轮互相啮合运动的过程，如图 4—3s所示，只是其中一个斜齿轮的齿数极少，且分度圆上的螺旋升角也很小，所以它便成为如图 4—3b中所示的蜗杆。再将蜗杆开槽并铲背、淬火、刃磨，便成为如图 4—3c中的齿轮滚刀

加工同一模数不同齿数的齿轮，且加工精度和生产率也较高，因此各种齿轮加工机床广泛应用这种加工方法，如滚齿机、插齿机、剃齿机等。此外，多数磨齿机及锥齿轮加工机 一般齿轮滚刀的法向截面形状近似齿条形状，如图 4—4a所示，因此，当齿轮滚刀按给定的切削速度转动时，它在空间便形成一个以等速 v 移动着的假想齿条，当这个假想齿条与被切齿轮按一定传动比作啮合运动时，便在轮坯上逐渐切出渐开线的齿形。齿形的形成是由滚刀在连续旋转中依次对轮坯切削的数条刀刃线包络而成，如图 4—4b所示。四、齿轮的材料与毛坯1 ．齿轮的材料及热处理 齿轮的材料及热处理对齿轮的使用性能和寿命有很大的影响，选择时主要考虑齿轮的工作条件、结构尺寸、失效形式 (如折断、磨损或点蚀等 )，使其具有良好的力学性能。常用的齿轮材料及其热处理方法有： (1)中碳钢 (如 45 钢 )进行调质或表面淬火，综合力学性能较好，用于低速、轻载或中载的一些不重要的齿轮。 (2) 合金调质钢 (如 40Cr) 进行调质或表面淬火，综合力学性能更好，且热处理变形小，适用于中速、中载及精度要求较高的齿轮。 (3) 合金渗碳钢 (如 20Cr ， 20CrMnTi) 进行渗碳淬火或液体碳氮共渗，齿面硬度可达 58HRC ，且心部有较高韧性，适用于高速、中载和或有冲击载荷的齿轮

(4) 铸铁及其他非金属材料 (如尼龙、夹布胶木等 )。这些材料强度低、易加工，适用于一些轻载的齿轮。2 ．齿轮毛坯齿轮毛坯的选择取决于齿轮的材料、结构形式与尺寸、使用条件及生产批量等因素。常用的齿轮毛坯有：(1)下料件用于一些不重要，受力不大且尺寸较小，结构简单的齿轮。(2) 锻件用于重要而受力较大的齿轮。(3) 铸钢件用于直径大或结构形状复杂，不宜锻造的齿轮。(4) 铸铁件用于受力小，无冲击的开式传动的齿轮。齿轮加工工艺过程如书上 P199页所示

齿轮加工工艺过程主要分以下几个阶段：毛坯加工及预备热处理、齿坯加工、齿形加工、齿端加工、齿面热处理、修理精基准及齿形精加工

加工齿轮齿面的机床

按加工对象的不同分为

圆柱齿轮加工机床：滚齿机、插齿机等

锥齿轮加工机床：刨齿机、铣齿机、拉齿机等

按齿形加工原理来分有

成形法齿轮加工机床：

展成法齿轮加工机床：一般是

齿轮加工机床

铣齿轮铣齿轮

滚齿机—滚齿原理

滚齿加工是根据展成法原理加工齿轮 一对交错螺旋齿轮副啮合滚动的过程 一个螺旋齿轮齿数减少到 1-4 个齿，其螺旋角很大→蜗杆

→开槽、铲背→滚刀 用传动链将滚刀主轴与工作台联系起来 强制：刀具旋转 1 个齿—工件转过 1 个齿→共轭的齿面；

滚刀轴向进给运动→加工出全齿 需要的运动：形成渐开线齿廓的展成运动 (B11+B12) 和形

成直线形齿长 ( 导线 ) 的运动 A2

滚齿原理

插齿原理插齿原理

插齿刀插齿刀

插齿刀插齿刀

齿轮的切削加工，按其形成齿型的原理，可分为两类：即成形法和展成法。用成形法加工齿轮时采用的刀具是盘状模数铣刀和指状模数铣刀。

圆柱齿轮加工的方法主要有滚齿和插齿等；锥齿轮的加工方法有加工直齿圆锥齿轮的刨齿、铣齿、拉齿和加工弧齿轮的铣齿。 精加工齿轮齿面方法有研齿、剃齿和磨齿。

一、插齿原理、插齿机床和插齿刀

1 、插齿机床及其插齿原理

（ 1 ）插齿原理及所需要的运动

（ 2 ）插齿机的传动原理图

2 、插齿刀 （ 1 ）插齿刀的齿面形状

插齿刀有顶刃后角 和侧刃后角 。 p c

插齿刀刀刃运动轨迹形成一个齿轮，称为产形齿轮，直齿插齿刀刀刃在端面上的投影就是产形轮的齿形。

（ 2 ）插齿刀的后角和前角

1 ）插齿刀的顶刃后角 和侧刃后角 标准直齿插齿刀采用顶刃后角

p c

6

p

2 ）插齿刀的顶刃前角 和侧刃前角标准直齿插齿刀采用顶刃前角

p

c

5p

齿轮滚刀是按展成法加工齿轮的刀具，在齿轮制造中应用很广泛，可以用来加工外啮合的直齿轮、斜齿轮、标准齿轮和变位齿轮。用齿轮滚刀加工齿轮的过程，相当于一对螺旋齿轮啮合滚动的过程。

二、滚齿原理、滚刀和滚齿机床1 、滚齿原理

用齿轮滚刀加工齿轮的情况。

2 、齿轮滚刀（ 1 ）常用蜗杆的造型

1 ）渐开线蜗杆

2 ）阿基米德蜗杆

3 ）法向直廓蜗杆（两种）

（ 2 ）齿轮滚刀的容屑槽与前刀面

（ 3 ）齿轮滚刀的侧后刀面及其铲齿1 ）对侧后刀面的要求2 ）侧后刀面的形成方法（轴向铲齿和径向铲齿）

3 、蜗轮滚刀（ 1 ）蜗轮滚刀的工作原理及其特点

蜗轮滚刀加工蜗轮的过程是模拟蜗杆与蜗轮啮合的过程。

（ 2 ）蜗轮滚刀的进给方式

4 、滚齿机床 滚齿机主要用于滚切直齿和斜齿圆柱齿轮和蜗轮。（ 1 ）滚切直齿圆柱齿轮 1 ）机床的运动和传动原理图

2 ）滚刀的安装（ 2 ）滚切斜齿圆柱齿轮 1 ）机床的运动和传动原理图

2 ）滚刀的安装

3 ）工件附加转动的方向

（ 3 ）滚齿机结构

三、剃齿原理和剃齿刀1 、剃齿工作原理

盘形剃齿刀外型很像齿轮，加工时剃齿刀和齿轮轴交错成一角度，作螺旋齿轮啮合。

2 、剃齿刀的用途和种类 剃齿刀是一种精加工齿轮刀具，主要限制是不能加工淬硬的齿轮。

剃齿刀按其结构可以分为下列几种：（ 1 ）齿条形剃齿刀

（ 2 ）盘形剃齿刀

（ 3 ）小模数剃齿刀

（ 4 ）蜗轮剃齿刀

盘形剃齿刀 小模数剃齿刀 蜗轮剃齿刀

三、磨齿机床 磨齿机多用于对淬硬的齿轮进行齿廓的精加工。 磨齿机有两大类即用成形砂轮磨齿和用展成法磨齿。 1 、成形砂轮磨齿机的原理和运动

2 、展成法磨齿机的原理和运动1 ）连续磨齿 2 ）分度磨齿