機(jī)械制造工藝學(xué)（第3版）課件：雙聯(lián)齒輪機(jī)械加工

機(jī)械制造工藝學(xué)雙聯(lián)齒輪機(jī)械加工如圖4-1所示為一雙聯(lián)齒輪圖，材料為40Cr，精度等級為IT7，中批生產(chǎn)，制定其機(jī)械加工工藝過程卡。圖4-1雙聯(lián)齒輪1.掌握圓柱齒輪零件結(jié)構(gòu)特點、功用、加工技術(shù)要求等基礎(chǔ)知識。2.掌握滾齒、插齒、剃齒、珩齒、磨齒等齒形常用加工方法。3.掌握齒坯加工方法。1.具有根據(jù)圓柱齒輪結(jié)構(gòu)、技術(shù)要求等選擇其毛坯、材料、熱處理、加工方法等的能力。2.具有對圓柱齒輪進(jìn)行機(jī)械加工工藝分析的能力。3.具有制訂圓柱齒輪機(jī)械加工工藝文件的能力。培養(yǎng)學(xué)生虛心學(xué)習(xí)、攻堅克難、敢為人先的優(yōu)良品質(zhì)。齒輪是通過輪齒的嚙合運動傳遞運動和力，傳動比恒定，傳力過程平穩(wěn)、可靠，因此要求齒輪心部具有良好的綜合力學(xué)性能而齒面具有高的硬度和耐磨性，通常通過熱處理保證；同時對其尺寸精度、表面粗糙度及形位公差均提出了要求。雙聯(lián)齒輪常用于變速箱中，通過調(diào)整嚙合齒輪來調(diào)整運動速度，在其制造過程中既要完成中心花鍵孔的加工，又要確保兩齒面的精確制造，因其特殊的雙齒面結(jié)構(gòu)要合理考慮齒面加工方法。

齒輪的功用gear齒輪傳動在現(xiàn)代機(jī)器和儀器中的應(yīng)用極為廣泛，其功用是按規(guī)定的速比傳遞運動和動力齒輪傳動drive的種類齒輪傳動的種類6圓柱齒輪基礎(chǔ)知識一、圓柱齒輪gear的功用與結(jié)構(gòu)特點圓柱齒輪在機(jī)器和儀器中應(yīng)用極為廣泛。圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)因使用要求不同而異。從工藝角度出發(fā)可將其看成是由齒圈和輪體兩部分構(gòu)成。按齒圈上輪齒的分布形式，齒輪可分為直齒、斜齒和人字齒等;按輪體的結(jié)構(gòu)形式，齒輪可大致分為盤類齒輪、套類齒輪、軸類齒輪和齒條等(圖4-2)。圖4-2圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)形式圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)形式直接影響齒輪的加工工藝過程。①單齒圈盤類齒輪(圖4-2a)的結(jié)構(gòu)工藝性最好，可采用任何一種齒形加工方法加工輪齒;②雙聯(lián)或三聯(lián)等多齒圈齒輪(圖4-2b、c)的小齒圈的加工受其輪緣間的軸向距離的限制，其齒形加工方法的選擇就受到限制，加工工藝性較差。1.直齒圓柱齒輪的主要技術(shù)參數(shù)及尺寸計算

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)：m=p/π（2）壓力角：cosα=rb/r2.直齒圓柱齒輪的主要尺寸名稱代號計算公式名稱代號計算公式齒頂高h(yuǎn)aha=m齒頂圓直徑dada=d+2ha工作齒高h(yuǎn)whw=ha+m齒根圓直徑dfdf=d-2(m+c)徑向間隙cc=0.25m齒距（周節(jié)）PP=πm分度圓直徑dd=mz分度圓齒厚(間)s(e)s(e)=πm/2基圓直徑dbdb=0.94d中心距AA=(z1+z2)m/29m=4

z=16m=2

z=16m=1

z=16

傳遞運動準(zhǔn)確性

要求齒輪較準(zhǔn)確地傳遞運動，傳動比恒定。(一)齒輪的傳動精度要求即要求齒輪在一轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)角誤差不超過一定范圍。傳遞運動平穩(wěn)性要求齒輪傳遞運動平穩(wěn)，以減小沖擊、振動和噪聲。即要求限制齒輪轉(zhuǎn)動時瞬時速比的變化。載荷分布均勻性要求齒輪工作時，齒面接觸要均勻，以使齒輪在傳遞動力時不致因載荷分布不勻而使接觸應(yīng)力過大，引起齒面過早磨損。接觸精度除了包括齒面接觸均勻性以外，還包括接觸面積和接觸位置。傳動側(cè)隙的合理性要求齒輪工作時，非工作齒面間留有一定的間隙，以貯存潤滑油，補(bǔ)償因溫度、彈性變形所引起的尺寸變化和加工、裝配時的一些誤差10二、圓柱齒輪的主要技術(shù)要求(一)齒輪的傳動精度要求齒輪的精度等級

國家標(biāo)準(zhǔn)對齒輪及齒輪副規(guī)定了13個公差等級，依次用0、1、2、…、12表示。0級精度最高，依次遞減，12級最低。齒輪副中，兩個齒輪公差等級一般是相同的，也允許采用不同等級。若齒輪副中的兩個齒輪的公差等級不同時，則齒輪副的公差等級應(yīng)按實測齒輪副的切向綜合總偏差確定。13個公差等級中，0~2級目前加工工藝尚未達(dá)到，是為將來發(fā)展而規(guī)定的。3~5級為高精度級，6~8級為中精度級，9~12級為低精度級。每個精度等級都有三個公差組,分別規(guī)定出各項公差和偏差項目11常用機(jī)械齒輪精度等級范圍12常用機(jī)械齒輪應(yīng)用范圍精度等級常用機(jī)械齒輪應(yīng)用范圍精度等級測量齒輪3~5拖拉機(jī)6~9透平減速器3~6通用減速器6~8航空齒輪4~7起重機(jī)械6~10精密切削機(jī)床3~7農(nóng)用機(jī)械8~10一般切削機(jī)床、輕型汽車5~8軋鋼機(jī)5~10重型汽車6~9玩具齒輪10~12知識鏈接1(二)齒坯的主要技術(shù)要求齒坯的內(nèi)孔(或軸頸)、端面(有時還有頂圓)常被用作齒輪加工、檢驗和安裝的基準(zhǔn)。所以齒坯加工精度對齒輪加工和傳動的精度均有很大的影響。齒坯主要技術(shù)要求包括基準(zhǔn)孔(或軸)的直徑公差和基準(zhǔn)端面的端面跳動。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了對應(yīng)于不同齒輪精度等級的齒坯公差等級和公差值。三、齒輪零件的材料與毛坯(一)齒輪的材料及熱處理1．齒坯熱處理在齒坯粗加工前后常安排預(yù)先熱處理﹣﹣正火或調(diào)質(zhì)。正火安排在齒坯加工前，目的為消除鍛造內(nèi)應(yīng)力，改善材料的加工性能，使拉孔和切齒加工中刀具磨損較慢，表面粗糙度較小，故生產(chǎn)中應(yīng)用較多。調(diào)質(zhì)一般安排在齒坯粗加工之后，可消除鍛造內(nèi)應(yīng)力和粗加工引起的殘余應(yīng)力，提高材料的綜合力學(xué)性能，但齒坯硬度稍高，不好切削，故生產(chǎn)中應(yīng)用較少。2．齒面熱處理齒形加工后為提高齒面的硬度及耐磨性，根據(jù)材料與技術(shù)要求，常安排滲碳淬火、高頻感應(yīng)加熱淬火及液體碳氮共滲等熱處理工序。①經(jīng)滲碳淬火的齒輪變形較大，對高精度齒輪尚需進(jìn)行磨齒加工。②經(jīng)高頻感應(yīng)加熱淬火的齒輪變形較小，但內(nèi)孔直徑一般會縮小0.01~0.05mm，淬火后應(yīng)予以修正。③有鍵槽的齒輪，淬火后內(nèi)孔常出現(xiàn)橢圓形，為此鍵槽加工宜安排在齒輪淬火之后。1）中碳鋼（如45鋼），這種鋼經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)+高頻感應(yīng)加熱淬火熱處理后，綜合力學(xué)性能較好，主要用于低速、輕載或中載的一些不重要的齒輪。2）中碳合金鋼（如40Cr），這種鋼經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)+高頻感應(yīng)加熱淬火熱處理后，綜合力學(xué)性能更好且熱處理變形小，適用于中速、中載及精度較高的齒輪。3）低碳合金鋼（如20Cr、20CrMnTi），這種鋼經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)+滲碳淬火或液體碳氮共滲熱處理后，齒面硬度可達(dá)58HRC左右，且心部有較高韌性，適用于高速、中載或有沖擊載荷的齒輪。4）鑄鐵及其他非金屬材料（如夾布膠木、尼龍等）。這些材料強(qiáng)度低，易加工，適用于一些輕載的齒輪。齒輪毛坯的選擇取決于齒輪的材料、結(jié)構(gòu)形式與尺寸、使用條件及生產(chǎn)批量等因素。常用的齒輪毛坯有：1)棒料。用于一些不重要、受力不大且尺寸較小、結(jié)構(gòu)簡單的齒輪。2)鍛件。用于重要而受力較大的齒輪。3)鑄鋼件。用于直徑大或結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、不宜鍛造的齒輪。鑄鋼的晶粒較粗，加工性能不好，加工前應(yīng)先經(jīng)正火處理，以改善加工性能。4)鑄鐵件。用于受力小、無沖擊的開式傳動齒輪。(二)齒輪毛坯齒形加工齒形加工方法按照加工中有無切屑而分為無屑加工和切削加工兩大類。無屑加工包括熱軋、冷軋、壓鑄、注塑、粉末冶金等。其生產(chǎn)率高，材料消耗小，成本低，但由于受到材料塑性和加工精度還不夠高的影響，目前尚未廣泛應(yīng)用。齒形切削加工由于加工精度較高，目前仍是齒形加工的主要方法。從加工原理來看，切削加工又可分為仿形法和展成法。仿形法加工是采用刀具刀刃形狀與被加工齒輪齒槽形狀相同的成形刀具來進(jìn)行加工，常用的有模數(shù)銑刀銑齒，成形砂輪磨齒和齒輪拉刀拉齒等。展成法加工的原理是使齒輪刀具和齒坯嚴(yán)格保持一對齒輪嚙合的運動關(guān)系來進(jìn)行加工，常見的有滾齒、插齒、剃齒、珩齒、擠齒和磨齒等，加工精度和生產(chǎn)率都比較高，在生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。一、銑齒（gearmilling）在萬能銑床上銑齒，用盤狀模數(shù)銑刀可加工模數(shù)m<8mm的齒輪，用指狀模數(shù)銑刀可加工模數(shù)m>8mm的齒輪，每個齒槽銑完后，用分度頭分齒。特點及應(yīng)用：銑齒所用機(jī)床、刀具及夾具均較簡單，但由于刀具的近似造形誤差、分齒誤差以及刀具的安裝誤差的影響，齒形的加工精度較低；由于空返行程和間隔分度，使生產(chǎn)率較低，故一般適用于精度要求不高的齒輪(9~10級)的單件小批生產(chǎn)或修配加工。1.銑削直齒圓柱齒輪利用成形齒輪銑刀，在萬能銑床上加工齒輪齒形的方法由于存在分度誤差及刀具的安裝誤差，所以加工精度較低，一般只能加工出9~10級精度的齒輪。此外，加工過程中需作多次不連續(xù)分齒，生產(chǎn)率也很低。因此，主要用于單件小批量生產(chǎn)和修配工作中加工精度不高的齒輪。銑削直齒圓柱齒輪19一、銑齒（gearmilling）1.齒輪銑刀盤狀齒輪銑刀刀號及其加工的齒數(shù)范圍模數(shù)m≤20的齒輪，一般用盤狀齒輪銑刀在臥式銑床加工；m＞20的齒輪，用指狀齒輪銑刀在專用銑床或立銑上加工。20一、銑齒（gearmilling）a）模數(shù)盤銑刀

（b）指狀銑刀2.銑削螺旋圓柱齒輪（1）螺旋齒輪的主要技術(shù)參數(shù)Pt=πmtPt---螺旋齒輪的端面周節(jié)mt---螺旋齒輪的端面模數(shù)Pn=πmnPn---螺旋齒輪的法面周節(jié)mn---螺旋齒輪的法面模數(shù)因為cosβ=Pn/Pt=πmn/πmt所以mt=mn/cosββ---螺旋齒輪分度圓上的螺旋角螺旋齒輪的導(dǎo)程L21螺旋齒輪分度圓的圓柱面展開圖（2）銑削螺旋齒輪銑刀的選擇銑削螺旋齒輪要按法面模數(shù)mn和當(dāng)量齒數(shù)zd選擇齒輪銑刀Zd=Zcos3β螺旋齒輪法向齒形22（3）銑削螺旋齒輪的方法銑螺旋槽時臥式銑床工作臺的轉(zhuǎn)向23銑左螺旋槽銑右螺旋槽二、滾齒（hobbing）(一)滾齒的工藝特點滾齒是齒形加工中生產(chǎn)率較高、應(yīng)用最廣的一種加工方法。應(yīng)用：滾齒用一把滾刀可加工模數(shù)相同而齒數(shù)和螺旋角不同的直齒圓柱齒輪、斜齒輪。滾齒法還可用于加工蝸輪。滾齒既可用于齒形的粗加工，也可用作精加工。加工精度：滾齒加工精度一般為6~9級，對于8、9級精度齒輪，滾齒后可直接得到，對于7級精度以上的齒輪，通常滾齒可作為齒形的粗加工或半精加工。當(dāng)采用AA級齒輪滾刀和高精度滾齒機(jī)時，可直接加工出7級精度以上(最高可達(dá)4級)的齒輪。為提高加工精度和齒面質(zhì)量，宜將粗、精滾齒分開。精滾的加工余量一般為0.5~1mm，并且應(yīng)取較高的切削速度和較小的進(jìn)給量。滾齒屬于展成法加工，按一對螺旋齒輪相嚙合的原理用齒輪滾刀在滾齒機(jī)上加工齒輪

相嚙合的一對螺旋齒輪，當(dāng)其中一個螺旋角很大、齒數(shù)很少（一個或幾個）時，其輪齒變得很長，形成了蝸桿形。若這個蝸桿用高速鋼等刀具材料制成，并在其螺紋的垂直方向開出若干個容屑槽，形成刀齒及切削刃，它就變成了齒輪滾刀。（1）滾齒原理與齒輪滾刀滾齒原理25二、滾齒（hobbing）（2）滾齒運動與滾齒機(jī)主運動滾刀的高速旋轉(zhuǎn)分齒運動（展成運動）滾刀與被切齒輪之間強(qiáng)制地按速比保持一對螺旋齒輪嚙合關(guān)系的運動垂直進(jìn)給運動

為了在齒輪的全齒寬上切出齒形，齒輪滾刀需要沿工件的軸向作進(jìn)給運動。工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)齒輪滾刀移動的距離，稱為垂直進(jìn)給量。當(dāng)全部輪齒沿齒寬方向都滾切完畢后，垂直進(jìn)給停止，加工完成。附加運動

在滾切的過程中，工件還需要有一個附加的轉(zhuǎn)動，即根據(jù)螺旋齒輪β和導(dǎo)程L的關(guān)系，在滾刀垂直進(jìn)給L距離的同時，工件多轉(zhuǎn)或少轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，這個附加的轉(zhuǎn)動，可以通過調(diào)整滾齒機(jī)有關(guān)掛輪而得到。滾齒機(jī)26（3）滾齒工作范圍滾切直齒圓柱齒輪滾切直齒圓柱齒輪27滾切螺旋齒圓柱齒輪滾切螺旋齒圓柱齒輪（3）滾齒工作范圍滾切渦輪28模擬渦輪蝸桿嚙合傳動過程，將蝸桿制作成滾刀（專用滾刀）。加工過程無軸向進(jìn)給，有徑向進(jìn)給和切向進(jìn)給兩種加工方式.滾切渦輪滾切蝸輪的起始位置滾切蝸輪的終止位置滾切蝸輪徑向進(jìn)給徑向進(jìn)給

滾齒與插齒比較分析加工原理相同加工精度基本相同插齒得分齒精度略低于滾齒，滾齒的齒形精度略低于插齒插齒后的齒面粗糙度略優(yōu)于滾齒滾齒的生產(chǎn)率高于插齒加工范圍不同生產(chǎn)類型相同29(二)滾齒的加工精度分析尺寸誤差主要是齒厚誤差；形狀誤差主要是齒形誤差；位置誤差主要是各齒沿圓周分布的齒距誤差。它們影響齒輪傳動的準(zhǔn)確性、平穩(wěn)性、載荷分布的均勻性和齒側(cè)間隙。1.影響傳動準(zhǔn)確性的誤差分析原因:在加工中滾刀和被加工齒輪的相對位置和相對運動發(fā)生了變化。相對位置的變化(幾何偏心)產(chǎn)生齒輪的徑向誤差；相對運動的變化(運動偏心)產(chǎn)生齒輪的切向誤差。(1)齒輪徑向誤差齒輪徑向誤差是指滾齒時，由于齒坯的實際回轉(zhuǎn)中心與其定位基準(zhǔn)中心不重合(幾何偏心)，使所切齒輪的輪齒發(fā)生徑向位移而引起的齒距累積誤差。齒輪的徑向誤差可通過齒圈徑向跳動和徑向綜合誤差來評定。圖4-3幾何偏心引起的徑向誤差如圖4-4所示滾齒夾具，在鑄鐵底座5上裝有鋼套4，心軸2可隨工件基準(zhǔn)孔的大小而更換。使用這種夾具滾齒時，產(chǎn)生幾何偏心的主要原因有：1)安裝調(diào)整夾具時，心軸與機(jī)床工作臺回轉(zhuǎn)中心不重合。2)齒坯內(nèi)孔與心軸間有間隙，安裝時偏向一邊。3)基準(zhǔn)端面定位不好，夾緊后內(nèi)孔相對工作臺回轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生偏斜(圖4-5)，其具體原因有：齒坯軸向圓跳動，夾具定位軸向圓跳動，夾緊螺母軸向圓跳動，墊圈兩端面不平行以及各接觸面不干凈或有毛刺等。圖4-4滾齒夾具圖4-6端面定位不好引起幾何偏心1—心軸2—齒坯

減少齒輪徑向誤差的措施有:1)提高齒坯加工精度，嚴(yán)格控制基準(zhǔn)孔的尺寸精度和基準(zhǔn)端面的軸向圓跳動。2)提高夾具制造精度，包括心軸的尺寸精度，定位軸向圓跳動，心軸中心與錐柄的同軸度，底座錐孔對底面的垂直度及頂面與底面的平行度，墊圈兩端面平行度，夾緊螺母軸向圓跳動等。3)提高夾具安裝調(diào)整精度。安裝后必須檢查圖4-6所示的A、B、C、D四處的跳動量，其要求可由表4-2選取。表4-2夾具安裝精度(單位：mm)圖4-6滾齒夾具齒輪精度等級各部位允許跳動量ABCD6級及6級以上0.005~0.010.003~0.0050.003~0.005≤0.017級及7級以下0.0015~0.0250.01~0.0150.005~0.01≤0.0154)改進(jìn)夾具結(jié)構(gòu)。為提高定心精度，可采用精密可脹心軸以消除配合間隙，還可將夾具的定位與夾緊分開。如圖4-7所示，工件靠定位套2定心，夾緊時，若端面定位不好會引起雙頭螺栓1彎曲，但不致影響齒坯的定心精度。圖4-7定位與夾緊分開的夾具1—雙頭螺栓2—定位套

(2)齒輪切向誤差齒輪切向誤差是指滾齒時，由于機(jī)床工作臺的不等速旋轉(zhuǎn)，使所切齒輪的輪齒沿切向(即圓周方向)發(fā)生位移所引起的齒距累積誤差。滾齒時，刀具與齒坯間應(yīng)保持嚴(yán)格的運動聯(lián)系—展成運動，但傳動鏈中各元件的制造和裝配誤差，必然產(chǎn)生傳動誤差，使刀具與齒坯間的相對運動不均勻。影響傳動鏈誤差的主要因素是工作臺分度蝸輪本身齒距累積誤差及安裝偏心。減少齒輪切向誤差的措施有：1)提高機(jī)床分度蝸輪的制造精度和安裝精度。2)采用校正裝置去補(bǔ)償蝸輪的分度誤差。3)機(jī)床分度蝸桿副、錐度軸承磨損過大時應(yīng)及時檢修。2.影響傳動平穩(wěn)性的加工誤差分析影響齒輪傳動平穩(wěn)性的主要因素是齒輪的基節(jié)偏差和齒形誤差。滾齒時工件的基節(jié)偏差一般較小，而齒形誤差通常較大。(1)幾種常見齒形誤差圖4-10常見的齒形誤差a)出棱b)不對稱c)壓力角誤差d)周期誤差e)根切齒形公差是端截面上，齒形工作部分內(nèi)，包容實際齒形且距離最小的兩條設(shè)計齒形間的法向距離，是端面上的，漸開線齒輪就是能包容實際齒形的兩條設(shè)計的漸開線的最小法向距離。(2)產(chǎn)生齒形誤差的原因1)齒面出棱。滾刀刀齒沿圓周等分性不好或安裝后有較大的徑向跳動及軸向竄動，都會引起齒面出棱。圖4-11刀齒等分性不好引起的齒面出棱2)壓力角誤差。滾刀刀齒的壓力角誤差以及刃磨前刀面時的徑向性誤差及軸向性誤差是引起壓力角誤差的主要原因。①刀齒前刀面徑向性誤差的影響，精加工用的滾刀，其前角通常為0°(即刀齒前刀面在徑向平面內(nèi))，刃磨不好時會出現(xiàn)正或負(fù)前角。由于刀齒兩側(cè)經(jīng)鏟磨后具有側(cè)后角，因此刀齒前角誤差必然會引起壓力角變化。②刀齒前刀面軸向性誤差，是指直槽滾刀的前刀面沿軸向和刀孔軸線有平行度誤差。由于刀齒的頂刃和側(cè)刃均經(jīng)鏟磨，這種誤差就使各刀齒偏離了正確的齒形位置，且其偏離量沿軸向逐漸增大(圖4-13b所示上方雙點畫線表示)，從而使被切齒輪的左右齒形角不等而形成齒形歪斜.圖4-12刀齒前刀面徑向性誤差的影響圖4-13刀齒前刀面軸向性誤差的影響3)齒形不對稱。滾齒前滾刀對中不好往往會引起齒形不對稱。滾齒時滾刀的軸向位置，應(yīng)使一個刀齒(或刀槽)的對稱線通過齒坯中心(圖4-14）。滾刀對中時，切出的齒形對稱(圖4-14a)；反之，則引起齒形不對稱(圖4-14b)。對于模數(shù)較大而齒數(shù)較少的齒輪，這種誤差影響較大，為防止齒形歪斜，滾齒前應(yīng)認(rèn)真對中。圖4-14滾刀對中的影響a)對中齒形b)不對中齒形

4)周期誤差。滾刀安裝后的徑向跳動和軸向竄動，分齒掛輪的運動誤差，分度蝸桿的徑向跳動和軸向竄動等小周期轉(zhuǎn)角誤差，會使被加工齒面出現(xiàn)凹凸不平的周期誤差。5)根切。齒輪加工時發(fā)生根切的原因是因為刀具齒頂線的高度超過了嚙合極限點。解決根切措施如下：采用變位加工可以有效地避免根切。為避免根切，刀具必須進(jìn)行正變位。當(dāng)計算不發(fā)生根切的最小變位系數(shù)為負(fù)時，說明即使加工刀具進(jìn)行負(fù)變位也不會發(fā)生根切，如果不變位或進(jìn)行正變位更不會有根切現(xiàn)象發(fā)生。(3)減少齒形誤差的措施影響齒形誤差的主要因素是滾刀的制造誤差、安裝誤差和機(jī)床分齒傳動鏈的傳動誤差。為保證齒形精度要求，除了根據(jù)齒輪的精度等級正確選擇滾刀和機(jī)床的精度外，生產(chǎn)中應(yīng)重視滾刀的刃磨精度和安裝精度。3.影響載荷均勻性的加工誤差分析齒輪齒面的接觸狀況直接影響齒輪傳動中載荷的均勻性。齒輪齒高方向的接觸精度，由齒形精度和基節(jié)精度來保證；齒輪齒寬方向的接觸精度，主要受齒向誤差ΔFb的影響。(1)齒向誤差產(chǎn)生的原因1)滾齒機(jī)刀架導(dǎo)軌相對工作臺回轉(zhuǎn)軸線存在平行度誤差時，被切齒輪會產(chǎn)生齒向誤差(圖4-16)。圖4-16刀架導(dǎo)軌誤差對齒向誤差的影響1—刀架導(dǎo)軌2—齒坯3—夾具底座4—機(jī)床工作臺2)齒坯安裝時由于心軸歪斜、齒坯端面跳動及墊圈兩端面不平行等引起的齒坯歪斜(圖4-17)。3)滾切斜齒輪時，差動掛輪傳動比計算不夠精確會引起斜齒輪的齒向誤差。(2)減少齒向誤差的措施影響齒向誤差因素主要是機(jī)床刀架導(dǎo)軌的精度和齒坯的安裝精度。當(dāng)導(dǎo)軌磨損后，應(yīng)及時修刮以恢復(fù)幾何精度。對齒坯應(yīng)嚴(yán)格控制其孔徑精度及基準(zhǔn)端面的跳動。齒坯安裝前應(yīng)對夾具心軸仔細(xì)找正，以保證心軸對刀架導(dǎo)軌具有較高的平行度要求。加工斜齒輪時，差動掛輪傳動比計算應(yīng)精確至小數(shù)點后5~6位。圖4-17齒坯安裝歪斜對齒向誤差的影響O1—工作臺回轉(zhuǎn)中心O2—心軸中心線O—齒坯內(nèi)孔中心線（三）提高滾齒生產(chǎn)率的途徑（1）高速滾齒目前滾齒的切削速度一般較低，主要是受機(jī)床剛度和刀具耐用度的限制。近年我國已開始制造高速滾齒機(jī)，采用鋁高速鋼(Mo5Al)滾刀，切削速度由一般30m/min提高到100m/min以上，使生產(chǎn)率提高25%。采用硬質(zhì)合金滾刀，切削速度可高達(dá)300m/min以上，而且滾齒加工精度提高，齒面表面粗糙度值減小，所以高速滾齒大有發(fā)展前途。2.采用多頭滾刀和大直徑滾刀3.改進(jìn)滾齒加工方法(1)多件加工同時加工幾個工件，可減少滾刀對每個齒坯的切入切出時間。(2)徑向切入滾齒時滾刀切入齒坯有兩種方法，徑向切入比軸向切入行程較短，可節(jié)省切入時間，對大直徑滾刀尤為突出。(3)軸向竄刀和對角滾齒滾刀參與切削的刀齒負(fù)荷不等，磨損不均。當(dāng)負(fù)荷最重的刀齒磨損到一定極限時，應(yīng)將滾刀沿其軸向移動一段距離(即軸向竄刀)后繼續(xù)切削，可提高滾刀的使用壽命。對角滾齒是滾刀在沿齒坯軸向進(jìn)給的同時，還沿滾刀軸向連續(xù)移動，兩種運動的合成，使齒面形成對角線刀痕，不僅降低了齒面粗糙度值，還使刀齒磨損均勻，提高了刀具使用壽命。(四)硬齒面滾齒滾齒一般用于未淬硬齒面的加工，硬質(zhì)合金滾刀的應(yīng)用，使?jié)L齒可以代替齒面淬火后的粗磨齒，對硬齒面齒輪進(jìn)行半精滾或精滾，生產(chǎn)率比磨齒約高5~6倍，精度可達(dá)7級。圖4-19所示為硬質(zhì)合金刮削滾刀，用于精加工45~64HRC的硬齒面，采用-30°前角。一般硬齒面精加工滾刀的前角也可采用零度或較小的負(fù)前角。硬齒面滾齒的切削速度一般為30~80m/min，軸向進(jìn)給量為1~3mm/r，加工余量單邊為0.1~0.25mm，加工中不用切削液。圖4-19硬質(zhì)合金刮削滾刀單擊此處添加標(biāo)題單擊此處添加項標(biāo)題滾齒一般用于未淬硬齒面的加工，硬質(zhì)合金滾刀的應(yīng)用，使?jié)L齒可以代替齒面淬火后的粗磨齒，對硬齒面齒輪進(jìn)行半精滾或精滾，生產(chǎn)率比磨齒約高5~6倍，精度可達(dá)7級。單擊此處添加項標(biāo)題圖4-19所示為硬質(zhì)合金刮削滾刀，用于精加工45~64HRC的硬齒面，采用-30°前角。一般硬齒面精加工滾刀的前角也可采用零度或較小的負(fù)前角。單擊此處添加項標(biāo)題硬齒面滾齒的切削速度一般為30~80m/min，軸向進(jìn)給量為1~3mm/r，加工余量單邊為0.1~0.25mm，加工中不用切削液。三、插齒（gearshaping）(一)插齒的工藝特點應(yīng)用：插齒是生產(chǎn)中通常應(yīng)用的一種齒形加工方法，能加工直齒圓柱齒輪，還宜于加工多聯(lián)齒輪、內(nèi)齒輪、扇形齒輪和齒條等。機(jī)床配有專門附件時，可加工斜齒輪，但不如滾齒方便。加工精度：插齒既可用于齒形的粗加工，也可用作精加工。插齒通常能加工7~9級精度齒輪，最高可達(dá)6級。插齒過程為往復(fù)運動，有空行程。插齒系統(tǒng)剛度較差，切削用量不能太大，所以一般插齒的生產(chǎn)率比滾齒低。只有在加工模數(shù)較小和寬度窄的齒輪時，插齒生產(chǎn)率不低于滾齒。因此插齒多用于中小模數(shù)齒輪的加工。插削雙聯(lián)齒輪和內(nèi)齒輪

插齒屬于展成法加工，用插齒刀在插齒機(jī)上加工齒輪的齒形，它是按一對圓柱齒輪相嚙合的原理進(jìn)行加工的相嚙合的一對圓柱齒輪，若其中一個是工件，另一個用高速鋼制成，并于淬火后輪齒上磨出前角和后角，形成切削刃，再具有必要的切削運動，即可在工件上切出齒形來，后者就是加工齒輪用的插齒刀（1）插齒原理插齒原理三、插齒（gearshaping）（2）插齒刀與插齒時漸開線齒形的形成

插齒刀與插齒加工插齒時漸開線齒形的形成漸開線齒形的形成

插齒時，插齒刀與齒輪坯之間嚴(yán)格按照一對齒輪的嚙合速比關(guān)系強(qiáng)制傳動，即插齒刀轉(zhuǎn)過一個齒，齒輪坯也轉(zhuǎn)過相當(dāng)一個齒的角度。與此同時，插齒刀作上下往復(fù)運動，以便進(jìn)行切削。其刀齒側(cè)面運動軌跡形成的包絡(luò)線，即為被切齒輪的漸開線齒形。直齒插齒刀：Ⅰ型—盤狀直齒插齒刀Ⅱ型—碗形直齒插齒刀Ⅲ型—錐柄直齒插齒刀（3）插齒加工運動分析主運動插齒刀的上下往復(fù)直線運動，以每分鐘往復(fù)行程次數(shù)來表示（str/min）。分齒運動（展成運動）插齒刀和工件之間強(qiáng)制地按速比保持一對齒輪嚙合關(guān)系的運動分齒運動過程中插齒刀每往復(fù)一次其分度圓周所轉(zhuǎn)過的弧長（mm/str）。它反映插齒刀和齒輪坯轉(zhuǎn)動的快慢，決定每切一刀的金屬切除和包絡(luò)漸開線齒形的切線數(shù)目，從而影響齒面的表面粗糙度Ra值圓周進(jìn)給運動插齒機(jī)50徑向進(jìn)給運動開始插齒時，插齒刀要逐漸切至全齒深，插齒刀每往復(fù)一次徑向移動的距離，稱為徑向進(jìn)給量。當(dāng)切至全齒深時，徑向進(jìn)給運動停止，分齒運動仍繼續(xù)進(jìn)行，直至加工完成讓刀運動為了避免插齒刀在返回行程中，刀齒和后刀面與工件的齒面發(fā)生摩擦，在插齒刀返回時，工件必須讓開一段距離；當(dāng)切削行程開始前，工件又恢復(fù)原位插齒刀與插齒加工51(二)插齒加工質(zhì)量分析將插齒加工質(zhì)量與滾齒相比較，有如下幾點:1.傳動準(zhǔn)確性

插齒的公法線長度變動比滾齒大。2.傳動平穩(wěn)性插齒的齒形誤差比滾齒小。3.載荷均勻性插齒的齒向誤差比滾齒大。4.表面粗糙度插齒的齒面粗糙度值比滾齒小。(三)提高插齒生產(chǎn)率的途徑1.高速插齒現(xiàn)有高速插齒機(jī)的往復(fù)運動可達(dá)每分鐘1000次，甚至高達(dá)1800次。2.提高圓周進(jìn)給量但齒面粗糙度變粗，且插齒回程的讓刀量增大，易引起振動，因此宜將粗、精插齒分開。3.提高插齒刀耐用度在改進(jìn)刀具材料的同時，改進(jìn)刀具幾何參數(shù)能提高刀具耐用度。試驗表明：將刀具前后角改為γo=15°，αo=9°，刀具耐用度能提高三倍左右，但精度有所降低。(四)硬齒面插齒使用硬質(zhì)合金插齒刀可精加工淬硬(45~62HRC)的齒面，精度可達(dá)6~7級，齒面粗糙度值Ra為0.4~0.8μm，其工藝過程簡單，操作容易，加工成本較低，適用于大批量生產(chǎn)。硬質(zhì)合金插齒刀的頂刃加工成負(fù)前角，一般為-5°，使兩側(cè)切削刃獲得相應(yīng)的負(fù)刃傾角。頂刃后角一般取6°或9°，如圖4-20所示。硬齒面插齒切削速度取15~30m/min，圓周進(jìn)給量為每往復(fù)行程0.15~0.25mm。中等模數(shù)淬硬齒輪，一般兩側(cè)齒面留精加工余量0.3~0.5mm(齒厚)，齒槽不留余量，且略深于標(biāo)準(zhǔn)全齒高。低于7級精度的齒輪，加工余量一次切除掉，對于6、7級齒輪，可分成粗切和精切兩次加工。圖4-20硬質(zhì)合金插齒刀四、剃齒shaving(一)剃齒原理剃齒加工相當(dāng)于一對螺旋齒輪“自由嚙合”的展成運動。剃齒時剃齒刀和齒輪是無側(cè)隙雙面嚙合，剃齒刀刀齒的兩側(cè)面都能進(jìn)行切削。圖4-21齒原理示意圖1—剃齒刀2—被切齒輪剃齒具備以下幾種運動:1)剃齒刀正反轉(zhuǎn)—主運動。2)工件沿軸向往復(fù)進(jìn)給運動—使齒輪全寬均可剃出。3)工件每一往復(fù)行程后的徑向進(jìn)給運動—以切除全部余量。剃齒刀由機(jī)床傳動鏈帶動旋轉(zhuǎn)，而工件由剃齒刀帶動，它們之間無強(qiáng)制性的展成運動，是自由對滾，故機(jī)床傳動鏈短，結(jié)構(gòu)簡單。

剃齒刀的形狀類似一個高精度、高硬度的螺旋齒圓柱齒輪，齒面上有許多小溝槽形成切削刃（1）剃齒刀剃齒刀56(二)剃齒工藝特點剃齒是齒輪精加工方法之一。未淬硬齒輪精加工，幾乎不提高齒輪的分齒誤差，提高齒形精度和齒向精度，加工精度IT6-IT7，Ra0.4-0.8μm，加工余量小，0.08~0.12mm剃齒對各種誤差的修正情況如下：（1）剃齒對齒圈徑向圓跳動有較強(qiáng)的修正能力（2）剃齒對公法線長度變動的修正能力很小，不提高齒輪的分齒誤差（3）剃齒對齒形誤差也有較強(qiáng)的修正能力（4）使齒輪的齒向誤差得到較大的修正齒形公差是端截面上，齒形工作部分內(nèi)，包容實際齒形且距離最小的兩條設(shè)計齒形間的法向距離，是端面上的，漸開線齒輪就是能包容實際齒形的兩條設(shè)計的漸開線的最小法向距離。齒向公差是在分度圓柱面上，齒寬有效范圍內(nèi)，包容實際齒形最小兩條設(shè)計齒線之間的端面距離。對齒輪傳動的影響也不同，前者是是影響運動的平穩(wěn)性，后者影響載荷的分布的均勻性。齒形誤差齒寬齒向公差特點及應(yīng)用：剃齒生產(chǎn)率很高，剃削中等尺寸的齒輪只需2~4min，比磨齒效率高10倍以上，機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整操作方便，輔助時間短；刀具耐用度高，但刀具價格昂貴，修磨不便。故剃齒廣泛用于成批大量生產(chǎn)中未淬硬的齒輪精加工。近年來，由于含鈷、鉬成分較高的高性能高速鋼刀具的應(yīng)用，使剃齒也能進(jìn)行硬齒面(45~55HRC)的齒輪精加工。加工精度可達(dá)7級，齒面粗糙度值Ra為0.8~1.6μm。但淬硬前的精度應(yīng)提高一級，留硬剃余量為0.01~0.03mm。五、珩齒珩齒是齒輪熱處理后的一種光整加工方法，目前生產(chǎn)中應(yīng)用較廣。珩齒原理與剃齒相似，珩輪與工件是一對交錯齒輪副無側(cè)隙的自由緊密嚙合(圖4-23b)，珩齒所用的刀具(即珩輪)是一個由磨料、環(huán)氧樹脂等原料混合后在鐵心上澆注而成的斜齒輪(圖4-23a)。圖4-23珩齒原理珩磨輪特點：珩齒的運動與剃齒基本相同，即珩輪帶動工件高速正反轉(zhuǎn)動；工件沿軸向往復(fù)運動以及工件徑向運動。與剃齒不同的是其徑向進(jìn)給是在開車后一次進(jìn)給到預(yù)定位置。因此，珩齒開始時齒面壓力較大，隨后逐漸減小，直至壓力消失時珩齒便結(jié)束。珩齒時，齒面間除沿齒向產(chǎn)生相對滑移進(jìn)行切削外，沿漸開線方向的滑動使磨粒也能切削，因而齒面形成交叉復(fù)雜的刀痕，其粗糙度值Ra可從珩前的1.6μm降到珩齒后的0.8~0.4μm，且齒面不會產(chǎn)生燒傷，表面質(zhì)量較好。珩齒方法有外嚙合珩齒、內(nèi)嚙合珩齒和蝸桿狀珩輪珩齒三種(圖4-24)。圖4-24珩齒方法a)外嚙合珩齒b)內(nèi)嚙合珩齒c)蝸桿狀珩輪珩齒珩前盡可能用滾齒，不用剃齒因為剃齒、珩齒同屬自由對滾的展成加工，修正誤差能力相似；且珩齒可加工硬齒面。因此，一些工廠將熱處理前的剃齒加工省去，采用蝸桿狀珩輪珩齒，使傳統(tǒng)的“滾齒—剃齒—熱處理—珩齒”工藝過程，改變?yōu)椤皾L齒—熱處理—珩齒”工藝過程。珩齒余量一般為單邊0.01~0.02mm，珩輪轉(zhuǎn)速在1000r/min以上，一般工作臺3~5個往復(fù)行程即可完成珩齒，生產(chǎn)率很高。一般約一分鐘珩一個。應(yīng)用：珩齒設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，在剃齒機(jī)上即可珩齒。珩輪澆注簡單，成本低。故珩齒多用于成批生產(chǎn)中，經(jīng)過淬火后齒形的精加工，加工精度可達(dá)6~7級。珩齒注意事項：六、磨齒Geargrinding磨齒是齒形加工中精度最高的一種方法。磨齒精度為4~6級，最高3級，齒面粗糙度Ra為0.8~0.4μm。磨齒對磨前齒輪誤差或熱處理變形有較強(qiáng)的修正能力，故多用于高精度的硬齒面齒輪、插齒刀和剃齒刀等的精加工，但生產(chǎn)率較低，加工成本較高。磨齒方法有仿形法和展成法兩大類，生產(chǎn)中常用展成法。根據(jù)砂輪形狀不同，展成法磨齒可分為錐面砂輪磨齒、碟形砂輪磨齒、蝸桿砂輪磨齒等。1.錐面砂輪磨齒(圖4-25)圖4-25錐面砂輪磨齒原理磨齒時，砂輪一面高速旋轉(zhuǎn)(n)，一面沿齒槽方向快速往復(fù)運動(f)以磨出全齒寬；工件一面旋轉(zhuǎn)(ω)一面移動(v)，實現(xiàn)展成運動。特點：這種磨齒法砂輪剛性好，磨削效率較高，但機(jī)床傳動鏈復(fù)雜，磨齒精度較低，一般為5~6級，表面粗糙度Ra值可達(dá)0.4μm~0.2μm。多用于成批生產(chǎn)中磨削6級精度的淬硬齒輪。2.碟形砂輪磨齒(圖4-26)兩片碟形砂輪傾斜安裝以構(gòu)成齒條齒形的兩個側(cè)面(圖4-26a)。磨齒時，砂輪高速旋轉(zhuǎn)(n)；工件一面旋轉(zhuǎn)(ω)，一面移動(v)，展成運動是通過滑座和由滾圓盤、鋼帶、框架組成的滾圓盤鋼帶機(jī)構(gòu)實現(xiàn)的(圖4-26b)；工件沿軸線方向做慢速進(jìn)給運動(f)以磨出全齒寬。當(dāng)一個齒槽的兩側(cè)面磨完后，工件快速退離砂輪進(jìn)行分度，磨削下一個齒槽。圖4-26碟形砂輪磨齒原理1—工作臺2—框架3—滾圓盤4—鋼帶5—碟形砂輪6—工件7—滑座

特點：這種磨齒法由于展成運動的傳動環(huán)節(jié)少，傳動誤差小，分齒精度又較高，故加工精度可達(dá)3~5級，但砂輪剛性差，切深小，生產(chǎn)率低，故加工成本較高，適用于單件小批生產(chǎn)高精度的直齒圓柱齒輪、斜齒輪的精加工。3.蝸桿砂輪磨齒(圖4-27）圖4-27蝸桿砂輪磨齒原理1—砂輪2—齒輪

蝸桿砂輪磨齒原理與滾齒相似，其砂輪作成蝸桿狀，砂輪1高速旋轉(zhuǎn)(n)，工件通過機(jī)床的兩臺同步電動機(jī)做展成運動(ω)，工件還沿軸向做進(jìn)給運動(f)以磨出全齒寬。特點及應(yīng)用：為保證必要的磨削速度，砂輪直徑較大(?200~?400mm)，且轉(zhuǎn)速較高(2000r/min)，又是連續(xù)磨削，所以生產(chǎn)率很高。磨齒精度一般為5級，最高可達(dá)3級，適用于大、中批生產(chǎn)的齒輪精加工。4研齒gearlapping（僅提升Ra0.2-0.4?）研齒加工原理研齒是用研磨輪在研齒機(jī)上對齒輪進(jìn)行光整加工的方法，加工原理是使工件與輕微制動的研磨輪作無間隙的自由嚙合,并在嚙合的齒面間加工研磨劑，利用齒面的相對滑動，從被研齒輪的齒面上切除一層極薄的金屬，達(dá)到減小表面粗糙度Ra值和校正齒輪部分誤差的目的。研齒加工原理67研齒加工特點研齒對齒輪精度的提高作用不大，它能減小齒面的表面粗糙度Ra值，同時稍微修正齒形、齒向誤差，主要用于淬硬齒面的精加工。68雙聯(lián)齒輪機(jī)械加工工藝分析圓柱齒輪加工工藝其主要工藝問題有兩項：一是齒形加工精度，它是整個齒輪加工的核心，其直接影響齒輪的傳動精度要求，因此，必須合理選擇齒形加工方法；二是齒形加工前的齒坯加工精度，它對齒輪加工、檢驗和安裝精度影響很大必須十分重視齒坯加工。一、雙聯(lián)齒輪的結(jié)構(gòu)特點與技術(shù)要求從圖4-1可知，該任務(wù)為雙聯(lián)圓柱齒輪，材料為40Cr，在齒圈上切出漸開線齒廓，兩齒圈模數(shù)均為3，齒數(shù)Z分別為28和42，精度等級為7級，齒面表面粗糙度Ra0.8?，齒部熱處理為高頻淬火，硬度達(dá)50~55HRC，加工中需要通過測量公法線長度來保證齒輪齒形精度；輪體孔為花鍵孔，精度等級為H7，表面粗糙度為Ra1.6?和Ra3.2?；端面與花鍵孔的圓跳動為0.02mm，端面表面粗糙度為Ra1.6?和Ra3.2?。二、雙聯(lián)齒輪機(jī)械加工工藝分析（一）熱處理安排分析齒輪材料在切削加工之前進(jìn)行正火處理改善其切削加工性能，齒形精加工前進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱表面淬火提高齒面硬度。（二）定位基準(zhǔn)選擇為保證齒輪的加工精度，應(yīng)根據(jù)“基準(zhǔn)重合原則“，選擇齒輪的設(shè)計基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)和測量基準(zhǔn)為定位基準(zhǔn)，且盡可能在整個加工過程中保持基準(zhǔn)統(tǒng)一“。軸類齒輪的齒形加工一般選擇中心孔定位，某些大模數(shù)的軸類齒輪多選擇軸頸和一端面定位。盤類齒輪的齒形加工可采用兩種定位基準(zhǔn)。1)內(nèi)孔和端面定位，符合“基準(zhǔn)重合“原則。采用專用心軸，定位精度較高，生產(chǎn)率高，故廣泛用于成批生產(chǎn)中。為保證內(nèi)孔的尺寸精度和基準(zhǔn)端面的跳動要求，應(yīng)盡量在一次安裝中同時加工內(nèi)孔和基準(zhǔn)端面。2)外圓和端面定位，不符合“基準(zhǔn)重合“原則。用端面作軸向定位，以外圓為找正基準(zhǔn)，不需專用心軸，生產(chǎn)率較低，故適用于單件小批生產(chǎn)。為保證齒輪的加工質(zhì)量，必須嚴(yán)格控制齒坯外圓對內(nèi)孔的徑向圓跳動。本任務(wù)中粗基準(zhǔn)選擇毛坯外圓和端面定位，根據(jù)“基準(zhǔn)重合“原則，精基準(zhǔn)選擇花鍵孔和端面定位。(三)齒坯加工1.中小批生產(chǎn)的齒坯加工

中小批生產(chǎn)盡量采用通用機(jī)床加工。對于圓柱孔齒坯，可采用粗車一精車的加工方案:①在臥式車床上粗車齒坯各部分；②在一次安裝中精車內(nèi)孔和基準(zhǔn)端面，以保證基準(zhǔn)端面對內(nèi)孔的跳動要求；③以內(nèi)孔在心軸上定位，精車外圓、端面及其他部分。對于花鍵孔齒坯，采用粗車一拉一精車的加工方案:①在臥式車床上粗車外圓、端面和花鍵底孔；②以花鍵底孔定位，端面支承，拉花鍵孔；③以花鍵孔在心軸上定位，精車外圓，端面及其他部分。2.大批量生產(chǎn)的齒坯加工大批量生產(chǎn)，應(yīng)采用高生產(chǎn)率的機(jī)床(如拉床，單軸、多軸自動車床或多刀半自動車床等)和專用高效夾具加工。無論是圓柱孔齒坯或花鍵孔齒坯，均采用多刀車—拉—多刀車的加工方案:①在多刀半自動車床上粗車外圓、端面和內(nèi)孔；②以端面支承、內(nèi)孔定位拉花鍵孔或圓柱孔；③以孔在可脹心軸或