第五章-圆柱齿轮的加工

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1、n第一节第一节 概述概述n一、圆柱齿轮的功用及结构特点一、圆柱齿轮的功用及结构特点n圆柱齿轮是传递运动和动力的重要零件，在圆柱齿轮是传递运动和动力的重要零件，在一般的减速箱或变速箱中，约占零件总数的一般的减速箱或变速箱中，约占零件总数的60%60%以上，图以上，图5-15-1为常见的结构类型。为常见的结构类型。n二、圆柱齿轮的传动精度要求二、圆柱齿轮的传动精度要求n1 1、传递运动的准确性、传递运动的准确性n齿轮在一转内齿轮在一转内,主动与从动齿轮相对运动准确主动与从动齿轮相对运动准确协调。协调。n2 2、传递运动的平稳性、传递运动的平稳性n在传递运动过程中在传递运动过程中,瞬时传动比变化小瞬

2、时传动比变化小,工作平工作平稳稳,振动小振动小,噪音低。噪音低。n3 3、载荷分布均匀、载荷分布均匀n要求齿轮啮合时要求齿轮啮合时,齿面接触良好齿面接触良好,以免使齿面承以免使齿面承受载荷不均受载荷不均,造成齿面局部磨损造成齿面局部磨损,影响齿轮的使影响齿轮的使用寿命。用寿命。n4 4、传动侧隙、传动侧隙n齿轮啮合时齿轮啮合时,非工作齿间应有一定的间隙非工作齿间应有一定的间隙,以便以便储存润滑油储存润滑油,补偿弹性变形补偿弹性变形,热变形热变形,以及齿轮传动装置的制造和安装误差。以及齿轮传动装置的制造和安装误差。但侧隙过大但侧隙过大,特别是反转时会引起较大的换向冲特别是反转时会引起较大的换向冲

3、击击,产生噪声。产生噪声。n三、圆柱齿轮的材料与毛坯三、圆柱齿轮的材料与毛坯n1 1、铸钢、铸钢:直径大而形状复杂直径大而形状复杂,强度高及承受冲强度高及承受冲击载荷的齿轮击载荷的齿轮,一般用一般用:Z35,Z40Z50Z35,Z40Z50铸钢件。要求铸钢件。要求耐磨耐磨,承受冲击载荷的齿轮承受冲击载荷的齿轮,用用:35SiMn35SiMn、40Cr40Cr、35CrMo35CrMo铸造毛坯。铸造毛坯。n2 2、锻钢、锻钢:对强度有一定要求对强度有一定要求,结构简单的齿坯结构简单的齿坯,一般用一般用45,4045,40Cr,Cr,或或4040MnBMnB等合金钢锻坯。等合金钢锻坯。n3 3、铸

4、铁、铸铁:受力小受力小,无冲击的低速齿轮常用无冲击的低速齿轮常用HT15-HT15-32,HT20-4032,HT20-40等牌号的灰口铸铁铸造毛坯。等牌号的灰口铸铁铸造毛坯。n4:4:棒料棒料:一些受力小一些受力小,尺寸小尺寸小,不重要的齿轮不重要的齿轮,可直接用棒料做毛坯。可直接用棒料做毛坯。n第二节第二节 圆柱齿轮工艺过程特点圆柱齿轮工艺过程特点n一、齿轮的主要技术条件一、齿轮的主要技术条件n齿形的加工精度和齿侧间隙齿形的加工精度和齿侧间隙,齿圈主要表面的齿圈主要表面的尺寸精度和表面相互位置精度尺寸精度和表面相互位置精度,表面粗糙度及表面粗糙度及热处理。热处理。n二、圆柱齿轮主要的加工阶

5、段二、圆柱齿轮主要的加工阶段n(一一)齿坯的加工齿坯的加工n1 1、单件小批生产、单件小批生产n齿坯在普通车床上齿坯在普通车床上,采用采用“两次调头两次调头,四次装四次装夹夹”的方法加工。的方法加工。n即即:三爪卡盘装夹小外圆三爪卡盘装夹小外圆,粗车大端面粗车大端面,大外圆大外圆和孔和孔调头调头,装夹大外圆装夹大外圆,粗车小端面粗车小端面,小外圆和小外圆和台阶面。台阶面。n调质调质-装夹大外圆装夹大外圆,精车小端面精车小端面,小外圆和台阶小外圆和台阶面面,调头调头,装夹小外圆装夹小外圆,精车内孔精车内孔,大端面大端面,大外圆。大外圆。n这齿轮坯的加工方案这齿轮坯的加工方案,既遵循粗既遵循粗,精

6、分开原则精分开原则,又在一次装夹中精加工出孔又在一次装夹中精加工出孔,大外圆和大端面大外圆和大端面,保保证了它们之间的位置精度证了它们之间的位置精度.至于小端面对内孔轴至于小端面对内孔轴线的位置精度线的位置精度,则可以大端面定位则可以大端面定位,磨小端面来保磨小端面来保证证,也可采用内孔心轴定位也可采用内孔心轴定位,一次精车大一次精车大,小端面小端面和大外圆来保证。和大外圆来保证。n对于不是阶梯外圆的齿轮坯如光套式的对于不是阶梯外圆的齿轮坯如光套式的,其加其加工方法与轴承套的加工方法类似。工方法与轴承套的加工方法类似。n2 2、成批生产、成批生产齿轮坯则采用齿轮坯则采用(钻钻)-)-车车-拉拉

7、-车车,方案；方案；n3 3、大批大量生产、大批大量生产齿轮坯则采用齿轮坯则采用(钻钻)-)-拉拉-多刀车方案。多刀车方案。n(二二)齿形加工齿形加工n1 1、成形法、成形法n1)1)模数铣刀铣齿模数铣刀铣齿,加工精度一般加工精度一般9 9级级,生产率低生产率低.n2)2)齿轮拉刀拉齿齿轮拉刀拉齿,加工精度高加工精度高,成本高成本高,生产生产率高。率高。n2 2、展成法、展成法1)1)滚齿滚齿,8,87级级,生产率高生产率高,通用性大通用性大,精密滚齿机精密滚齿机结合高精度滚刀结合高精度滚刀,滚齿精度可滚齿精度可6-56-5级级.2)2)插齿插齿,9-7,9-7级级,最高可达最高可达6 6级级

8、,生产率高生产率高,通用性通用性大；大；3)3)锑齿锑齿,7-5,7-5级级,生产率高生产率高,主要用于加工滚主要用于加工滚,插后插后,没有淬火的齿轮没有淬火的齿轮.4)4)冷挤齿冷挤齿,加工精度加工精度8-68-6级级,生产率高于剃齿生产率高于剃齿,成成本低本低,属无切屑加工属无切屑加工,可代替剃齿。可代替剃齿。n5)5)珩齿珩齿,加工精度加工精度7-67-6级级,多用于剃齿后多用于剃齿后,齿面齿面高频淬火后的齿形精加工。高频淬火后的齿形精加工。n6)6)磨齿磨齿,加工精度加工精度7-37-3级级,生产率一般较低生产率一般较低,加加工成本高工成本高,多用于齿面淬硬后的精加工。多用于齿面淬硬后

9、的精加工。n三、定位基准的选择三、定位基准的选择n(一一)齿坯加工时的定位基准齿坯加工时的定位基准n1 1、精基准、精基准:内孔内孔(外圆外圆)与端面；与端面；n2 2、粗基准、粗基准:毛坯外圆与端面。毛坯外圆与端面。n(二二)齿形加工时的定位基准齿形加工时的定位基准 1 1、外圆与端面、外圆与端面:需找正需找正,生产率低生产率低,无需专用心无需专用心轴轴,多用于单件小批生产。多用于单件小批生产。n2 2、内孔与端面、内孔与端面:符合基准重合符合基准重合,基准统一的原基准统一的原则则,定位精度高定位精度高,不需找正不需找正,生产率高生产率高,多用于大多用于大批大量生产。批大量生产。n四、齿形加

10、工方案四、齿形加工方案n主要根据生产纲领主要根据生产纲领,加工精度加工精度,热处理等影响因热处理等影响因素进行确定。素进行确定。n1 1、8-78-7级精度级精度,不淬火的齿轮不淬火的齿轮,插齿插齿,滚齿即可。滚齿即可。n2 2、7-67-6级精度级精度,不淬火的齿轮不淬火的齿轮(插齿插齿)滚齿滚齿-剃齿。剃齿。3 3、7-67-6级精度级精度,淬火的齿轮淬火的齿轮,单件小批生产单件小批生产,(插齿插齿)滚齿滚齿-齿面热处理齿面热处理修整定位基准修整定位基准-磨齿。磨齿。大批大量生产大批大量生产,滚齿滚齿-剃齿剃齿-齿面热处理齿面热处理修整定修整定位基准位基准-珩齿。珩齿。4 4、6-56-5

11、级级,淬火淬火,成批生产的齿轮成批生产的齿轮:粗滚齿粗滚齿-精滚精滚(插插)齿齿-齿面热处理齿面热处理-修正基准修正基准-磨齿。磨齿。n(五五)齿端加工齿端加工n倒圆倒圆,倒尖倒尖,倒棱和去毛刺等倒棱和去毛刺等,主要是换档时主要是换档时,便便于轴向滑动啮合。于轴向滑动啮合。n第三节第三节 圆柱齿轮工艺过程举例圆柱齿轮工艺过程举例n一、花键齿轮的工艺过程一、花键齿轮的工艺过程n花键齿轮的零件图如图花键齿轮的零件图如图5-25-2所示所示:精度等级精度等级8-8-7-77-7HL,HL,模数模数8,8,齿数齿数35,35,小端面小端面,装配基面对花键装配基面对花键外圆轴线的跳动允差外圆轴线的跳动允

12、差0.020.02mm,mm,齿面粗糙度齿面粗糙度Ra0.8m,Ra0.8m,内花键顶圆表面粗糙度内花键顶圆表面粗糙度Ra1.6 m,Ra1.6 m,齿齿面渗碳淬火面渗碳淬火HRC58-62,HRC58-62,材料材料2020CrMnTi,CrMnTi,中批生产。中批生产。图5-2序号序号 工工 序序 内内 容容机机 床床01下料锻坯正火下料锻坯正火 02粗车粗车,以以298298外圆及端面外圆及端面D D为粗基准为粗基准,加工加工130130外圆及外圆及B,CB,C端面端面;以以130130外圆外圆及及B B端面作为精基准端面作为精基准,加工加工298298外圆及端外圆及端面面D,82D,8

13、2孔及孔及E E端面。端面。普车普车 03半精车半精车,以以298298外圆及端面外圆及端面D D为基准为基准,加工加工130130外圆及外圆及B,CB,C端面端面;以以130130外圆外圆及及B B端面作为精基准端面作为精基准,加工加工298298外圆及端外圆及端面面D,82D,82孔及孔及E E端面。端面。普车普车 04以以8282孔及孔及E E端面定位端面定位,拉花键孔拉花键孔.拉床拉床05精车精车,以花键孔外径定位精车以花键孔外径定位精车298298外圆及外圆及B,EB,E两端面。两端面。车床车床 06用钻模钻减重孔。用钻模钻减重孔。钻床钻床 07滚齿滚齿,以花键孔及以花键孔及E E端

14、面定位端面定位,粗粗,精滚齿。精滚齿。滚齿机滚齿机 08钳工去毛刺。钳工去毛刺。09齿面渗碳淬火。齿面渗碳淬火。10用推刀精整花键孔。用推刀精整花键孔。压力机压力机 11以花键孔外径定位光车以花键孔外径定位光车B,EB,E两端面。两端面。车床车床 12磨齿磨齿,以花键孔及以花键孔及E E端面定位磨齿面。端面定位磨齿面。磨齿机磨齿机 13检验检验,按设计图检验所有尺寸。按设计图检验所有尺寸。钳工台钳工台n三、小齿轮的工艺过程三、小齿轮的工艺过程n小齿轮如图小齿轮如图5-45-4所示，其主要技术要求所示，其主要技术要求:精度精度等级等级7-6-67-6-6JLJL，模数，模数3,3,齿数齿数42,

15、42,齿顶圆、两端面齿顶圆、两端面对对7575+0.03+0.03内孔轴线的跳动公差内孔轴线的跳动公差0.05,0.05,齿面粗糙齿面粗糙度度Ra0.8m,75Ra0.8m,75+0.03+0.03内孔粗糙度内孔粗糙度Ra0.8Ra0.8，两端，两端面粗糙度面粗糙度Ra1.6 mRa1.6 m。齿坯调质齿坯调质HB220-240,HB220-240,齿部齿部高频淬火高频淬火HRC50-55,HRC50-55,齿端倒圆齿端倒圆.小批生产小批生产,其工其工艺过程如下艺过程如下:图5-4q第四节第四节 齿形加工齿形加工q一一:齿形加工方法分类齿形加工方法分类q1:按加工原理不同进行分类按加工原理不同

16、进行分类成形法:用与被加工齿轮齿间形状完全相同的成形刀具,直接切出渐开线齿形的方法.如铣齿,成形法磨齿等.展成法:用齿轮刀具与被加工齿轮作啮合传动的过程中包络出渐开线齿形的方法.如插齿,滚齿等.q2:按加工精度不同进行分类按加工精度不同进行分类w齿形加工方法:在齿坯上形成渐开线齿形的加工方法.如铣齿,插齿和滚齿.n齿形精加工方法:在形成的齿形的基础上,作进一步的加工,以提高齿面的精度,降低表面粗糙度的加工方法.如剃齿,珩齿和磨齿等.n二二:齿形加工方法齿形加工方法n(一一):铣齿铣齿n1:概述概述在普通铣床上加工齿形,属于成形法,加工精度可达9级,表面粗糙度Ra6.33.2m.2:铣齿方法铣齿

17、方法在普通铣床上加工齿形的方法如图5-5所示:n3:铣齿要求铣齿要求n1):铣齿刀的模数,压力角必需与被加工齿轮的模数,压力角一致.n2):模数m8,用指状铣刀加工.如图5-6所示：图5-5图5-63)铣刀分号铣刀分号n由于相同模数而齿数不同的齿轮,其分度圆,基圆直径均不相同,因而其齿形也不相同.若每一模数的每一齿数的齿轮都制备一把铣刀,既不经济也不便于管理.因此,同一模数的齿轮铣刀,一般只制作8把,分为8个刀号,分别用以铣削一定齿数范围内的齿轮.刀号 1 2 3 4 5 6 7 8齿数:12-13,14-16,17-20,21-25,26-34,35-54,55-134,135q4:铣齿加工

18、范围铣齿加工范围q1):铣直齿圆柱齿轮q2):铣螺旋齿圆柱齿轮为使铣刀的回转平面与螺旋槽的切线方向一致,须将工作台由原来的位置板转角(齿轮的螺旋角).如图5-7所示：当齿轮的螺旋槽为右旋时,工作台逆时针板转;当齿轮的螺旋槽为左旋时,工作台顺时针板转.为铣出螺旋槽,工件沿轴向移动一个导程的同时,必须绕自身轴线旋转一周.其传动关系如图5-7所示:图5-73):铣齿条铣削方法如图5-8所示：n5:铣齿的工艺特点铣齿的工艺特点n1):加工成本低，使用普通铣床，铣齿刀和一般的铣刀结构上类似，机床及刀具费用低，因此，铣齿的加工成本低，n2):加工精度低，铣齿使用通用分度头，分度精度低；铣刀分号后，同组图5

19、-8(二二):插齿插齿n1:插齿在插齿机上进行,插齿属于展成法,加工精度为87级,Ra1.6m.n2:插齿刀插齿刀实际上是一个精度很高的圆柱齿轮,周面呈圆锥形,以形成轮齿刀刃的后角;端面呈凹锥形,以形成前角.齿顶高比标准圆柱齿轮大0.25mm,以保证插削的圆柱齿轮在啮合时有齿侧间隙.如图5-9所示：w3):生产效率低.每铣一个齿槽都必须消耗：对刀、铣削、切出、退刀、分度、再铣另外一个齿槽，不能连续铣削，因此，铣齿的生产效率低.w只有齿数最少的可获得准确的齿形，其余只能获得近似的齿形。因此铣齿的加工精度低，。图5-9q3:插齿运动插齿运动n1):主运动主运动插齿刀的上下往复运动.向下为切削行程,

20、向上为空回程.q2):分齿运动分齿运动插齿刀与被加工齿轮被强制的按照传动速比保持啮合关系的运动.刀工工刀ZZnn3：插齿运动如图5-10所示：3):圆周进给运动圆周进给运动n为分齿运动过程中,插齿刀每上下往复一次.其分度圆周转过的弧长.n4):径向进给运动径向进给运动指插削开始阶段,插齿刀每上下往复一次,径向移动的距离.以逐渐插至全齿深.q5)让刀运动让刀运动为避免插齿刀回程时,擦伤已加工表面,应使工作台沿径向让开一段距离,当插削行程开始时,工作台再恢复原位.这种工作台短距离的往复移动称为让刀运动.4:齿坯的安装齿坯的安装安装方式如图5-11所示:1):内孔定心,端面定位2)外圆定心,端面定位

21、5:插齿工作范围插齿工作范围1)插直齿轮，如图5-12所示：2):插螺旋齿轮插齿刀作上下往复插削运动时需要一个附加的转动依靠增加螺旋导轨来实现.刀-工之间螺旋角相等方向相反如图5-13所示：图5-12图5-11图5-133):插削齿条n需安装专用夹具,在插削时,带动齿条作直线移动.如图5-14所示:n(三三):滚齿滚齿n1:滚齿在滚齿机滚齿在滚齿机上进行,滚齿属于展成法,加工精度为:87级表面粗糙度Ra3.21.6m.q2:滚齿刀滚齿刀q1):外形呈蜗杆状.实际上是一个齿数很少的螺旋齿轮,多为单线右旋.q2):刀齿的形成q在滚刀的圆柱面上开若干条沟槽,以形成刀齿并容纳切屑.图5-14:当滚刀的

22、螺旋升角5时,沿螺旋齿面法向开槽,当滚刀的螺旋升角4,带钢齿心;m4,不带钢齿心.n由于珩齿,对修正齿形,和齿向误差的作用不大,因此,多用于消除淬火后的氧化皮和轻微磕碰的伤痕与毛刺,有效降低表面粗糙度,适当减小齿轮噪音.n(三三)磨齿磨齿n在磨齿机上进行,是高精度齿形的精加工方法.加工精度可达64级,甚至达3级,齿面粗糙度Ra0.40.2m.可磨削淬火不淬火的齿轮,又分展成法磨齿和成形法磨齿.n1:展成法磨齿展成法磨齿n又分锥形砂轮磨齿和双碟形砂轮磨齿.这里主要介绍锥形砂轮磨齿.n如图5-22所示:砂轮的磨削部分 修整成与被磨削齿轮相啮合的假想齿条的齿形.磨削时,强制砂轮与被磨削齿轮保持齿条与

23、齿轮的啮合传动关系,使砂轮的锥面包络出渐开线齿形.为了在磨齿机上,实现这种啮合运动,采用假想齿条固定不动,而由齿轮作往复纯滚动的方式.磨削运动:主运动-砂轮的高速回转运动.图5-22n齿轮的往复滚动-为被磨削齿轮强制的沿固定的假想齿条所作的纯滚动.n砂轮的往复进给运动-为磨削全齿宽,砂轮沿齿向所作的往复运动.n分度运动-磨完一个齿槽后,砂轮退离,齿轮自动旋转1/Z圈,进行分齿运动.n双碟形砂轮磨齿 如图5-23所示:其磨削原理与锥形砂轮磨齿相同,但同时可磨削两个齿槽.图5-232:成形法磨齿成形法磨齿n如图5-24所示:砂轮的磨削部分修正成与被磨削齿轮的齿槽形状完全相吻合的渐开线轮廓.磨削过程

24、和铣齿大致相同生产率较高,比展成法高近十倍.但受到砂轮修整精度的影响,加工精度较低.在生产中应用不如展成法广泛.n四四:齿形的加工方案齿形的加工方案n铣齿 9级以下 Ra6.33.2m,用于单件小批生产.n插齿 8-7级Ra1.6 m,用于各种生产批量.图5-24q滚齿 8-7级,Ra3.21.6m.用于各种生产批量.n滚齿-淬火-珩齿 8-7级,Ra0.8-0.4 m.用于淬火齿面的加工.n滚齿-剃齿 7-6级Ra0.8-0.4m,用于大批大量生产.n滚齿-剃齿-淬火-珩齿 7-6级,Ra0.4-0.2 m.用于大批大量生产.n滚(插)齿-淬火-磨齿 63级,Ra0.4-0.2 m,用于 高精度齿轮的精的加工,生产率低,成本高.q滚(插)齿-磨齿 63级,Ra0.4-0.2 m,用于 高精度齿轮的精的加工,生产率低,成本高.