齿轮知识

1、 公制齿轮用模数表示齿形大小，英制齿轮用径节表示。

2、标准公制齿轮压力角为20度，标准英制齿轮压力角为15度。 3、公制齿轮齿形显得较为矮胖，英制齿轮齿形显得较为高瘦

使用径节（DP）制齿轮的有英国和美国。英国的径节制齿轮压力角α＝20度，齿顶高系数f＝1，径隙系数c＝0.25 美国的径节制齿轮比较复杂。压力角α有14.5度、17.5度、20度、22.5度，齿顶高系数f=1，径隙系数c＝0.188（DP＜20）或c＝0.2（DP＞20）

2、

d=z/DP da=(z+2)/DP df=(z-2.5)/DP

3、

m=25.4/DP

其实只要将我们使用的公式之中的模数M用25.4/DP代入其中基本就可以了，所要注意的是径节齿轮制换成模数后，模数数值基本上不是我们的常规模数数值系列，另外齿轮的齿顶高系数、顶隙系数也不是我们常用的数值。

4、

“模数”是指相邻两轮齿同侧齿廓间的齿距t与圆周率π的比值(m＝t/π)，以毫米为单位。模数是模数制轮齿的一个最基本参数。模数越大，轮齿越高也越厚，如果齿轮的齿数一定，则轮的径向尺寸也越大。模数系列标准是根据设计、制造和检验等要求制订的。对於具有非直齿的齿轮，模数有法向模数mn、端面模数ms与轴向模数mx的区别，它们都是以各自的

齿距(法向齿距、端面齿距与轴向齿距)与圆周率的比值，也都以毫米为单位。对於锥齿轮，模数有大端模数me、平均模数mm和小端模数m1之分。对於刀具，则有相应的刀具模数mo等。标准模数的应用很广。 在公制的齿轮传动、蜗杆传动、同步齿形带传动和棘轮、齿轮联轴器、花键等零件中，标准模数都是一项最基本的参数。它对上述零件的设计、制造、维修等都起著基本参数的作用(见圆柱齿轮传动、蜗杆传动等)。

径节是分度圆直径每英寸长度的圆周上所分布的齿数, 计算式为DP=z/d z/英寸 。 与模数的换算关系 DP＝25.4/（m）

公制齿轮和英制齿轮的区别是：

1、公制齿轮用模数表示齿形大小，英制齿轮用径节表示。 2、标准公制齿轮压力角为20度，标准英制齿轮压力角为15度。 3、公制齿轮齿形显得较为矮胖，英制齿轮齿形显得较为高瘦。

齿轮中的模数

模数”是指相邻两轮齿同侧齿廓间的齿距t与圆周率π的比值(m＝t/π)，以毫米为单位。模数是模数制轮齿的一个最基本参数。模数越大，轮齿越高也越厚，如果齿轮的齿数一定，则轮的径向尺寸也越大。模数系列标准是根据设计、制造和检验等要求制订的。对於具有非直齿的齿轮，模数有法向模数mn、端面模数ms与轴向模数mx的区别，它们都是以各自的齿距(法向齿距、端面齿距与轴向齿距)与圆周率的比值，也都以毫米为单位。对於锥齿轮，模数有大端模数me、平均模数mm和小端模数m1之分。对於刀具，则有相应的刀具模数mo等。标准模数的应用很广。在公制的齿轮传动、蜗杆传动、同步齿形带传动和棘轮、齿轮

联轴器、花键等零件中，标准模数都是一项最基本的参数。它对上述零件的设计、制造、维修等都起著基本参数的作用(见圆柱齿轮传动、蜗杆传动等)。

圆柱齿轮传动的精度设计

一、传动齿轮的使用要求

齿轮是机器和仪器的重要零件，齿轮的精度在一定程度上影响着整台机器或仪器的质量。由于齿形比较复杂，参数比较多，所以齿轮精度的评定比较复杂。 现代工业对齿轮传动提出的要求，归纳起来有下列四项：

1、 要求一转范围内传动比的变化尽量小，以保证传递运动准确。(运动准确)

2、 要求瞬时传动比的变化尽量小，以保证传动平稳，冲击及振动小，噪声低。(工作平稳) 3、 要求在受载下工作齿面能够良好接触，以保证足够的承载能力和使用寿命。(接触精度) 4、 要求齿轮副有适当的齿侧间隙(啮合轮齿的非工作面间的间隙，以补偿热变形和贮存润滑油。)

不同用途和不同工作条件的齿轮及齿轮付对上述四项要求的侧重点是不同的。例如，控制系统或随动系统的分度传动的侧重点是运动精度，以保证主、从动齿轮的运动协调。汽车和拖拉机变速齿轮传动的侧重点是工作平稳性，以降低噪声。低速重载齿轮传动(如轧钢机的齿轮传动)的侧重点是齿面接触精度，以保证齿面接触良好。而涡轮机中的高速重械齿轮传动对三顶精度的要求都很高，而且要求很大的齿侧间隙，以保证较大流量的润滑油通过。 二、齿轮误差的评定指标

为了验收齿轮，对直齿圆柱齿轮建立了下列评定指标： 1、 运动精度的评定指标 (1) 切向综合误差ΔFiˊ

定义：被测齿轮与理想精确的测量齿轮单面啮合转动时相对于测量齿轮的转角，在被测齿轮一转内被测齿轮实际转角与理论转角的最大差值。

它是一个综合性指标。

(2) 周节累积误差ΔFp，K个周节累积误差ΔFpk。

定义：在被测齿轮的分度圆上，任意两个同侧齿面间的实际弧长与公称弧长的最大差值。 是一个综合性指标。

(3) 齿圈径向跳动ΔFr与公法线长度变动ΔFw

A、 齿圈径向跳动ΔFr

定义：在齿轮一转范围内，测头在齿槽内或轮齿上，于齿高中部双面接触，测头相对于齿轮轴线的最大变动量。

是一个单向性指标。(径向方向)

B、公法线长度变动ΔFw

定义：在齿轮一周范围内，实际公法线长度最大值与最小值之差。

是一个切向性质的单向性指标。 (4)径向综合误差ΔFi″

径向综合误差ΔFi″：被测齿轮与理想精确的测量齿轮双面啮合转动时，在被测齿轮一转内，双啮中心距的最大变动量。

它是一个径向性质的单项性指标。

综上所述：对于齿轮，影响传递运动准确性的误差可用一个综合性的指标或两个单项性指标不评定。径向性质，切向性质指标各取一个才能全面反映各性质加工因素对运动精度影响。 2、 工作平稳性的评定指标 (1) 切向一齿综合误差Δfiˊ

定义：在切向综合误差记录曲线上，小波纹的最大幅度值。 它是一个综合性指标。 (2) 径向一齿综合误差Δfi″

定义：径向综合误差记录曲线上小波纹的最大幅度值。 在成批生产中，Δfi″为Δfiˊ的代用指标(也为综合性指标)。 (3)齿形误差Δff 与基节偏差Δfpb

A、齿形误差Δff：在齿端面上，齿形工作部分内，齿顶倒棱部分除外包括包容实际齿形的两条最近的设计齿形间的法向距离。

是一个单向性的指标。

B、 基节偏差Δfpb：被测齿轮的实际基节与公称基节之差。 是一个单向性指标。

(4)齿形误差Δff 与周节偏差Δfpt

周节偏差Δfpt：分度圆上，实际周节与公称周节之差。 是一个单向性指标。

(5)周节偏差Δfpt与基节偏差Δfpb

综上所述：Δfiˊ是评定齿轮工作平稳性的综合指标。对于直齿轮Δfiˊ是由基节偏差和齿形误差引起的。当用单项性指标评定直齿轮的精度时，不论对于哪种切齿方法，原则上均可采用Δff与Δfpb这组指标；对于仿形法磨齿或范成法单齿分度磨齿Δff 与Δfpt有关，这时可采用这组指标；对于直径较大的或低于7级精度的齿轮，因渐开线检查仪的测量范围有限，价格较贵，故应选用Δfpt与Δfpb这组指标。 3、接触精度的评定指标

齿轮工作时，两齿面接触良好，才能保证齿面上载荷分布均匀。在齿高方向上，齿形误差会影响两齿面的接触；在齿宽方向上，齿向误差会影响两齿面的接触。

齿向误差是在加工齿轮时，刀具进给方向与齿轮基准轴线方向不平行造成的。如刀架导轨沿齿坯径向和切向的倾斜、齿坯定位端面对基准轴线的跳动等。此外，机床传动链的调整误差也是产生齿向误差的主要原因。 齿面接触精度的评定指标有： ① 齿向误差(△Fβ)

在分度圆柱面上，齿宽有效部分范围内(端部倒角部分除外)，包容实际齿线且距离为最小的两条设计齿向线之间的端面距离为齿向误差。

齿向线是齿面和分度圆柱面的交线。通常直齿轮的齿向线为直线，斜齿轮的齿向线是螺旋线。设计齿向线可以是修正的，如对高速重载齿轮，为补偿轮齿在受载下的变形量，提高轮齿的承载能力，设计时就常修正成鼓形齿或将轮齿的两端修缘。

齿向误差允许在齿高中部测量，一般用专门的齿向检查仪进行测量。 ② 接触线误差(△Fb)

一对斜齿轮啮合时，在啮合平面内应是沿一条直线接触的，这就是接触线。接触线误差也见就是在基圆柱的切平面内，平行于公称接触线并包容实际接触线的两条直线间的法向距离。它影响齿面接触斑点的大小。接触线误差全面反映了齿形误差和齿向误差，是评定斜齿轮载荷分布均匀性的一项主要指标。 ③ 轴向齿距偏差(△FPX)

对宽斜齿轮，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称为轴向齿距偏差△FPX。该偏差沿齿面法线方向计值，它直接影响宽斜齿轮接触斑点的大小。

4、侧隙的评定指标

为使齿轮啮合时有一定的侧隙，应将箱体中心距加大或将轮齿减薄。考虑到箱体加工

与齿轮加工的特点，宜采用减薄齿厚的方法获得齿侧间隙(即基中心距制)。齿厚减薄量是通过调整刀具与毛坯的径向位置而获得的，其误差将影响侧隙的大小。此外，几何偏心和运动偏心也会引起齿厚不均匀，使齿轮工作时的侧隙也不均匀。 为控制齿厚减薄量，以获得必要的侧隙，可以采用下列评定指标： ① 齿厚偏差(△ES)

齿厚偏差是指在齿轮分度圆柱面上，齿厚的实际值与公称值之差(如图3－62)。对于斜齿轮，指法向齿厚。

为了保证一定的齿侧间隙，齿厚的上偏差(ESS)，下偏差(ESi)一般都为负值。

齿厚偏差可用齿轮游标卡尺在齿高的中部测量(如图3－63)以齿顶圆作为测量基准，在离齿顶为弦齿高 处，测分度圆上的弦齿厚 。 ②公法线平均长度偏差(△EWm)

公法线平均长度偏差△EW是指在齿轮一周内，公法线长度平均值与公称值之差。即 △EWm =(W1+W2+…+W3)/z — W公称 式中z —— 齿轮齿数

公法线的平均长度是因为运动误差切向分量使齿轮一周内的公法线长度有变动，为消除运动误差的影响，故取其平均值。齿轮因齿厚减薄使公法线长度也相应减小，所以可用公法线平均长度偏差作为反映侧隙的一项指标。通常是通过跨一定齿数测量公法线长度来检查齿厚偏差的。

齿轮

据史料记载，远在公元前400~200年的中国古代就巳开始使用齿轮，在我国山西出土的青铜齿轮是迄今巳发现的最古老齿轮，作为反映古代科学技术成就的指南车就是以齿轮机构为核心的机械装置。17世纪末，人们才开始研究，能正确传递运动的轮齿形状。18世纪，欧洲工业革命以后，齿轮传动的应用日益广泛；先是发展摆线齿轮，而后是渐开线齿轮，一直到20世纪初，渐开线齿轮已在应用中占了优势。

早在1694年，法国学者Philippe De La Hire首先提出渐开线可作为齿形曲

线。1733年，法国人M.Camus提出轮齿接触点的公法线必须通过中心连绕上的节点。一条辅助瞬心线分别沿大轮和小轮

的瞬心线(节圆)纯滚动时，与辅助瞬心线固联的辅助齿形在大轮和小轮上所包络形成的两齿廓曲线是彼此共轭的，这就是Camus定理。它考虑了两齿面的啮合状态；明确建立了现代关于接触点轨迹的

概念。1765年，瑞士的L．Euler提出渐卉线齿形解析研究的数学基础，阐明了相啮合的一对齿轮，其齿形曲线的曲率半径和曲率中心位置的关系。后来，Savary进一步完成这一方法，成为现在的Eu-let-Savary方程。对渐开线齿形应用作出贡献的是Roteft WUlls，他提出中心距变化时，渐开线齿轮具有角速比不变的优点。1873年，德国工程师Hoppe提出，对不同齿数的齿轮在压力角改变时的渐开线齿形，从而奠定了现代变位齿轮的思想基础。

19世纪末，展成切齿法的原理及利用此原理切齿的专用机床与刀具的相继出现，使齿轮加工具军较完备的手段后，渐开线齿形更显示出巨大的优走性。切齿时只要将切齿工具从正常的啮合位置稍刊移动，就能用标窄刀具声机床上切出相应的变位齿轮。1908年，瑞士MAAG研究了变位方法并制造出展成加工插齿机，后来，英国BSS、美国AGMA、德国DIN相继对齿轮变位提出了多种计算方法。

为了提高动力传动齿轮的使用寿命并减小其尺寸，除从材料，热处理及结构等方面改进外，圆弧齿形的齿轮获得了发展。1907年，英国人Frank Humphris最早发表了圆弧齿形。1926年，瑞土人Eruest Wildhaber取得法面圆弧齿形斜齿轮的专利权。1955年，苏联的M．L．Novikov完成了圆弧齿形齿轮的实用研究并获得列宁勋章。1970年，英国Rolh—Royce公司工程师R．M.Studer取得了双圆弧齿轮的美国专利。这种齿轮现已日益为人们所重视，在生产中发挥了

显著效益。

齿轮是能互相啮合的有齿的机械零件，它在机械传动及整个机械领域中的应用极其广泛。现代齿轮技术已达到：齿轮模数O.004～100毫米；齿轮直径由1毫米～150米；传递功率可达 十万千瓦；转速可达 十万转/分；最高的圆周速度达300米/秒。

齿轮是能互相啮合的有齿的机械零件，它在机械传动及整个机械领域中的应用极其广泛。现代齿轮技术已达到：齿轮模数O.004～100毫米；齿轮直径由1毫米～150米；传递功率可达 十万千瓦；转速可达 十万转/分；最高的圆周速度达300米/秒。

齿轮在传动中的应用很早就出现了。公元前三百多年，古希腊哲学家亚里士多德在《机械问题》中，就阐述了用青铜或铸铁齿轮传递旋转运动的问题。中国古代发明的指南车中已应用了整套的轮系。不过，古代的齿轮是用木料制造或用金 属铸成的，只能传递轴间的回转运动，不能保证传动的平稳性，齿轮的承载能力也很小。

随着生产的发展，齿轮运转的平稳性受到重视。1674年丹麦天文学家罗默首次提出用外摆线作齿廓曲线，以得到运转平稳的齿轮。

18世纪工业革命时期，齿轮技术得到高速发展，人们对齿轮进行了大量的研究。1733年法国数学家卡米发表了齿廓啮合基本定律；1765年瑞士数学家欧拉建议采用渐开线作齿廓曲线。

19世纪出现的滚齿机和插齿机，解决了大量生产高精度齿轮的问题。1900年,

普福特为滚齿机装上差动装置，能在滚齿机上加工出斜齿轮，从此滚齿机滚切齿轮得到普及，展成法加工齿轮占了压倒优势，渐开线齿轮成为应用最广的齿轮。

1899年，拉舍最先实施了变位齿轮的方案。变位齿轮不仅能避免轮齿根切，还可以凑配中心距和提高齿轮的承载能力。1923年美国怀尔德哈伯最先提出圆弧齿廓的齿轮，1955年苏诺维科夫对圆弧齿轮进行了深入的研究，圆弧齿轮遂得以应用于生产。这种齿轮的承载能力和效率都较高，但尚不及渐开线齿轮那样易于制造，还有待进一步改进。

齿轮的组成结构一般有轮齿、齿槽、端面、法面、齿顶圆、齿根圆、基圆、分度圆。

轮齿简称齿，是齿轮上 每一个用于啮合的凸起部分，这些凸起部分一般呈辐射状排列，配对齿轮上的轮齿互相接触，可使齿轮持续啮合运转；齿槽是齿轮上两相邻轮齿之间的空间；端面是圆柱齿轮或圆柱蜗杆上 ，垂直于齿轮或蜗杆轴线的平面；法面指的是垂直于轮齿齿线的平面；齿顶圆是指齿顶端所在的圆；齿根圆是指槽底所在的圆；基圆是形成渐开线的发生线作纯滚动的圆；分度圆 是在端面内计算齿轮几何尺寸的基准圆。

齿轮可按齿形、齿轮外形、齿线形状、轮齿所在的表面和制造方法等分类。

齿轮的齿形包括齿廓曲线、压力角、齿高和变位。渐开线齿轮比较容易制造，因此现代使用的齿轮中 ，渐开线齿轮占绝对多数，而摆线齿轮和圆弧齿轮应用较少。

在压力角方面，小压力角齿轮的承载能力较小；而大压力角齿轮，虽然承载能力较高，但在传递转矩相同的情况下轴承的负荷增大，因此仅用于特殊情况。而齿轮的齿高已标准化，一般均采用标准齿高。变位齿轮的优点较多，已遍及各类机械设备中。

另外，齿轮还可按其外形分为圆柱齿轮、锥齿轮、非圆齿轮、齿条、蜗杆蜗轮 ；按齿线形状分为直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、曲线齿轮；按轮齿所在的表面分为外齿轮、内齿轮；按制造方法可分为铸造齿轮、切制齿轮、轧制齿轮、烧结齿轮等。

齿轮的制造材料和热处理过程对齿轮的承载能力和尺寸重量有很大的影响。20世纪50年代前，齿轮多用碳钢，60年代改用合金钢，而70年代多用表面硬化钢。按硬度 ，齿面可区分为软齿面和硬齿面两种。

软齿面的齿轮承载能力较低，但制造比较容易，跑合性好， 多用于传动尺寸和重量无严格限制，以及小量生产的一般机械中。因为配对的齿轮中，小轮负担较重，因此为使大小齿轮工作寿命大致相等，小轮齿面硬度一般要比大轮的高 。

硬齿面齿轮的承载能力高，它是在齿轮精切之后 ，再进行淬火、表面淬火或渗碳淬火处理，以提高硬度。但在热处理中，齿轮不可避免地会产生变形，因此在热处理之后须进行磨削、研磨或精切 ，以消除因变形产生的误差，提高齿轮的精度。

制造齿轮常用的钢有调质钢、淬火钢、渗碳淬火钢和渗氮钢。铸钢的强度比锻钢稍低，常用于尺寸较大的齿轮；灰铸铁的机械性能较差，可用于轻载的开式齿轮

传动中；球墨铸铁可部分地代替钢制造齿轮 ；塑料齿轮多用于轻载和要求噪声低的地方，与其配对的齿轮一般用导热性好的钢齿轮。

未来齿轮正向重载、高速、高精度和高效率等方向发展，并力求尺寸小、重量轻、寿命长和经济可靠。

而齿轮理论和制造工艺的发展将是进一步研究轮齿损伤的机理，这是建立可靠的强度计算方法的依据，是提高齿轮承载能力，延长齿轮寿命的理论基础；发展以圆弧齿廓为代表的新齿形；研究新型的齿轮材料和制造齿轮的新工艺； 研究齿轮的弹性变形、制造和安装误差以及温度场的分布，进行轮齿修形，以改善齿轮运转的平稳性，并在满载时增大轮齿的接触面积，从而提高齿轮的承载能力。

摩擦、润滑理论和润滑技术是 齿轮研究中的基础性工作，研究弹性流体动压润滑理论，推广采用合成润滑油和在油中适当地加入极压添加剂，不仅可提高齿面的承载能力，而且也能提高传动效率。

齿轮油的合理使用

通常把用于变速器、后桥齿轮传动机构的润滑油叫做齿轮油。齿轮的轴线相互位置和齿形不同，在齿面啮合部分的接触应力和相对滑移速度有很大的区别，因此要求使用不同类型和品种的齿轮油。

(1)齿轮油的分类我国车辆齿轮油的旧分类是按照原苏联标准分类的。普通齿轮油按100度运动粘度分为20、26、30号3个牌号。双曲线齿轮油按100度运动

粘度分为18 号、22号、26号、28号4个牌号。现在我国按质量分为三类：普通车辆齿轮油(CLC)、中等负荷车辆齿轮油 (CLD)、重负荷车辆齿轮油(CLE)。

①普通车辆齿轮油。适用于中等负荷和速度，比较苛刻的手动变速器和螺旋伞齿轮的驱动桥。按粘度不同分为 80W/90，85W/90，90三个规格。长江以南地区90号规格的油可全年使用。②中负荷车辆齿轮油。适用于低速高扭矩、高速低扭矩下工作的齿轮，以及使用条件不太苛刻的准双曲线齿轮的驱动桥。按粘度不同有75W，80W/90，85W/90，90， 85W/40五个规格，其中90号规格油在长江以南地区可全年使用。③重负荷车辆齿轮油。适用于高速冲击负荷、高速低扭矩、低速高扭矩下工作的各种齿轮，以及条件缓和或苛刻的准双曲线齿轮的驱动桥。按粘度不同有75W，80W/90， 85W/90，90，85W/40五个规格。

(2)齿轮油的使用 根据使用说明书选择相应的齿轮油，注意双曲线齿轮不能用于普通车辆齿轮油；定期按质更换齿轮油；更换齿轮油应趁热车把旧油放尽，并用柴油洗净齿轮和齿轮箱；磨合期最好使用高等级齿轮油，然后再换成普通齿轮油。

齿轮加工机床基础知识

齿轮加工机床是加工各种圆柱齿轮、锥齿轮和其他带齿零件齿部的机床。齿轮加工机床的品种规格繁多，有加工几毫米直径齿轮的小型机床，加工十几米直径齿轮的大型机床，还有大量生产用的高效机床和加工精密齿轮的高精度机床。

齿轮加工机床广泛应用在汽车、拖拉机、机床、工程机械、矿山机械、冶金机械、石油、仪表、飞机和航天器等各种机械制造业中。

古代的齿轮是用手工修锉成形的。1540年，意大利的托里亚诺在制造钟表时，制成一台使用旋转锉刀的切齿装置；1783年，法国的勒内制成了使用铣刀的齿轮加工机床，并有切削齿条和内齿轮的附件；1820年前后，英国的怀特制造出第一台既能加工圆柱齿轮又能加

1953年出土的东汉人字齿轮

工圆锥齿轮的机床。具有这一性能的机床到19世纪后半叶又有发展。 1835年，英国的惠特沃思获得蜗轮滚齿机的专利；1858年，席勒取得圆柱齿轮滚齿机的专利；以后经多次改进，至1897年德国的普福特制成带差动机构的滚齿机，才圆满解决了加工斜齿轮的问题。在制成齿轮形插齿刀后，美国的费洛斯于1897年制成了插齿机。

二十世纪初，由于汽车工业的需要，各种磨齿机相继问世。1930年左右在美国制成剃齿机；1956年制成珩齿机。60年代以后，现代技术在一些先进的圆柱齿轮加工机床上获得应用，比如在大型机床上采用数字显示指示移动量和切齿深度；在滚齿机、插齿机和磨齿机上采用电子伺服系统和数控系统代替机械传动链和交换齿轮；用设有故障诊断功能的可编程序控制器，控制工作循环和变换切削参数；发展了数字控制非圆齿轮插齿机和适应控制滚齿机；在滚齿机上用电子传感器检测传动链运动误差，并自动反馈补偿误差等。

1884年，美国的比尔格拉姆发明了采用单刨刀按展成法加工的直齿锥齿轮刨齿机；1900年，美国的比尔设计了双刀盘铣削直齿锥齿轮的机床。

由于汽车工业的需要，1905年在美国制造出带有两把刨刀的直齿锥齿轮刨齿机，又于1913年制成弧齿锥齿轮铣齿机；1923年，出现了准渐

开线齿锥齿轮铣齿机；30年代研制成能把直齿锥齿轮一次拉削成形的拉齿机，主要用于汽车差动齿轮的制造。

40年代，为适应航空工业的需要，发展了弧齿锥齿轮磨齿机。1944年，瑞士厄利康公司制成延长外摆线齿锥齿轮铣齿机；从50年代起，又发展了用双刀体组合式端面铣刀盘，加工延长外摆线齿锥齿轮的铣齿机。

齿轮加工机床主要分为圆柱齿轮加工机床和锥齿轮加工机床两大类。圆柱齿轮加工机床

主要用于加工各种圆柱齿轮、齿条、蜗轮。常用的有滚齿机，插齿机、铣齿机、剃齿机等。

滚齿机是用滚刀按展成法粗、精加工直齿、斜齿、人字齿轮和蜗轮等，加工范围广，可达到高精度或高生产率；插齿机是用插齿刀按展成法加工直齿、斜齿齿轮和其他齿形件，主要用于加工多联齿轮和内齿轮；铣齿机是用成形铣刀按分度法加工，主要用于加工特殊齿形的仪表齿轮；剃齿机是用齿轮式剃齿刀精加工齿轮的一种高效机床；磨齿机是用砂轮，精加工淬硬圆柱齿轮或齿轮刀具齿面的高精度机床；珩齿机是利用珩轮与被加工齿轮的自由啮合，消除淬硬齿轮毛刺和其他齿面缺陷的机床；挤齿机是利用高硬度无切削刃的挤轮与工件的自由啮合，将齿面上的微小不平碾光，以提高精度和光洁程度的机床；齿轮倒角机是对内外啮合的滑移齿轮的齿端部倒圆的机床，是生产齿轮变速箱和其他齿轮移换机构不可缺少的加工设备。圆柱齿轮加工机床还包括齿轮热轧机和齿轮冷轧机等。

插齿加工示意图

锥齿加工机床主要用于加工直齿、斜齿、弧齿和延长外摆线齿等锥齿轮的齿部。 直齿锥齿轮刨齿机是以成对刨齿刀按展成法粗、精加工直齿锥齿轮的机床，有的机床还能刨制斜齿锥齿轮，在中小批量生产中应用最广。

双刀盘直齿锥齿轮铣齿机使用两把刀齿交错的铣刀盘，按展成法铣削同一齿槽中的左右两齿面，生产效率较高，适用于成批生产。由于铣刀盘与工件无齿长方向的相对运动，铣出的齿槽底部呈圆弧形，加工模数和齿宽均受到限制。这种机床也可配以自动上下料装置，实现单机自动化。 直齿锥齿轮拉铣机是在一把大直径的拉铣刀盘的一转中，从实体轮坯上用成形法切出一个齿槽的机床。它是锥齿轮切削加工机床中生产率最高的机床，由于刀具复杂，价格昂贵，而且每种工件都需要专用刀盘，只适用于大批大量生产。机床一般都带有自动上下料装置。

弧齿锥齿轮铣齿机以弧齿锥齿轮铣刀盘，按展成法粗、精加工弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮的机床，有精切机、粗切机和拉齿机等变型。 弧齿锥齿轮磨齿机是用于磨削淬硬的弧齿锥齿轮，以提高精度和光洁程度的机床，其结构与弧齿锥齿轮铣齿机相似，但以砂轮代替铣刀盘，并装有砂轮修整器，也可磨削准双曲面齿轮。

延长外摆线齿锥齿轮铣齿机是利用延长外摆线齿锥齿轮铣刀盘，或双刀体组合式端面铣刀盘，按展成法连续分度切齿的机床。切齿时，摇台铣刀盘和工件均作连续旋转运动，同时摇台作进给运动加工一个工件摇台往复一次。铣刀盘和工件的连续旋转使工件获得一定齿数的连续分度，并形成齿长曲线。摇台的旋转和工件的附加运动结合起来，产生展成运动，使工件获得齿形曲线。

直齿锥齿轮传动示意图

准渐开线齿锥齿轮铣齿机用锥度滚刀，按展成法连续分度切齿的机床。切齿时，锥度滚刀首先以大端切削，然后以它较小直径的一端切削，为保证整个切削过程中切削速度一致，机床靠无级变速装置控制滚刀转速在切齿时，摇台、滚刀和工件均作连续旋转运动，加工一个工件，摇台往复一次。摇台和工件的旋转通过差动机构产生展成运动，使工件获得沿齿长为等高的齿形曲线。

锥齿轮加工机床的配套设备有磨削铣刀盘和拉刀盘刀刃的磨刀机，配研成对锥齿轮的研齿机，检验成对锥齿轮啮合接触情况的锥齿轮滚动检查机和防止齿部热处理变形的淬火压床等

齿轮加工工艺基础知识点

齿轮

承接齿轮磨齿·全套齿轮加工 一． 齿轮机构的特点 优点：1)传递的功率和圆周速度范围较大（功率100000kw，速度300m/s） 2）传动比恒定，寿命长，工作可靠性高。 3）实现平行轴和不平行轴之间的传动。 缺点：1）制造成本高 2）不适用于远距离的传动。 3）低精度齿轮会产生有害的冲击，噪音和振动。 二．齿轮的分类 三．齿轮啮合基本定律 齿轮传动要满足瞬时传动比保持不变，则两轮的齿廓不论在何处接触，过接触点的公法线必须与两轮的连心线交于固定的一点P。 四．共轭齿廓的重要一种----渐开线齿廓齿轮 1）发生线沿基圆滚过的长度，等于基圆上被滚动过的圆弧长。 2）渐开线上任意一点的法线必与基圆相切 3）渐开线上各点的曲率半径不相等 4）渐开线的形状决定基圆的大小 5）基圆内无渐开线。 五，压力角（ak）及展角（invak）的计算 cos (ak)=(rb)/(rk) inv(ak)=tg（ak）-(ak) 六．渐开线齿廓啮合的特点 1）渐开线齿轮中心距的可分性 2）啮合角为恒定值 七．标准直齿圆柱齿轮外啮合几何尺寸计算 名称 符号 计算公式 基本参数 模数 m 根据强度计算选标准值 齿数 z 压力角 a 20度 齿顶高系数 Ha* 1.0 顶隙系数 C* 0.25 几何尺寸 分度原直径 d mz 齿顶高 ha Ha*m 齿根高 hf (ha*+c*)m 齿高 h (2ha*+c*)m 齿顶圆直径 da (z+2ha*)m 齿根圆直径 df (z-2ha*-2c*)m 基圆直径 db mzcos20 齿距 p 3.14m 齿厚 s 3.14m/2 齿槽宽 e 3.14m/2 八．渐开线齿轮啮合传动 正确啮合条件：两齿轮的压力角和模数分别相等。 标准直齿圆柱齿轮出动的标准中心距：m/2(z1+z2)。 单个齿轮有固定的分度圆和分度圆压力角而无啮合角和节圆。 两齿轮啮合时才有节圆合啮合角。 连续传动的啮合条件：实际啮合长度/基圆齿距=重合度，一般取1.1~1.4。 基圆齿距=2.9516m 实际啮合线长度=（1.1~1.4）*2.9516m。 九．齿轮的加工方法 仿形法\\范成法 十．范成法加工齿轮产生根切现象的最小齿数当ha*=1时为17当ha*=0.8时为14。 十一。变位系数：刀具中线相对于加工标准齿轮时移动的距离，称为变位系数 十三。变位齿轮可分为高变位齿轮和角变位齿轮。变位系数和为零时为高变位齿轮不等于0时为角变位齿轮。 外啮合齿轮的分类用途在需要时再仔细分析。

直齿圆柱齿轮精锻工艺方案的研究

列举了11种可用于精锻大厚度直齿圆柱齿轮的精锻工艺方案，通过模拟实验从齿形充满和所需变形力等方面进行比较，分析了各种方案的优缺点和可推广应用的条件，为直齿圆柱齿轮精锻工艺研究提供了可靠的实验根据。 关键词：直齿圆柱齿轮；精锻；工艺方案

一、引言

直齿圆柱齿轮精锻是一种极具开发前景的新工艺、新技术，它不仅可使齿轮加工的材料利用率由目前的40%左右提高到70%以上，而且可提高齿轮强度，目前世界上加工技术发达的国家都在积极进行开发研究。本文介绍大厚度(齿厚＞

20mm)直齿圆柱齿轮精锻的各种可能的工艺方案，采用实验模拟的方法对各种方案的可行性和适用性进行比较，从中找出便于在生产中推广应用的精锻工艺。本研究以拖拉机减速小齿轮(图1)为精锻对象，利用工业纯铅模拟钢的热锻，用工业纯铝模拟钢的冷锻。实验时，重点掌握各种工艺的齿腔充满效果和完全充满齿腔所需的变形力，作为理论研究和生产性实验的依据。

图1减速小齿轮零件图(mn＝3.5，z＝15)

二、实验装置与工艺方案模拟实验

利用图2所示组合式实验装置实现表1所列11种精锻工艺方案。使用的坯料有实心、空心和伞齿轮预成形坯料三类，伞齿轮坯料是用铅在铝合金的阴模内浇铸的，其尺寸由直齿圆柱齿轮尺寸反向推算出。使用的凹模有固定式和浮动式两种，工步数分一步成形和二步成形两类，变形方式有冲孔挤压(冲挤)、镦粗挤压(镦挤)、带芯棒镦挤、分流镦挤、调面镦挤、带毂件复合镦挤等。实验分别在600KN和2000KN液压万能试验机上进行，实验速度为1.5～2mm/min，力—行程曲线由试验机自动记录。

图2各类组合式实验装置

1.带台肩冲头2.带内齿凹模镶块3.带外齿下模芯

4.支承弹簧5.平冲头6.带内孔冲头7.固定有芯棒的带齿下模芯

表1精锻工艺方案

三、实验结果与分析

表2列出了各工艺方案的实验结果。图3是一部分试样的照片。下面对这些实验结果，从齿腔的充满情况、精锻变形力的大小和工艺操作的难易三个方面进行比较：

(1)工艺方案2和8均具有齿腔充满良好而操作又很方便的优点，但前者锻靠时需要较大的变形力，会降低模具使用寿命，因此建议用于小批量生产。当生产批量较大时，可订购专用空心坯料，利用工艺方案8精锻较合适。

表2精锻工艺方案实验结果

(i)

图3各工艺方案的试样照片

(a)工艺方案1(b)工艺方案2(c)工艺方案4(铅)(d)工艺方案4(铝)(e)工艺方案5 (f)工艺方案6(铝)(g)工艺方案8(铝)(h)工艺方案8(铅)(i)工艺方案11(铅) (2)比较方案1、2可见：与固定凹模相比，浮动凹模由于利用了齿腔上接触摩擦的有益作用(部分积极摩擦)，精锻时金属先充满下齿腔，然后通过本研究所设计的飞边槽结构保证齿腔上角部的完全充满，但浮动凹模所需的变形力比固定凹模的大。

(3)比较方案1、2、3与4可见：分流工艺能使变形力大大降低，但对流动性能好的铅(模拟热锻)，金属却优先流向内孔而后充满齿腔。相反，对强度高的铝(模拟冷锻)，则可在内孔未闭合下获得充满良好的齿形。因此，分流原理一般不适

用于热精锻。

(4)方案9与方案3相比，即使方案9在内孔闭合后齿腔才能完全充满，消耗的材料与方案3相同，但由于变形力小，大大有利于提高模具寿命。所以，为了提高模具使用寿命应优先选用方案9。

(5)二步成形的工艺方案4、5、6、7和11能大幅度降低变形力，但存在有第二步精锻时已成形的齿部难重新置入凹模齿腔的问题。在大批量生产条件下，这个缺点可通过设计两副精锻模来解决。

(6)作者提出的调面精锻法(方案6)和小芯棒分流精锻法(方案5)均能在降低变形力条件下保证齿腔的良好充满，可以在批量试生产时应用。

(7)由网格实验图4可见，方案7齿腔的大部分是在精锻伞齿轮时充满的，因而大大降低了终锻模的变形力，大大提高了终锻模的寿命。但是，利用该方案时，需要根据直齿的尺寸要求反向设计伞齿轮的齿腔尺寸。

（a）变形前网格形状（b）变形后网格形状 图4由伞齿轮终锻直齿轮时的网格变化

四、结论

(1)大厚度(齿厚＞20mm)直齿圆柱齿轮热精锻工艺的成败，其关键在于齿腔的完全充满。研究表明，在常规变形速度下，通过改进的模具结构(变固定为浮动)、飞边结构(横向加纵向结构)和适度增大变形力，齿腔(特别是齿腔上角部)的充满是可保证的。

(2)本文通过对11种精锻工艺方案的实验研究和比较，揭示了各种工艺方案(包括凹模浮动与固定、分流成形与不分流和带小芯棒分流成形、空心坯料与实心坯料、一步成形与二步成形等等)的优缺点和金属流动规律，为今后的直齿圆柱齿轮精锻工艺研究(包括理论研究、模具设计和生产性实验等)提供了可靠的实验根据。

(3)本文根据齿形充满实验结果首次提出的小芯棒分流精锻(方案5)、调面二步成形(方案6)和伞齿冲挤成形(方案7)均能在降低精锻变形力提高模具寿命条件下，保证齿腔的完全充满，适用于批量生产。

(4)方案7是作者在分析直齿轮和伞齿轮的主要差别在于分度圆圆锥角不同的基础上提出的(前者的分度圆锥角为零，后者大于90°；或前者的厚向齿形中心线与齿轮厚度中心线平行而后者则相交成一定角度)，是一种有发展前途的方案，但需对齿形参数的变化作进一步研究。

(5)K.Kondo提出的分流成形原理能降低精锻变形力，但用于直齿圆柱齿轮的热精锻成形时，由于热金属流动性好，金属将优先和更多地流向阻力小的一侧而影响齿腔的充满。

(6)降低精锻变形力是提高模具寿命的保证。由实验曲线可见，精锻力成倍上升

是在充满齿腔上角部的锻靠阶段，因此本研究所提出的调面二步精锻的工艺方案是降低变形力、提高模具寿命有效的工艺方案。

(7)文献［2］表明，轮毂有利于降低精锻变形力，当V2(毂部体积)／V1(齿部体积)＜1时，金属先充满毂腔，精锻力大；V2／V1＞1时，金属先充满齿腔，精锻力小