齿轮的加工工艺设计.doc

毕 业 设 计（论文）题目 齿轮的加工工艺 姓名 王海波 学号 20092000217 平顶山工业职业技术学院年 月 日平顶山工业职业技术学院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书姓名 王海波 专业 机械设计与制造 任 务 下 达 日 期 年 月 日设计（论文）开始日期 年 月 日设计（论文）完成日期 年 月 日设计（论文）题目： 齿轮加工工艺 A编制设计 B设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 孔祥文 系（部）主 任 张君 年 月 日平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录 机械工程 系 机械设计与制造专业，学生 王海波 于 年 月 日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目： 齿轮的加工工艺 专题（论文）题目： 指导老师： 孔祥文 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 王海波 毕业设计（论文）成绩为 。答辩委员会 人，出席 人答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语第 页共 页学生姓名： 王海波 专业 机械设计与制造 年级 09级 毕业设计（论文）题目： 齿轮的加工工艺 评 阅 人： 指导教师： 孔祥文 （签字） 年 月 日成 绩： 系（科）主任： （签字） 年 月 日毕业设计（论文）及答辩评语： 目录目录。1摘要。第1章 分析任务书、设计齿轮结构。1.1 任务书。 1.2 齿轮的结构设计。第2章 根据设计尺寸画出零件图。第3章 齿轮加工的注意事项。 3.1 齿轮的功能和结构特点。 3.2 技术要求。 3.3 齿轮的材料、热处理和毛坯。 3.4 齿轮的加工。第4章 齿轮加工方法的确定。第5章 齿轮加工工艺的制定。第6章 齿轮加工工艺的分析。第7章 齿轮的维修与保养。小结。致谢。参考文献。摘要齿轮是机械产品的重要基础零件，主要应用于齿轮传动，齿轮传动是传递机器动力和运动的一种主要形式。它与皮带、摩擦机械传动相比，具有功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、安全可靠等特点，因此已成为许多机械产品不可缺少的传动部件。本文主要是关于齿轮加工工艺的编制，主要是通过零件图的分析，及其使用性能的要求，编制经济合理的加工工艺，使齿轮的加工精度达到使用性能的要求。关键词：齿轮、齿轮传动、加工工艺第 1 章 分析任务书,设计齿轮结构1.1 任务书说明:以直齿圆柱齿轮为例 外齿轮 表格未标单位为毫米(mm)材料:45钢 各项参数: 调质处理：齿面硬度HB220250模数m4齿数z17齿形角a20精度等级8公法线长度w18.665跨齿数Fp2齿距积累公差Fpt0.09齿距极限偏差fpt0.025齿形公差ff0.02齿向公差F0.018齿宽b201.2 齿轮的结构设计 （1）标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸关系名称符号公式外齿轮内齿轮模数m强度计算后获得分度圆直径dd=mz齿顶高haha= ham齿根高hfhf =( ha+c)m全齿高hh=( 2ha+c)m齿顶圆直径dada=(z+2ha)mda=(z-2ha)m齿根圆直径dfdf=(z-2ha-2 c)mdf=(z+2ha+2 c)m中心距aa=(d1+d2)2a=(d1+d2)2基圆直径dbdb=dcosa齿距pp=m齿厚ss=m2齿槽宽ee=m2公式解释：ha称为齿顶高系数，c称为顶隙系数。它们有两种标准数值:正常齿 ha=1 ， c=0.25短齿 ha=0.8 ，c=0.3（2）齿轮各系数计算 计算单位均为毫米（mm）分度圆直径 d=mz=417=68齿顶圆直径 da=(z+2ha)m=(17+2) 4=76齿根圆直径 df=(z-2ha-2 c)m=(17-2-0.5) 4=58全齿高 h=( 2ha+c)m=(2+0.25) 4=9其余所需尺寸根据情况自行设定第 2 章 根据已知尺寸画出齿轮零件图第 3 章 齿轮加工的注意事项3.1 齿轮的功用与结构特点 齿轮传动在现代机器和仪器中的应用极为广泛，其功用是按规定的速比传递运动和动力。齿轮的结构由于使用要求不同而具有各种不同的形状，但从工艺角度可将齿轮看成是由齿圈和轮体两部分构成。按照齿圈上轮齿的分布形式，可分为直齿、斜齿、人字齿等；按照轮体的结构特点，齿轮大致分为盘形齿轮、套筒齿轮、轴齿轮、扇形齿轮和齿条等等，如图9-1所示。在上述各种齿轮中，以盘形齿轮应用最广。盘形齿轮的内孔多为精度较高的圆柱孔和花键孔。其轮缘具有一个或几个齿圈。单齿圈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(图9-1b、c)。当其轮缘间的轴向距离较小时，小齿圈齿形的加工方法的选择就受到限制，通常只能选用插齿。如果小齿圈精度要求高，需要精滚或磨齿加工，而轴向距离在设计上又不允许加大时，可将此多齿圈齿轮做成单齿圈齿轮的组合结构，以改善加工的工艺性。3.2齿轮的技术要求齿轮本身的制造精度，对整个机器的工作性能、承载能力及使用寿命都有很大的影响。根据其使用条件，齿轮传动应满足以下几个方面的要求。（一）传递运动准确性要求齿轮较准确地传递运动，传动比恒定。即要求齿轮在一转中的转角误差不超过一定范围。（二）传递运动平稳性要求齿轮传递运动平稳，以减小冲击、振动和噪声。即要求限制齿轮转动时瞬时速比的变化。（三）载荷分布均匀性要求齿轮工作时，齿面接触要均匀，以使齿轮在传递动力时不致因载荷分布不匀而使接触应力过大，引起齿面过早磨损。接触精度除了包括齿面接触均匀性以外，还包括接触面积和接触位置。（四）传动侧隙的合理性要求齿轮工作时，非工作齿面间留有一定的间隙，以贮存润滑油，补偿因温度、弹性变形所引起的尺寸变化和加工、装配时的一些误差。齿轮的制造精度和齿侧间隙主要根据齿轮的用途和工作条件而定。对于分度传动用的齿轮，主要要求齿轮的运动精度较高；对于高速动力传动用齿轮，为了减少冲击和噪声，对工作平稳性精度有较高要求；对于重载低速传动用的齿轮，则要求齿面有较高的接触精度，以保证齿轮不致过早磨损；对于换向传动和读数机构用的齿轮，则应严格控制齿侧间隙，必要时，须消除间隙。B10095?88中对齿轮及齿轮副规定了12个精度等级，从112顺次降低。其中12级是有待发展的精度等级，35级为高精度等级，68级为中等精度等级，9级以下为低精度等级。每个精度等级都有三个公差组,分别规定出各项公差和偏差项目，见表9-1。表9-1 齿轮公差组公差组公差及偏差项目对传动性能的影响 Fi、Fp(Fpk)、F”i、Fr、Fw传递运动准确性 fI、ff、fpt、fpb、f”I、fpb传动平稳性、噪声、振动F、Fpx承载均匀性3.3齿轮的材料、热处理和毛坯 （一）齿轮的材料与热处理1材料的选择齿轮应按照使用时的工作条件选用合适的材料。齿轮材料的合适与否对齿轮的加工性能和使用寿命都有直接的影响。一般来说，对于低速重载的传力齿轮，齿面受压产生塑性变形和磨损，且轮齿易折断。应选用机械强度、硬度等综合力学性能较好的材料，如18CrMnTi；线速度高的传力齿轮，齿面容易产生疲劳点蚀，所以齿面应有较高的硬度，可用38CrMoAlA氮化钢；承受冲击载荷的传力齿轮，应选用韧性好的材料，如低碳合金钢18CrMnTi；非传力齿轮可以选用不淬火钢，铸铁、夹布胶木、尼龙等非金属材料。一般用途的齿轮均用45钢等中碳结构钢和低碳结构钢如 20Cr、40Cr、20CrMnTi等制成。2齿轮的热处理齿轮加工中根据不同的目的，安排两类热处理工序。(1)毛坯热处理在齿坯加工前后安排预备热处理正火或调质。其主要目的是消除锻造及粗加工所引起的残余应力，改善材料的切削性能和提高综合力学性能。(2)齿面热处理齿形加工完毕后，为提高齿面的硬度和耐磨性，常进行渗碳淬火，高频淬火，碳氮共渗和氮化处理等热处理工序。（二）齿轮毛坯齿轮毛坯形式主要有棒料、锻件和铸件。棒料用于小尺寸、结构简单且对强度要求不太高的齿轮。当齿轮强度要求高，并要求耐磨损、耐冲击时，多用锻件毛坯。当齿轮的直径大于400600时，常用铸造齿坯。为了减少机械加工量，对大尺寸、低精度的齿轮，可以直接铸出轮齿；对于小尺寸，形状复杂的齿轮，可以采用精密铸造、压力铸造、精密锻造、粉末冶金、热轧和冷挤等新工艺制造出具有轮齿的齿坯，以提高劳动生产率，节约原材料。3.4齿坯加工齿形加工之前的齿轮加工称为齿坯加工，齿坯的内孔(或轴颈)、端面或外圆经常是齿轮加工、测量和装配的基准，齿坯的精度对齿轮的加工精度有着重要的影响。因此，齿坯加工在整个齿轮加工中占有重要的地位。（一）齿坯加工精度齿坯加工中，主要要求保证的是基准孔(或轴颈)的尺寸精度和形状精度、基准端面相对于基准孔(或轴颈)的位置精度。不同精度的孔(或轴颈)的齿坯公差以及表面粗糙度等要求分别列于表9-2、表9-3和表9-4中。表9-2 齿坯公差齿轮精度等级56789孔尺寸公差形状公差IT5IT6IT7IT8轴尺寸公差形状公差IT5IT6IT7顶圆直径IT7IT8IT8当三个公差组的精度等级不同时，按最高精度等级确定公差值。当顶圆不作为测量齿厚基准时，尺寸公差按IT11给定，但应小于01mm。表9-3 齿轮基准面径向和端面圆跳动公差(m)分度圆直径(mm)精度等级大于到1和23 和45 和67 和89 和1201252871118281254003691422364008005012203250表9-4 齿坯基准面的表面粗糙度参数Ra(m)精度等级345678910孔颈端端面顶圆0.20.10.20.10.20.20.10.40.20.40.20.20.60.40.80.40.60.31.60.80.81.60.81.61.63.21.63.21.63.23.21.63.2上述表的参考书籍为机械制造工艺与装备主编 倪森寿第 4 章 齿轮加工方法的确定齿轮的加工方法有很多,如铸造法、冲压法、热轧法和切削法。按加工中有无切削，可分为切削加工和无切削加工两大类。无切削加工无切削加工具有生产率高、材料消耗少、成本低等一系列的优点，目前以推广应用。但因其加工精度较低，工艺不够稳定，特别是生产批量小时难以采用，这些缺点限制了它的广泛应用。切削加工切削加工具有良好的加工精度，目前仍是齿形的主要加工方法。按切削齿廓的原理不同，可分为仿形法和范成法。1 仿形法仿形法是在铣床上用与齿槽形状相同的盘行铣刀或指形铣刀逐个切去齿槽，从而得到渐开线齿廓。由于渐开线齿廓形状取决于基圆大小，而基圆直径db=mzcosa,即模数m、压力角a和齿形z决定齿廓形状。同一模数和压力角的齿轮，齿数不同，齿形就不同，这样加工不同齿数的齿轮就要制造许多刀具，显然这是不可能的。为了减少铣刀数量，对于同一模数和压力角的齿轮，按齿数范围分为8组，每组用一把刀具来加工，刀具形状按范围内最少齿形设计。仿形法加工齿轮方法简单，不需要专用的齿轮加工机床，但生产效率低，加工精度低，故只适合与精度要求不高、单件或小批量生产。 2. 范成法范成法是利用一对齿轮（或齿轮和齿条）互相啮合时，其共轭齿廓互为包络的原理来加工齿轮的。用范成法切齿的常用刀具有三种：齿轮插刀、齿条插刀和滚刀，本次加工用的是滚齿，重点介绍。滚齿一 滚齿的原理及工作特点滚齿是齿形加工方法中生产效率较高、应用最广的一种加工方法。在滚齿机上用齿轮滚刀加工齿轮的原理，相当于一对螺旋齿轮作无侧隙强制性的啮合。滚齿加工的通用性较好，既可以加工圆柱齿轮，又可加工蜗轮；既可以加工渐开线齿形，又可加工圆弧摆线等齿形；既可加工小模数、小直径齿轮，又可加工大模数，大直径齿轮。滚齿可以直接加工89精度的齿轮，也可用作7级以上齿轮的粗加工及半精加工。滚齿可以获得较高的运动精度，但因滚齿时齿面是由滚刀的刀齿包络而成，参加切削的刀齿数有限，因而齿面的表面粗糙度值较大。为了提高滚齿的加工精度和齿面质量，宜将粗精滚齿分开。二 滚齿加工质量分析1 影响传动精度的加工误差分析影响齿轮传动精度的主要原因是在加工中滚刀和被切齿轮的相对位置和相对运动发生了变化。相对位置的变化（几何偏心）产生了齿轮的径向误差；相对运动的变化（运动偏心）产生齿轮的切向误差。（1） 齿轮的径向误差 齿轮径向误差是指滚齿时，由于齿坯的实际回转中心与其基准孔中心不重合，使所切齿轮的轮齿发生径向位移而引起的周节累积公差。齿轮的径向误差一般可通过测量齿圈径向跳动Fr反映出来。（2） 齿轮的切向误差 齿轮的切向误差是指滚齿时，实际齿廓相对理论位置沿圆周方向（切向）发生位移。当齿轮出现切向位移时，可通过测量公法线长度变动公差Fw来反映。2 影响齿轮工作平稳性的加工误差分析影响齿轮传动工作平稳性的主要因素是齿轮的齿形误差和基节偏差。齿形误差会引起每对齿轮啮合过程中传动比的瞬时变化；基节偏差会引起一对齿过渡到另一对齿啮合时传动比的突变。齿轮传动由于传动比瞬时变化和突变而产生噪声和振动，从而影响工作平稳性精度。滚齿时，产生齿轮的基节偏差较小，而齿形误差通常较大。下面分别进行讨论。（1） 齿形误差 齿形误差主要是由于齿轮滚刀的制造刃磨误差及滚刀的安装误差等原因造成的，因此在滚刀的每一转中都会反映到齿面上。常见的齿形误差有：齿面出棱、齿形角误差、齿面上的周期性误差、齿轮根切。（2） 基节偏差 滚齿时，齿轮的基节偏差主要受滚刀基节偏差的影响。为了减少基节偏差，滚齿制造时应严格控制轴向齿距及齿形角误差，同时对影响齿形角误差和轴向齿距误差的刀齿前刀面的非径向性误差也要加以控制。3 影响齿轮接触精度的加工误差分析齿轮齿面的接触状况直接影响齿轮传动中载荷分布的均匀性。滚齿时，滚齿时，影响齿高方向接触精度的主要原因是齿形误差ff和基节偏差fpb。影响齿宽方向接触精度的主要原因是齿向误差F。产生齿向误差的主要原因如下：（1） 滚齿机刀架导轨相对于工作台回转轴线存在平行度误差。（2） 齿坯装夹歪斜（3） 机床差动挂轮计算的误差。三 提高滚齿生产率的途径1 高速滚齿2 采用多头滚刀可明显提高生产率，但加工精度较低，齿面粗糙，因而多用于粗加工中。当齿轮加工精度要求较高时，可采用大直径滚刀。3 改进滚齿的加工方法（1） 多件加工（2） 采用径向切入（3） 采用轴向窜刀和对角滚齿第 5 章 齿轮加工工艺的制定根据第2章所绘零件图制定：序号工序内容定位基准毛坯锻造正火1粗车外圆断面,留余量1.52mm外圆及端面2精车各部,内孔至22,总长留加工余量0.2mm,其余至图样要求尺寸.外圆及端面3滚齿(齿厚留磨齿加工余量0.250.35mm)内孔和端面4倒角内孔和端面5插键槽达图样要求外圆和端面6去毛刺7剃齿内孔和端面8热处理(齿部高频淬火)9磨内孔外圆和端面10珩齿内孔和端面11终结检验第 6 章 齿轮的加工工艺分析 1、基准的选择 对于齿轮加工基准的选择常因齿轮的结构形状不同而有所差异。带轴齿轮主要采用顶点孔定位；对于空心轴，则在中心内孔钻出后，用两端孔口的斜面定位；孔径大时则采用锥堵。顶点定位的精度高，且能作到基准重合和统一。对带孔齿轮在齿面加工时常采用以下两种定位、夹紧方式。 （1）以内孔和端面定位 这种定位方式是以工件内孔定位，确定定位位置，再以端面作为 轴向定位基准，并对着端面夹紧。这样可使定位基准、设计基准、装配基准和测量基准重合，定位精度高，适合于批量生产。但对于夹具的制造精度要求较高。 （2）以外圆和端面定位 当工件和加剧心轴的配合间隙较大时，采用千分表校正外圆以确定中心的位置，并以端面进行轴向定位，从另一端面夹紧。这种定位方式因每个工件都要校正，故生产率低；同时对齿坯的内、外圆同轴要求高，而对夹具精度要求不高，故适用于单件、小批生产。 综上所述，为了减少定位误差，提高齿轮加工精度，在加工时应满足以下要求： 1)应选择基准重合、统一的定位方式； 2)内孔定位时，配合间隙应近可能减少； 3)定位端面与定位孔或外圆应在一次装夹中加工出来，以保证垂直度要求。 2、齿轮毛坯的加工 齿面 加工前的齿轮毛坯加工，在整个齿轮加工过程中占有很重要的地位。因为齿面加工和检测所用的基准必须在此阶段加工出来，同时齿坯加工所占工时的比例较大，无论从提高生产率，还是从保证齿轮的加工质量，都必须重视齿轮毛坯的加工。 在齿轮图样的技术部要求中，如果规定以分度圆选齿厚的减薄量来测定齿侧间隙时，应注意齿顶圆的精度要求，因为齿厚的检测是以齿顶圆为测量基准的。齿顶圆精度太低，必然使测量出的齿厚无法正确反映出齿侧间隙的大小，所以，在这一加工过程中应注意以下三个问题： 1)当以齿顶圆作为测量基准时，应严格控制齿顶圆的尺寸精度； 2)保证定位端面和定位孔或外圆间的垂直度； 3)提高齿轮内孔的制造精度，减少与夹具心轴的配合间隙； 3、齿形及齿端加工 齿形加工是齿轮加工的关键，其方案的选择取决于多方面的因素，如设备条件、齿轮精度等级、表面粗糙度、硬度等。常用的齿形加工方案在上节已有讲解，在此不再叙述。 齿轮的齿端加工有倒圆、倒尖、倒棱和去毛刺等方式。经倒圆、倒尖后的齿轮在换档时容易进入啮合状态，减少撞击现象。倒棱可除去齿端尖角和毛刺。倒圆时，铣刀告诉旋转，并沿圆弧作摆动，加工完一个齿后，工件退离铣刀，经分度再快速向铣刀靠近加工下一个齿的齿端。 齿端加工必须在淬火之前进行，通常都在滚（插）齿之后，剃齿之前安排齿端加工。 4、轮加工过程中的热处理要求 在齿轮加工工艺过程中，热处理工序