齿轮培训教材

1、1. 齿轮的种类及特点2.齿轮的几何尺寸及齿厚3. 齿轮的加工方法4. 齿轮的精度及检测方法5. 齿轮的修形及对噪声的影响6.齿轮设计与制造的相关标准1.2.1 渐开线：在纯平面上，一条动直线（发生线）沿一个固定的基圆（渐屈线）作纯滚动时，动线上一点的轨迹，成为圆的渐开线。1.2.2 导程：圆柱面上的一条螺旋线与被圆柱面上的一条直母线的两个相邻焦点的距离。3.1轴齿轮加工过程流程平头、打中心孔车工搓花键钻深油孔钻油路孔滚齿或插齿倒棱倒角一般倒档直齿轮剃齿热处理抛丸校直磨工检验3.2盘齿轮加工过程流程注：青色为齿轮内花键连接轴的结构 黄色为带有结合齿同步锥的齿轮工序 红色为结合齿同步锥与齿轮焊接

2、的工序车工车工拉内花键插外花键倒角滚齿倒棱倒棱剃齿压装电子束或激光焊接热处理磨内孔端面磨锥面压装检验手动箱结合齿渐开线圆柱外齿轮：粗加工一般采用滚齿或插齿工艺；精加工可以热前剃齿或热处理后强力珩齿或磨齿等；当然，目前也有通过电化学加工齿轮。强力珩齿是最近几年新发展的工艺方法，热后磨齿工艺一般用于模数较大（m4）的齿轮。无论是滚齿、插齿、剃齿还是珩齿或磨齿，其加工方法都为展成法。渐开线圆柱内齿轮：主要为行星齿轮组的内齿圈，可以采用拉齿或插齿工艺，热后精加工不易通过珩齿和磨齿实现，但可通过硬拉工艺来提高精度。 3.3.1 滚齿滚齿是应用最为广泛的切齿方法，精度610级，表面粗糙度可达Ra1.63.

3、2m；由于滚齿属于连续切削，所以其加工效率高于插齿；常见制齿设备编号规则：Y K 3 1 20 齿轮加工设备 加工最大直径 数控 立式 滚齿机组 其中，1）K数控，W万能，M精密，S（或X）高速（或高 效），D大模数等等； 2）3滚齿机，5插齿机，7磨齿机，93倒角机，94倒棱机，42剃齿机，46珩齿机等等；1） 滚齿机分为立式和卧式，工件主轴垂直布置的为立式，以下提到的均为立式；普通滚齿机传动系统：1）主传动链：实现滚刀变速； 2）展成传动链：实现分齿功能； 3）进给传动链：轴向、切向、对角进给； 4）差动传动链：实现斜齿轮加工；2） 滚刀种类：整体滚刀或镶片滚刀；高速钢或硬质合金；单头或多

4、头等等；高速钢滚刀的精度：滚刀分为型和型： 1） 型适用于精密滚刀，AAA级，AA级； 2） 型适应于普通精度滚刀，AA级，A级，B级，C级；容屑槽刀齿键槽轴台前角后角一般加工内、外直齿圆柱齿轮，特别是双联齿或多联齿；当刀具主轴上面装置螺旋导轨时，可以加工斜齿圆柱齿轮；1）插齿机分为立式和卧式，工件主轴垂直布置的为立式，以下提到的均为立式；普通插齿机的运动类型：1）插齿刀轴的旋转运动； 2）工件主轴的旋转运动（分齿运动）； 3）插齿刀轴的往复运动； 4）径向进给运动； 5）让刀运动； 6）刀架或工作台退回并返回原始位置的运动； 7）工件主轴的快速旋转运动（用于找正夹具或工件）；2）插齿刀插齿刀

5、的外形和圆柱齿轮相似，只是在不同的端截面上分圆弧齿厚、齿高、顶径、根径不同，相当于不同端截面不同变位系数的变位齿轮；通常插齿刀的前角5，后角6；精度等级：AA，A，B，斜插齿刀的基本型式：3.3.3剃齿剃齿是齿轮热处理前的精加工工艺方法；可以加工直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮，剃削鼓形齿和小锥度齿轮；剃齿加工是按照一对交错轴斜齿轮的啮合原理进行的；在剃削过程中，圆盘剃齿刀与被剃工件进行无间隙双面啮合，并自由滚动；剃齿无法修复齿轮的切向误差，剃后的一部分径向误差会转为切向；剃齿可消除6580的剃前齿轮误差。加工模数m=2.53.5mm的齿轮时，采用推荐的留剃量，齿轮剃前精度满足剃齿要求，则剃齿加工可

6、达到以下精度：齿形误差0.005mm，相邻周节误差 0.0075mm，齿向误差0.005mm，基节误差0.0010.003mm，齿面粗糙度0.63m。 剃齿加工生产效率极高。如加工一件模数2.54mm，直径73.66mm，齿宽16mm，左旋32的斜齿轮，使用不同的剃齿方法其加工时间分别为2040秒。剃齿类型：轴向剃齿、径向剃齿和对角剃齿；1）剃齿机剃齿机的基本运动： a）剃刀的正方方向旋转运动； b）工件沿工件轴线的的往复进给运动（轴向剃齿）； c）剃刀的径向进给运动；2) 剃齿刀按形状分：盘形和齿条形；（以下均为盘形）旋向：右旋和左旋；选用时一般与被剃齿轮旋向相反，螺旋角：5、10 、15

7、；剃齿刀的精度：A和B两级，A用于加工6级齿轮，B用于加工7级齿轮；剃齿刀的公称分圆直径：63、85、180、240mm；240mm应用最多；内孔直径一般63.5mm，轴台直径120mm，厚度20、25mm；剃齿刀的主要特点： 1）齿宽必须大于工件的宽度； 2）齿形须做凹量修正； 3）剃齿刀的刀槽，采用错位形式排列，呈螺旋槽形式分布；剃齿刀的结构形式：3) 剃齿刀刃磨后的检测项目： 1）相邻一齿齿距误差 ， 2）齿距累积误差， 3）齿圈跳动误差， 4）齿形， 5）齿向（方向性和对称性）， 6）轴台端面跳动， 7）齿厚， 8）与齿厚相应的外圆尺寸， 4) 剃齿刀3个齿的齿形检测图线 5)剃齿刀齿

8、向修形检测图线 4. 齿轮的精度及检测方法：齿轮的标注形式：7 6 6 G M GB10095-2001 齿厚下差 齿厚上差 第公差组精度等级 第公差组精度等级 第公差组精度等级齿轮测量的项目应包括：齿轮的齿厚、精度、表面粗糙度等；4.1 齿轮的齿厚： 1）齿厚的决定了齿轮副啮合时的齿轮侧隙； 2）齿厚、公法线长度、跨棒距三项可以等价地作为测量齿轮齿厚尺寸的项目； 2）齿厚：一般不宜直接测量，可以通过齿厚游标卡尺（测得的数值 偏差较大）或齿轮测量仪可以测得； 3）公法线长度：比较容易并可靠获得，一般采用公法线千分尺测量；其 与齿厚等比例变化； 4）跨棒距：比较容易并可靠获得，一般千分尺和一对量

9、棒测量；4.2 齿轮的精度：4.2.1 齿轮精度共有13个等级，012级，0级最高，12级最低；4.2.2 齿轮各项公差分组：公差组公差与极限偏差项目误差特性对传动性能的主要影响Fi , Fp，Fpk，F i，Fr，Fw以齿轮一转为周期的误差传递运动的准确性f i，ff，fpt， fpb，f i，ff在齿轮一周内，多次周期地重复出现的误差传动的平稳性、噪声、振动F，Fb，Fpx齿向线的误差载荷分布的均匀性4.2.3 各项误差的名称： 1）Fi 切向综合公差 2）Fp 齿距累积公差 3）Fpk K齿齿距累积误差 4）F “ i 径向综合公差 5）Fr 齿圈跳动误差 6) Fw 公法线长度变动量

10、7）f i 一齿切向综合公差 8）ff 齿形公差 9）fpt 一齿齿距极限偏差 10） fpb 基节极限偏差 11）f “ i 一齿径向综合公差 12）ff螺旋线波动公差 13）F齿向公差 14） Fb接触线公差 4.2.4 推荐圆柱齿轮检验项目：4.2.5 误差的有关关系式： 1）Fi = Fp + ff ； 2）f i=0.6*（fpt+ff）； 3）F“i =1.4*Fr； 4）ff=f i*cos； 5）Fpx=F； 6）Fb=F ； 7）fpb=fpt*cos4.2.6 汽车变速箱的一般精度检查项目： 项目 精度等级 57 78 910 公 差 组Fi 或FpF “ i，Fw 或Fr

11、， FwFrf i或ff，fpt，f “ i， ff， fpt或 ff、 fpbfptFFF 1）齿距累积公差Fp：在分度圆上，任意两侧齿面间的实际弧长与公称弧长之差的最大绝对值； 2）一齿齿距极限偏差fpt：在分度圆上，实际齿距与公称齿距之差；公称齿距是指所有实际齿距的平均值； 3）齿形Fa： 4）齿向F： 5）齿圈跳动跳动Fr：注：上述5种精度可以通过齿轮测量仪测的；其中，Fr可以通过偏摆仪、表架和量棒测量，也可以通过专用的圈跳仪测量； 6）单面齿轮综合测量法：指被测齿轮与理想齿轮在公称中心距下安装，做有侧隙的啮合转动时，被测齿轮的实际转角与仪器标准传动链所形成的理论转角的差值；通过记录器

12、或其他显示装置，记录出误差曲线或显示误差值；所记录的曲线称运动误差曲线或，切向综合误差曲线；除能够测量Fi 和f i 外，还可测量多项误差；光栅式单啮仪基本原理图： 7）双面啮合综合测量法：指被测齿轮与理想齿轮做无侧隙的双面啮合转动时，测量中心距的变动量；双啮合中心距变动量是被测齿轮多种单项误差综合作用的结果；双啮合仪的基本结构和工作原理图：径向综合公差曲线图：径向综合误差的曲线分析：能够直接测得F “ i 和f “ i； 其中，F “ i主要反映齿圈上左右齿廓径向位置的最大误差， f “ i主要是由相邻两齿廓的径向位置误差和左右齿廓形状误差的径向分量造成的。从曲线中分析各种单项误差比较困难。

13、4.2.7 齿廓偏差 Laf 可用长度， Fae 有效长度， La 齿廓计值范围，一般从E点取Fae的92%； Fa 齿廓总偏差， ffa 齿廓形状偏差， fHa 齿廓斜率偏差， Ca 齿廓鼓形量4.2.8 螺旋线偏差： b 齿宽 L螺旋线计值范围， L等于迹线长度在其两端各缩减齿宽的5% F 齿廓总偏差， ff 齿廓形状偏差， fH 齿廓斜率偏差， C 齿廓鼓形量；4.3. 齿轮加工误差与检测项目的关系：4.3.1 径向加工误差：被切齿轮和刀具间径向距离的变化，如：齿坯的定位误差，刀具的径向圆跳动量等；4.3.2 切向加工误差： 连续展成法的切向加工误差（滚、插、蜗杆磨）：齿轮运动误差， 几

14、何偏差和运动偏差的综合，工作台的摆动，分度蜗杆周期误差，中 间齿轮周期误差；不连续展成法的切向加工误差：磨齿自由展成法的切向加工误差（剃、研、珩）：工件与刀具之间无强制运动联系，这种加工方法能使几何偏心转变为运动偏心；4.3.3 轴向加工误差（齿向）：主要是由机床导轨的不准确，齿坯轴线的偏斜所引起，有时还受机床传动链误差的影响；机床刀架导轨误差，齿坯端面跳动，机床差动链的调整误差，机床进给链误差；4.3.4 产形面误差（滚刀、插齿刀）：产生原因：刀具设计原理（如滚刀的阿基米德设计）、制造、刃磨误差等；刀具产形面偏离精确表面的所有形状误差，形成工件的形状误差，切斜齿时，还能引起接触线误差；刀具产

15、形面的齿形角误差可引起工件的基节偏差和接触线方向误差；滚刀制造、刃磨与安装误差不影响被切齿轮的齿距偏差，齿距累积误差、齿向误差和螺旋线误差等，只会引起基节偏差和齿形误差；插齿刀的齿形误差和剃齿刀的系统齿形误差会直接复映在工件齿形上；5、齿轮的修形及对噪声的影响5.1齿轮噪声产生原因分析： 1) 齿轮设计方面: 参数选择不当，重合度过小；齿廓修形不当或没有修形；齿轮箱结构不合理等。 2) 齿轮加工方面: 基节误差和齿形误差过大；齿侧间隙过大；表面粗糙度过大等. 3) 轮系及齿轮箱方面: 装配偏心；接触精度低；轴的平行度差；轴、轴承、支承的刚度不足；轴承的回转精度不高及间隙不当等。 4）其它方面:

16、 输出扭矩、负载扭矩的波动；轴系的扭振；电动机及其它传动副的平衡情况等。根据上章的分析可以看出，影响齿轮噪声的齿轮方面包括：齿轮修形、齿轮精度误差、齿轮啮合侧隙、表面粗糙度等。下图给出了齿顶修形量和齿轮噪声增加的关系，可以看出: 这时存在一个最佳的修形量（0.01mm）。若再增大修形量，则由于重合度的减小反而会使噪声增大。5.2.2 轮齿修整轮齿修整通过轮齿修整，可以增大传递平稳性，降低齿轮系统噪声，下图 是对轮齿的修整。该方法目前尚未采用。5.3 齿向修形齿向修形 ： 为补偿齿轮热处理变形、变速器壳体加工误差、装配误差以及传递动力时齿轮的翘曲，提高传递平稳性，降低一定的噪声，通常将相啮合齿轮

17、副中的一件修成鼓形齿 。见下图。5.4. 轮齿的精度误差对噪声的影响轮齿的精度误差对噪声的影响齿轮的加工精度对齿轮系统噪声有重要的影响。一般说来，提高精度有助于降低齿轮系统的噪声，但是，提高加工精度受加工成本的限制，且初始的加工精度越高，提高精度的降噪效果也越不明显。5.4.1齿形误差 在各单项轮齿误差中，齿形误差对噪声的影响最大。齿形误差大，齿轮噪声则大，但两者间并非简单的线性关系。因为噪声的大小，不仅取决齿形误差的大小，更主要的是取决于齿形形状。 对于汽车齿轮来讲，由于主要是用于传递动力的，传递载荷较大，轮齿的变形远大于齿形误差，这时，齿形误差对噪声的影响较小，而齿形形状对噪声的影响较大。

18、5.4.2侧隙的大小 齿轮轮齿侧隙对噪声也有一定影响，在不同的转速和不同的负荷下，不同的侧隙对噪声的影响不同。一般来讲，侧隙过小，噪声会急剧增大，而侧隙稍大些对噪声的影响并不大。5.4.3表面粗糙度 改善齿面粗糙度对降低噪声有一定的影响，齿面光洁度低有激起齿轮高阶振动的作用。5.4.4其它精度的影响 另外，齿轮的齿向误差、齿轮的齿圈跳动误差、齿轮的周节累积误差等对齿轮的噪声影响虽然不是很大，但对齿轮传动的平稳性和准确性有很大的影响，是齿轮加工的重要精度要求。所以，保证这些误差的精度也是非常重要的。6、齿轮设计与制造的相关标准、齿轮设计与制造的相关标准 GB-T 3374-1992 齿轮基本术语 GB-T 2821-2003齿轮几何要素代号 GB-T 10095.1-2001 渐开线齿轮精度 GB-T 10095. 2-2001 渐开线齿轮精度 GB-Z 186