1、第一章 齿轮及齿轮加工的基本知识第一节：齿轮的基本知识第二节：齿轮的画法第三节：常见机床的基础知识第四节：齿轮加工基础知识第一节第一节 齿轮的基本知识齿轮的基本知识 齿轮机构是现代机械中应用最广泛的一种传动机构。作用作用 传递空间任意两个轴或多个轴之间的运动传递空间任意两个轴或多个轴之间的运动 （一般（一般是转动）和力，把一个轴的转动传递给另是转动）和力，把一个轴的转动传递给另 一个轴，以达一个轴，以达到变速、换向的目的到变速、换向的目的。优点优点 结构紧凑、工作可靠，效率高，寿命长，结构紧凑、工作可靠，效率高，寿命长，传动比传动比准确，能保证恒定的传动比，适用范围广。准确，能保证恒定的传动比
2、，适用范围广。缺点缺点 制造及安装精度要求高，价格较贵，不适宜于两制造及安装精度要求高，价格较贵，不适宜于两轴间距离较大的场合。轴间距离较大的场合。一、齿轮的分类一、齿轮的分类 齿轮的种类很多按照不同分类方法有以下几种：1.按传动比是否恒定分类2.按传动时两轮轴的相对位置分类3.按齿廓曲线分类4.按齿轮传动机构的工作条件分类5.按齿面硬度分类1.按传动比是否恒定分类(1)定传动比 圆形齿轮机构（圆柱、圆锥）(2)变传动比 非圆齿轮机构（椭圆齿轮）2.按传动时两轮轴的相对位置分类空间齿轮结构直齿圆柱齿轮传动外啮合齿轮传动内啮合齿轮传动齿轮与齿条传动斜齿圆柱齿轮传动人字齿轮传动平面齿轮结构圆锥齿轮
3、传动交错轴斜齿轮传动蜗杆传动直齿圆锥齿轮传动斜齿圆锥齿传动曲线齿圆锥齿轮传动1 直齿圆柱齿轮（直齿圆柱齿轮（Spur Gear)外啮合齿轮传动 内啮合齿轮传动 齿轮与齿条传动2 人字齿轮传动人字齿轮传动(Double-helical Gear)3 锥齿轮传动锥齿轮传动(Bevel Gear)斜齿圆锥齿轮传动 曲线齿圆锥齿轮传动 直齿圆锥齿轮传动3.按齿廓曲线分类 分为渐开线齿、摆线齿、圆弧齿等。4.按齿轮传动机构的工作条件分类 分为闭式传动、开式传动、半开式传动等。闭 式 传 动：齿轮在封闭的箱体内，润滑良好；开 式 传 动：齿轮是完全外露的，不能保证良好润滑；半开式传动：齿轮浸在油池内，装有
4、防护罩不封闭。5.按齿轮硬度分类 分为软齿面（350HB）、硬齿面（350HB）等。二、齿轮传动的基本要求二、齿轮传动的基本要求1.传传 动动 平平 稳稳 在传动中保持瞬间传动比不变，冲击、振动及噪音尽量小。2.承载能力大承载能力大 在尺寸小重量轻的前提下，要求轮齿的强度高、耐磨性好及寿命长。三、齿廓啮合基本定律三、齿廓啮合基本定律 右图为一对平面啮合的齿轮，由三点定理可知，点O是两轮的相对速度瞬心，故：由此可得：1122VcOOO O121221O OiO O 由以上分析可知，一对齿轮在任一位置啮合时，公法线由以上分析可知，一对齿轮在任一位置啮合时，公法线必须通过节点，这一规律称为齿轮啮合基
5、本定律。必须通过节点，这一规律称为齿轮啮合基本定律。四、作固定传动比传动齿廓必须满足的条件四、作固定传动比传动齿廓必须满足的条件 通常齿轮传动要求两轮作定传动比传动由：可得节点O为固定点。121 221O OiO O 由此可知，两轮作定传动比传动时，其齿廓必须满足的条件是，无论两齿廓在任何接触，过接触点作两齿廓的公法线必须通过固定节点O。共轭齿廓：共轭齿廓：凡是满足齿廓啮合基本定律的一对齿廓称为共轭 齿廓，共轭齿廓的齿廓曲线称为共轭曲线。五、渐开线齿廓五、渐开线齿廓1.渐开线的形成渐开线的形成 当公法线沿圆周作纯滚动时，直线上一点的轨迹称为该圆的渐开线。当公法线沿圆周作纯滚动时，直线上一点的轨
6、迹称为该圆的渐开线。2.渐开线的性质渐开线的性质（1）发生线沿基圆滚过的长度）发生线沿基圆滚过的长度,等于基圆上被滚过的弧长；等于基圆上被滚过的弧长；（2）渐开线上任意一点的法线必与基圆相切；）渐开线上任意一点的法线必与基圆相切；（3）发生线与基圆的切点）发生线与基圆的切点B为渐开线上点为渐开线上点K的曲率中心；的曲率中心；而线段而线段BK是相应的曲率半径；是相应的曲率半径；（4）渐开线的形状决定于基圆的大小；）渐开线的形状决定于基圆的大小；（5）基圆内无渐开线。）基圆内无渐开线。3.渐开线齿廓的压力角渐开线齿廓的压力角 渐开线上各点的压力角是不同的，离渐开线愈远（曲率半径渐开线上各点的压力角
7、是不同的，离渐开线愈远（曲率半径rk愈大），其压力愈大），其压力角愈大，渐开线起始点角愈大，渐开线起始点A压力角为零。压力角为零。（动画演示）（动画演示）渐开线生成的演示动画渐开线生成的演示动画返回返回4、渐开线齿廓的啮合特征、渐开线齿廓的啮合特征（1）渐开线齿廓能满足定传动比传动）渐开线齿廓能满足定传动比传动保证了机器运转的平稳性。保证了机器运转的平稳性。1)根据渐开线的性质可知：渐开线的法线必与基圆相切，所以一对渐开线齿廓在 啮合点的公法线必同时与两基圆相切，即啮合点K处齿廓公法线 N1N2为两基圆的一条内公切线；2)两基圆为定圆(圆心位置和半径均确定)，在同一方向上的 内公切线只有一条；
8、3)过任意接触点的齿廓公法线 均与两基圆内公切线重合,与连心线的交点必为一定点P，从而有:121221O PiO P 常数（2）渐开线齿廓之间的正压力方向不变）渐开线齿廓之间的正压力方向不变有利于齿廓传动的平稳性有利于齿廓传动的平稳性 对齿轮通过渐开线齿廓的直接接触来传递运动和动力,当不计摩擦时其齿廓间的正压力将沿接触点的公法线作用,渐开线齿廓各接触点公法线都是同一条直线，因而齿廓间的正压力方向始终不变。啮合线啮合线 (line of action)一对渐开线齿廓在啮合过程中一对渐开线齿廓在啮合过程中,其啮合点的轨迹成其啮合点的轨迹成 为啮合线为啮合线。渐开线齿廓的啮合线，公法线，与两基圆的内
9、公切线重合，称为渐开线齿廓的渐开线齿廓的啮合线，公法线，与两基圆的内公切线重合，称为渐开线齿廓的“三线合一三线合一”.(3)渐开线齿廓具有传动可分性渐开线齿廓具有传动可分性对齿轮制造和安装十分有利对齿轮制造和安装十分有利 传动可分性传动可分性(或中心距可分性或中心距可分性):即使两齿轮的中心距与设计中心距有偏差,也不会影响两齿轮的传动比,这一特性称为传动可分性(或中心距可分性)六、渐开线标准直齿轮圆柱齿轮各部分 的名称和尺寸关系1、齿顶圆 齿轮齿顶所在的圆。其直径（或半径）用da（或ra）表示。2、齿根圆 齿轮齿槽底所在的圆。其直径（或半径）用df（或rf）表示。3、分度圆 用来分度（分齿）的
10、圆，该 圆位于齿厚和槽宽相等的地 方。其直径（或半径）用d（或r表示）。4、齿顶高 齿顶圆与分度圆之间的径 向距离，用ha表示。5、齿根高 齿根圆与分度圆之间的径 向距离，用hf表示。6、全齿高 齿顶圆与齿根圆之间的径向距离，用h表示。显然有：h=ha+hf7、齿 厚 一个齿的两侧齿廓之间的分度圆弧长，用s表示。8、槽 宽 一个齿槽的两侧齿廓之间的分度圆弧长，用e表示。9、齿 距 相邻两齿的同侧齿廓之间的分度圆弧长，用p表示。显然有：p=s+e10、齿 宽 齿轮轮齿的宽度（沿齿轮轴线方向度量），用b表示11、模 数 模数m是决定齿轮尺寸的一个基本参数。12、分度圆压力角 轮齿齿廓的齿轮各圆上具
11、有不同的压力角，我国规 定分度圆压力角的标准值一般为20。13、顶高系数ha*和顶隙系数C*齿轮齿顶高的计算公式：ha=ha*m 齿轮齿根高的计算公式：hf=(ha*+c*)m （标准齿轮的几何尺寸公式）返回返回第二节第二节 齿轮的画法齿轮的画法 一、单个圆柱齿轮画法一、单个圆柱齿轮画法 绘制规定绘制规定 齿顶圆和齿顶线用粗实线表示；分度圆和分度线用细点齿顶圆和齿顶线用粗实线表示；分度圆和分度线用细点 画线表示；齿根圆和齿根线用细实线表示画线表示；齿根圆和齿根线用细实线表示(图图a)，也可省，也可省 略不画（图略不画（图c）。）。二、圆柱齿轮啮合的画法二、圆柱齿轮啮合的画法绘制规定绘制规定 在
12、垂直于圆柱齿轮轴线的投影面的视图中，两齿轮的节圆在垂直于圆柱齿轮轴线的投影面的视图中，两齿轮的节圆 应该相切。应该相切。齿轮啮合投影的表示方法齿轮啮合投影的表示方法 绘制要求绘制要求 在剖视图中，当剖切平面通过两啮合齿轮的轴线时在啮在剖视图中，当剖切平面通过两啮合齿轮的轴线时在啮 合区内将一个齿轮（主动轮）的轮齿用粗实线绘制，另合区内将一个齿轮（主动轮）的轮齿用粗实线绘制，另 一个齿轮（从动轮）的轮齿被遮挡的部分用虚线绘制，一个齿轮（从动轮）的轮齿被遮挡的部分用虚线绘制，也可省略不画。也可省略不画。三、齿轮和齿条的画法三、齿轮和齿条的画法一、机床的型号一、机床的型号 机床的型号一般反映机床的类
13、别、结构特征、性能和主要技术规格。机床型号的编制为：第三节三节 常见机床的基础知识常见机床的基础知识Y 3 1 5 0类别号，表示齿轮加工机床类类别号，表示齿轮加工机床类组、系代号，表示滚齿机组、系代号，表示滚齿机主参数，表示工件最大直径主参数，表示工件最大直径500mm 类别 车床 钻床 镗床 磨床 齿轮加工机床 螺纹加工机床 铣床 刨、插床 拉床 特种加工机床 锯床 其他 机床 代号 C Z T M 2M 3M Y S X B L D G Q 常见机床类代号常见机床类代号组代号分组名称组代号分组名称0仪表齿轮加工机床5插齿机16花键轴铣床2锥齿轮加工机床7齿轮磨齿机3滚齿及铣齿机8其他齿轮
14、加工机床4剃齿机9齿轮倒角机及检查机齿轮加工机床的组代号齿轮加工机床的组代号例如：例如：二、刀具材料二、刀具材料 刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素，对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。使用碳工具钢作为刀具材料时，切削速度只有10m/min左右；20世纪初出现了高速钢刀具材料，切削速度提高到每分钟几十米；30年代出现了硬质合金，切削速度提高到每分钟一百多米至几百米；当前陶瓷刀具和超硬材料刀具的出现，使切削速度提高到每分钟一千米以上,加工材料的发展也大大地推动了刀具材料的发展。（一）刀具材料应具备的性能（一）刀具材料应具备的性能1、高的硬度和耐磨性高的硬度和耐磨性 刀具材料
15、要比工件材料硬度高，常温硬度在HRC62以上；耐磨性表示抵抗磨损的能力，它取决于组织中硬质点的硬度、数量和分布。2、足够的强度和韧性、足够的强度和韧性 为了承受切削中的压力冲击和韧性，避免崩刀和折断，刀具材料应具有足够的强度和韧性。3、高耐热性、高耐热性 刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性得能力。4、良好的工艺性、良好的工艺性 为了便于制造，要求刀具材料有较好的可加工性。如，切削加工性、铸造性、锻造性和热处理性等。5、良好的经济性、良好的经济性 二）常用的刀具材料二）常用的刀具材料1）高速钢）高速钢 定义：定义：是一种加入较多的钨、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。是一种加入较多的钨、
16、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。性能：性能：有较高的热稳定性；有较高的强度、韧性、硬度和耐磨性；有较高的热稳定性；有较高的强度、韧性、硬度和耐磨性；制造工艺简单，容易磨成锋利的切削刃，可锻造。是制造钻头、成形制造工艺简单，容易磨成锋利的切削刃，可锻造。是制造钻头、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等的主要材料。刀具、拉刀、齿轮刀具等的主要材料。2）硬质合金）硬质合金 定义：定义：由难熔金属化合物和金属粘结剂经粉末冶金法制成。由难熔金属化合物和金属粘结剂经粉末冶金法制成。性能：性能：具有高耐磨性和高耐热性，但抗弯强度低、冲击韧性差，具有高耐磨性和高耐热性，但抗弯强度低、冲击韧性差，很少用于制造整体刀具。很
17、少用于制造整体刀具。它还可用于高速钢刀具不能切削的淬硬钢它还可用于高速钢刀具不能切削的淬硬钢等硬材料。等硬材料。3）其他刀具材料）其他刀具材料 涂层刀具涂层刀具 陶瓷：陶瓷：硬度高、耐用度高，还可用于冲击负荷下的粗加工，硬度高、耐用度高，还可用于冲击负荷下的粗加工，切削效率显著提高。切削效率显著提高。金刚石金刚石 立方氮化硼立方氮化硼三、切削的基本运动三、切削的基本运动 切削加工是利用切削刀具从工件上切除多余材料的加工方法。切削的基本运动包括主运动和进给运动。1 1主运动主运动 主运动使刀具和工件之间产生相对运动，促使刀具前刀面接近主运动使刀具和工件之间产生相对运动，促使刀具前刀面接近工件而实
18、现切削。它速度最高，消耗功率最大。工件而实现切削。它速度最高，消耗功率最大。2 2进给运动进给运动 进给运动使刀具与工件之间产生附加的相对运动，与主运动配进给运动使刀具与工件之间产生附加的相对运动，与主运动配合，即可连续地切除切削，获得具有所需几何特性的已加工表面。合，即可连续地切除切削，获得具有所需几何特性的已加工表面。四、切削用量四、切削用量 切削用量是切削加工过程中切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度）的总称。五、切削液五、切削液 在切削过程中需要采取冷却降温措施，通常采用液体冷却的方法，也就是切削液。作用：作用：冷却、润滑、清屑等冷却、润滑、清屑等 恰当使用切削液能显著延长刀具工作寿命
19、，提高加工质量，降低切削力，提高生产效率。常用的切削液有：水溶液水溶液 主要成分是水，冷却性能好，价格低廉，但对金属有腐主要成分是水，冷却性能好，价格低廉，但对金属有腐 蚀作用蚀作用切削油切削油 主要成分是矿物油，它以润滑为主，冷却性能、流动性差主要成分是矿物油，它以润滑为主，冷却性能、流动性差乳化液乳化液 乳化油用水稀释而成，冷却效果良好，但润滑、防锈性乳化油用水稀释而成，冷却效果良好，但润滑、防锈性 能差能差六、机床夹具六、机床夹具 机床夹具的组成 包括定位件、夹紧件、对刀装置、夹具体等部分。（演示动画）定定 位位 件件：用于确定被加工件与刀具的正确位置；用于确定被加工件与刀具的正确位置；
20、夹夹 紧紧 件件：用于消除被加工件因受切削力或自身重力而产生用于消除被加工件因受切削力或自身重力而产生 移动或振动从而保证工件不离开定位件所确定的移动或振动从而保证工件不离开定位件所确定的 正确位置；正确位置；对刀装置：对刀装置：由对刀块和塞规组成，用以迅速得到机床工作台由对刀块和塞规组成，用以迅速得到机床工作台 及夹具相对于刀具的正确位置；及夹具相对于刀具的正确位置；夹夹 具具 体体：用于将夹具的各个组成部分联合成为一个统一结用于将夹具的各个组成部分联合成为一个统一结 构的整体，使定位件、夹紧件等部分整个紧固在构的整体，使定位件、夹紧件等部分整个紧固在 机床上；机床上；返回返回夹具的作用夹具
21、的作用（1）可以缩短辅助时间，提高劳动生产力；（2）易于保证加工精度的稳定；（3）可扩大机床的使用范围；（4）可以减轻劳动强度，保证生产安全。七、分度方法七、分度方法 在进行齿轮加工时，由于齿轮每个齿一般是均匀分布在圆周上的，所以往往需要对圆进行若干等分。常见的分度方法是利用分度头进行分度。分度头安装在铣床工作台上，被加工工件支撑在分度头主轴顶尖与尾座顶尖之间或夹持在卡盘上。在用成形法铣削一个齿轮零件时，根据该齿轮零件的齿数Z及分度头分度手柄与分度头主轴的传动比 i 计算其分度手柄应转动的周数n。计算公式为：inZ例如：用成形法铣削一个例如：用成形法铣削一个17齿的齿轮，采用齿的齿轮，采用FW
22、125型分度头进行简单型分度头进行简单 分度，每铣完一个齿槽后如何进行分度？（参考表分度，每铣完一个齿槽后如何进行分度？（参考表1-6）n=40/Z=40/17（4分）分）=2+6/17（1分）分）=2+12/34 即分度手柄应转过即分度手柄应转过2整圈，再在整圈，再在34孔圈（第五圈）上转过孔圈（第五圈）上转过12个个 孔距。孔距。第四节第四节 齿轮加工基础知识齿轮加工基础知识一、齿轮刀具类型一、齿轮刀具类型 齿轮刀具是用于切削齿轮齿形的刀具，此类刀具结构复杂，种类繁多。按其工作原理，可分为成形法刀具和展成法刀具两大类。成形法（仿型法）齿轮刀具成形法（仿型法）齿轮刀具 刀具切削刃的齿廓与被加
23、工齿轮槽刀具切削刃的齿廓与被加工齿轮槽廓形相同或相似。常用有盘形齿轮铣刀、指形齿轮铣刀等。廓形相同或相似。常用有盘形齿轮铣刀、指形齿轮铣刀等。盘形齿轮铣刀 指状齿轮铣刀单击图片播放 展成法（范成法）齿轮刀具展成法（范成法）齿轮刀具 这类刀具是利用齿轮的啮合原理加这类刀具是利用齿轮的啮合原理加工齿轮。工件齿形由刀具切削刃在展成过程中逐渐切削包络而成。常工齿轮。工件齿形由刀具切削刃在展成过程中逐渐切削包络而成。常用的展成法齿轮刀具有插齿刀、齿轮滚刀、剃齿刀等。用的展成法齿轮刀具有插齿刀、齿轮滚刀、剃齿刀等。（1）插齿刀）插齿刀 可加工直齿轮、斜齿轮、内齿轮、塔形齿轮、人字齿轮和齿条等。单击图片播放
24、插齿刀及其加工过程插齿刀及其加工过程（现场加工录象）（现场加工录象）返回返回 (2)齿轮滚刀齿轮滚刀 是加工直齿和螺旋圆柱齿轮常用的一种刀具。同一把齿轮滚刀可以加工模数、压力角相同而齿数不同的齿轮。齿轮滚刀是利用螺旋齿轮啮合原理加工齿轮的。（a)齿轮滚刀 （b）滚直齿 （c）滚斜齿 单击图片播放 齿轮滚刀及其加工过程齿轮滚刀及其加工过程（现场加工录象）（现场加工录象）返回返回 砂轮砂轮 磨削是目前半精加工和精加工和精加工的主要加工方法之一，磨削是目前半精加工和精加工和精加工的主要加工方法之一，砂轮则是磨削加工中重要刀具。常用的砂轮有平行砂轮、筒形砂轮、双砂轮则是磨削加工中重要刀具。常用的砂轮有
25、平行砂轮、筒形砂轮、双斜边砂轮、杯形砂轮、碗形砂轮、碟形砂轮等。斜边砂轮、杯形砂轮、碗形砂轮、碟形砂轮等。砂轮的安装砂轮的安装 砂轮安装之前，要仔细检查是否存在裂纹；将砂轮吊起用木锤轻敲听其声音，声音清脆和有回音的，是没有裂纹的砂轮。声音嘶哑的和有裂纹受潮的砂轮是严禁使用的。砂轮的存放砂轮的存放 存放砂轮一定要防止砂轮受潮、受磨蚀、受压。砂轮受腐蚀后，会使结合剂粘结牢度降低；受潮后，特别是局部受潮后，砂轮很难平衡；受压后，砂轮会变形。二、齿轮加工机床简介二、齿轮加工机床简介1.齿轮加工机床的类型齿轮加工机床的类型 按照被加工齿轮种类的不同，齿轮加工机床可分为圆柱齿轮加工机床和锥齿轮加工机床两大
26、类。圆柱齿轮加工机床主要有滚齿机、插齿机、车齿机等；锥齿轮加工机床有加工直齿锥齿轮的刨齿机、铣齿机、拉齿机和加工弧齿锥齿轮的铣齿机。2.齿轮加工机床的工作原理齿轮加工机床的工作原理 （1）成形法）成形法 成形法利用与被加工齿轮齿槽截形相一致的成形法利用与被加工齿轮齿槽截形相一致的刀具齿形，在齿坯上加工齿面。刀具齿形，在齿坯上加工齿面。（2）范成法）范成法 用范成法加工齿轮时，刀具与工件模拟一对用范成法加工齿轮时，刀具与工件模拟一对齿轮作啮合运动，在运动过程中，刀具齿形的运动轨迹逐步包齿轮作啮合运动，在运动过程中，刀具齿形的运动轨迹逐步包络出工件的齿形。络出工件的齿形。（滚齿机工作运动示意图）（
27、滚齿机工作运动示意图）返回返回三、齿轮加工工艺的基础知识三、齿轮加工工艺的基础知识1.齿轮常用材料及其力学性能齿轮常用材料及其力学性能齿轮材料的选取应满足下列基本条件：齿轮材料的选取应满足下列基本条件：1）齿轮的工作条件）齿轮的工作条件2）齿轮的机构形状、生产数量、制造成本和材料货源）齿轮的机构形状、生产数量、制造成本和材料货源3）轮齿表面层要有足够的硬度和耐磨性）轮齿表面层要有足够的硬度和耐磨性4）对于承受交变载荷和冲击载荷的轮齿，基体要有足够的抗弯强）对于承受交变载荷和冲击载荷的轮齿，基体要有足够的抗弯强 度与韧性。度与韧性。5）要有良好的工艺性，即要易于切削加工和热处理性能好。）要有良好
28、的工艺性，即要易于切削加工和热处理性能好。齿轮加工常使用的材料有：优质碳素钢、合金钢、铸钢、塑料、夹布胶木。2.常用齿轮加工方法常用齿轮加工方法齿齿轮轮加加工工方方法法无切削加工无切削加工切削加工切削加工热扎热扎冷挤冷挤模锻模锻精密铸造精密铸造粉末冶金粉末冶金成形铣刀成形铣刀拉齿拉齿滚齿滚齿插齿及刨齿插齿及刨齿剃齿剃齿珩齿珩齿磨齿磨齿成形法成形法展成法展成法3.齿轮常用热处理齿轮常用热处理4.齿轮齿形的机械加工余量齿轮齿形的机械加工余量 加工余量的选取应考虑工件的结构形状、生产数量、车间设备条件及技术等级等各项因素。按照相关标准酌情修正后选取。5、齿轮的典型加工工艺过程、齿轮的典型加工工艺过程 齿轮加工的整个工艺路线是根据齿轮材质和热处理要求、齿轮结构形状和尺寸大小、精度要求、生产规模和车间设备条件设定。可归纳为：毛坯制造齿坯热处理齿坯加工齿形加工齿部热处理齿轮主要表面精加工齿形精整加工先我公司在齿形加工中主要采用的加工方案为：（1）滚齿（或插齿）剃齿热处理珩齿（2）滚齿热处理磨齿训练题训练题 课本P31第一章到此结束，谢谢
