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1.3直齿圆柱齿轮材料及其参数合理选取

在加工之前，为了保证齿轮的可靠性，提高其使用寿命，齿轮的材料及其热处理应根据实际的工作条件和材料的特点来选取。对直齿圆柱齿轮材料的基本要求是;应使齿面有足够的硬度和耐磨性，齿心具有足够的韧性，以防止齿的各种失效，同时应具有良好的冷、热加工的工艺性，以达到齿轮的各种技术要求。

1.3.1满足材料的机械性能

加工过程中，如果齿根部受到大弯曲应力，可能产生齿面或齿体强度失效；如果齿面各点都有相对滑动，会产生磨损。

齿轮主要的失效形式有齿面磨损、齿面胶合、齿面塑性变形和轮齿折断等。

因此我们要求齿轮材料有高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，齿面要有足够的硬度和耐磨性，心部要有一定的强度和韧性。

1.3.2满足材料的工艺性能

材料的工艺性能是指材料本身能够适应各种加工工艺要求的能力。

齿轮的制造要经过锻造、切削加工和热处理等几种加工，因此选择材料时要特别注意材料的工艺性能。一般来说，碳钢的锻造、切削加工等工艺性能较好，其机械性能可以满足一般工作条件的要求，但强度不高，淬透性较差。而合金钢淬透性好、强度高，但锻造、切削加工性能较差。因此可以通过改变工艺规程、热处理方法等途径来改善材料的工艺性能。

1.3.3材料的经济性要求

在满足使用性能的前提下，选用齿轮材料还应注意尽量降低零件的总成本。从材料本身价格来考虑，碳钢和铸铁的价格比较低廉，因此在满足零件机械性能的前提下选用碳钢和铸铁，不仅具有较好的加工工艺性能，而且可以降低成本。

1.3.4齿轮的材料及热处理

对于齿轮材料基本要求如下：齿面要硬，齿芯要韧；易于加工及热处理；软齿面齿轮齿面配对硬度差为30—50HBS

常用的齿轮材料及其热处理方法有:

(1)中碳钢（如45钢）进行调质或表面淬火，综合力学性能较好，用于低速轻载或中载的一些不重要的齿轮。

(2)合金调质钢(如4Cr)进行调质或表面淬火，综合性能更好，其热处理变形小，适用于中速、中载及精度较高的齿轮。

(3)合金渗碳钢进行渗碳淬火或液体碳氮共渗，齿面硬度可达58HRC，且心部有较高韧性，适用于高速、中载和或有冲击载荷的齿轮

(4)铸铁及其他非金属材料。这些材料强度低、易加工，适用于一些轻载齿轮。

a表面淬火常用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr钢等。表面淬火后，齿面硬度一般为40—55HRC。特点是抗疲劳点蚀、抗胶合能力高，耐磨性好;由于齿心部分未淬硬。齿轮仍有足够的韧性，能承受不大的冲击载荷。

b渗碳淬火常用于低碳钢和低碳合金钢。渗碳淬火后齿面硬度可达56—62HRC，而齿轮心部仍保持较高的韧性，齿轮的抗弯强度和齿面接触强度高，耐磨性较好，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。齿轮经渗碳淬火后，齿轮变性较大，应进行磨削加工。

c渗氮是一种表面化学热处理。渗氮后不需要进行其他热处理，齿面硬度可达700—900HV。由于渗氮处理后的齿轮硬度较高，工艺温度低，变形小，故适用于内齿轮和难以磨削的齿轮，常用于铅、铝等合金元素的渗氮钢。

d调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、35SiMn钢等。调质处理后齿面硬度一般为200—280HBS。因硬度不高，齿轮精加工可在热处理后进行。

e正火能消除内应力，细化晶粒，改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可采用中碳钢正火处理，大直径的齿轮可采用铸钢正火处理。

本文中用到的齿轮材料为钢制齿轮，其热处理方法是正火和调质，选用8级精度齿轮，其表面粗糙度Ra?1.6?3.2?m

第二章 直齿圆柱齿轮的加工工艺

2.1夹具及毛坯的选取

2.1.1夹具的选取

齿轮按齿坯形状分为轴类和盘类。加工轴类时一般采用双顶尖孔定位。

盘类齿轮的定位基准与设计基准及与轴连接的装配基准（圆孔和花键孔等）相一致。盘类齿轮的端面作为辅助辅助定位基准。因此在齿坯加工时，端面对内孔的圆跳动不得大于0.04mm。

滚齿夹具一般采用组合结构，即由夹具底座和心轴组成，同一规格的夹具，底座能安装不同规格的心轴，具有成本低调整方便的优点。底座根据工件的大小可分为2—3种，按工件的分度圆选用。两端棉对中心线的端面跳动不能大于0.005mm。为保持夹具精度及使用寿命，心轴必须经过淬应处理和磨削。各压圈、垫片的两端要平行平行度不大于0.005mm.为使工件夹紧时受力均匀，压紧用的垫圈采用球面垫圈。

剃齿夹具一般采用心轴形式。因剃赤余量小，故切削力也小。压套与工件接触的端面要求平整，端面跳动不大于0.005mm。端面及内孔表面粗糙度不大于Ra0.4um。心轴的工作尺寸选取与滚齿夹具相同，径向跳动不大于0.005mm。端面及外圆表面的粗糙度不大于Ra0.4um。压轴与心轴都要经过淬硬处理，中心孔需要研磨，表面粗糙度不大于Ra0.2um。 插齿工作尺寸小于40mm时，心轴采用整体结构，大于40mm时采用镶套结构。心轴工作尺寸的选取与滚齿夹具相同。外径及锥面径向跳动不大于0.005mm., 表面的粗糙度不大于Ra0.4um。心轴必须经过淬硬处理和磨削，螺纹部位不淬硬。

2.1.2毛坯的选择

由于齿轮毛坯的选择取决于齿轮材料、结构形式与尺寸、使用条件及生产批量等因素。常用的齿轮毛坯有：

(1)下料件用于一些不重要，受力不大且尺寸较小，结构简单的齿轮。 (2)锻件用于重要而受力较大的齿轮。

(3)铸钢件用于直径大或结构形状复杂，不宜锻造的齿轮。 (4)铸铁件用于受力小，无冲击的开式传动的齿轮。 本文就用的是下料件。

2.2齿轮加工方法

齿轮加工的关键是齿面加工。目前，齿面加工的主要方法是刀具切削加工和砂轮磨削加工。按照加工原理，可分为成行法和展成法。

2.2.1成行法

成形法是采用与被切齿轮齿槽相符的成型刀具加工齿形的方法。用齿轮铣刀在铣床上加工齿轮是常用的成形法加工。

(1)铣刀应选择与被加工齿轮模数压力角相等的铣刀。

(2)我们在铣削的过程中，在卧式铣床上应将齿坯套在心轴上安装于分度头和尾架顶尖中，对刀并调好铣削深度后开始铣第一个槽，铣完齿退出进行分度，依次逐个完成齿数的铣削。

(3)铣齿加工特点：用普通的铣床设备，且成本低；生产效率低；齿轮精度低。

2.2.2展成法

展成法就是利用齿轮刀具与被切齿坯作啮合运动而切出齿形的方法。主要有： (1）插齿加工

插齿加工在插齿机上进行，是相当于一个齿轮刀与齿坯按一对齿轮作啮合运动而把齿形切削成的。一把插齿刀，可加工相同模数而齿数不同的齿，插齿有以下切削运动:

1) 主运动 插齿刀的上下往复运动

2）展成运动 确保插齿刀与齿坯的啮合关系的运动

3）圆周进给运动 插齿刀的转动，其控制着每次插齿刀的切削用量 4) 径向进给量 插齿刀须作径向逐渐切入运动，以便切出全齿深

5）让刀运动 插齿刀回程向上时，为避免与工件摩擦而使插齿刀让开一定距离的运动 插齿适于加工直齿圆柱齿轮及内齿轮加工精度为7—8级，吃面粗糙度为1.6um。

(2)滚齿加工

滚齿是目前应用最广的切齿方法，滚齿加工原理是滚齿刀和齿坯模拟一对螺旋齿轮啮合运动。其精度一般为7—9级滚齿时，产生齿轮的基节偏差较小，而齿形误差通常较大。滚切直齿圆柱齿轮时有以下运动:

1)主运动 滚刀的旋转运动。

2）展成运动 是保证滚齿刀和被切齿轮的转速必须符合所模拟的一对齿轮的啮合运动关系。

3)垂直进给运动 要切出齿轮的全齿宽，滚刀须沿工件轴向作垂直进给运动，滚齿加工适于加工直齿、斜齿圆柱齿轮。齿轮加工精度为8—7级，齿面粗糙度Ra1.6um。 (3)剃齿加工

剃齿是用剃齿刀对齿轮的齿面进行精加工的方法。加工原理：剃齿时刀具与工件作一种自由啮合的展成运动。安装时，剃齿刀与工件轴线倾斜一个剃齿刀螺旋角ａ。剃齿刀的圆周速度可以分解为沿工件齿向的切向速度和沿工件齿面的法向速度，从而带动工件旋转和轴向运动，使刀具在工件表面上剃下一层极薄的切屑。同时，工作台带动工件往复运动，以剃削轮齿的全长。 (4)衍齿加工

衍齿特点：衍齿的加工原理与剃齿相同，主要作用是降低齿面粗糙度，生产率高，一般用于大批量加工8—6级精度的淬火齿轮。 (5)磨齿加工

磨齿是获得高精度齿轮最有效和可靠的方法，既可磨削不淬火的齿轮，又可磨削淬火的齿轮。加工精度可达6—4级, Ra0.4—0.2um。磨削方法分为展成磨削和成形磨削两大类。 磨孔，对于淬硬零件中的孔加工，磨孔是主要的加工方法。内孔为断续圆周表面、阶梯孔及盲孔时，常采用磨孔作为精加工。磨孔的方式有中心内圆磨削、无心内圆磨削。中心内圆磨削是在普通内圆磨削床或万能磨床上进行的。无心内圆磨削是在无心内圆磨床上进行的，被加工工件多为薄壁件，不宜用夹盘夹紧，工件的内外圆同轴度要求较高。由于内圆磨削的工作条件比外圆磨削差，其内圆磨削有以下特点：

1)磨孔用的砂轮直径受到工件孔的限制。约孔直径的0.5-9倍，砂轮直径越小则磨耗越快，因此经常需要修整更换。

2)由于选择直径较小的砂轮，因此磨削速度比外轮低的多，故孔的表面质量较低。 3)砂轮的直径受孔径和长度的限制，又是悬臂安装，故刚性差容易弯曲和变形，产生内圆磨削砂轮的偏移，从而影响加工精度和表面质量。

4)砂轮与孔的接触面积大，单位面积压力小，砂粒不易脱落，砂轮显得硬，工件易发生烧伤，故选用较软的砂轮。

5)切削液不易进入磨削区，排屑较困难，磨屑易积集在磨粒间的空隙中，容易堵塞砂轮，影响砂轮的切削性能。