齿轮的功能结构与加工方法

齿轮的功能和结构

虽然齿轮由于在机器中的作用不同，设计成不同的形状和大小，但总可以分为齿圈和轮体两部分。常见的圆柱齿轮有:盘形齿轮、套筒齿轮、内齿轮、轴齿轮、扇形齿轮和齿条。其中，盘形齿轮应用最为广泛。

圆柱齿轮可以有一个或多个齿圈。普通单齿圈工艺性好；但双联或三联齿轮的小齿圈常受台肩影响，限制了某些加工方法的使用，一般只用插齿机。如果齿轮精度高，需要剃齿或磨齿，通常将多齿圈做成单齿圈的组合结构。

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圆柱齿轮的精度要求

齿轮本身的制造精度对整机的工作性能、承载能力和使用寿命有很大的影响。根据齿轮的使用情况，对齿轮传动提出如下要求:

1.运动精度

要求齿轮能准确传递运动，传动比恒定，即在一转中齿轮的角度误差不超过一定范围。

2.工作稳定性

齿轮传动运动要平稳，冲击、振动和噪音要小。这就要求在限制齿轮转动时，瞬时速比的变化要小，即要限制短周期内的角度误差。

3.接触精度

齿轮传递动力时，为了不致因载荷分布不均匀而产生过大的接触应力，导致齿面过早磨损，要求齿轮工作时齿面接触要均匀，并保证一定的接触面积和所需的接触位置。

4.齿侧间隙

当需要齿轮传动时，非工作齿面之间要留有一定的间隙，以储存润滑油，补偿温度和弹性变形引起的尺寸变化以及加工装配中的一些误差。

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齿轮材料

齿轮应根据工作条件由合适的材料制成。齿轮材料的选择直接影响齿轮的加工性能和使用寿命。

齿轮一般采用中碳钢(如45钢)和中低碳合金钢，如20Cr、40Cr、20CrMnTi。要求高的重要齿轮可用38CrMoAlA氮化钢制造，非传动齿轮也可用铸铁、胶木或尼龙制造。

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齿轮热处理

根据齿轮加工的不同目的，设置两种热处理工艺:

1.毛坯热处理

在齿轮毛坯加工前后安排热处理前正火或调质，主要目的是消除锻造和粗加工产生的残余应力，改善材料的可加工性，提高综合力学性能。

2.齿面热处理

齿形加工后，为了提高齿形的硬度和耐磨性，常进行渗碳淬火、高频感应加热淬火、碳氮共渗、渗氮等热处理工艺。

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齿轮毛坯

齿轮的毛坯形式主要有棒料、锻件和铸件。棒料用于尺寸小、结构简单、强度要求低的齿轮。当齿轮对强度、耐磨性、抗冲击性要求较高时，一般采用锻件，直径大于400 ~ 600 mm的齿轮通常为铸坯。

为了减少加工量，对于大尺寸、低精度的齿轮可以直接铸造轮齿；对于尺寸小、形状复杂的齿轮，可采用精铸、压铸、精锻、粉末冶金、热轧、冷挤压等新技术制造带轮齿的齿轮毛坯，提高劳动生产率，节约原材料。

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齿轮毛坯加工方案的选择

对于轴齿轮和套筒齿轮的齿轮毛坯，加工工艺与普通轴和套筒基本相似。本文主要讨论盘形齿轮齿坯的加工工艺。齿轮毛坯的加工工艺方案主要取决于齿轮的车轮结构和生产类型。

1.加工大量批量生产的齿坯。

加工大量中型齿轮毛坯时，往往采用“钻、拉、多刀车削”的工艺方案。

(1)通过定位毛坯的外圆和端面进行钻孔或铰孔。

(2)拉孔。

(3)在带孔的多刀半自动车床上粗、精加工外圆、端面、开槽、倒角。

这种工艺方案具有高的生产效率，因为它可以通过使用高效的机床形成装配线或自动线。

2.齿轮毛坯加工的批量生产

批量生产齿轮毛坯时，往往采用“一车拉一车”的工艺方案。

(1)用齿坯的外圆或轮定位，精加工外圆、端面和内孔。

(2)端面支撑拉孔(或花键孔)。

(3)用孔定位精车的外圆和端面。

这种方案可以通过卧式车床或转塔车床和拉床来实现。其特点是加工质量稳定，生产效率高。

当齿坯的孔端面有台阶或凹槽时，可以充分利用转塔车床上的多刀具进行多工位加工，齿坯可以在转塔车床上一次加工完成。

齿轮加工工艺分析

1.定位基准的选择

由于齿轮的结构和形状不同，齿轮定位基准的选择往往也不同。带轴齿轮主要采用顶定位，孔径较大时采用锥堵。顶尖的定位精度高，可以统一基准。加工带孔齿轮的齿面时，常采用以下两种定位夹紧方法。

(1)采用面向定位端面的夹紧方式。该方法能使定位基准、设计基准、装配基准和测量基准重合，定位精度高，适合大批量生产。然而，要求夹具的制造精度很高。

(2)外圆与端面定位工件和夹具芯轴的配合间隙较大，用百分表校正外圆确定圆心位置，用端面定位；夹紧从另一个端面施加。这样每个工件都要校正，生产效率低；对齿轮毛坯内外圆同轴度要求高，对夹具精度要求不高，适合单件小批量生产。

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非常重要的地位，因为用于加工和检测齿面的基准必须在这个阶段进行加工；无论如何提高生产率还是保证齿轮加工质量，都必须重视齿轮毛坯的加工。

在齿轮的技术要求中，应注意齿顶圆的尺寸精度要求，因为齿厚检测是以齿顶圆为基准的，齿顶圆的精度太低，必然会使测得的齿厚值不能正确反映侧隙的大小。

因此，在此过程中应注意以下三个问题:

(1)以齿顶圆直径为测量基准时，应严格控制齿顶圆的尺寸精度。

(2)保证定位端面与定位孔或外圆的垂直度。

(3)提高齿轮内孔的制造精度，减少与夹具芯轴的配合间隙。