漸開線圓柱齒輪加工工藝分析

崔佳偉

摘 要：本文以漸開線圓柱形齒輪為研究對象，簡介了齒輪及其圓柱漸開線齒輪當前在機械制造業中的作用，首先介紹了齒輪加工工藝的過程，然后齒輪材料的選擇的時候應當注意的問題，最后詳細了分析了幾種漸開線齒輪加工的方法，如錐形砂輪磨齒，蝶形砂輪磨齒，成型砂輪磨齒等。

關鍵詞：漸開線；圓柱齒輪；加工工藝；方法；注意事項

齒輪目前作為機械系統的一個最基礎也是最重要的零件，尤其是圓柱漸開線齒輪已被應用到各領域各行業中，本文以漸開線圓柱形齒輪為研究對象，深入探討了漸開線圓柱齒輪的加工工藝及其技術方法。

1 齒輪的加工過程分析

齒輪在加工的過程中一般要經過下面幾個階段：1）齒坯進入加工階段。一般齒輪的精度主要取決于齒形的精度和齒距的均勻分布，這恰巧與滾齒使用的定位基準（端面和孔）的精度有著直接的關系，可以說這一階段是為下一個階段加工齒形的精基準準備的，也就是要使齒的端面以及齒的內孔精度到達規定的技術標準，這一階段主要是加工出基準，另外也要做好齒形外的次表面的加工，主要是在第一階段的后期完成；2）齒形的加工。齒輪在這一階段的加工分為需要淬火和不需要淬火，對于不需要的淬火加工的齒輪，這一階段完成之后，就應該加工出來符合圖紙要求的齒輪來，這個階段就是齒輪加工的最后階段，對于需淬火的齒輪，需要在這個階段加工出來滿足齒輪最后精度的齒形精度來，這是確保齒輪精度的關鍵階段；3）熱處理階段。這個階段主要針對的是需要淬火加工的齒輪，這一階段的目的是使齒輪的齒面的硬度達到規定的標準；4）齒形的精加工階段。這一階段主要是修正齒輪經過淬火后導致的齒輪變形，降低齒輪表面的粗糙度并進一步提高齒輪的精度，使達到最終的精度要求。齒輪經過淬火之后齒輪的內孔和端面會有不可忽略的變形，如果直接采用這應的孔和端面是很難達到精度要求的，只有經過修整基準面，才能使齒輪定位準確可靠，余量分布才能均勻，滿足精加工的要求。

2 齒輪材料的選擇

2.1 選擇齒輪材料的基本要求

選擇的齒面應該有足夠的耐磨性以及硬度，齒心應滿足韌性要求，避免齒面上的各種失效，選擇的齒輪材料應滿足良好的熱、冷加工性能的要求。

2.2 齒輪材料的使用性能

齒輪材料的使用性能是指齒輪在正常的工作條件下，齒輪材料應該具備良好的物理、化學及其力學的性能，這也是在選擇齒輪材料時應該首要考慮的。用于工程構件或者機械零件的齒輪材料，它的力學性能應該是最重要的。齒輪在機械工作時起到的作用主要是調節速度及傳遞功率。齒輪工作時，通過齒面接觸來傳遞動力、彎曲應力及接觸應力。在嚙合的齒面上，還存在較大的摩擦力及其沖擊力。這就要求在選擇齒輪材料時應滿足有比較高的接觸疲勞強度及彎曲疲勞強度；齒輪的齒面具有很好的耐磨性以及硬度；齒輪的齒心具有很高的強度及很好的韌性的要求。

2.3 齒輪材料的工藝性能

齒輪加工中最突出的問題就是材料的磨削加工工藝及其熱處理工藝，因此選擇的齒輪要具有很好的切削加工及其熱處理的能力。

3 漸開線齒輪的加工工藝

漸開線齒輪的加工工藝根據不同的標準會有不同的分法：按照齒輪成形的方法可以分成成形法與展成法；按照加工方法的不同會有銑齒、滾齒、梳齒、插齒、磨齒等等。

3.1 錐形砂輪磨齒

錐形砂輪磨齒是以齒輪和齒條嚙合為基本原理的，基本方法是用錐面砂輪磨削漸開線齒輪面。在這個過程當中，砂輪相當于一個假想齒條的齒，磨削中齒條節線與被磨齒輪節圓之間做純滾動。錐形砂輪磨齒分度運動是用分度渦輪、分度盤或者分度交換齒輪往復的運動來實現的，其中往復沖程長度是由磨齒輪的齒寬來確定的。錐形砂輪磨齒法是一種展成磨齒的方法，磨齒工作精度是在5-7級之間。

3.2 碟形砂輪磨齒

碟形砂輪磨齒是使用一對碟形的砂輪進行磨齒而成。碟形砂輪磨齒也是一種展成磨齒方法，利用鋼帶與滾圓盤之間做滾動來完成的。鋼帶平面上的兩個砂輪工作棱邊可以看成是漸開線上的兩個點，當鋼帶和滾圓盤之間發生相對的滾動時，兩個棱邊就同時形成齒輪兩側的漸開線齒形。機床分度運動一般是利用分度盤進行單齒分度完成，也就是說軸向走刀磨完齒輪的第一個齒之后，工件就會分過下一齒，然后走刀就會磨齒輪的下一個齒，直到齒輪上的齒全部磨完。

3.3 蝸桿砂輪磨齒

蝸桿砂輪磨齒的基本原理與滾齒加工的方法類似，是用蝸桿形的砂輪打磨漸開線圓柱形齒輪。其過程就是利用工件和砂輪的嚙合旋轉，使工件連續分度并展成漸開的線齒形，同時工件的軸向加工出齒寬。蝸桿砂輪磨齒在磨削斜齒輪的時候，應由差動的裝置給工件一個附加運動，加工出對應螺旋角的齒輪。

3.4 成形砂輪磨齒

成形砂輪磨齒主要是靠成形的砂輪來磨削漸開線圓柱形齒輪。成形砂輪磨齒是沒有展成運動的，漸開線圓柱形齒輪的精度主要取決于砂輪的定位精度及其修整精度。如果打磨的是直齒輪的時候，砂輪的軸向截面的形狀就是打磨工件端面的齒形；如果打磨的是斜齒輪時砂輪軸向截面形狀是砂輪和工件齒面空間接觸線在砂輪的軸向平面投影。成形的砂輪磨齒通常的情況也是采用單齒分度，同時工件的軸向加工出齒寬，在工件軸向進給時，由差動裝置的附加運動，獲得對應的螺旋角。