齒輪的功能和結(jié)構(gòu)

雖然齒輪由于在機(jī)器中的作用不同，設(shè)計(jì)成不同的形狀和大小，但總可以分為齒圈和輪體兩部分。常見(jiàn)的圓柱齒輪有:盤(pán)形齒輪、套筒齒輪、內(nèi)齒輪、軸齒輪、扇形齒輪和齒條。其中，盤(pán)形齒輪應(yīng)用最為廣泛。

圓柱齒輪可以有一個(gè)或多個(gè)齒圈。普通單齒圈工藝性好；但雙聯(lián)或三聯(lián)齒輪的小齒圈常受臺(tái)肩影響，限制了某些加工方法的使用，一般只用插齒機(jī)。如果齒輪精度高，需要剃齒或磨齒，通常將多齒圈做成單齒圈的組合結(jié)構(gòu)。

02

圓柱齒輪的精度要求

齒輪本身的制造精度對(duì)整機(jī)的工作性能、承載能力和使用壽命有很大的影響。根據(jù)齒輪的使用情況，對(duì)齒輪傳動(dòng)提出如下要求:

1.運(yùn)動(dòng)精度

要求齒輪能準(zhǔn)確傳遞運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)比恒定，即在一轉(zhuǎn)中齒輪的角度誤差不超過(guò)一定范圍。

2.工作穩(wěn)定性

齒輪傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)，沖擊、振動(dòng)和噪音要小。這就要求在限制齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，瞬時(shí)速比的變化要小，即要限制短周期內(nèi)的角度誤差。

3.接觸精度

齒輪傳遞動(dòng)力時(shí)，為了不致因載荷分布不均勻而產(chǎn)生過(guò)大的接觸應(yīng)力，導(dǎo)致齒面過(guò)早磨損，要求齒輪工作時(shí)齒面接觸要均勻，并保證一定的接觸面積和所需的接觸位置。

4.齒側(cè)間隙

當(dāng)需要齒輪傳動(dòng)時(shí)，非工作齒面之間要留有一定的間隙，以?xún)?chǔ)存潤(rùn)滑油，補(bǔ)償溫度和彈性變形引起的尺寸變化以及加工裝配中的一些誤差。

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齒輪材料

齒輪應(yīng)根據(jù)工作條件由合適的材料制成。齒輪材料的選擇直接影響齒輪的加工性能和使用壽命。

齒輪一般采用中碳鋼(如45鋼)和中低碳合金鋼，如20Cr、40Cr、20CrMnTi。要求高的重要齒輪可用38CrMoAlA氮化鋼制造，非傳動(dòng)齒輪也可用鑄鐵、膠木或尼龍制造。

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齒輪熱處理

根據(jù)齒輪加工的不同目的，設(shè)置兩種熱處理工藝:

1.毛坯熱處理

在齒輪毛坯加工前后安排熱處理前正火或調(diào)質(zhì)，主要目的是消除鍛造和粗加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，改善材料的可加工性，提高綜合力學(xué)性能。

2.齒面熱處理

齒形加工后，為了提高齒形的硬度和耐磨性，常進(jìn)行滲碳淬火、高頻感應(yīng)加熱淬火、碳氮共滲、滲氮等熱處理工藝。

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齒輪毛坯

齒輪的毛坯形式主要有棒料、鍛件和鑄件。棒料用于尺寸小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、強(qiáng)度要求低的齒輪。當(dāng)齒輪對(duì)強(qiáng)度、耐磨性、抗沖擊性要求較高時(shí)，一般采用鍛件，直徑大于400 ~ 600 mm的齒輪通常為鑄坯。

為了減少加工量，對(duì)于大尺寸、低精度的齒輪可以直接鑄造輪齒；對(duì)于尺寸小、形狀復(fù)雜的齒輪，可采用精鑄、壓鑄、精鍛、粉末冶金、熱軋、冷擠壓等新技術(shù)制造帶輪齒的齒輪毛坯，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料。

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齒輪毛坯加工方案的選擇

對(duì)于軸齒輪和套筒齒輪的齒輪毛坯，加工工藝與普通軸和套筒基本相似。本文主要討論盤(pán)形齒輪齒坯的加工工藝。齒輪毛坯的加工工藝方案主要取決于齒輪的車(chē)輪結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)類(lèi)型。

1.加工大量批量生產(chǎn)的齒坯。

加工大量中型齒輪毛坯時(shí)，往往采用“鉆、拉、多刀車(chē)削”的工藝方案。

(1)通過(guò)定位毛坯的外圓和端面進(jìn)行鉆孔或鉸孔。

(2)拉孔。

(3)在帶孔的多刀半自動(dòng)車(chē)床上粗、精加工外圓、端面、開(kāi)槽、倒角。

這種工藝方案具有高的生產(chǎn)效率，因?yàn)樗梢酝ㄟ^(guò)使用高效的機(jī)床形成裝配線(xiàn)或自動(dòng)線(xiàn)。

2.齒輪毛坯加工的批量生產(chǎn)

批量生產(chǎn)齒輪毛坯時(shí)，往往采用“一車(chē)?yán)卉?chē)”的工藝方案。

(1)用齒坯的外圓或輪定位，精加工外圓、端面和內(nèi)孔。

(2)端面支撐拉孔(或花鍵孔)。

(3)用孔定位精車(chē)的外圓和端面。

這種方案可以通過(guò)臥式車(chē)床或轉(zhuǎn)塔車(chē)床和拉床來(lái)實(shí)現(xiàn)。其特點(diǎn)是加工質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高。

當(dāng)齒坯的孔端面有臺(tái)階或凹槽時(shí)，可以充分利用轉(zhuǎn)塔車(chē)床上的多刀具進(jìn)行多工位加工，齒坯可以在轉(zhuǎn)塔車(chē)床上一次加工完成。

齒輪加工工藝分析

1.定位基準(zhǔn)的選擇

由于齒輪的結(jié)構(gòu)和形狀不同，齒輪定位基準(zhǔn)的選擇往往也不同。帶軸齒輪主要采用頂定位，孔徑較大時(shí)采用錐堵。頂尖的定位精度高，可以統(tǒng)一基準(zhǔn)。加工帶孔齒輪的齒面時(shí)，常采用以下兩種定位夾緊方法。

(1)采用面向定位端面的夾緊方式。該方法能使定位基準(zhǔn)、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)和測(cè)量基準(zhǔn)重合，定位精度高，適合大批量生產(chǎn)。然而，要求夾具的制造精度很高。

(2)外圓與端面定位工件和夾具芯軸的配合間隙較大，用百分表校正外圓確定圓心位置，用端面定位；夾緊從另一個(gè)端面施加。這樣每個(gè)工件都要校正，生產(chǎn)效率低；對(duì)齒輪毛坯內(nèi)外圓同軸度要求高，對(duì)夾具精度要求不高，適合單件小批量生產(chǎn)。

2.齒輪毛坯的加工

齒面加工前的齒輪毛坯加工在整個(gè)齒輪加工過(guò)程中占有非常重要的地位，因?yàn)橛糜诩庸ず蜋z測(cè)齒面的基準(zhǔn)必須在這個(gè)階段進(jìn)行加工；無(wú)論如何提高生產(chǎn)率還是保證齒輪加工質(zhì)量，都必須重視齒輪毛坯的加工。

在齒輪的技術(shù)要求中，應(yīng)注意齒頂圓的尺寸精度要求，因?yàn)辇X厚檢測(cè)是以齒頂圓為基準(zhǔn)的，齒頂圓的精度太低，必然會(huì)使測(cè)得的齒厚值不能正確反映側(cè)隙的大小。

因此，在此過(guò)程中應(yīng)注意以下三個(gè)問(wèn)題:

(1)以齒頂圓直徑為測(cè)量基準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制齒頂圓的尺寸精度。

(2)保證定位端面與定位孔或外圓的垂直度。

(3)提高齒輪內(nèi)孔的制造精度，減少與夾具芯軸的配合間隙。