齿轮减速器的拆装与测绘实训设计_减速器测绘实训说明书

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齿轮减速器的拆装与测绘实训设计

由于原动机转速较高，为了满足工作机转速的需要，往往在工作机与原动机之间设置专门的降速变换装置，这种降速变换装置称为减速器。减速器是一种封闭在刚性壳体内的独立传动装置，其功用是降低原动机转速，增大转矩，实现定传动比传动。

减速器主要由传动件、轴、轴承和箱体四部分组成。其中传动件有的采用齿轮，有的采用蜗杆蜗轮，有的两者都用。大多数减速器的箱体采用中等强度的铸铁铸造而成，重型减速器则采用高强度铸铁和铸钢，单件少量生产时也可用钢板焊接而成。减速器的结构、装拆方法及其主要零件的加工工艺性，在机械产品中具有典型的代表性，作为机械类学生有必要熟知减速器的结构与设计。

减速器结构紧凑，效率较高，传递运动准确可靠，使用维护方便，可以成批生产，因此应用非常广泛，常用减速器我国已标准化、系列化，由专门厂家生产，其技术参数可查阅有关手册。

减速器种类繁多，但其基本结构有很多相似之处。其分类方法一般有以下几种： 按传动件类型可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、蜗杆减速器、行星齿轮减速器、摆线针轮减速器和谐波齿轮减速器。按传动比级数可分为单级减速器和多级减速器。其中两级减速器按齿轮在箱体内的布置方式不同又分为展开式、分流式、同轴线式和中心驱动式。按轴在空间的相对位置可分为卧式减速器和立式减速器。

常用装拆实验用减速器系列主要有以下几种，如图8—0所示。

单级圆柱齿轮减速器 单级圆锥齿轮减速器 圆锥—圆柱齿轮减速器 3 展开式两级圆柱齿轮减速器 同轴式两级圆柱齿轮减速器 分流式两级圆柱齿轮减速器 4 蜗杆蜗轮减速器 5 学习任务 圆柱齿轮减速器的拆装与测绘 学习目标 完成本学习任务后，你应当能： 1.对照总装配图，分析出减速器的功能、组成、各主要 零件部件的功用； 2．会拆装减速器上的零件部件，根据工况的不同，正确 选用轴上的滚动轴承； 3．测量出齿轮等构造件的形状

和尺寸； 4．会选择和使用工具测出各种零件的尺寸； 5.能进行轴的简单结构设计。建议完成本学习任务的时间为20 学时 ★内容结构 ★ 学习任务描述 识读减速器装配图，对圆柱齿轮减速器进行规范的拆卸和装配，熟悉减速器的基本结构，了解各组成零件的结构及功用，能进行轴的结构设计和滚动轴承的选用，测量出齿轮的主要参数，注意拆装过程中的工作安全和现场管理规定。减速器是一种装在原动机与工作机之间用以降低转速，增加扭矩的装置，在生产中使用十分广泛。圆柱齿轮减速器的拆装与测绘”项目是以一个具体的机器为教学载体，学生在完成单元任务训练的过程中，逐渐展开对机械的专业齿轮的测量 与检验 测量工具 轴的结构 设计 齿轮传动的啮合原理、参数 滚动轴承的类型和选用 方法 齿轮减速器 的基本结构 接的拆装 齿轮减速器的拆装与测绘 装 6 知识、技能的理解和应用。★ 拆装和测绘要求 1.减速器的拆装步骤(1).看懂装配图，了解装配关系、技术要求和配合性质。(2).看外形，记位置。(3).拆卸螺栓、螺钉、定位销、打开上盖。(4).转动传动轴观看齿轮的啮合传动。(5).看记轴结构，分拆小件，并标记拆卸次序: 2.减速器的测绘步骤(1)目测出轴承、齿轮等构造件的形状、各部分相对位置并徒手记录下来。(2)使用合适的测量工具测量出各种零件的尺寸。(3)用其它工具书快速查出所测零件的代号并在代号上标注含义。(4)核对草图，用简化、特征、规定画法画出轴承等标准件和通用件。(5)检查完成各种零件尺寸的标注。(6)完成减速箱零件的测量及草图的绘制。★ 过程质量评定 圆柱齿轮减速器的拆装与测绘训练记录与成绩评定（见表8—1）表8—1 成绩评定表 总得分________________ 序号 项目和技术要求 实训记录 权重 得分 1 拆装和测量工具的使用；工具与零部件分区，整齐有序 10 2 目测出轴承、齿轮等构造件的形状、各部分相对位置并徒手记录下来 10 3 拆卸顺序正确、规范；对零件的装配关系和装拆顺序加以记录与标记 5 4 叙述轴的结构设计 10 5 会用多种方法与手段查阅关于轴承代号的相关资料 15 6 齿轮的测绘和检验 15 7 圆柱齿轮减速器正确装配、传动件间隙调整合理、运转灵活 10 8 核对草图、完成尺寸标注 20 9 团队合作情况 5 合 计 得 分 ★ 学习准备 8.1.1 圆柱齿轮减速器的结构图 7 如图8—1 所示，圆柱齿轮减速器的主要结构有箱体结构、轴系零件和减速器附件等 图8—1 圆柱齿轮减速器的结构图 8.1.1 箱体结构 减速器的箱体用来支承和固定轴系零件，应保证传动件轴线相互位置的正确性。同时为了便于轴系零件的安装和拆卸，箱体通常制成削分式。剖分面一般取在轴线所在的水平面内（即水平剖分），分为箱盖和箱座两个零件，箱体通常用灰铸铁（HTl50 或HT200）铸成。8.1.2 轴系零件 通常将动力输入轴与小齿轮制成一体。大齿轮与轴分开制造，用普通平键作周向固定。轴上零件用轴肩、轴套、封油环与轴承端盖作轴向固定。两轴均采用角接触轴承作支承，承受径向载荷和轴向载荷的联合作用。轴承端盖与箱体座孔外端面之间垫有调整垫片组，以调整轴承游隙，保证轴承正常工作。该减速器中的齿轮传动采用甩油环飞溅润滑。8.1.3 减速器附件 1.定位销 8 在精加工轴承座孔前，在箱盖和箱座的联接凸缘上配装定位销，以保证箱盖和箱座的装配精度，同时也保证了轴承座孔的精度。两定位圆锥销应设在箱体纵向两侧联接凸缘上，且不宜对称布置，以加强定位效果。2.视孔盖 为了检查传动零件的啮合情况，并向箱体内加注润滑油，在箱盖的适当位置设置一视孔盖，视孔盖多为长方形，用螺钉固定在箱盖上，盖板下垫有有纸质密封垫片,以防漏油。3.透气螺塞 透气螺塞用来沟通箱体内、外的气流，箱体内的气压不会因减速器运转时的油温升高而增大，从而提高了箱体分箱面、轴伸端缝隙处的密封性能，透气螺塞多装在箱盖顶部或观察孔盖上，以便箱内的膨胀气体自由溢出。4.油标 为了检查箱体内的油面高度，及时补充润滑油，在油箱便于观察和油面稳定的部位，装设油标尺。5.放油螺塞 换油时，为了排放污油和清洗剂，在箱体底部、油池最低位置开设放油孔，平时放油孔用油螺塞旋紧。6.起盖螺钉 装配减速器时，常常在箱盖和箱座的结合面处涂上水玻璃或密封胶，以增强密封效果，但却给开启箱盖带来困难。为此，在箱盖侧边的凸缘上开设螺纹孔，并拧人起盖螺钉。开启箱盖时，拧动起盖螺钉，迫使箱盖与箱座分离。7.起

吊装置 为了便于搬运，需在箱体上设置起吊装置。有的减速器在箱盖上铸有吊耳孔，有的减速器在箱盖上铸有吊座，安装上吊环螺钉，用于起吊减速器。一级圆柱齿轮减速器装配见图8-2 所示，齿轮的零件图如图8—3 所示。9 图8—2 圆柱齿轮 10 减速器（凸缘式轴承盖）11 图8—3 12 齿 轮 传 动 平面齿 轮 传 动 齿轮齿条传动 空 间 齿 轮 传 动 相交轴 齿 轮 传 动 交错轴 齿 轮 传 动 曲线齿圆锥齿轮传动 蜗轮蜗杆传动 8.2 齿轮传动的类型及特点 齿轮传动是现代机械中应用最广的一种机械传动形式。通过轮齿的啮合将主动轴的运动和转矩传递给从动轴，使其获得预期的转速和转矩。在工程机械、矿山机械、冶金机械、各种机床、汽车运输及仪器、仪表工业中被广泛地用来传递运动和动力。8.2.1 齿轮传动的类型（图8—4）直齿圆柱齿轮传动 斜齿圆柱齿轮传动 人字齿传动 内啮合齿轮传动 直齿圆锥齿轮传动 斜齿圆锥齿轮传动 交错轴斜齿轮传动 准双曲面齿轮传动 图8—4 齿轮传动的类型 8.2.2 齿轮传动的特点 13 1.齿轮传动的优点：（1）能保证瞬时传动比的恒定，传动平稳性好，传递运动准确可靠。（2）传递的功率和速度范围大。（3）传动效率高，一般传动效率为0.94～0.99。（4）结构紧凑，工作可靠，寿命长。2.齿轮传动的缺点:（1）制造和安装精度要求高，工作时有噪声。（2）齿轮的齿数为整数，能获得的传动比受到一定的限制，不能实现无级变速。（3）中心距过大时将导致齿轮传动机构结构庞大、笨重，因此，不适宜中心距较大的场合。8.3 渐开线的形成和基本性质 8.3.1 渐开线的形成（图8—5）图8—5 渐开线的形成 如图8-5(a)所示，设半径为rb 的圆上有一直线L 与其相切，当直线L 沿圆周作纯滚动时，直线上任一点K 的轨迹称为该圆的渐开线。该圆称为基圆，rb 称为基圆半径，直线 L 称为发生线。齿轮的齿廓就是由两段对称渐开线组成的(见图 8-19(b))。8.3.2 1.发生线上沿基圆滚过的长度等于基圆上被滚过的弧长，即。2.渐开线上任意点的法线与基圆相切。切点N 是渐开线上K 点的曲率中心，线段NK 是渐开线上K 点的曲率半径。作用于渐开线上K 点的正压力FN 方向(法线方向)与点K 的速度Vk 方向所夹的锐角α k 称为渐开线在K 点的压力角，由图8-5 可知（8—1）因基圆半径rb 为定值，所以渐开线齿廓上各点的压力角不相等，离中心愈远(即 rk 愈大)，压力角愈大，基圆上的压力角α b=0 4.渐开线的弯曲程度取决于基圆的大小，基圆越大，渐开线越平直，当基圆半径趋于无穷大时，渐开线变成直线。齿条的齿廓就是这种直线齿廓。5.基圆内无渐开线。8.4 渐开线标准直齿圆柱齿轮的参数及几何尺寸 8.4.1 渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分的名称及主要参数（图8—6）图8—6 圆柱齿轮各部分的名称及符号（a 外齿轮 b 内齿轮 c 齿条）1．齿数——在齿轮整个圆周上轮齿的总数称为该齿轮的齿数，用z 表示。2．齿顶圆——过齿轮所有轮齿顶端的圆称为齿顶圆，用r a 和d a 分别表示其半径和直径。3．齿槽宽——在任意半径（图8—6）上，两侧齿槽间的弧长称为该圆周上的齿槽宽，以e k 表示。4．齿厚——在任意半径的圆（图8—6）上所量得的同一轮齿两侧齿廓之间的弧长称为该圆周上的齿厚，以s k 表示。5．齿根圆——过齿轮所有齿槽底的圆称为齿根圆，用r f 和d f 分别表示其半径和直径。k r k r 15（8—4）6．齿距——沿任意圆周上所量得相邻两齿同侧齿廓之间的弧长称为该圆周上的齿距，以p k 表示。由图8-6 可知，在同一圆周上的齿距等于齿厚与齿槽宽之和。即：p k =s k +e k 7．模数和分度圆（1）模数—— 由 导出（8—2）上式中的π 是无理数，给齿轮的计量和制造带来麻烦，为了便于确定齿轮的几何尺寸，人们有意识地把p k 与π 的比值制定为一个简单的有理数列，并把这（8—3）个比值称为模数，以m 表示。即 常用的标准模数见表8—2。表8—2 标准模数系列（GB/T1357—1987）单位：mm 注：

1、选取时优先采用第一系列，括号内的模数尽可能不用。

2、对斜齿轮，该表所表示为法面模数。

3、模数是齿轮一个极其重要的参数，只有模数和压力角相同的同类齿轮才能啮合。同样齿数的齿轮，模数越大，齿轮的尺寸越大，轮齿也越大（图8—7）。图8—7 相同齿数不同模数齿轮的比较（2）分度圆——直径d 所对应的圆称为分度圆，d—分度圆直径、r—

分度圆半径。分度圆上的齿厚、齿槽宽、齿距和压力角分别用 s、e、p 和α（我国规定α =20°）表示。

．齿顶高、齿根高和全齿高 如图8—6 所示，轮齿被分度圆分为两部分，轮齿在分度圆和齿顶圆之间的部分称为齿顶，其径向高度称为齿顶高，以 h a 表示。介于分度圆和齿根圆之间的部分称为齿根，其径向高度称为齿根高，以 h f 表示，轮齿在齿顶圆和齿根圆之间的径向高度称为全齿高，以h 表示。标准齿轮的尺寸与模数m 成正比。如： 齿顶高— 齿根高— 全齿高— 式中h * a 称为齿顶高系数，c*称为顶隙系数。表8—3 圆柱齿轮标准齿顶高系数及顶隙系数 系 数 正 常 齿 短 齿 h * a 1 0.8 c* 0.25 0.3 顶隙 c=c*m 是指一对齿轮啮合时，一个齿轮的齿顶圆到另一个齿轮的齿根圆之间的径向距离。在齿轮传动中，为避免齿轮的齿顶端与另一齿轮的齿槽底相抵触，留有顶隙以利于贮存润滑油以便于润滑，补偿在制造和安装中造成的齿轮中心距的误差以及齿轮变形等。9．齿轮宽度——沿齿轮轴线的长度称为齿宽, 用b 表示。8.4.2 标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算 标准齿轮是指分度圆上的齿厚 s 等于齿槽宽 e, 且 m、α、h * a、c*为标准值的齿轮。齿数、模数和压力角为渐开线标准直齿圆柱齿轮的三个主要参数, 齿轮的几何尺寸和齿形都与这些参数有关(参见表8—4)。表8—4 标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算的计算公式

渐开线直齿圆柱齿轮公法线长度和分度圆弦齿厚 在齿轮检验与加工过程中，需要测量公法线长度或分度圆弦齿厚 1.公法线长度 如图 8-8 所示，用卡尺的两脚跨过齿轮的 k 个齿，两卡脚分别与两条反向的渐开线相切，两切点 A、B 的连线AB 就是这两条渐开线在切点处的公法线。由渐开线的性质可知，该公法线必与基圆相切，其长度 AB 则称为公法线长度，用 W k 表示。运用基圆齿距和基圆齿厚的概念可得：（8—5）而 式中：p b 为基圆齿距、s b 为基圆上的齿厚、K 为跨齿数、m 为模数、α 为压力角、z 为齿数。当α =20°时 为使卡尺的卡脚切于渐开线齿轮的分度圆附近, 以保证测量准确, 可推导出跨齿数的计算公式为（8—6）图8—8 齿轮的公法线长度 图8—9 齿轮的分度圆弦齿厚 2.分度圆弦齿厚和齿高 如图 8—23 所示，测量公法线长度，对于斜齿圆柱齿轮将受到齿宽条件的限制；对于大模数齿轮，测量也有困难；此外，还不能用于检测锥齿轮和蜗轮。在这种情况下，通常改测齿轮的分度圆弦齿厚。分度圆上齿厚对应的弦长AB 称分度圆弦齿厚，用h 表示(图8—9)为了确定测量位置，把齿顶到分度圆弦齿厚的径向距离称为分度圆弦齿高，用h 表示。标准齿轮分度圆弦齿厚和弦齿高的计算公式分别为（8—7）（8—8）例题：有一对外啮合标准直齿圆柱齿轮传动，已知模数m=2.5，中心距a=90 mm，传动比i=2.6，正常齿。试计算这对齿轮的d 1、d 2、d a1、d a2、h a、h f、h、W 1、W 2。解：根据 导出 Z 2 =iZ 1 =2.6�0�620=52 * 9 0 s i n 9 0 1 co s 2 a s m z z z h m h z

�0�620)=50 d 2 =mZ 2 =(2.5�0�652)=130 d a1 =(Z 1 +2h * a)m=(20+2�0�61)�0�62.5=55 d a2 =(Z 2 +2h * a)m=(52+2�0�61)�0�62.5=135 ha= h*am=1�0�62.5=2.5 h f =(h*a+c*)m=(1+0.25)�0�62.5=3.125 h=ha+h f =2.5+3.125=5.625 K 1 =0.111�0�6Z 1 +0.5=0.111�0�620+0.5=2.72, 取K 1 =3 W 1 =m[2.9521�0�6(K 1-0.5)+0.014 Z 1 ]=2.5�0�6[2.9521�0�6(3-0.5)+0.014�0�620〕 =19.125 K 2 =0.111�0�6z2+0.5=0.111�0�652+0.5=6.272, 取K 2 =6 W 2 =m[2.9521�0�6(k2-0.5)+0.014Z 2 ]=2.5�0�6[2.9521�0�6(6-0.5)+0.014�0�652 〕 =42.411 8.5 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动 8.5.1 齿廓啮合基本定律 如图8-10 所示，设两渐开线齿廓某一瞬时在 K 点接触，主动轮1 以角速度ω 1 顺时针转动并推动从动轮2 以

角速度ω 2 逆时针转动，两轮齿廓上K 点的速度分别为： 和 2 2 2 k。过K 点作两齿廓的公法线nn，与两基圆分别切于 N 1、N 2。由图 7-3 可知，两基圆半径分别为，2 2 2 2 2 c o s b K r O N O。为使两轮连续且平稳地工作，VK1 和 VK2 在公法线 nn 上的速度分量应相等，否则两齿廓将互相压入或分离。因而： 齿轮1 线速度（8—9）齿轮2 线速度（8—10）K 点无相对运动，即 得 从图8—10 中可以看出： 得 于是该瞬时的传动比为 1 1 1 K V O K2 1 1 2 1 b b r

（8—11）通过上式说明： 1.互相啮合传动的一对齿轮在任一瞬时的传动比等于该瞬时两齿轮连心线被其啮合齿廓接触点的公法线分割的两线段长度的反比——齿廓啮合基本定律。2.要使齿轮传动的瞬时传动比i 为恒定值，则 必须保持不变。即：不论齿廓在任何位置接触，过接触点（图中为 K 点）所做的齿廓公法线（图中线段 nn）必须与连心线交于一定点（图中 C 点），该点称为节点。C ——啮合节点 所以有 ——齿轮1 节圆半径 ——齿轮2 节圆半径。图8—10 齿廓啮合示意图 3.一对齿轮传动可视为两轮节圆做纯滚动，其传动比等于两轮节圆的反比。8.5.2 渐开线齿廓的啮合特性 1.中心距可分性： 如图8—11 所示，两轮中心O 1、O 2 的距离称中心距用a′表示，则：（8—12）由于制造、安装和轴承磨损等原因会造成齿轮中心距的微小变化，节圆半径也随之改变。但由式(8-11)可知，因两轮基圆半径不变，所以传动比仍保持不变。这种中心距稍有变化并不改变传动比的性质，称为中心距可分性。这一性质为齿轮的制造和安装等带来方便。中心距可分性是渐开线齿轮传动的一个重要优点。2.渐开线齿廓间正压力方向恒定不变 如图 8-11 所示，一对渐开线齿轮制造、安装完毕，两基圆同一方向只有一条内公切线N 1 N 2，由渐开线性质2 可知，无论两渐开线齿廓在何位置接触，过接触点K 所作的公法线nn 均与两基圆内公切线相重合。若不计齿廓间摩擦力的影响，则齿廓间传递的压力总是沿着公法线N 1 N 2 方向。所以渐开线齿廓间正压力方向恒定不变，它使传动平稳，这是渐开线齿轮传动的又一个优点。

b 1 b 2 p = p 图8—11 渐开线齿廓的啮合 图8—12 渐开线齿轮的正确啮合 由于啮合过程中，两渐开线齿廓的接触点都在公法线N 1 N 2 范围内，故啮合线(啮合点的轨迹)为一条直线，N 1 N 2 称为理论啮合线。过节点P 作两节圆的公切线 tt，它与啮合线N1N2 所夹的锐角α ′称为啮合角，在数值上等于渐开线在节圆上的压力角。8.5.3 渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件 如图 8—25 所示，一对渐开线齿轮转动时，由于两轮齿廓的啮合点必定在啮合线N1N2 上，并且各对轮齿都可能同时啮合。当前一对轮齿在 K 点啮合而后一对轮齿同时在 K′点啮合时，为保证两对齿廓均在啮合线上相接触，则必须使两齿轮的法向齿距相等。即 因，所以： 由于齿轮的模数m 和压力角α 都已标准化，所以： m1=m2=m（8—13）α 1=α 2=α 一对渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是：两齿轮的模数和压力角相等。这样，一对齿轮的传动比为：（8—14）8.5.4 渐开线齿轮连续传动条件及重合度 22 如图8—13 所示，要使齿轮连续传动，必须保证在前一对轮齿啮合点尚未移到B 1 点脱离啮合前，第二对轮齿能及时到达 B 2 点进入啮合。显然两轮连续传动的条件为：B 1 B 2 ≥p b 通常把实际啮合线长度与基圆齿距的比称为重合度，以ε 表示即 所以，为保证一对齿轮能连续传动，必须满足条件 ≥1。ε 越大, 表 明同时参与啮合轮齿的对数多,或同时参与啮合所占的时间比例大, 每对齿的负荷小, 传动平稳性好。因此, ε 是衡量齿轮传动质量的主要指标之一。图8—13 渐开线齿轮连续传动条件 8.5.5 齿轮传动的无侧隙啮合和标准中心距 1．无侧隙啮合的条件 一对啮合传动的齿轮, 一齿轮节圆上 的齿槽宽与另一齿轮节圆上的齿厚之差称 为齿侧间隙(侧隙)。正确安装的齿

轮机构 在理论上应达正确安装的齿轮机构在理论 上应达到无齿侧间隙, 否则啮合过程中会 产生冲击和噪声；反向啮合时, 会出现空 程。如图8—14 所示，实现这种无侧隙啮 合应满足的条件是:一齿轮的节圆齿厚必 须等于另一齿轮的节圆齿槽宽, 即 s 1 ′ =e 2 ′、s 2 ′=e 1 ′。图 8—14 外啮合齿轮传

动 一对正确啮合的渐开线标准齿轮,其模数相等, 两轮分度圆上的齿厚与齿槽宽相等,显然, 当标准齿轮的分度圆与节圆重合时, 即可实现无侧隙啮合。2.中心距 如图 8—14 所示，一对标准齿轮节圆与分度圆相重合的安装称为标准安装。标准安装的中心距称为标准中心距, 以a 表示。齿轮实际安装的中心距用a′表示。如图8—27 所示, 对于外啮合齿轮机构，标准中心距为： 实际上, 考虑工作时轮齿的膨胀以及储存润滑油等情况, 轮齿间应留有微小侧隙, 其大小由制造公差予以控制, 而设计计算齿轮尺寸时仍按无侧隙计算。所以a′≥a。8．6 渐开线齿轮的切制原理与根切现象 8.6.1 渐开线齿轮的切制原理 齿轮轮齿成形的加工方法很多, 如切削法、铸造法、热轧法、冲压法、模锻法等, 切削法最常用。按加工原理, 切削法分为仿形法和范成法两种。1.仿形法 仿形法是利用成形刀具的轴面齿形与渐开线齿槽形状一致的特点, 直接在轮坯上加工出齿形。常用的成形刀具有盘状铣刀(图8—15(a))和指状铣刀(图7 — 15(b))两种。加工时主要有两种运动: 一是切削运动, 即刀具绕本身的轴线回转, 同时轮坯或铣刀沿轮坯的轴线方向进给运动, 以切制出整个齿宽； 二是分度运动, 即切制完一个齿槽后, 将轮坯转过 360°/z 角度, 再切制第二个齿槽, 依次加工出齿轮的全部轮齿。图8—15 仿形法加工齿轮 由于渐开线齿形取决于m、z 和α 等三个基本参数, α =20°为定值, 因此成形铣刀只需要根据齿轮轮坯的m 和z 来选择。为了减少刀具的数量, 规定同一种 24 模数的成形铣刀只有八把, 每一种刀号的铣刀切制一定齿数范围内的齿轮, 如表 8-5 所示。由于同一种刀号的模数铣刀是按照该组齿轮中最少齿数的齿形制成的, 因而在加工规定齿数范围外齿数的齿轮时, 切制出来的齿廓是近似的。因此，仿形法切制齿轮的生产效率低、精度差，但其加工方法简单，不需要齿轮加工专用机床，成本低，所以常在修配或精度要求不高的小批量生产中。表8—4 盘状铣刀的刀号及加工齿数的范围 2.范成法 如图 8—16、17、18 所示，范成法是利用一对齿轮(或齿轮齿条)相互啮合过程中两轮齿廓互为包络线的原理切制轮齿的加工方法。将一个齿轮(或齿条)制成刀具, 当它的节圆(或齿条刀具的节线)与被加工的轮坯的节圆(分度圆)作纯滚动时,刀具的齿廓包络出被加工齿轮的齿廓。范成法加工主要有插齿和滚齿等。图8—16 用插齿刀加工齿轮 25 图8—17 齿条插刀加工齿轮 图8—18 齿轮滚刀加工齿轮 范成法加工齿轮时，只要刀具和被加工齿轮的模数 m 和压力角α 相等，则不管被加工齿轮的齿数是多少，都可以用同一把刀具来加工。这给生产带来很大的方便，故范成法得到了较广泛的应用。8.6.2 渐开线齿轮的根切现象及不根切最少齿数 1.根切现象与产生根切的原因 用范成法加工齿轮时, 若刀具的齿顶线(或齿顶圆)超过理论啮合线极限点 N 时, 如图 8—19 所示，则被加工齿轮的齿根附近的渐开线齿廓被切去一部分, 这种现象称为根切, 如图 8—20 所示。被根切后的轮齿不仅削弱了轮齿的抗弯强度, 影响轮齿的承载能力, 而且使轮齿的啮合过程缩短, 重合度下降, 齿轮传动的平稳性降低，因此应力求避免。图8—19 根切的产生 图8—20 轮齿根切 2.最少齿数 如图8—21 所示为齿条插刀加 工标准外齿轮的情形, 齿条插刀的 分度线与齿轮的分度圆相切。要使 被切轮齿不产生根切, 刀具的齿顶 线不得超过N 点, 即： 而 由此可推出标准齿轮不发生根切 图8—21 避免根切的条件 应满足的条件是 mi n 2 2 s i n a h z

其最少齿数则为 当α =20°, h* a =1 时, z min =17 8.7 齿轮的失效形式与设计准则 8.7.1 齿轮的失效形式 齿轮传动的失效主要是轮齿的失效。常见的轮齿失效形式有以下五种： 1 轮齿的折断： 齿轮在工作时，轮齿像悬臂梁一样承受弯曲，在其齿根部分的弯曲应力最大，而且在齿根的过渡圆角处有应力集中，当交变的齿根弯曲应力超过材料的弯曲疲劳极限应力时，在齿根处受拉一侧就会产生疲劳裂纹，随着裂纹的逐渐扩展，致使轮齿发生疲劳折断。提高轮齿抗折断能力的措施很多，如增大齿根过渡圆角，消除该处的加工刀痕以降低应力集中；增大轴及支承的刚度；在齿根处施加适当的强化措施（如喷丸处理）等。图8—22 轮齿折断（a、b）和齿面疲劳点蚀（c）直齿轮轮齿的折断一般是全齿折断，如图8—22(a)所示，斜齿轮和人字齿齿轮，由于接触线倾斜，一般是局部齿折断，如图8—22(b)所示。2 齿面疲劳点蚀： 齿轮传动工作时，齿面间的接触处将产生变化的接触应力ζ H，在ζ H 反复作用下，轮齿表面出现疲劳裂纹，疲劳裂纹扩展的结果，使齿面金属脱落而形成麻点状凹坑，这种现象称为齿面疲劳点蚀。实践表明，疲劳点蚀首先出现在齿面节线附近的齿根部分，如图8—22(c)所示。发生点蚀后，齿廓形状遭破坏，齿轮在啮合过程中会产生剧裂的振动，噪音增大，以至于齿轮不能正常工作而使传动失效。提高齿面硬度、降低齿面粗糙度、合理选用润滑油粘度等，都能提高齿面的抗点蚀能力。3 齿面磨损： 因齿轮在啮合过程存在相对滑动，当其工作面间混入硬屑粒（如沙粒、铁屑等）时，将引起齿面磨损。如图 8—23 所示。齿面磨损将破坏渐开线齿形，齿侧间隙加大，引起冲击和震动。严重时会因轮齿变薄，抗弯强度降低而折断。齿面磨损 27 是开式传动的主要形式。采用闭式传动，提高齿面硬度，减少齿面粗糙度及采用清洁的润滑油，都可以减轻齿面磨损。图8—23 齿面磨损 图8—24 齿面胶合 图8—25 齿面塑性变形 4 齿面胶合： 在高速重载齿轮传动中，由于齿面间压力大、相对滑动速度大，摩擦发热多，使啮合点处瞬时温度过高，润滑失效，致使相啮合两齿面金属尖峰直接接触并相互粘连在一起，当两齿面相对运动时，粘连的地方即被撕开，在齿面上沿相对滑动方向形成条状伤痕，这种现象称为齿面胶合。如图 8—24 所示。在低速重载齿轮传动中，由于齿面间润滑油膜难以形成，或由于局部偏载使油膜破坏，也可能发生胶合。齿面一旦出现胶合，不但齿面温度升高，而且齿轮的振动和噪声也增大，导致失效。减小模数，降低齿高，降低滑动系数；提高齿面硬度和降低齿面粗糙度；采用齿廓修形，提高传动平稳性；采用抗胶合能力强的齿轮材料和加入极压添加剂的润滑油等，将有利于提高轮齿齿面抗胶合的能力。5 齿面塑性变形 齿面塑性变形常发生的齿面材料较软、低速重载的传动中。是因过载使齿面油膜破坏，摩擦力剧增，使齿面表层的材料沿摩擦力方向流动，在从动轮的齿面节线处产生凸起，而在主动轮的齿面节线处产生凹沟，这种现象称为“齿面塑性变形”，如图 8—25 所示。齿面塑性变形破坏了齿廓形状，影响了齿轮的正确啮合。适当提高齿面硬度和润滑油粘度可以防止或减轻齿面的塑性变形。8.7.2 齿轮的设计准则 目前对于齿面磨损和齿面塑性变形，还没有较成熟的计算方法。对于一般齿轮传动，通常只按齿根弯曲疲劳强度或齿面接触疲劳强度进行计算。对于软齿面(HBS≤350)闭式齿轮传动，由于主要失效形式是齿面点蚀，故应按齿面接触疲劳强度进行设计计算，再校核齿根弯曲疲劳强度。对于硬齿面(HBS＞350)闭式齿轮传动，由于主要失效形式是轮齿折断，故应按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，然后校核齿面接触疲劳强度。开式齿轮传动或铸铁齿轮，仅按齿根弯曲疲劳强度 28 设计计算，考虑磨损的影响可将模数加大10％～20％。8.8 圆柱齿轮的精度简介及齿轮的常用材料 8.8.1 圆柱齿轮的精度 圆柱齿轮的精度已经标准化。我国国家标准GB/T 10095《圆柱齿轮 精度制》包括两部分内容： 第1 部分：轮齿同侧齿面偏差的定义和允许值（GB/T 10095.1—2008）第2 部分：径向综合偏差和径向跳动的定义和允许值（GB/T 10095.2—2008）齿轮的精度等级是通过实测的偏差值与标准确定的数值进行对比后来评定的。一般来说，对于不同的齿轮精度等级要求，齿轮的加工成本是不同的。在保证齿轮传动的工作前提下，应使齿轮加工成本经济合理。选择齿轮的精度等级时，主要考虑齿轮的用途、使用条件、传递功率及圆周速度大小等因素，通常采用类比法确定精度等级（见表8—6）。表8—6 常用精度等级圆柱齿轮的应用范围和加工方法 29 8.8.2 齿轮常用材料及许用应力 1.对齿轮材料的基本要求 为了使齿轮能够正常地工作，轮齿表面应该有较高的硬度，以增

强它的抗点蚀、抗磨损、抗胶合和抗塑性变形的能力；轮齿芯部应该有较好的韧性，以增强它承受冲击载荷的能力。齿轮常用材料及其机械性能列于表8—7，齿轮的常用材料是锻钢，如各种碳素结构钢和合金结构钢。只有当齿轮的尺寸较大(d a ＞400～ 600mm)或结构复杂不容易锻造时，才采用铸钢。在一些低速轻载的开式齿轮传动中，也常采用铸铁齿轮。在高速、小功率、精度要求不高或需要低噪音的特殊齿轮传动中，可以采用非金属材料齿轮。

2、齿轮常用材料及其热处理 按照齿轮热处理后齿面硬度的高低，分为软齿面齿轮传动(齿面硬度≤350HBS)和硬齿面齿轮传动(齿面硬度＞350HBS)两类。表8—7 常用齿轮的材料及机械性能 30 表8—8 齿轮齿面硬度配对表（1）软齿面齿轮： 采用的热处理方法是调质与正火，齿轮齿面硬度配对情况见表8—8。调质处理通常用于中碳钢和中碳合金钢齿轮。调质后材料的综合性能良好，容易切削和跑合。正火处理通常用于中碳钢齿轮。正火处理可以消除内应力，细化晶粒，改善材料的力学性能和切削性能。软齿面齿轮容易加工制造，成本较低，常用于一般用途的中、小功率的齿轮传动。

（2）硬齿面齿轮：采用的热处理方法是表面淬火、表面渗碳淬火与渗氮等。表面淬火处理通常用于中碳钢和中碳合金钢齿轮。经过表面淬火后齿面硬度 —般为 40～55HRC，增强了轮齿齿面抗点蚀和抗磨损的能力。由于齿芯仍然保持良好的韧性，故可以承受一定的冲击载荷。与大齿轮相比，小齿轮的承载次数较多，而且齿根较薄。因此，一般使小齿轮的齿面硬度比大齿轮高出25～50HBS，以使一对软齿面传动的大小齿轮的寿命接近相等，而且有利于通过跑合来改善轮齿的接触状况，有利于提高轮齿的抗胶合能力，采用何种材料及热处理方法应视具体需要及可能性而定，见表8--9。表8—9 齿轮材料的强度极限 3.许用应力（1）许用接触应力 齿面接触疲劳许用应力为（8—17）式中：ζ Hlim——齿轮的接触疲劳强度极限，MPa； Z N ——接触疲劳寿命系数； S H ——齿面接触疲劳强度的安全系数。(2）许用弯曲应力 32 齿根弯曲疲劳许用应力为（8—18）式中：ζ Flim ——齿轮的弯曲疲劳极限，MPa； S F ——齿面弯曲疲劳强度安全系数； Y N—— 齿面弯曲疲劳强度寿命系数。齿面接触疲劳强度的安全系数和齿面弯曲疲劳强度寿命系数，可查表8—10。表8—10 安全系数S H 和S F Y N 和 Z N 与齿轮工作时所受到的应力循环次数有关。可分别查图8—26 和图8—27 得到。图中横坐标为应力循环次数N,其计算公式为 N=60njLh(8--19)式中：n 为齿轮转速（r/min）；j 为齿轮转一转时同侧齿面的啮合次数；Lh 为齿轮工作寿命（h）。ζ Hlim— 试验齿轮的接触疲劳强度极限。用各种材料的齿轮试验测得，可查图 7—28，单位为Mpa； ζ Flim— 试验齿轮的齿根弯曲疲劳强度极限。用各种材料的齿轮试验测得，可查图7—29，单位为 Mpa。图中所示ζ Flim 为脉动循环应力时的极限应力。当齿轮受到对称循环弯曲应力时，应将图中的ζ Flim 乘以0.7。图中MQ 线表示可以由有经验的工业齿轮制造者，以合理的生产成本来达到的中等质量要求。