渐开线圆柱齿轮加工工艺分析

崔佳伟

摘 要：本文以渐开线圆柱形齿轮为研究对象，简介了齿轮及其圆柱渐开线齿轮当前在机械制造业中的作用，首先介绍了齿轮加工工艺的过程，然后齿轮材料的选择的时候应当注意的问题，最后详细了分析了几种渐开线齿轮加工的方法，如锥形砂轮磨齿，蝶形砂轮磨齿，成型砂轮磨齿等。

关键词：渐开线；圆柱齿轮；加工工艺；方法；注意事项

齿轮目前作为机械系统的一个最基础也是最重要的零件，尤其是圆柱渐开线齿轮已被应用到各领域各行业中，本文以渐开线圆柱形齿轮为研究对象，深入探讨了渐开线圆柱齿轮的加工工艺及其技术方法。

1 齿轮的加工过程分析

齿轮在加工的过程中一般要经过下面几个阶段：1）齿坯进入加工阶段。一般齿轮的精度主要取决于齿形的精度和齿距的均匀分布，这恰巧与滚齿使用的定位基准（端面和孔）的精度有着直接的关系，可以说这一阶段是为下一个阶段加工齿形的精基准准备的，也就是要使齿的端面以及齿的内孔精度到达规定的技术标准，这一阶段主要是加工出基准，另外也要做好齿形外的次表面的加工，主要是在第一阶段的后期完成；2）齿形的加工。齿轮在这一阶段的加工分为需要淬火和不需要淬火，对于不需要的淬火加工的齿轮，这一阶段完成之后，就应该加工出来符合图纸要求的齿轮来，这个阶段就是齿轮加工的最后阶段，对于需淬火的齿轮，需要在这个阶段加工出来满足齿轮最后精度的齿形精度来，这是确保齿轮精度的关键阶段；3）热处理阶段。这个阶段主要针对的是需要淬火加工的齿轮，这一阶段的目的是使齿轮的齿面的硬度达到规定的标准；4）齿形的精加工阶段。这一阶段主要是修正齿轮经过淬火后导致的齿轮变形，降低齿轮表面的粗糙度并进一步提高齿轮的精度，使达到最终的精度要求。齿轮经过淬火之后齿轮的内孔和端面会有不可忽略的变形，如果直接采用这应的孔和端面是很难达到精度要求的，只有经过修整基准面，才能使齿轮定位准确可靠，余量分布才能均匀，满足精加工的要求。

2 齿轮材料的选择

2.1 选择齿轮材料的基本要求

选择的齿面应该有足够的耐磨性以及硬度，齿心应满足韧性要求，避免齿面上的各种失效，选择的齿轮材料应满足良好的热、冷加工性能的要求。

2.2 齿轮材料的使用性能

齿轮材料的使用性能是指齿轮在正常的工作条件下，齿轮材料应该具备良好的物理、化学及其力学的性能，这也是在选择齿轮材料时应该首要考虑的。用于工程构件或者机械零件的齿轮材料，它的力学性能应该是最重要的。齿轮在机械工作时起到的作用主要是调节速度及传递功率。齿轮工作时，通过齿面接触来传递动力、弯曲应力及接触应力。在啮合的齿面上，还存在较大的摩擦力及其冲击力。这就要求在选择齿轮材料时应满足有比较高的接触疲劳强度及弯曲疲劳强度；齿轮的齿面具有很好的耐磨性以及硬度；齿轮的齿心具有很高的强度及很好的韧性的要求。

2.3 齿轮材料的工艺性能

齿轮加工中最突出的问题就是材料的磨削加工工艺及其热处理工艺，因此选择的齿轮要具有很好的切削加工及其热处理的能力。

3 渐开线齿轮的加工工艺

渐开线齿轮的加工工艺根据不同的标准会有不同的分法：按照齿轮成形的方法可以分成成形法与展成法；按照加工方法的不同会有铣齿、滚齿、梳齿、插齿、磨齿等等。

3.1 锥形砂轮磨齿

锥形砂轮磨齿是以齿轮和齿条啮合为基本原理的，基本方法是用锥面砂轮磨削渐开线齿轮面。在这个过程当中，砂轮相当于一个假想齿条的齿，磨削中齿条节线与被磨齿轮节圆之间做纯滚动。锥形砂轮磨齿分度运动是用分度涡轮、分度盘或者分度交换齿轮往复的运动来实现的，其中往复冲程长度是由磨齿轮的齿宽来确定的。锥形砂轮磨齿法是一种展成磨齿的方法，磨齿工作精度是在5-7级之间。

3.2 碟形砂轮磨齿

碟形砂轮磨齿是使用一对碟形的砂轮进行磨齿而成。碟形砂轮磨齿也是一种展成磨齿方法，利用钢带与滚圆盘之间做滚动来完成的。钢带平面上的两个砂轮工作棱边可以看成是渐开线上的两个点，当钢带和滚圆盘之间发生相对的滚动时，两个棱边就同时形成齿轮两侧的渐开线齿形。机床分度运动一般是利用分度盘进行单齿分度完成，也就是说轴向走刀磨完齿轮的第一个齿之后，工件就会分过下一齿，然后走刀就会磨齿轮的下一个齿，直到齿轮上的齿全部磨完。

3.3 蜗杆砂轮磨齿

蜗杆砂轮磨齿的基本原理与滚齿加工的方法类似，是用蜗杆形的砂轮打磨渐开线圆柱形齿轮。其过程就是利用工件和砂轮的啮合旋转，使工件连续分度并展成渐开的线齿形，同时工件的轴向加工出齿宽。蜗杆砂轮磨齿在磨削斜齿轮的时候，应由差动的装置给工件一个附加运动，加工出对应螺旋角的齿轮。

3.4 成形砂轮磨齿

成形砂轮磨齿主要是靠成形的砂轮来磨削渐开线圆柱形齿轮。成形砂轮磨齿是没有展成运动的，渐开线圆柱形齿轮的精度主要取决于砂轮的定位精度及其修整精度。如果打磨的是直齿轮的时候，砂轮的轴向截面的形状就是打磨工件端面的齿形；如果打磨的是斜齿轮时砂轮轴向截面形状是砂轮和工件齿面空间接触线在砂轮的轴向平面投影。成形的砂轮磨齿通常的情况也是采用单齿分度，同时工件的轴向加工出齿宽，在工件轴向进给时，由差动装置的附加运动，获得对应的螺旋角。