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1、齒輪齒條的基本知識 與應(yīng)用 什么是齒輪？ 齒輪是能互相嚙合的有齒的機(jī)械零 件。它在機(jī)械傳動及整個機(jī)械領(lǐng)域 中的應(yīng)用極其廣泛。 齒輪的歷史。 早在公元前 350年， 古希臘著名的哲學(xué)家亞 里士多德在文獻(xiàn)中對齒 輪有過記錄。公元前 250年左右，數(shù)學(xué)家阿 基米德也在文獻(xiàn)中對使 用了渦輪蝸桿的卷揚(yáng)機(jī) 進(jìn)行了說明。 在現(xiàn)今伊拉克凱特斯芬遺 跡中還保存著公元前的齒輪 齒輪在我國的歷史也源 遠(yuǎn)流長。據(jù)史料記載，遠(yuǎn)在 公元前 400200年的中國古 代就已開始使用齒輪，在我 國山西出土的青銅齒輪是迄 今已發(fā)現(xiàn)的最古老齒輪，作 為反映古代科學(xué)技術(shù)成就的 指南車就是以齒輪機(jī)構(gòu)為核 心的

2、機(jī)械裝置。 15世紀(jì)后半的意大利文藝復(fù)興時期，著名的全才列 奧 納多 .達(dá)芬奇 1452 1519，不僅在文化藝術(shù)方面，在齒輪 技術(shù)史上也留下了不可磨滅的功績，經(jīng)過了 500年以上， 現(xiàn)在的齒輪仍然保留著當(dāng)時素描的原型。 直到 17世紀(jì)末，人們才開始研究能正確傳遞運(yùn)動的輪 齒形狀。 18世紀(jì)，歐洲工業(yè)革命以后，齒輪傳動的應(yīng)用日 益廣泛；先是發(fā)展擺線齒輪，而后是漸開線齒輪，一直到 20世紀(jì)初，漸開線齒輪已在應(yīng)用中占了優(yōu)勢。其后又發(fā)展 了變位齒輪、圓弧齒輪、錐齒輪、斜齒輪等等。 現(xiàn)代齒輪技術(shù)已達(dá)到：齒輪模數(shù) 0.004 100毫米；齒輪 直徑由 1毫米 150米；傳遞功率可達(dá) 十

3、萬千瓦；轉(zhuǎn)速可達(dá) 十萬轉(zhuǎn) /分；最高的圓周速度達(dá) 300米 /秒。 國際上，動力傳動齒輪裝置正沿著小型化、高速化、標(biāo) 準(zhǔn)化方向發(fā)展。特殊齒輪的應(yīng)用、行星齒輪裝置的發(fā)展、低 振動、低噪聲齒輪裝置的研制是齒輪設(shè)計方面的一些特點(diǎn)。 齒輪一般分為三類，分別是平行軸、 相交軸及交錯軸齒輪。 齒輪的種類繁多，其分類方法最通常的 是根據(jù)齒輪軸性。一般分為 平行軸 、 相交軸 及 交錯軸 三種類型。平行軸齒輪包括正齒輪、 斜齒輪、內(nèi)齒輪、齒條及斜齒條等。相交軸 齒輪有直齒錐齒輪、弧齒錐齒輪、零度齒錐 齒輪等。交錯軸齒輪有交錯軸斜齒齒輪、蝸 桿蝸輪、準(zhǔn)雙曲面齒輪等。 右表中所列出的效率為 傳動

4、效率，不包括軸承及攪 拌潤滑等的損失。平行軸及 相交軸的齒輪副的嚙合，基 本上是滾動，相對的滑動非 常微小，所以效率高。交錯 軸斜齒輪及蝸桿蝸輪等交錯 軸齒輪副，因為是通過相對 滑動產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)以達(dá)到動力傳 動，所以摩擦的影響非常大， 與其他齒輪相比傳動效率下 降。齒輪的效率是齒輪在正 常裝配狀況下的傳動效率。 如果出現(xiàn)安裝不正確的情況， 特別是錐齒輪裝配距離不正 確而導(dǎo)致同錐交點(diǎn)有誤差時， 其效率會顯著下降。 常用的齒輪分類 平行軸的齒輪 正齒輪。 齒線與軸心線為平行方向的 圓柱齒輪。因為易于加工，因此 在 動力傳動上使用最為廣泛。 齒條 與正齒輪嚙合的直線齒條狀 齒輪。可以

5、看成是正齒輪的節(jié)圓 直徑變成無限大時的特殊情況。 內(nèi)齒輪 與正齒輪相嚙合在圓環(huán)的內(nèi)側(cè) 加工有輪齒的齒輪。主要使用在行 星齒輪傳動機(jī)構(gòu)及齒輪聯(lián)軸器等應(yīng) 用上。 斜齒齒輪 齒線為螺旋線的圓柱齒輪。因 為比正齒輪強(qiáng)度高且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，被 廣泛使用。傳動時產(chǎn)生軸向推力。 斜齒齒條 與斜齒齒輪相嚙合的條狀齒輪。 相當(dāng)于斜齒齒輪的節(jié)徑變成無限大 時的情形。 人字齒輪 齒線為左旋及右旋的兩個斜齒 齒輪組合而成的齒 輪。有在軸向 不產(chǎn)生推力的優(yōu)點(diǎn)。 相交軸齒輪 直齒錐齒輪 齒線與節(jié)錐線的母線一致的 錐齒輪。在錐齒輪中，屬于比較 容易制造的類型。所以，作為傳 動用錐齒輪應(yīng)

6、用范圍廣泛。 弧齒錐齒輪 齒線為曲線，帶有螺旋角 的錐齒輪。雖然與直齒錐齒輪 相比，制作難度較大，但是作 為高強(qiáng)度、低噪音的齒輪使用 也很廣泛。 零度錐齒輪 螺旋角為零度的曲線齒錐 齒輪。因為同時具有直齒和曲 齒錐齒輪的特征，齒面的受力 情形與直齒錐齒輪相同。 交錯軸齒輪 圓柱蝸桿副 圓柱蝸桿副是圓柱蝸桿和與 之嚙合的蝸輪的總稱。運(yùn)轉(zhuǎn)平靜 及單對即可獲得大傳動比為其最 大的特征，但是有效率低的缺點(diǎn)。 交錯軸斜齒齒輪 圓柱蝸桿副在交錯軸間傳動 時的名稱?？稍谛饼X齒輪副或斜 齒齒輪與正齒輪副的情況下使用。 運(yùn)轉(zhuǎn)雖然平穩(wěn)，但只適合于使用 在輕負(fù)荷的情況下。 其他特

7、殊齒輪 面齒輪 可與正齒輪或斜齒齒 輪嚙合的圓盤狀齒輪。在 直交軸及交錯軸間傳動。 鼓形蝸桿副 鼓形蝸桿及與之嚙合的蝸輪 的總稱。雖然制造比較困難，但 比起圓柱蝸桿副，可以傳動大負(fù) 荷。 準(zhǔn)雙曲面齒輪 在交錯軸間傳動的圓錐形齒 輪。大小齒輪經(jīng)過偏心加工，與 弧齒齒輪相似，嚙合原理非常復(fù) 雜。 齒輪的基本術(shù)語和尺寸計算。 齒輪有很多齒輪所特有的術(shù)語和表現(xiàn)方 法，為了使大家能更多的了解齒輪，在此介 紹一些經(jīng)常使用的齒輪基本術(shù)語。 齒輪各部 位的名稱 表示輪齒的大小的術(shù)語是模數(shù) m1、 m3、 m8 被稱為模數(shù) 1、模數(shù) 3、模數(shù) 8。 模數(shù)是全世界通

8、用的稱呼，使用符號 m（模數(shù)）和數(shù)字 （毫米 來表示輪齒的大小，數(shù)字越大，輪齒也越大。 另外，在使用英制單位的國家（比如美國），使用符號 （徑節(jié)）及數(shù)字（分度圓直徑為 1英 吋 時的齒輪的輪齒數(shù)） 來表示輪齒的大小。比如： DP24、 DP8， 等等。還有使用 符號（周節(jié)）和數(shù)字（毫米）來表示輪齒大小的比較特殊的 稱呼方法。比如 CP5、 CP10、 模數(shù)乘以圓周率即可得到齒距（ p）。齒距是相鄰兩齒 間的長度。 用公式表示就是 不同模數(shù)的輪齒大小對比 壓力角 壓力角是決定齒輪齒形的參數(shù)。即輪齒齒面的傾斜 度。壓力角（ ）一般采用 20 。以前，壓力角為 1

9、4.5 的齒輪曾經(jīng)很普及。 壓力角是在齒面的一點(diǎn)（一般是指節(jié)點(diǎn)）上，半徑線與 齒形的切線間所成之角度。如圖所示， 為壓力角。因為 = ，所以 也是壓力角。 A齒與 B齒的嚙合狀態(tài)從節(jié)點(diǎn)看上去時： A齒在節(jié)點(diǎn)上推動 B點(diǎn)。這個時候的推動力作用在 A齒及 B齒的共同法線上。也就是說，共同法線是力的作用方向， 亦是承受壓力的方向， 則為壓力角。 模數(shù)（ m）、壓力角（ ）再加上 齒數(shù)（ z）是齒輪的三大基本參數(shù) ，以 此參數(shù)為基礎(chǔ)計算齒輪各部位尺寸。 齒高與齒厚 輪齒的高度由模數(shù)（ m）來決定。 全齒高 h=2.25m（ =齒根高 +齒頂高） 齒頂高（ ha

10、）是從齒頂?shù)椒侄染€的高度。 ha=1m。 齒根高（ hf）是從齒根到分度線的高度。 hf=1.25m。 齒厚 （ s）的基準(zhǔn)是齒距的一半。 s=m/2 。 齒輪的直徑 決定齒輪大小的參數(shù)是齒輪的分度圓直徑（ d）。以分 度圓為基準(zhǔn)，才能定出齒距、齒厚、齒高、齒頂高、齒根高。 分度圓直徑 d=zm 齒頂圓直徑 da=d+2m 齒根圓直徑 df=d-2.5m 分度圓在實際的齒 輪中是無法直接看到的 ，因為分度圓是為了決 定齒輪的大小而假設(shè)的 圓。 中心距與齒隙 一對齒輪的分度圓相切嚙合時，中心距是兩個分度圓 直徑的和的一半。 中心距 a=（ d1+d2） /2

11、 在齒輪的嚙合中，要 想得到圓滑的嚙合效果， 齒隙是個重要的因素。齒 隙是一對齒輪嚙合時齒面 間的空隙。 齒輪的齒高方向也有 空隙。這個空隙被稱為頂 隙（ Clearance)。頂隙 (c) 是齒輪的齒根高與相配齒 輪的齒頂高之差。 頂隙 c=1.25m-1m=0.25m 斜齒齒輪 將正齒輪的輪齒螺旋狀扭轉(zhuǎn)后的齒輪為斜齒齒輪。正齒輪 幾何計箅的大部分都可適用于斜齒齒輪。斜齒齒輪，根據(jù)其基 準(zhǔn)面不同有 2種方式： 端面（軸直角）基準(zhǔn)（端面模數(shù) /壓力角 法面（齒直角）基準(zhǔn)（法向模數(shù) /壓力角 端面模數(shù) mt和法向模數(shù) mn的關(guān)系式 mt=mn/cos 螺旋

12、方向與配合 斜齒齒輪、弧齒傘形齒輪等，輪齒呈螺旋狀的齒輪，螺旋 方向和配合是一定的。螺旋方向是指當(dāng)齒輪的中心軸指向上下， 從正面看上去時，輪齒的方向指向右上的是 右旋 ，左上的是 左旋 。各種齒輪的配合如下所示， 螺旋方向與配合（二） 最常用的齒輪齒形是漸開線齒形 僅僅在摩擦輪的外周上分割出等分的齒距，裝上突起， 然后相互嚙合轉(zhuǎn)動的話 ,會出現(xiàn)如下問題 : 輪齒的切點(diǎn)產(chǎn)生滑動 切點(diǎn)的移動速度時快時慢 產(chǎn)生振動及噪音 輪齒傳動時既要安靜又要圓滑，由此，誕生了漸開曲線。 什么是漸開線 將一端系有鉛筆的線纏在圓 筒的外周上，然后在線繃緊的狀 態(tài)下將線漸漸放

13、開。此時，鉛筆 所畫出的曲線即為漸開曲線。圓 筒的外周被稱為基圓。 一個示例 8齒漸開線齒輪示例。 將圓筒 8等分后，系上 8根鉛筆，畫出 8條漸開曲線。然 后，將線向相反方向纏繞，按同樣方法畫出 8條曲線，這就 是以漸開曲線作為齒形，齒數(shù)為 8的齒輪。 漸開線齒輪的優(yōu)點(diǎn) 即使中心距多少有些誤差，也可以正確的嚙合。 比較容易得到正確的齒形，加工也比較容易。 因為在曲線上滾動嚙合，所以，可以圓滑地傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。 只要輪齒的大小相同，一個刀具可以加工齒數(shù)不同的齒輪。 齒根粗壯，強(qiáng)度高。 基圓和分度圓 基圓是形成漸開線齒形的基礎(chǔ)圓。分度圓 是決定齒輪大小的基準(zhǔn)圓。基

14、圓與分度圓是齒 輪的重要幾何尺寸。漸開線齒形是在基圓的外 側(cè)形成的曲線。在基圓上壓力角為零度。 漸開線齒輪的嚙合 兩個標(biāo)準(zhǔn)的漸開線齒輪的分度圓在標(biāo)準(zhǔn)的中心距 下相切嚙合。 兩輪嚙合時的模樣，看上去就像是分度圓直徑大 小為 d1、 d2兩個摩擦輪（ Friction wheels）在傳動。 但是，實際上漸開線齒輪的嚙合取決于基圓而不是分 度圓。 漸開線齒輪的嚙合 （二） 兩個齒輪齒形的嚙合接觸點(diǎn) 按 P1 P2 P3的順序在嚙合線上 移動。請注意驅(qū)動齒輪中黃色的 輪齒。這個齒開始嚙合后的一段 時間內(nèi)，齒輪為兩齒嚙合（ P1、 P3）。嚙合繼續(xù)，當(dāng)嚙合點(diǎn)移動 到分度圓上的點(diǎn)

15、P2時，嚙合輪齒 只剩下了一個。嚙合繼續(xù)進(jìn)行， 嚙合點(diǎn)移動到點(diǎn) P3時，下一個輪 齒開始在 P1點(diǎn)嚙合，再次形成兩 齒嚙合的狀態(tài)。就像這樣，齒輪 的兩齒嚙合與單齒嚙合交互重復(fù) 傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。 基圓的公切線 A一 B被稱為嚙 合線。齒輪的嚙合點(diǎn)都在這條嚙 合線上。 漸開線齒輪的嚙合 （三） 用一個形象的圖來表示，就好像皮帶交叉地套在兩 個基圓的外周上做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞動力一樣。 齒輪的變位分為正變位和負(fù)變位 我們通常使用的齒輪的齒廓一般都是標(biāo)準(zhǔn)的漸 開線，然而也存在一些情況需要對輪齒進(jìn)行變位， 如調(diào)整中心距、防止小齒輪的根切等。 齒輪的齒數(shù)與形狀 漸開線齒形曲線隨齒數(shù)多

16、少而不同。齒數(shù)越多，齒形曲 線越趨于直線。隨齒數(shù)增加，齒根的齒形變厚，輪齒強(qiáng)度增 加。 由上圖可以看到，齒數(shù)為 10的齒輪，其輪齒的齒根處部 分漸開線齒形被挖去，發(fā)生根切現(xiàn)象。但是如果對齒數(shù) z=10 的齒輪采用正變位，增大齒頂圓直徑、增加輪齒的齒厚的話， 可以得到與齒數(shù) 200的齒輪同等程度的齒輪強(qiáng)度。 變位齒輪 右圖是齒數(shù) z=10的齒輪正變位切 齒示意圖。切齒時，刀具沿半徑 方向的移動量 xm（ mm）稱為徑向 變位量 簡稱變位量 )。 xm=變位量（ mm） x=變位系數(shù) m=模數(shù)（ mm） 通過正變位的齒形變化。輪齒的齒厚增加，外徑（齒頂 圓直徑 也變大。齒

17、輪通過采取正變位，可以避免根切 （ Undercut）的發(fā)生。對齒輪實行變位還可以達(dá)到其它的目 的，如改變中心距，正變位可增加中心距，負(fù)變位可減少中 心距。 不論是正變位還是負(fù)變位齒輪，都對變位量有限制。 正變位和負(fù)變位 變位有正 變位和負(fù)變位。 雖然齒高 相同，但齒厚 不同。齒厚變 厚的為正變位 齒輪，齒厚變 薄的為負(fù)變位 齒輪。 無法改變兩個齒輪的中 心距時，對小齒輪進(jìn)行正 變位（避免根切），對大 齒輪進(jìn)行負(fù)變位，以使中 心距相同。這種情況下， 變位量的絕對值相等。 正變位和負(fù)變位（二） 變位齒輪的嚙合 標(biāo)準(zhǔn)齒輪是在各個齒 輪的分度圓相切狀態(tài)下 嚙合。而

18、經(jīng)過變位的齒 輪的嚙合，如圖所示， 是在嚙合節(jié)圓上相切嚙 合。嚙合節(jié)圓上的壓力 角稱為嚙合角。嚙合角 與分度圓上的壓力角 （分度圓壓力角）不同。 嚙合角是設(shè)計變位齒輪 時的重要要素。 齒輪變位的作用 可以防止在加工時因為齒數(shù)少而產(chǎn)生的 根切現(xiàn)象。 通過變位可以得到所希望的中心距。 在一對齒輪齒數(shù)比很大的情況下，對容 易產(chǎn)生磨耗的小齒輪進(jìn)行正變位，使齒厚 加厚。相反，對大齒輪進(jìn)行負(fù)變位，使齒 厚變薄，以使得兩個齒輪的壽命接近。 齒形與齒線的修整 齒形修整 齒形修整是修緣和修根的 總稱。一般地說，修緣的 方法使用比較普遍。修緣 是指有意識的修削齒頂?shù)?齒形，使齒型偏離正確的 漸開線齒

19、形。由此，當(dāng)齒 輪齒面受外力產(chǎn)生變形時， 可以避免對與之嚙合的齒 輪產(chǎn)生干涉，并且可以降 低噪音，延長齒輪壽命。 但是，要注意不能修整過 量。過量修整等于增加了 齒形誤差，將對嚙合產(chǎn)生 不良影響。 鼓形加工和齒端修薄 鼓形加工和齒端修薄 都是沿齒線方向的修整。 特別是鼓形加工，是以使 輪齒接觸集中到齒寬的中 央部為目的的加工。所以， 沿齒線方向加工成適當(dāng)?shù)?鼓形。此時，應(yīng)注意不能 加工過甚。過量的鼓形加 工會引起輪齒接觸面積的 減小，對齒輪強(qiáng)度產(chǎn)生不 良影響。齒端修薄是將齒 寬的兩端部加以適當(dāng)?shù)牡?角加工的方法。 外徑加工及齒頂?shù)菇羌庸? 為了減少外徑的偏差以及防止發(fā)生在齒 頂

20、的碰撞或毛邊，在滾齒加工的同時，齒輪 的外徑加工及齒頂?shù)菇羌庸ひ嗫赏瑫r進(jìn)行。 因為實行了齒頂?shù)菇?，嚙合時的有效齒 頂高減少，嚙合率也降低，所以，通常不希 望過量的齒頂?shù)菇?，一般不超過 0.1m。 齒輪的精度 齒輪是傳遞動力和旋轉(zhuǎn)的機(jī)械要素。對于齒輪 的性能要求主要有： 更大的動力傳遞能力 盡可能使用體積小的齒輪 低噪音 正確性 要想滿足如上所述的要求，提高齒輪的精度將 成為必須解決的課題。 齒輪精度的分類 齒輪的精度大致可以分為三類 漸開線齒形的正確度 齒形精度 齒面上齒線的正確度 齒線精度 齒 /齒槽位置的正確度 輪齒的分度精度

21、 單齒距精度 齒距的正確度 累積齒距精度 夾在兩齒輪的測球在半徑方向位 置的偏差 徑向跳動精度 齒形誤差 齒線誤差 齒距誤差 在以齒輪軸為中心的測定圓周上測量齒距值。 單齒距偏差（ fpt）實際齒距與理論齒距的差。 齒距累積總偏差（ Fp）測定全輪齒齒距偏差做出評價。 齒距累積偏差曲線的總振幅值為齒距總偏差。 徑向跳動（ Fr） 將測頭（球形、圓柱形）相繼置于齒槽內(nèi)，測定測 頭到齒輪軸線的最大和最小徑向距離之差。齒輪軸的偏 心量是徑向跳動的一部分。 徑向綜合總偏差（ Fi”） 到此為止，我們所敘述的齒形、齒距、齒線精度等， 都是評價齒輪單體精度的方法。

22、與此不同的是，還有將齒 輪與測量齒輪嚙合后評價齒輪精度的兩齒面嚙合試驗的方 法。被測齒輪的左右兩齒面與測量齒輪接觸嚙合，并旋轉(zhuǎn) 一整周。記錄中心距離的變化。下圖是齒數(shù)為 30的齒輪的 試驗結(jié)果。單齒徑向綜合偏差的波浪線共有 30個。徑向綜 合總偏差值大約為徑向跳動偏差與單齒徑向綜合偏差的和。 齒輪各種精度之間的關(guān)聯(lián) 齒輪的各部 分精度之間是有 關(guān)聯(lián)的，一般來 說，徑向跳動與 其它誤差的相關(guān) 性強(qiáng)，各種齒距 誤差間的相關(guān)性 也很強(qiáng)。 齒輪的材料與熱處理 齒輪根據(jù)各自的用途，分別使用黑色金屬、有色 金屬及工程塑料等制作。材料的種類、熱處理手段等 的不同，齒輪的強(qiáng)度也不同。 具有代

23、表性的齒輪材料 45鋼（機(jī)械結(jié)構(gòu)用碳素鋼） 45鋼是中碳鋼的代表，含碳量為 0.45%。因為進(jìn)貨 非常容易，正齒輪、斜齒齒輪、齒條、傘形齒輪、蝸桿 等各種齒輪多使用這種材料。 42CrMo（鉻鉬合金鋼） 含碳量 0.40%，成份中含有鉻、鉬等成分的中碳合 金鋼。比 45鋼的強(qiáng)度高，通過調(diào)質(zhì)或高頻淬火處理可提 高硬度，用來制造各種不同的齒輪。 20CrMnTi（鉻鉬合金鋼） 低碳合金鋼的代表材料。一般情況下，經(jīng)滲碳淬火 處理后使用。材料熱處理后的強(qiáng)度高于 45鋼及 42CrMo。 使用表面硬度在 5560HRC左右。 具有代表性的齒輪材料（二） Su303不銹鋼

24、 主要用在食品機(jī)械等需要避免生銹的機(jī)械中。 鑄造銅合金 是制造渦輪的主要材料。一般有鑄造磷青銅、鋁 青銅等。嚙合的蝸桿材料大多使用 45鋼、 42CrMo、 20CrMnTi等鋼材。蝸桿與渦輪使用不同材料是為了防 止蝸桿渦輪嚙合時由于滑動而引起的齒面膠合及過渡 磨損等。 具有代表性的熱處理 淬火 為了提高鋼材的硬度，將材料加熱到高溫（約 800 ）后快速冷卻。根據(jù)冷卻介質(zhì)，分為油冷 /水冷 /噴射冷 卻等不同種類。淬火后的鋼材過脆，為了增加鋼材的韌 性，一般需要再進(jìn)行回火處理。純鐵即使經(jīng)過淬火處理 也不會變硬。鋼材的含碳量要在 0.35%以上才有淬火硬化 的可能。 調(diào)質(zhì)處理

25、 調(diào)質(zhì)處理是將淬火及高溫回火相結(jié)合，調(diào)整鋼材 （鋼件）硬度、強(qiáng)度、 靭 性的熱處理。因為調(diào)質(zhì)后的材 料及制品要進(jìn)行機(jī)械加工，所以硬度達(dá)不到淬火后那么 高。 具有代表性的熱處理（二） 高頻淬火 像 45鋼或 42CrMn鋼這樣含碳 量在 0.35%以上的碳素鋼，對其 表面進(jìn)行硬化處理的方法。要注 意的是，對齒輪進(jìn)行高頻處理后， 會發(fā)生齒面及齒頂?shù)挠捕冗_(dá)到使 用要求、但齒根部分達(dá)不到淬火 硬度的情況。硬度低于滲碳淬火 處理的硬度。齒輪經(jīng)過高頻淬火 后精度下降。作為高精度齒輪使 用時需要對齒輪做磨削加工。 具有代表性的熱處理（三） 滲碳淬火 滲碳淬火是在低碳鋼的表面滲人碳素

26、，使之成為高 含碳量狀態(tài)的處理。是僅對鋼材表面進(jìn)行硬化的熱處理 手段。滲人碳素的表面與芯部的硬度由硬到軟連續(xù)變化。 芯部硬度低于表面。經(jīng)過滲碳淬火處理的齒輪容易產(chǎn)生 變形（尺寸增大）及扭曲等，致使齒輪精度下降 1個等 級程度。要想提高齒輪精度，需要對齒輪做再次磨削。 氮化處理 氮化是將氮擴(kuò)散滲人到鋼的表面以提高表面硬度的 熱處理方法。含有鋁、鉻、鉬的鋼材容易達(dá)到氮化目的， 表面硬度提高。 齒輪的強(qiáng)度 齒輪最重要的是輪齒，齒輪的強(qiáng) 度取決于輪齒折斷和齒面磨損強(qiáng)度。 正齒輪及斜齒齒輪的彎曲強(qiáng)度計算公式 在輪齒上作用了超過極限值的力 時，如圖所示輪齒會從齒根部出現(xiàn)裂 痕以致造

27、成輪齒斷裂。彎曲強(qiáng)度計算 公式如下所示。 正齒輪及斜齒齒輪的彎曲強(qiáng)度計算公式（二） 從上面的公式中我們可以看到，如果要提高齒輪的彎曲 強(qiáng)度，我們需要將分母減小、分子增大。可以使用的方法有： 使用高強(qiáng)度材料（容許齒根彎曲應(yīng)力增加） 增大齒輪體積（大模數(shù)、寬齒面） 高強(qiáng)度齒形（減少齒形系數(shù)，大壓力角、正變位） 提高重合率（減少重合度系數(shù)，小壓力角、增加齒高） 提高齒輪精度 正齒輪及斜齒齒輪的齒面強(qiáng)度計算公式 齒面強(qiáng)度是基于齒面的接觸應(yīng) 力計算輪齒抵抗點(diǎn)蝕（ Pitting） 發(fā)生的強(qiáng)度。 正齒輪及斜齒齒輪的齒面強(qiáng)度計算公式（二） 相對齒面強(qiáng)度的容許圓周力 Ftli

28、m公式如下： 從公式我們可 以看到，提高齒面 強(qiáng)度的方法有：使 用淬火處理的硬質(zhì) 材料（增大容許接 觸應(yīng)力）、增大齒 輪體積（大節(jié)圓直 徑、增加有效齒 寬）、提高重合率 （減少重合度系數(shù)） 提高齒輪精度。 高精度齒輪的條件 齒輪的表面處理 齒輪的表面處理是為了改善材料的表面狀態(tài)而進(jìn) 行的處理加工。主要是為了： 提高耐腐蝕性能和防銹效果。 提高耐磨性能 提高表面粗糙度（表面更光滑） 表面更光潔、美觀 其它（提高疲勞強(qiáng)度） 常見的表面處理 鍍鋅 為了提高金屬的防銹能力。隨著鉻酸 鹽鈍化處理的進(jìn)步，外觀性能也有了很大 的提高。鍍層厚度一般為 225m 左右。

29、 化學(xué)鍍鎳 化學(xué)鍍鎳的耐腐蝕性能、耐磨損性 能高，鍍鎳過程中不通電、無電解，鍍 膜厚度均勻（ 310m ），適合使用在形 狀復(fù)雜、尺寸要求精度高的產(chǎn)品上。 常見的表面處理（二） 發(fā)黑處理（表面氧化） 即堿性氧化處理。將金屬置于堿性處 理液中加熱到 140 后，金屬本身發(fā)生化學(xué) 反應(yīng)，在其表面形成黑色皮膜。皮膜有防 銹作用，厚度在 3m 以下，主要化學(xué)成分 為四氧化三鐵。 磷化處理 即磷酸鹽處理。將金屬浸入加熱后的 磷酸鹽溶液中進(jìn)行化學(xué)處理，使金屬表面 形成磷酸鹽保護(hù)膜。利用錳系磷化處理液 處理后的皮膜厚度為 315m 左右，防銹 性能好，同時具有很高的耐磨性和潤滑作 用

30、，所以多使用在滑動零部件的處理上。 常見的表面處理（三） 固體潤滑處理 在不能使用潤滑油脂的地方可以考慮使用固 體潤滑處理。只需將固體潤滑劑噴射到齒輪的輪 齒表面，粘附在表面的潤滑劑干燥后形成皮膜。 潤滑劑中的二硫化鉬顆粒滲入到金屬組織中起潤 滑作用。特別是在齒輪的初期跑合用或防止由于 微小的摩擦動作引起的微動腐蝕上發(fā)揮其潤滑作 用。 WPC處理 對提高金屬的疲勞強(qiáng)度及滑動性能有效。需 要注意的是， WPC處理提高金屬的抗疲勞強(qiáng)度但不 改變金屬的抗彎曲強(qiáng)度。處理方法為用 40200m 的微粒介質(zhì)以 100m/s以上的速度對齒輪等金屬進(jìn) 行噴射。因為噴射速度快，所以當(dāng)介質(zhì)撞擊金

31、屬 時會產(chǎn)生瞬時高溫，致使金屬表面的結(jié)晶融化， 而后快速冷卻，是金屬表面的結(jié)晶變細(xì)，并且?guī)?乎不產(chǎn)生尺寸變化（尺寸變化只有 12m ）。 齒輪的加工方法 使用滾刀切削斜齒齒輪的輪齒 滾刀呈螺紋狀，滾刀與斜齒齒輪邊做嚙合旋轉(zhuǎn)，邊 連續(xù)切削。正齒輪及蝸輪也同樣可以使用滾刀進(jìn)行切削。 使用齒條銑刀加工齒條的輪齒 下圖為正在切削中的齒條，斜齒齒條也同樣可使用齒條刀 具切齒，可同時切削多個輪齒。 使用小齒輪型刨齒刀切削正齒輪的輪齒 小齒輪刨齒刀的形狀與正齒輪相同 小齒輪刨齒刀切齒時，與正齒輪邊做嚙合旋轉(zhuǎn)邊連續(xù)切削。 內(nèi)齒輪也是用小齒輪刨齒刀切削。 使用蝸桿刀具切削

32、蝸桿的輪齒 下圖為正在切齒中的蝸桿。蝸桿刀具是普通的銑刀，與其它 的齒輪相比，加工時間長 . 使用 CONIFLEX刀具加工直齒傘形齒輪的輪齒 上下二片一組的 CONIFLEX刀具邊旋轉(zhuǎn)邊切齒。照片中 的刀具是一組刀具中的下片?？梢灾谱鞒鲋睾隙雀?、噪音 低的齒輪。 使用弧齒傘形齒輪刀具切削弧齒傘形齒輪的輪齒 加工右旋弧齒傘形齒輪的輪齒時的照片，刀具為 王冠型。 使用螺紋裝砂輪研磨斜齒齒輪的輪齒 正齒輪也可使用同樣的方法磨削。因為螺紋非常 多，所以加工效率高。 使用薄型圓盤狀砂輪研磨蝸桿 砂輪高速旋轉(zhuǎn)，磨制出高精度的蝸桿。 使用砂輪研磨齒條

33、 齒條的磨齒加工，在一年室溫保持在 20 的 恒溫室中進(jìn)行。砂輪的形狀為圓盤狀。制作高精度 的研磨齒條，需要高水準(zhǔn)的技術(shù)與豐富的經(jīng)驗。 注塑成型 將經(jīng)過加熱的塑料材注入到精密的齒輪模具中 成型的加工方法。大批量生產(chǎn)可以降低生產(chǎn)成本。 因為模具的造價高，所以不適合小批量生產(chǎn)。 燒結(jié) 在金屬模具中將金屬粉末壓縮、成型、燒結(jié)、硬化 的加工方法。大批量生產(chǎn)時可以降低生產(chǎn)成本。因為模 具造價高，所以小批量生產(chǎn)時一般不采用燒結(jié)的方式。 滾壓 使用一對（ 2個）滾絲輪。將原材料夾在兩個滾 絲輪之間，邊施加外力邊旋轉(zhuǎn)原材，使原材的表面 變形形成齒形。 沖壓

34、 對板材及棒材施加沖力，使之變形后制成的產(chǎn)品。 產(chǎn)品的加工周期短，但是所使用的模具造價高。 各種齒輪的加工工藝流程 正齒輪的生產(chǎn)工藝流程 齒條的生產(chǎn)工藝流程 傘形齒輪的生產(chǎn)工藝流程 蝸桿的生產(chǎn)工藝流程 齒輪的使用 不適當(dāng)?shù)凝X輪裝配與潤滑是引起意想不到的麻煩 的主要原因。在這里，我們將重點(diǎn)介紹一些齒輪的正 確裝配方法及正確選擇潤滑油的方法。 齒輪的裝配與確認(rèn) 齒輪是旋轉(zhuǎn)零件。請充分考慮安全，將齒輪確實 地固定在軸上。另外由于齒輪的形狀及輪齒的螺旋， 齒輪在嚙合旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生軸向力（推力），需要特別注 意齒輪不在軸向產(chǎn)生移動。 正齒輪的裝配與確認(rèn) 正齒輪雖然不產(chǎn)生軸向

35、推力，但是組裝時需注意旋轉(zhuǎn)中 的齒輪側(cè)面不與軸承架等接觸，確實可靠地將齒輪固定在軸 上。還有，與配 對齒輪的嚙合處 如果發(fā)生偏離會 對強(qiáng)度產(chǎn)生影響， 請一定正確地安 裝在設(shè)定的位置。 右圖的順序 號 在軸承 架上裝配正齒輪 的順序。 齒條和小齒輪的安裝與確認(rèn) 因為齒條和小齒輪 使用在直線齒頂裝置中， 所以齒條和小齒輪的組 裝距離在任意位置都能 保持一定的高精度組裝 非常的重要。另外，因 為小齒輪多采用懸臂支 撐與軸承聯(lián)接，所以需 要特別注意輪齒不出現(xiàn) 片面接觸。 右圖的序號 是在支架上安裝齒條的 順序 錐齒輪的安裝與確認(rèn) 錐齒輪使用在輸入軸與輸出軸 在某一點(diǎn)相

36、交的交叉軸上。大多數(shù) 情況下齒輪為單臂支撐。在這種場 合下，需要注意盡量避免軸部發(fā)生 彎曲。所以應(yīng)盡量增加軸徑以提高 剛性，軸承也應(yīng)盡量靠近齒輪安裝 。還有錐錐齒輪成圓錐形狀，旋轉(zhuǎn) 時產(chǎn)生軸向力（推力）。特別是弧 齒錐齒輪，隨旋轉(zhuǎn)方向和輪齒螺旋 方向的變化推力發(fā)生變化，請對推 力進(jìn)行計算后選擇適當(dāng)?shù)妮S承。 錐齒輪的安裝與確認(rèn)（二） 錐齒輪的安裝與確認(rèn)（二） 錐齒輪的安裝與確認(rèn)（三） 錐齒輪在組裝時請務(wù)必確認(rèn)輪齒接觸。根據(jù)輪齒接觸 的狀態(tài)可以確認(rèn)組裝誤差。組裝誤差包括：組裝距離誤差 、偏心誤差、軸角誤差。組裝精度低是引起異常噪音和磨 損的原因。請邊調(diào)整齒輪的安裝位置邊組裝齒輪。 錐

37、齒輪的安裝與確認(rèn)（四） 渦輪蝸桿的安裝與確認(rèn) 因為渦輪蝸桿隨旋轉(zhuǎn) 方向及螺旋方向的不同軸 向力（推力）發(fā)生變化， 所以請計算推力懸著使用 適合的軸承。 特別是蝸桿，因為承 受很大的推力，所以使用 止推軸承或圓錐滾子軸承 將蝸桿與軸固定使之在推 力方向不產(chǎn)生移動是非常 重要的。 軸承的選擇錯誤或組 裝錯誤會引起異常磨損或 其它預(yù)想不到的故障發(fā)生。 請一定特別注意正確選擇 并裝配軸承。 渦輪蝸桿的安裝與確認(rèn)（二） 渦輪蝸桿的安裝與確認(rèn)（三） 組裝渦輪蝸桿時必須確認(rèn)輪齒接觸狀況與側(cè)隙。組裝 狀態(tài)的良否將直接左右齒面的磨耗度。 組裝時，請確認(rèn)以下所列各項目的齒接觸狀

38、態(tài)及側(cè)隙 后加以使用。 渦輪蝸桿的安裝與確認(rèn)（四） 齒輪的潤滑方法 齒輪是否有良好的潤滑將會影響到齒輪的耐久性及 噪音。齒輪的潤滑方法大致可以分為以下三類。 潤滑脂潤滑法。 飛濺潤滑法（油浴式） 強(qiáng)制潤滑法（循環(huán)噴油方式） 選擇潤滑方法主要是根據(jù)齒輪的圓周速度（ m/s） 及轉(zhuǎn)速（ rpm）等作為基準(zhǔn)。根據(jù)圓周速度的大小對三 種潤滑法進(jìn)行分類的話，一般為低速下使用潤滑脂潤滑 法、中速使用飛濺潤滑法、高速使用強(qiáng)制潤滑法。但是 這只是個大致的基準(zhǔn)，比如因為維護(hù)保養(yǎng)等理由，在圓 周速度達(dá)到很高的情況下也有使用潤滑脂潤滑的實例。 潤滑脂潤滑法 潤滑脂潤滑法是低速、輕負(fù)荷環(huán)

39、境下使用的齒輪潤 滑法。使用在開放型和密封型齒輪箱中。潤滑脂潤滑的 場合需要注意以下幾點(diǎn)。 請選擇適合粘度的潤滑脂。在密封齒輪箱中，為 了保證潤滑脂有效地潤滑作用，應(yīng)選擇流動性好的 潤滑脂。在開放型齒輪箱中，應(yīng)選擇粘度適中不滴 落的潤滑脂。 不適合使用在高負(fù)荷、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的場合。潤滑脂 不具備潤滑油的冷卻能力。在高負(fù)荷、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)場 合使用時，溫度的上升可能成為問題。 請使用適量的潤滑脂。潤滑脂量太少將無法達(dá)到 預(yù)期的潤滑效果。然而，在密封齒輪箱中封入的潤 滑脂量過多則會造成攪拌損失增大。 飛濺潤滑法（油浴式） 飛濺潤滑法是利用齒輪的旋轉(zhuǎn)將儲存在齒輪箱內(nèi)的潤滑 油濺起以潤滑齒輪及軸承

40、的潤滑方法。使用飛濺潤滑法時， 應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。 油面的高度必須保持適當(dāng)。使用的潤滑油量過多會引起 攪拌損失過大，油量過少則無法得到預(yù)期的潤滑效果和冷 卻效果。 請注意齒輪箱的界限溫度。齒輪箱的溫度隨齒輪與軸承 的摩擦損失及潤滑油的攪拌損失上升。因為隨溫度上升， 潤滑油的粘度降低對齒輪及軸承等造成各種各樣的影響， 所以請將齒輪箱內(nèi)的界限溫度控制在 8090 左右。 強(qiáng)制潤滑法（循環(huán)給油方式） 強(qiáng)制潤滑法是利用油泵直接對嚙合部位強(qiáng)制給油。 根據(jù)給油的方式分為下面三種類型。 滴下式：利用導(dǎo)管將潤滑油直接滴注到嚙合部位。 噴射式：利用噴油嘴將潤滑油直接噴射到嚙合部位。 噴霧式：利

41、用壓縮空氣將潤滑油變成霧狀，噴入齒 輪的嚙合部位。 強(qiáng)制潤滑法因為需要油槽、油泵、過濾器、配管等 一系列的裝置，所以主要使用在特殊的高速大型齒輪設(shè) 備中。雖然會因此增加成本，但可以將經(jīng)過過濾、冷卻 和粘度適合的潤滑油適量地送到嚙合部，是齒輪的潤滑 法中最為優(yōu)異的潤滑方法。 油面高度 潤滑油的選定方法 要想使金屬齒輪維持高效率的動力傳動，就必須 在嚙合齒面上形成安定的油膜以避免兩嚙合齒面的直 接接觸。請看下表。 潤滑油的種類及用途 選擇潤滑油時最重要的是選擇粘度適合的潤滑油。 潤滑油的種類及用途（二） 選擇渦輪蝸桿用油 與正齒輪及錐齒輪的嚙合不同，因為渦輪蝸桿在 嚙

42、合時產(chǎn)生滑動，各潤滑油廠商都推出了適合與渦輪 蝸桿使用的渦輪蝸桿用油。 選擇潤滑脂 潤滑脂的稠度相當(dāng)于潤滑油的動粘度。稠度是表 示粥樣物質(zhì)軟硬度及流動性的專用術(shù)語。潤滑脂的稠 度號碼（ NLGI No.）根據(jù)稠度范圍規(guī)定為 000號 6號。 潤滑脂的種類及用途 安全注意事項與啟動注意事項 大多數(shù)齒輪都是由比較重的金屬材料制成，所以 在裝配及搬運(yùn)場合都需要特別小心謹(jǐn)慎。另外，齒輪 在傳動時需要輪齒互相嚙合做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或直線運(yùn)動， 所以啟動時一定要做到安全第一。 結(jié)束語 齒輪是機(jī)械設(shè)備中的基礎(chǔ)件，往往也是 其中最容易損壞的部件，如何選擇齒輪、如 何使用齒輪，希望本課能給大家?guī)椭?