齿轮齿条的基本知识与应用.ppt

齿轮齿条的基本知识 与应用 什么是齿轮？ 齿轮是能互相啮合的有齿的机械零 件。它在机械传动及整个机械领域 中的应用极其广泛。 齿轮的历史。 早在公元前 350年， 古希腊著名的哲学家亚 里士多德在文献中对齿 轮有过记录。公元前 250年左右，数学家阿 基米德也在文献中对使 用了涡轮蜗杆的卷扬机 进行了说明。 在现今伊拉克凯特斯芬遗 迹中还保存着公元前的齿轮 齿轮在我国的历史也源 远流长。据史料记载，远在 公元前 400200年的中国古 代就已开始使用齿轮，在我 国山西出土的青铜齿轮是迄 今已发现的最古老齿轮，作 为反映古代科学技术成就的 指南车就是以齿轮机构为核 心的机械装置。 15世纪后半的意大利文艺复兴时期，著名的全才列 奧 纳多 .达芬奇 1452 1519，不仅在文化艺术方面，在齿轮 技术史上也留下了不可磨灭的功绩，经过了 500年以上， 现在的齿轮仍然保留着当时素描的原型。 直到 17世纪末，人们才开始研究能正确传递运动的轮 齿形状。 18世纪，欧洲工业革命以后，齿轮传动的应用日 益广泛；先是发展摆线齿轮，而后是渐开线齿轮，一直到 20世纪初，渐开线齿轮已在应用中占了优势。其后又发展 了变位齿轮、圆弧齿轮、锥齿轮、斜齿轮等等。 现代齿轮技术已达到：齿轮模数 0.004 100毫米；齿轮 直径由 1毫米 150米；传递功率可达 十万千瓦；转速可达 十万转 /分；最高的圆周速度达 300米 /秒。 国际上，动力传动齿轮装置正沿着小型化、高速化、标 准化方向发展。特殊齿轮的应用、行星齿轮装置的发展、低 振动、低噪声齿轮装置的研制是齿轮设计方面的一些特点。 齿轮一般分为三类，分别是平行轴、 相交轴及交错轴齿轮。 齿轮的种类繁多，其分类方法最通常的 是根据齿轮轴性。一般分为 平行轴 、 相交轴 及 交错轴 三种类型。平行轴齿轮包括正齿轮、 斜齿轮、内齿轮、齿条及斜齿条等。相交轴 齿轮有直齿锥齿轮、弧齿锥齿轮、零度齿锥 齿轮等。交错轴齿轮有交错轴斜齿齿轮、蜗 杆蜗轮、准双曲面齿轮等。 右表中所列出的效率为 传动效率，不包括轴承及搅 拌润滑等的损失。平行轴及 相交轴的齿轮副的啮合，基 本上是滚动，相对的滑动非 常微小，所以效率高。交错 轴斜齿轮及蜗杆蜗轮等交错 轴齿轮副，因为是通过相对 滑动产生旋转以达到动力传 动，所以摩擦的影响非常大， 与其他齿轮相比传动效率下 降。齿轮的效率是齿轮在正 常装配状况下的传动效率。 如果出现安装不正确的情况， 特别是锥齿轮装配距离不正 确而导致同锥交点有误差时， 其效率会显著下降。 常用的齿轮分类 平行轴的齿轮 正齿轮。 齿线与轴心线为平行方向的 圆柱齿轮。因为易于加工，因此 在 动力传动上使用最为广泛。 齿条 与正齿轮啮合的直线齿条状 齿轮。可以看成是正齿轮的节圆 直径变成无限大时的特殊情况。 内齿轮 与正齿轮相啮合在圆环的内侧 加工有轮齿的齿轮。主要使用在行 星齿轮传动机构及齿轮联轴器等应 用上。 斜齿齿轮 齿线为螺旋线的圆柱齿轮。因 为比正齿轮强度高且运转平稳，被 广泛使用。传动时产生轴向推力。 斜齿齿条 与斜齿齿轮相啮合的条状齿轮。 相当于斜齿齿轮的节径变成无限大 时的情形。 人字齿轮 齿线为左旋及右旋的两个斜齿 齿轮组合而成的齿 轮。有在轴向 不产生推力的优点。 相交轴齿轮 直齿锥齿轮 齿线与节锥线的母线一致的 锥齿轮。在锥齿轮中，属于比较 容易制造的类型。所以，作为传 动用锥齿轮应用范围广泛。 弧齿锥齿轮 齿线为曲线，带有螺旋角 的锥齿轮。虽然与直齿锥齿轮 相比，制作难度较大，但是作 为高强度、低噪音的齿轮使用 也很广泛。 零度锥齿轮 螺旋角为零度的曲线齿锥 齿轮。因为同时具有直齿和曲 齿锥齿轮的特征，齿面的受力 情形与直齿锥齿轮相同。 交错轴齿轮 圆柱蜗杆副 圆柱蜗杆副是圆柱蜗杆和与 之啮合的蜗轮的总称。运转平静 及单对即可获得大传动比为其最 大的特征，但是有效率低的缺点。 交错轴斜齿齿轮 圆柱蜗杆副在交错轴间传动 时的名称。可在斜齿齿轮副或斜 齿齿轮与正齿轮副的情况下使用。 运转虽然平稳，但只适合于使用 在轻负荷的情况下。 其他特殊齿轮 面齿轮 可与正齿轮或斜齿齿 轮啮合的圆盘状齿轮。在 直交轴及交错轴间传动。 鼓形蜗杆副 鼓形蜗杆及与之啮合的蜗轮 的总称。虽然制造比较困难，但 比起圆柱蜗杆副，可以传动大负 荷。 准双曲面齿轮 在交错轴间传动的圆锥形齿 轮。大小齿轮经过偏心加工，与 弧齿齿轮相似，啮合原理非常复 杂。 齿轮的基本术语和尺寸计算。 齿轮有很多齿轮所特有的术语和表现方 法，为了使大家能更多的了解齿轮，在此介 绍一些经常使用的齿轮基本术语。 齿轮各部 位的名称 表示轮齿的大小的术语是模数 m1、 m3、 m8 被称为模数 1、模数 3、模数 8。 模数是全世界通用的称呼，使用符号 m（模数）和数字 （毫米 来表示轮齿的大小，数字越大，轮齿也越大。 另外，在使用英制单位的国家（比如美国），使用符号 （径节）及数字（分度圆直径为 1英 吋 时的齿轮的轮齿数） 来表示轮齿的大小。比如： DP24、 DP8， 等等。还有使用 符号（周节）和数字（毫米）来表示轮齿大小的比较特殊的 称呼方法。比如 CP5、 CP10、 模数乘以圆周率即可得到齿距（ p）。齿距是相邻两齿 间的长度。 用公式表示就是 不同模数的轮齿大小对比 压力角 压力角是决定齿轮齿形的参数。即轮齿齿面的倾斜 度。压力角（ ）一般采用 20 。以前，压力角为 14.5 的齿轮曾经很普及。 压力角是在齿面的一点（一般是指节点）上，半径线与 齿形的切线间所成之角度。如图所示， 为压力角。因为 = ，所以 也是压力角。 A齿与 B齿的啮合状态从节点看上去时： A齿在节点上推动 B点。这个时候的推动力作用在 A齿及 B齿的共同法线上。也就是说，共同法线是力的作用方向， 亦是承受压力的方向， 则为压力角。 模数（ m）、压力角（ ）再加上 齿数（ z）是齿轮的三大基本参数 ，以 此参数为基础计算齿轮各部位尺寸。 齿高与齿厚 轮齿的高度由模数（ m）来决定。 全齿高 h=2.25m（ =齿根高 +齿顶高） 齿顶高（ ha）是从齿顶到分度线的高度。 ha=1m。 齿根高（ hf）是从齿根到分度线的高度。 hf=1.25m。 齿厚 （ s）的基准是齿距的一半。 s=m/2 。 齿轮的直径 决定齿轮大小的参数是齿轮的分度圆直径（ d）。以分 度圆为基准，才能定出齿距、齿厚、齿高、齿顶高、齿根高。 分度圆直径 d=zm 齿顶圆直径 da=d+2m 齿根圆直径 df=d-2.5m 分度圆在实际的齿 轮中是无法直接看到的 ，因为分度圆是为了决 定齿轮的大小而假设的 圆。 中心距与齿隙 一对齿轮的分度圆相切啮合时，中心距是两个分度圆 直径的和的一半。 中心距 a=（ d1+d2） /2 在齿轮的啮合中，要 想得到圆滑的啮合效果， 齿隙是个重要的因素。齿 隙是一对齿轮啮合时齿面 间的空隙。 齿轮的齿高方向也有 空隙。这个空隙被称为顶 隙（ Clearance)。顶隙 (c) 是齿轮的齿根高与相配齿 轮的齿顶高之差。 顶隙 c=1.25m-1m=0.25m 斜齿齿轮 将正齿轮的轮齿螺旋状扭转后的齿轮为斜齿齿轮。正齿轮 几何计箅的大部分都可适用于斜齿齿轮。斜齿齿轮，根据其基 准面不同有 2种方式： 端面（轴直角）基准（端面模数 /压力角 法面（齿直角）基准（法向模数 /压力角 端面模数 mt和法向模数 mn的关系式 mt=mn/cos 螺旋方向与配合 斜齿齿轮、弧齿伞形齿轮等，轮齿呈螺旋状的齿轮，螺旋 方向和配合是一定的。螺旋方向是指当齿轮的中心轴指向上下， 从正面看上去时，轮齿的方向指向右上的是 右旋 ，左上的是 左旋 。各种齿轮的配合如下所示， 螺旋方向与配合（二） 最常用的齿轮齿形是渐开线齿形 仅仅在摩擦轮的外周上分割出等分的齿距，装上突起， 然后相互啮合转动的话 ,会出现如下问题 : 轮齿的切点产生滑动 切点的移动速度时快时慢 产生振动及噪音 轮齿传动时既要安静又要圆滑，由此，诞生了渐开曲线。 什么是渐开线 将一端系有铅笔的线缠在圆 筒的外周上，然后在线绷紧的状 态下将线渐渐放开。此时，铅笔 所画出的曲线即为渐开曲线。圆 筒的外周被称为基圆。 一个示例 8齿渐开线齿轮示例。 将圆筒 8等分后，系上 8根铅笔，画出 8条渐开曲线。然 后，将线向相反方向缠绕，按同样方法画出 8条曲线，这就 是以渐开曲线作为齿形，齿数为 8的齿轮。 渐开线齿轮的优点 即使中心距多少有些误差，也可以正确的啮合。 比较容易得到正确的齿形，加工也比较容易。 因为在曲线上滚动啮合，所以，可以圆滑地传递旋转运动。 只要轮齿的大小相同，一个刀具可以加工齿数不同的齿轮。 齿根粗壮，强度高。 基圆和分度圆 基圆是形成渐开线齿形的基础圆。分度圆 是决定齿轮大小的基准圆。基圆与分度圆是齿 轮的重要几何尺寸。渐开线齿形是在基圆的外 侧形成的曲线。在基圆上压力角为零度。 渐开线齿轮的啮合 两个标准的渐开线齿轮的分度圆在标准的中心距 下相切啮合。 两轮啮合时的模样，看上去就像是分度圆直径大 小为 d1、 d2两个摩擦轮（ Friction wheels）在传动。 但是，实际上渐开线齿轮的啮合取决于基圆而不是分 度圆。 渐开线齿轮的啮合 （二） 两个齿轮齿形的啮合接触点 按 P1 P2 P3的顺序在啮合线上 移动。请注意驱动齿轮中黄色的 轮齿。这个齿开始啮合后的一段 时间内，齿轮为两齿啮合（ P1、 P3）。啮合继续，当啮合点移动 到分度圆上的点 P2时，啮合轮齿 只剩下了一个。啮合继续进行， 啮合点移动到点 P3时，下一个轮 齿开始在 P1点啮合，再次形成两 齿啮合的状态。就像这样，齿轮 的两齿啮合与单齿啮合交互重复 传递旋转运动。 基圆的公切线 A一 B被称为啮 合线。齿轮的啮合点都在这条啮 合线上。 渐开线齿轮的啮合 （三） 用一个形象的图来表示，就好像皮带交叉地套在两 个基圆的外周上做旋转运动传递动力一样。 齿轮的变位分为正变位和负变位 我们通常使用的齿轮的齿廓一般都是标准的渐 开线，然而也存在一些情况需要对轮齿进行变位， 如调整中心距、防止小齿轮的根切等。 齿轮的齿数与形状 渐开线齿形曲线随齿数多少而不同。齿数越多，齿形曲 线越趋于直线。随齿数增加，齿根的齿形变厚，轮齿强度增 加。 由上图可以看到，齿数为 10的齿轮，其轮齿的齿根处部 分渐开线齿形被挖去，发生根切现象。但是如果对齿数 z=10 的齿轮采用正变位，增大齿顶圆直径、增加轮齿的齿厚的话， 可以得到与齿数 200的齿轮同等程度的齿轮强度。 变位齿轮 右图是齿数 z=10的齿轮正变位切 齿示意图。切齿时，刀具沿半径 方向的移动量 xm（ mm）称为径向 变位量 简称变位量 )。 xm=变位量（ mm） x=变位系数 m=模数（ mm） 通过正变位的齿形变化。轮齿的齿厚增加，外径（齿顶 圆直径 也变大。齿轮通过采取正变位，可以避免根切 （ Undercut）的发生。对齿轮实行变位还可以达到其它的目 的，如改变中心距，正变位可增加中心距，负变位可减少中 心距。 不论是正变位还是负变位齿轮，都对变位量有限制。 正变位和负变位 变位有正 变位和负变位。 虽然齿高 相同，但齿厚 不同。齿厚变 厚的为正变位 齿轮，齿厚变 薄的为负变位 齿轮。 无法改变两个齿轮的中 心距时，对小齿轮进行正 变位（避免根切），对大 齿轮进行负变位，以使中 心距相同。这种情况下， 变位量的绝对值相等。 正变位和负变位（二） 变位齿轮的啮合 标准齿轮是在各个齿 轮的分度圆相切状态下 啮合。而经过变位的齿 轮的啮合，如图所示， 是在啮合节圆上相切啮 合。啮合节圆上的压力 角称为啮合角。啮合角 与分度圆上的压力角 （分度圆压力角）不同。 啮合角是设计变位齿轮 时的重要要素。 齿轮变位的作用 可以防止在加工时因为齿数少而产生的 根切现象。 通过变位可以得到所希望的中心距。 在一对齿轮齿数比很大的情况下，对容 易产生磨耗的小齿轮进行正变位，使齿厚 加厚。相反，对大齿轮进行负变位，使齿 厚变薄，以使得两个齿轮的寿命接近。 齿形与齿线的修整 齿形修整 齿形修整是修缘和修根的 总称。一般地说，修缘的 方法使用比较普遍。修缘 是指有意识的修削齿顶的 齿形，使齿型偏离正确的 渐开线齿形。由此，当齿 轮齿面受外力产生变形时， 可以避免对与之啮合的齿 轮产生干涉，并且可以降 低噪音，延长齿轮寿命。 但是，要注意不能修整过 量。过量修整等于增加了 齿形误差，将对啮合产生 不良影响。 鼓形加工和齿端修薄 鼓形加工和齿端修薄 都是沿齿线方向的修整。 特别是鼓形加工，是以使 轮齿接触集中到齿宽的中 央部为目的的加工。所以， 沿齿线方向加工成适当的 鼓形。此时，应注意不能 加工过甚。过量的鼓形加 工会引起轮齿接触面积的 减小，对齿轮强度产生不 良影响。齿端修薄是将齿 宽的两端部加以适当的倒 角加工的方法。 外径加工及齿顶倒角加工 为了减少外径的偏差以及防止发生在齿 顶的碰撞或毛边，在滚齿加工的同时，齿轮 的外径加工及齿顶倒角加工亦可同时进行。 因为实行了齿顶倒角，啮合时的有效齿 顶高减少，啮合率也降低，所以，通常不希 望过量的齿顶倒角，一般不超过 0.1m。 齿轮的精度 齿轮是传递动力和旋转的机械要素。对于齿轮 的性能要求主要有： 更大的动力传递能力 尽可能使用体积小的齿轮 低噪音 正确性 要想满足如上所述的要求，提高齿轮的精度将 成为必须解决的课题。 齿轮精度的分类 齿轮的精度大致可以分为三类 渐开线齿形的正确度 齿形精度 齿面上齿线的正确度 齿线精度 齿 /齿槽位置的正确度 轮齿的分度精度 单齿距精度 齿距的正确度 累积齿距精度 夹在两齿轮的测球在半径方向位 置的偏差 径向跳动精度 齿形误差 齿线误差 齿距误差 在以齿轮轴为中心的测定圆周上测量齿距值。 单齿距偏差（ fpt）实际齿距与理论齿距的差。 齿距累积总偏差（ Fp）测定全轮齿齿距偏差做出评价。 齿距累积偏差曲线的总振幅值为齿距总偏差。 径向跳动（ Fr） 将测头（球形、圆柱形）相继置于齿槽内，测定测 头到齿轮轴线的最大和最小径向距离之差。齿轮轴的偏 心量是径向跳动的一部分。 径向综合总偏差（ Fi”） 到此为止，我们所叙述的齿形、齿距、齿线精度等， 都是评价齿轮单体精度的方法。与此不同的是，还有将齿 轮与测量齿轮啮合后评价齿轮精度的两齿面啮合试验的方 法。被测齿轮的左右两齿面与测量齿轮接触啮合，并旋转 一整周。记录中心距离的变化。下图是齿数为 30的齿轮的 试验结果。单齿径向综合偏差的波浪线共有 30个。径向综 合总偏差值大约为径向跳动偏差与单齿径向综合偏差的和。 齿轮各种精度之间的关联 齿轮的各部 分精度之间是有 关联的，一般来 说，径向跳动与 其它误差的相关 性强，各种齿距 误差间的相关性 也很强。 齿轮的材料与热处理 齿轮根据各自的用途，分别使用黑色金属、有色 金属及工程塑料等制作。材料的种类、热处理手段等 的不同，齿轮的强度也不同。 具有代表性的齿轮材料 45钢（机械结构用碳素钢） 45钢是中碳钢的代表，含碳量为 0.45%。因为进货 非常容易，正齿轮、斜齿齿轮、齿条、伞形齿轮、蜗杆 等各种齿轮多使用这种材料。 42CrMo（铬钼合金钢） 含碳量 0.40%，成份中含有铬、钼等成分的中碳合 金钢。比 45钢的强度高，通过调质或高频淬火处理可提 高硬度，用来制造各种不同的齿轮。 20CrMnTi（铬钼合金钢） 低碳合金钢的代表材料。一般情况下，经渗碳淬火 处理后使用。材料热处理后的强度高于 45钢及 42CrMo。 使用表面硬度在 5560HRC左右。 具有代表性的齿轮材料（二） Su303不锈钢 主要用在食品机械等需要避免生锈的机械中。 铸造铜合金 是制造涡轮的主要材料。一般有铸造磷青铜、铝 青铜等。啮合的蜗杆材料大多使用 45钢、 42CrMo、 20CrMnTi等钢材。蜗杆与涡轮使用不同材料是为了防 止蜗杆涡轮啮合时由于滑动而引起的齿面胶合及过渡 磨损等。 具有代表性的热处理 淬火 为了提高钢材的硬度，将材料加热到高温（约 800 ）后快速冷却。根据冷却介质，分为油冷 /水冷 /喷射冷 却等不同种类。淬火后的钢材过脆，为了增加钢材的韧 性，一般需要再进行回火处理。纯铁即使经过淬火处理 也不会变硬。钢材的含碳量要在 0.35%以上才有淬火硬化 的可能。 调质处理 调质处理是将淬火及高温回火相结合，调整钢材 （钢件）硬度、强度、 靭 性的热处理。因为调质后的材 料及制品要进行机械加工，所以硬度达不到淬火后那么 高。 具有代表性的热处理（二） 高频淬火 像 45钢或 42CrMn钢这样含碳 量在 0.35%以上的碳素钢，对其 表面进行硬化处理的方法。要注 意的是，对齿轮进行高频处理后， 会发生齿面及齿顶的硬度达到使 用要求、但齿根部分达不到淬火 硬度的情况。硬度低于渗碳淬火 处理的硬度。齿轮经过高频淬火 后精度下降。作为高精度齿轮使 用时需要对齿轮做磨削加工。 具有代表性的热处理（三） 渗碳淬火 渗碳淬火是在低碳钢的表面渗人碳素，使之成为高 含碳量状态的处理。是仅对钢材表面进行硬化的热处理 手段。渗人碳素的表面与芯部的硬度由硬到软连续变化。 芯部硬度低于表面。经过渗碳淬火处理的齿轮容易产生 变形（尺寸增大）及扭曲等，致使齿轮精度下降 1个等 级程度。要想提高齿轮精度，需要对齿轮做再次磨削。 氮化处理 氮化是将氮扩散渗人到钢的表面以提高表面硬度的 热处理方法。含有铝、铬、钼的钢材容易达到氮化目的， 表面硬度提高。 齿轮的强度 齿轮最重要的是轮齿，齿轮的强 度取决于轮齿折断和齿面磨损强度。 正齿轮及斜齿齿轮的弯曲强度计算公式 在轮齿上作用了超过极限值的力 时，如图所示轮齿会从齿根部出现裂 痕以致造成轮齿断裂。弯曲强度计算 公式如下所示。 正齿轮及斜齿齿轮的弯曲强度计算公式（二） 从上面的公式中我们可以看到，如果要提高齿轮的弯曲 强度，我们需要将分母减小、分子增大。可以使用的方法有： 使用高强度材料（容许齿根弯曲应力增加） 增大齿轮体积（大模数、宽齿面） 高强度齿形（减少齿形系数，大压力角、正变位） 提高重合率（减少重合度系数，小压力角、增加齿高） 提高齿轮精度 正齿轮及斜齿齿轮的齿面强度计算公式 齿面强度是基于齿面的接触应 力计算轮齿抵抗点蚀（ Pitting） 发生的强度。 正齿轮及斜齿齿轮的齿面强度计算公式（二） 相对齿面强度的容许圆周力 Ftlim公式如下： 从公式我们可 以看到，提高齿面 强度的方法有：使 用淬火处理的硬质 材料（增大容许接 触应力）、增大齿 轮体积（大节圆直 径、增加有效齿 宽）、提高重合率 （减少重合度系数） 提高齿轮精度。 高精度齿轮的条件 齿轮的表面处理 齿轮的表面处理是为了改善材料的表面状态而进 行的处理加工。主要是为了： 提高耐腐蚀性能和防锈效果。 提高耐磨性能 提高表面粗糙度（表面更光滑） 表面更光洁、美观 其它（提高疲劳强度） 常见的表面处理 镀锌 为了提高金属的防锈能力。随着铬酸 盐钝化处理的进步，外观性能也有了很大 的提高。镀层厚度一般为 225m 左右。 化学镀镍 化学镀镍的耐腐蚀性能、耐磨损性 能高，镀镍过程中不通电、无电解，镀 膜厚度均匀（ 310m ），适合使用在形 状复杂、尺寸要求精度高的产品上。 常见的表面处理（二） 发黑处理（表面氧化） 即碱性氧化处理。将金属置于碱性处 理液中加热到 140 后，金属本身发生化学 反应，在其表面形成黑色皮膜。皮膜有防 锈作用，厚度在 3m 以下，主要化学成分 为四氧化三铁。 磷化处理 即磷酸盐处理。将金属浸入加热后的 磷酸盐溶液中进行化学处理，使金属表面 形成磷酸盐保护膜。利用锰系磷化处理液 处理后的皮膜厚度为 315m 左右，防锈 性能好，同时具有很高的耐磨性和润滑作 用，所以多使用在滑动零部件的处理上。 常见的表面处理（三） 固体润滑处理 在不能使用润滑油脂的地方可以考虑使用固 体润滑处理。只需将固体润滑剂喷射到齿轮的轮 齿表面，粘附在表面的润滑剂干燥后形成皮膜。 润滑剂中的二硫化钼颗粒渗入到金属组织中起润 滑作用。特别是在齿轮的初期跑合用或防止由于 微小的摩擦动作引起的微动腐蚀上发挥其润滑作 用。 WPC处理 对提高金属的疲劳强度及滑动性能有效。需 要注意的是， WPC处理提高金属的抗疲劳强度但不 改变金属的抗弯曲强度。处理方法为用 40200m 的微粒介质以 100m/s以上的速度对齿轮等金属进 行喷射。因为喷射速度快，所以当介质撞击金属 时会产生瞬时高温，致使金属表面的结晶融化， 而后快速冷却，是金属表面的结晶变细，并且几 乎不产生尺寸变化（尺寸变化只有 12m ）。 齿轮的加工方法 使用滚刀切削斜齿齿轮的轮齿 滚刀呈螺纹状，滚刀与斜齿齿轮边做啮合旋转，边 连续切削。正齿轮及蜗轮也同样可以使用滚刀进行切削。 使用齿条铣刀加工齿条的轮齿 下图为正在切削中的齿条，斜齿齿条也同样可使用齿条刀 具切齿，可同时切削多个轮齿。 使用小齿轮型刨齿刀切削正齿轮的轮齿 小齿轮刨齿刀的形状与正齿轮相同 小齿轮刨齿刀切齿时，与正齿轮边做啮合旋转边连续切削。 内齿轮也是用小齿轮刨齿刀切削。 使用蜗杆刀具切削蜗杆的轮齿 下图为正在切齿中的蜗杆。蜗杆刀具是普通的铣刀，与其它 的齿轮相比，加工时间长 . 使用 CONIFLEX刀具加工直齿伞形齿轮的轮齿 上下二片一组的 CONIFLEX刀具边旋转边切齿。照片中 的刀具是一组刀具中的下片。可以制作出重合度高、噪音 低的齿轮。 使用弧齿伞形齿轮刀具切削弧齿伞形齿轮的轮齿 加工右旋弧齿伞形齿轮的轮齿时的照片，刀具为 王冠型。 使用螺纹装砂轮研磨斜齿齿轮的轮齿 正齿轮也可使用同样的方法磨削。因为螺纹非常 多，所以加工效率高。 使用薄型圆盘状砂轮研磨蜗杆 砂轮高速旋转，磨制出高精度的蜗杆。 使用砂轮研磨齿条 齿条的磨齿加工，在一年室温保持在 20 的 恒温室中进行。砂轮的形状为圆盘状。制作高精度 的研磨齿条，需要高水准的技术与丰富的经验。 注塑成型 将经过加热的塑料材注入到精密的齿轮模具中 成型的加工方法。大批量生产可以降低生产成本。 因为模具的造价高，所以不适合小批量生产。 烧结 在金属模具中将金属粉末压缩、成型、烧结、硬化 的加工方法。大批量生产时可以降低生产成本。因为模 具造价高，所以小批量生产时一般不采用烧结的方式。 滚压 使用一对（ 2个）滚丝轮。将原材料夹在两个滚 丝轮之间，边施加外力边旋转原材，使原材的表面 变形形成齿形。 冲压 对板材及棒材施加冲力，使之变形后制成的产品。 产品的加工周期短，但是所使用的模具造价高。 各种齿轮的加工工艺流程 正齿轮的生产工艺流程 齿条的生产工艺流程 伞形齿轮的生产工艺流程 蜗杆的生产工艺流程 齿轮的使用 不适当的齿轮装配与润滑是引起意想不到的麻烦 的主要原因。在这里，我们将重点介绍一些齿轮的正 确装配方法及正确选择润滑油的方法。 齿轮的装配与确认 齿轮是旋转零件。请充分考虑安全，将齿轮确实 地固定在轴上。另外由于齿轮的形状及轮齿的螺旋， 齿轮在啮合旋转时产生轴向力（推力），需要特别注 意齿轮不在轴向产生移动。 正齿轮的装配与确认 正齿轮虽然不产生轴向推力，但是组装时需注意旋转中 的齿轮侧面不与轴承架等接触，确实可靠地将齿轮固定在轴 上。还有，与配 对齿轮的啮合处 如果发生偏离会 对强度产生影响， 请一定正确地安 装在设定的位置。 右图的顺序 号 在轴承 架上装配正齿轮 的顺序。 齿条和小齿轮的安装与确认 因为齿条和小齿轮 使用在直线齿顶装置中， 所以齿条和小齿轮的组 装距离在任意位置都能 保持一定的高精度组装 非常的重要。另外，因 为小齿轮多采用悬臂支 撑与轴承联接，所以需 要特别注意轮齿不出现 片面接触。 右图的序号 是在支架上安装齿条的 顺序 锥齿轮的安装与确认 锥齿轮使用在输入轴与输出轴 在某一点相交的交叉轴上。大多数 情况下齿轮为单臂支撑。在这种场 合下，需要注意尽量避免轴部发生 弯曲。所以应尽量增加轴径以提高 刚性，轴承也应尽量靠近齿轮安装 。还有锥锥齿轮成圆锥形状，旋转 时产生轴向力（推力）。特别是弧 齿锥齿轮，随旋转方向和轮齿螺旋 方向的变化推力发生变化，请对推 力进行计算后选择适当的轴承。 锥齿轮的安装与确认（二） 锥齿轮的安装与确认（二） 锥齿轮的安装与确认（三） 锥齿轮在组装时请务必确认轮齿接触。根据轮齿接触 的状态可以确认组装误差。组装误差包括：组装距离误差 、偏心误差、轴角误差。组装精度低是引起异常噪音和磨 损的原因。请边调整齿轮的安装位置边组装齿轮。 锥齿轮的安装与确认（四） 涡轮蜗杆的安装与确认 因为涡轮蜗杆随旋转 方向及螺旋方向的不同轴 向力（推力）发生变化， 所以请计算推力悬着使用 适合的轴承。 特别是蜗杆，因为承 受很大的推力，所以使用 止推轴承或圆锥滚子轴承 将蜗杆与轴固定使之在推 力方向不产生移动是非常 重要的。 轴承的选择错误或组 装错误会引起异常磨损或 其它预想不到的故障发生。 请一定特别注意正确选择 并装配轴承。 涡轮蜗杆的安装与确认（二） 涡轮蜗杆的安装与确认（三） 组装涡轮蜗杆时必须确认轮齿接触状况与侧隙。组装 状态的良否将直接左右齿面的磨耗度。 组装时，请确认以下所列各项目的齿接触状态及侧隙 后加以使用。 涡轮蜗杆的安装与确认（四） 齿轮的润滑方法 齿轮是否有良好的润滑将会影响到齿轮的耐久性及 噪音。齿轮的润滑方法大致可以分为以下三类。 润滑脂润滑法。 飞溅润滑法（油浴式） 强制润滑法（循环喷油方式） 选择润滑方法主要是根据齿轮的圆周速度（ m/s） 及转速（ rpm）等作为基准。根据圆周速度的大小对三 种润滑法进行分类的话，一般为低速下使用润滑脂润滑 法、中速使用飞溅润滑法、高速使用强制润滑法。但是 这只是个大致的基准，比如因为维护保养等理由，在圆 周速度达到很高的情况下也有使用润滑脂润滑的实例。 润滑脂润滑法 润滑脂润滑法是低速、轻负荷环境下使用的齿轮润 滑法。使用在开放型和密封型齿轮箱中。润滑脂润滑的 场合需要注意以下几点。 请选择适合粘度的润滑脂。在密封齿轮箱中，为 了保证润滑脂有效地润滑作用，应选择流动性好的 润滑脂。在开放型齿轮箱中，应选择粘度适中不滴 落的润滑脂。 不适合使用在高负荷、连续运转的场合。润滑脂 不具备润滑油的冷却能力。在高负荷、连续运转场 合使用时，温度的上升可能成为问题。 请使用适量的润滑脂。润滑脂量太少将无法达到 预期的润滑效果。然而，在密封齿轮箱中封入的润 滑脂量过多则会造成搅拌损失增大。 飞溅润滑法（油浴式） 飞溅润滑法是利用齿轮的旋转将储存在齿轮箱内的润滑 油溅起以润滑齿轮及轴承的润滑方法。使用飞溅润滑法时， 应注意以下几点。 油面的高度必须保持适当。使用的润滑油量过多会引起 搅拌损失过大，油量过少则无法得到预期的润滑效果和冷 却效果。 请注意齿轮箱的界限温度。齿轮箱的温度随齿轮与轴承 的摩擦损失及润滑油的搅拌损失上升。因为随温度上升， 润滑油的粘度降低对齿轮及轴承等造成各种各样的影响， 所以请将齿轮箱内的界限温度控制在 8090 左右。 强制润滑法（循环给油方式） 强制润滑法是利用油泵直接对啮合部位强制给油。 根据给油的方式分为下面三种类型。 滴下式：利用导管将润滑油直接滴注到啮合部位。 喷射式：利用喷油嘴将润滑油直接喷射到啮合部位。 喷雾式：利用压缩空气将润滑油变成雾状，喷入齿 轮的啮合部位。 强制润滑法因为需要油槽、油泵、过滤器、配管等 一系列的装置，所以主要使用在特殊的高速大型齿轮设 备中。虽然会因此增加成本，但可以将经过过滤、冷却 和粘度适合的润滑油适量地送到啮合部，是齿轮的润滑 法中最为优异的润滑方法。 油面高度 润滑油的选定方法 要想使金属齿轮维持高效率的动力传动，就必须 在啮合齿面上形成安定的油膜以避免两啮合齿面的直 接接触。请看下表。 润滑油的种类及用途 选择润滑油时最重要的是选择粘度适合的润滑油。 润滑油的种类及用途（二） 选择涡轮蜗杆用油 与正齿轮及锥齿轮的啮合不同，因为涡轮蜗杆在 啮合时产生滑动，各润滑油厂商都推出了适合与涡轮 蜗杆使用的涡轮蜗杆用油。 选择润滑脂 润滑脂的稠度相当于润滑油的动粘度。稠度是表 示粥样物质软硬度及流动性的专用术语。润滑脂的稠 度号码（ NLGI No.）根据稠度范围规定为 000号 6号。 润滑脂的种类及用途 安全注意事项与启动注意事项 大多数齿轮都是由比较重的金属材料制成，所以 在装配及搬运场合都需要特别小心谨慎。另外，齿轮 在传动时需要轮齿互相啮合做旋转运动或直线运动， 所以启动时一定要做到安全第一。 结束语 齿轮是机械设备中的基础件，往往也是 其中最容易损坏的部件，如何选择齿轮、如 何使用齿轮，希望本课能给大家帮助。