目录
1、概述………………………………………………………………………………………1
1.1齿轮的功用与结构特点……………………………………………………………1
1.2轴的功用与结构特点………………………………………………………………1
1.3齿轮与轴的材料与毛坯……………………………………………………………1
1.4齿轮的热处理………………………………………………………………………3
1.5齿轮的技术要求……………………………………………………………………3
1.6轴的技术要求………………………………………………………………………4
2、齿轮与轴加工的主要工艺问题……………………………………………………4
2.1齿轮加工的主要工艺问题…………………………………………………………4
2.2轴的加工工艺………………………………………………………………………11
3、齿轮与轴的加工工艺…………………………………………………………………12
3.1齿轮的加工工艺过程………………………………………………………………12
3.2轴的加工工艺过程…………………………………………………………………13
3.3切削用量的确定……………………………………………………………………13
4、检验………………………………………………………………………………………15
4.1中间检验……………………………………………………………………………15
4.2齿轮最终检验………………………………………………………………………15
附表4-1……………………………………………………………………………………20
附表3-3……………………………………………………………………………………22
附表3-4……………………………………………………………………………………23
1.概述
1.1齿轮的功用与结构特点
齿轮传动是机械传动中运用最广的传动，可用于传递任意两轴之间的运动和动力，他是现代机器中最重要的传动构件之一，也是历史上运用最早的传动机构之一。它具有传动平稳、传动比精确、工作可靠、效率高寿命长、使用范围广等优点。但它也具有缺点，即制造和安装的精度要求高、比较昂贵、传动时不可避免地产生噪声不宜用于轴间距离较大的传动。
我所研究的是CB-B20型液压油泵齿轮与轴的加工工艺。CB-B20是外啮合齿轮泵，有结构简单，制造方便，体积小，重量轻，转速高，自吸性能好，对油的污染不敏感，工作可靠，寿命长，便于维护修理以及价钱低廉等优点，也具有流量和压力脉冲较大，噪声较大，排量不可调等缺点，其额定压力为2.5MPa，排量为2.5ml/r—125ml/r,它的轴测装配图如图1.1所示，是三片式结构，主动轴装有主动齿轮，从动轴装有从动齿轮，用定位销和螺钉把泵体与后泵盖和前泵盖装在一起，形成齿轮泵的密封腔，泵体两端面开有封油卸油槽口，可以防止油外泄和减轻螺钉拉力，油孔可以使轴承处泄油流向吸油口，其油泵工作原理图见图1.2。我所要研究的是主动轴与主动齿轮，齿轮是机器中的常用件，应用较广。它的作用是利用一段啮合的齿轮把一个轴上的运动和动力传递给另一个轴，同时还可以根据需要改变轴的转数和旋转方向。齿轮一般由轮体和齿轮两部分组成，齿轮的齿形有渐开线，摆线，圆弧等形状。我要研究的齿轮是最常见的圆柱齿轮中的单齿圈齿轮。
1.2轴的功用与结构特点
轴类零件是机械零件中的关键零件之一，在机器中，它的主要功用是支撑传动零件，传递扭矩，承受载荷，以及保证装在轴上的零件等有一定的回转精度。
轴类零件是回转体零件，其长度大于直径，加工表面通常有内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、键槽、横向孔和沟槽等，按结构形状可分为光轴、空心轴、阶梯轴和异形轴等，我所研究的为阶梯轴。
1.3齿轮与轴的材料与毛坯
齿轮应按照使用时的工作条件选用合适的材料。齿轮材料的选择对齿轮的加工性能和使用寿命都有直接的影响。
图1.1液压油泵轴测图
图1.2油泵工作原理图
速度教高的齿轮传动，齿面容易产生疲劳点蚀，应选择齿面硬度较高而硬层较厚的材料；有冲击载荷的齿轮传动，轮齿容易折断，应选择韧性较好的材料；低速重载的齿轮传动，轮齿容易折断，齿面易磨损，应选择机械强度大，齿面硬度高的材料。
低质碳素结构钢中所含有的有害杂质元素较少，力学性能较好，45钢碳的质量分数适中，具有较高的强度和较好的塑性韧性，可在供应状态或正火状态下使用制造力学性能要求不高的零件；也可以进行调质处理后制造要求具有良好综合力学性能的零件，所以在材料的选择上齿轮和轴我都选用45钢。
对于毛坯的选用，齿轮要求强度高，耐磨，耐冲击固我选用锻件，轴我选用棒料。
1.4齿轮的热处理
1.4.1齿坯热处理
钢料齿坯最常用的热处理为正火或调质。正火安排在铸造或锻造之后，切削加工之前。这样可以消除钢件中残留的铸造或锻造内应力，并且使铸造或锻造后组织上的不均匀性通过重新结晶得到细化而均匀的组织，从而改善了切削性能和表面粗糙度，还可以减少淬火时变形和开裂的倾向。调质同样起到了细化晶粒和均匀组织的作用，只不过它可以使齿坯韧性更高些，但切削性能差一些。
对于棒料齿坯，正火或调质一般安排在粗车之后，这样可以消除粗车形成的内应力。
1.4.2轮齿热处理
轮齿常用的热处理为高频淬火、渗碳、氮化。
高频淬火可以形成比普通淬火稍高硬度的表层，并保持了心部的强度与韧性。
渗碳可以使齿轮在淬火后表面具有高硬度且耐磨，心部依然保持一定的强度和较高的韧性。
氮化是将论置于氨气中并加热到520-560度，使活性氮原子渗入轮齿表面层，形成硬度很高的氮化物薄层。
在齿轮生产中，热处理质量对齿轮加工精度和表面粗糙度影响很大。往往因热处理质量不稳定，引起齿轮定位基面及齿面变形过大或表面粗糙度太大而大批报废，成为齿轮生产中的关键问题。
1.5齿轮的技术要求
1.5.1传动精度
渐开线圆柱齿轮的精度标准（GB10095—88）对于齿轮及齿轮副规定了12个精度等级，第一精度等级最高，第十二精度等级最低，按照误差特性及对传动性能的主要影响，将齿轮各公差等级和极限偏差分成I、II、III三个公差组，分别评定运动精度、工作平稳性精度、和接触精度。运动精度要求能准确传递精度、传动比恒定；工作平稳性精度要求齿轮传递运动平稳，冲击震动和噪声小；接触精度要求齿轮传递动力时齿面载荷分布均匀。齿圈颈向跳动Fr反映加工几何偏心造成的工作齿圈上齿轮分布的不均匀性，它在颈项影响传动的准确性，在我所研究的齿轮中我要求它为0.024。齿轮一齿颈向综合误差Fi”指被测齿轮与理想精确的测量齿轮双面啮合时，在被测齿轮传动一齿角内，双啮合的齿轮中心距的最大变动量，反映齿轮传动中影响平稳性，我所研究中要求它为0.032。
1.5.2齿侧间隙
为了使齿轮副正常工作，必须有一定的齿侧间隙（指齿轮啮合时齿轮非工作表面之间沿法线方向的间隙），以便贮存润滑油，补偿温度，弹性变形所引起的尺寸变化和加工装配时的一些误差。一般为了得到；一定的齿侧间隙，齿轮齿厚需要有一定的减薄量，而法线平均长度偏差（Ewm）一般是负值，以便得到齿厚的减薄量，所以它可以代替齿厚偏差的测量，因而影响齿侧间隙。
1.6轴的技术要求
1.6.1尺寸精度
轴尺寸精度包括直径尺寸精度和长度尺寸精度。主动轴上各处用途不同其直径尺寸精度不同，其中与齿轮配合的轴颈为精密轴颈为IT5级，其余重要的轴颈为IT7级，一般轴颈为IT9级，轴向尺寸一般要求低。我所研究的主动轴加工精度为6级。
1.6.2相互位置精度
相互位置精度主要指装配传动零件 的轴颈相对于支撑轴颈的同轴度及端面对轴心线的垂直精度，通常用径向圆跳动来标注。普通精度轴的径向跳动为0.01—0.03。
1.6.3粗糙度
轴类零件的表面粗糙度和尺寸精度应与表面工作要求的相适应。通常支撑轴颈的表面粗糙度值Ra为3.2—0.4um，配合轴颈的表面粗糙度值Ra为0.8—0.1um，我研究 的主动轴支撑轴颈的表面粗糙度值Ra为5um，配合轴颈的表面粗糙度值Ra为1.25um。
2.齿轮与轴加工的主要工艺问题
2.1齿轮加工的主要工艺问题
我所要加工的齿轮如图2.1，齿轮各项要求见表2-1。
2.1.1定位基准的选择与加工
在机床上加工工件时，必须使工件在机床或夹具上处于某一正确位置，这一过程称为定位。
在零件图样和实际零件上，总要依据一些制定的点线面来确定另一些点线面的位置，这些作为依据 的点线面就称为基准。
齿轮加工时的定位基准应符合基准重合与基准统一的原则，对于带孔齿轮可以采用孔和一个端面定位。
图2.1齿轮工作图
表2-1齿轮各项要求
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模数
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m
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3
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齿数
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Z
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9
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齿形角
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а
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20°
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精度等级
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7GB/T 10095.1
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检验项目
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代号
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允许值/um
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单个齿距极限偏差
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±fpt
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±11
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齿距累积总公差
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Fp
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30
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齿廓总公差
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Fа
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14
|
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螺旋线总公差
|
Fβ
|
14
|
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径向综合总公差
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F〞i
|
32
|
|
一齿径向综合公差
|
f〞i
|
9
|
|
径向跳动公差
|
Fr
|
24
|
对于刚开始的齿轮毛坯要经过：
（一）锻造以提高零件的承载能力和使用寿命。
（二）正火消除锻造应力，改善金相组织结构，细化晶粒降低硬度和改善切削性能。
（三）将锻造后的毛坯放在车床上，夹住一端粗车另一端面，外圆及中心孔的钻、镗。
（四）调头，插上芯棒粗车另一端面及外圆。
（五）进行热处理调质，改善金属机械性能和加工性能并消除粗加工后的内应力。
（六）半精车外圆柱面，精车中心孔。
带孔的齿轮如果要大批量生产时，其定位基准面的加工可以采用“钻—拉—多刀车”的方案，即毛坯经过模锻和正火后在钻床上钻孔，然后到拉床上拉孔，再以内孔定心在多刀或着多轴半自动车床上对端面及外圆柱面进行粗精加工。
中批量生产时，可以采用“车—拉—车”方案，即先在卧式车床或者转塔车床上对齿坯进行车床和钻孔然后拉孔，再以孔定位，精车端面和外圆柱面，也可以充分发挥转塔车床的功能，将齿坯在转塔车床上一次加工完毕，省去拉孔程序。
2.1.2齿轮齿形的加工
一个齿轮的加工过程是由若干工序组成的。为了获得符合精度要求的齿轮，整个加工过程都是围绕着齿形加工工序服务的。齿形加工方法很多，按加工中有无切削，可分为无切削加工和有切削加工两大类。
无切削加工包括热轧齿轮、冷轧齿轮、精锻、粉末冶金等新工艺。无切削加工具有生产率高，材料消耗少、成本低等一系列的优点，目前已推广使用。但因其加工精度较低，工艺不够稳定，特别是生产批量小时难以采用，这些缺点限制了它的使用。
齿形的有切削加工，具有良好的加工精度，目前仍是齿形的主要加工方法。按其加工原理可分为成形法和展成法两种。
成形法的特点是所用刀具的切削刃形状与被切齿轮轮槽的形状相同，如图2.2所示。
用成形原理加工齿形的方法有：用齿轮铣刀在铣床上铣齿、用成形砂轮磨齿、用齿轮拉刀拉齿等方法。这些方法由于存在分度误差及刀具的安装误差，所以加工精度较低，一般只能加工出9~10级精度的齿轮。此外，加工过程中需作多次不连续分齿，生产率也很低。因此，主要用于单件小批量生产和修配工作中加工精度不高的齿轮。
齿轮成型的加工我分为两个阶段，滚齿机上滚齿进行粗加工，珩齿机上进行珩齿精加工。
图2.2单齿廓成形刀具加工齿轮轮齿
（a）圆盘铣刀加工齿轮（b）指状铣刀加工齿轮
齿轮在淬火后基准孔常发生变形，要进行修正，所以在表面淬火后要进行推孔以修正其变形，齿轮成形的加工过程为滚齿机上滚齿—表面淬火—推孔—珩齿。
1.滚齿的原理
滚齿是在滚齿机上进行，用展成法加工齿轮成形的一种方法，滚齿滚刀是一个滚齿数极少的螺旋齿轮，她的螺旋升角很小，齿轮很大，可以绕轴线很多圈，呈螺旋状。为了形成切削刀的前角后角，在齿轮上开槽和铲背，即形成滚刀，齿轮滚刀在按给定的切削速度作回转运动并与被加工齿轮工件作一定速度比的啮合运动过程中，可切出工件的齿形。滚切直齿圆柱齿轮的齿形时，机床的传动原理如图2.3
图2.3加工直齿圆柱齿轮齿形的传动原理
图中虚线表示定比传动副，菱形表示可以调节环节（换置机构）并在旁边标传动比u。
2.滚齿的加工质量分析
（1）影响传动精度的加工误差分析
影响齿轮传动精度的主要原因是在加工中滚刀和被切齿轮的相对位置和相对运动发生了变化。相对位置的变化(几何偏心)产生齿轮的径向误差；相对运动的变化(运动偏心)产生齿轮的切向误差。
1）齿轮的径向误差齿轮径向误差是指滚齿时，由于齿坯的实际回转中心与其基准孔中心不重合，使所切齿轮的轮齿发生径向位移而引起的周节累积公差，如图2.4所示齿轮的径向误差一般可通过测量齿圈径向跳动△Fr反映出来。切齿时产生齿轮径向误差的主要原因如下：
①调整夹具时，心轴和机床工作台回转中心不重合。
②齿坯基准孔与心轴间有间隙，装夹时偏向一边。
③基准端面定位不好，夹紧后内孔相对工作台回转中心产生偏心。
图2.4齿轮的径向变动量
2）齿轮的切向误差是指滚齿时，实际齿廓相对理论位置沿圆周方向(切向)发生位移，如图2.5所示。当齿轮出现切向位移时，可通过测量公法线长度变动公差△Fw来反映。
切齿时产生齿轮切向误差的主要原因是传动链的传动误差造成的。在分齿传动链的各传动元件中，对传动误差影响最大的是工作台下的分度蜗轮。分度蜗轮在制造和安装中与工作台回转中心不重合（运动偏心），使工作台回转中发生转角误差，并复映给齿轮。其次，影响传动误差的另一重要因素是分齿挂轮的制造和安装误差，这些误差也以较大的比例传递到工作台上。
图2.5齿轮切向变动量
一对齿啮合时传动比的突变。齿轮传动由于传动比瞬时变化和突变而产生噪声和振动，从而影响工作平稳性精度。滚齿时，产生齿轮的基节偏差较小，而齿形误差通常较大。下面分别进行讨论。
1）齿形误差
齿形误差主要是由于齿轮滚刀的制造刃磨误差及滚刀的安装误差等原因造成的，因此在滚刀的每一转中都会反映到齿面上。常见的齿形误差有如图2.6所示的各种形式。图a为齿面出棱、图b为齿形不对称、图c为齿形角误差、图d为齿面上的周期性误差、图e为齿轮根切。
图2.6常见齿形误差形式
由于齿轮的齿面偏离了正确的渐开线，使齿轮传动中瞬时传动比不稳定，影响齿轮的工作平稳性。
2）基节极限偏差
滚齿时，齿轮的基节极限偏差主要受滚刀基节偏差的影响。滚刀基节的计算式为：
pb0=pn0cosα0=pt0cosλ0cosα0≈pt0cosα0
式中：pb0――滚刀基节；
pn0――滚刀法向齿距；
pt0――滚刀轴向齿距；
α0――滚刀法向齿形角；
λ0――滚刀分度圆螺旋升角，一般很小，因此cosλ0≈1。
由上式可见，为减少基节偏差，滚刀制造时应严格控制轴向齿距及齿形角误差，同时对影响齿形角误差和轴向齿距误差的刀齿前刀面的非径向性误差也要加以控制。
（3）影响齿轮接触精度的加工误差分析
齿轮齿面的接触状况直接影响齿轮传动中载荷分布的均匀性。滚齿时，影响齿高方向的接触精度的主要原因是齿形公差△ff和基节极限偏差△fpb。影响齿宽方向的接触精度的主要原因是齿向公差△Fβ。产生齿向公差的主要原因：
1）滚齿机刀架导轨相对于工作台回转轴线存在平行度误差，如图2.7所示。
图2.7滚齿机刀架导轨与工作台回转轴线的平行度误差
1-刀架导轨；2-齿坯；3-刀架底座；4-机床工作台
2）齿坯装夹歪斜 由于心轴、齿坯基准端面跳动及垫圈两端面不平行等引起的齿坯安装歪斜，会产生齿向误差，如图2.8所示。
3）滚切斜齿轮时，除上述影响因素外，机床差动挂轮计算的误差，也会影响齿轮的齿向误差。
图2.8齿坯装夹的齿向误差
3.珩齿
珩齿机珩磨轮上的磨料借助于珩磨轮齿面与工件齿面间产生的相对滑动速度莫去齿轮工件表面的金属。珩磨轮是由塑料制成的斜齿轮，其中央部分是铁质的轮子，珩轮与工件类似于一对螺旋齿轮呈无侧隙啮合，利用啮合处的相对滑动，并在齿面间施加一定的压力来进行珩齿。
珩齿时的运动和剃齿相同。即珩轮带动工件高速正、反向转动，工件沿轴向往复运动及工件径向进给运动。与剃齿不同的是开车后一次径向进给到预定位置，故开始时齿面压力较大，随后逐渐减小，直到压力消失时珩齿便结束。
珩轮由磨料（通常80＃～180＃粒度的电刚玉）和环氧树脂等原料混合后在铁芯浇铸而成。珩齿是齿轮热处理后的一种精加工方法。
与剃齿相比较，珩齿具有以下工艺特点：
a 珩轮结构和磨轮相似，但珩齿速度甚低（通常为1～3m/s），加之磨粒粒度较细，珩轮弹性较大，故珩齿过程实际上是一种低速磨削、研磨和抛光的综合过程。
b珩齿时，齿面间隙沿齿向有相对滑动外，沿齿形方向也存在滑动，因而齿面形成复杂的网纹，提高了齿面质量，其粗糙度可从Ra1.6μm降到Ra0.8～0.4μm。
c珩齿弹性较大，对珩前齿轮的各项误差修正作用不强。因此，对珩轮本身的精度要求不高，珩轮误差一般不会反映到被珩齿轮上。
d珩齿主要用于去除热处理后齿面上的氧化皮和毛刺。珩齿余量一般不超过0.025mm，珩轮转速达到1000 r/min以上，纵向进给量为0.05 ～0.065mm/r。
e珩齿生产率甚高，一般一分钟珩一个，通过3～5次往复即可完成。
2.2轴的加工工艺
2.1.2定位基准的选择
主动轴如图2.9所示，该零件是结构比较简单的阶梯轴，有外圆柱面，螺纹表面，越程槽，退刀槽，键槽及倒角等。
该零件的各圆柱面，螺纹表面的同轴度及端面的垂直度等设计基准都是轴的中心线，而在加工时为了提高零件的刚度，该零件用外圆柱面与中心孔共同作为定位基准。
主动轴的工艺过程开始以中心孔作为粗基准粗车一端面钻中心孔，为加工外圆及螺纹面准备了定位基准。
2.2.2加工阶段的划分
主动轴是多阶梯零件，切除大量金属后会引起应力重新分布而变形，为保证其加工精度，将加工过程划分为三个阶段。调质以前的工序为各主要表面的粗加工阶段，调质以后到表面淬火以前的工序为半精加工阶段，表面淬火以后的工序为精加工阶段。
图2.9主动轴工作图
2.2.3加工顺序的安排
加工顺序的安排主要根据基准面先行，先粗后精，先主后次的原则。主动轴的加工顺序为备料—车端面钻中心孔—粗车—调质—精车—车槽—淬火—车螺纹—磨。其特点如下：
（1）粗车后进行调质处理，获得均匀细致的回火索氏组织，使得在后续的表面淬火后硬化层致密且硬度由表面向中央降低。
（2）越程槽，退刀槽，键槽的加工放在磨外圆之前进行，即保证了自身的尺寸要求，也避免了影响其他工序的加工质量。
（3）螺纹对支撑轴颈有一定的同轴度要求，安排在局部淬火后进行加工以避免淬火后的变形对其位置精度的影响。
3.齿轮与轴的加工工艺
3.1齿轮的加工工艺过程
齿轮加工工序见表3-1齿轮加工工序表。
表3-1齿轮加工序表
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序号
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工序内容
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定位基准
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1
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毛坯锻造
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2
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正火
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|
|
3
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粗车外圆和端面，钻，镗中心孔至尺寸
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外圆和端面
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|
4
|
调头，插芯棒车，另一端面及外圆
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中心孔
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5
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检验
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6
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调制
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7
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滚齿（Z=9）
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中心孔和端面
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8
|
倒角
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9
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去毛刺
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10
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齿部淬火
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11
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推孔
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12
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珩齿
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13
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检验
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3.2轴的加工工艺过程
轴加工工序见表3-2轴加工工序表。
表3-2轴加工工序表
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序号
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工序
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工序内容
|
定位基准
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1
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钻中心孔
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车端面、钻中心孔、
|
外圆和端面
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|
2
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粗车
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粗车外圆
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外圆和中心孔
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|
3
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热处理
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调制（去应力）
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|
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4
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精车
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精车外圆
|
外圆和中心孔
|
|
5
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车槽
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退刀槽，越程槽键槽
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外圆和中心孔
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6
|
车螺纹
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|
|
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7
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淬火
|
|
|
|
8
|
磨
|
|
|
3.3切削用量的确定
切削用量包括切削速度、背吃刀量、进给量，通常称为切削用量三要素。数控加工中选择切削用量，就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。粗、精加工时切削用量的选择原则如下。
粗加工时，一般以提高生产效率为主，但也应考虑经济性和加工成本。切削用量的选择原则首先选取尽可能大的背吃刀量；其次要根据机床动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。
半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。切削用量的选择原则首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次根据已加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合实践经验而定。
(1)切削速度v。切削加工时，切削刃上选定点相对于工件主运动的速度。切削刃上各点的切削速度可能是不同的，计算时通常取最大值。切削速度是米/秒（m/s）。当主运动是旋转运动时：
v=πdn/1000
式中 d ——完成主运动的工件或刀具的最大直径(mm);
n ——主运动的转速（r/s）
(2)进给量ｆ。指刀具在进给方向上相对工件的移动量，单位是，mm/ｓ（相对于车削、镗削等）或 行程（对于刨削、磨削等）。也可以用进给速度 (单位是mm/ｓ)或每齿进给量ｆ（单位是mm/ｚ，用于铣刀、铰刀等多齿刀具）来表示，则
vf= nf=nzfz
式中 z——多刃刀具齿数。
（3）背吃刀量ap。指在垂直于主运动方向和进给方向所组成的切削平面上测量的刀具与工件的接触长度的投影，单位是ｍｍ。对于切削外圆被吃刀量是已加工表面和待加工表面之间的垂直距离，即
ap=dw-dm/2
式中dw——工件上待加工表面的直径（mm）
dn——工件上已加工表面的直径（mm）
根据以上公式及平时经验可确定各个加工阶段的切削用量如加工工艺卡附表3-3主动齿轮加工工艺卡及附表3-4主动轴的加工工艺卡所示。
4.检验
4.1中间检验
中间检验主要是根据各工序的工艺要求进行，如齿坯加工后应注意检验基准孔的尺寸精度和端面圆跳动。滚插齿后应检验留珩量和齿圈径向跳动以及检验公法线长度变量而滚齿误差产生的主要原因及应采取的措施见附表4-1
珩齿后应检验公法线长度及其变动量，抽查齿形和齿向精度。基准孔修正后检验孔径和端面圆跳动等。公法线长度偏差是齿轮一转范围内，各部分的公法线的平均值与设计值之差。设计值与测量值的跨齿数可用相应公式计算。公法线长度常用公法线千分尺或公法线长度指示卡规等测量。
4.2齿轮最终检验
齿轮最终检验项目，可以根据齿轮的用途，工作要求生产条件、精度等级、加工方法和实际检验条件，按照国家标准对各公差组规定的检验组，检验齿轮误差。
根据GB10095—88《渐开线圆柱齿轮精度》的规定，法向模数≥1mm的渐开线圆柱齿轮及齿轮副的主要公差与极限偏差项目按照影响齿轮使用要求分为三个公差组及间隙公差，如表4-2所示。
4.2.1齿圈径向跳动误差的测量
齿圈径向跳动误差是指在齿轮一转范围内，测头在齿槽内或齿轮上位于齿高中部双面接触，测头相对于齿轮轴线的最大变动量。
在批量生产中，齿轮齿圈径向跳动常使用齿圈径向跳动检查仪，如图4.1测量时被测齿轮装在心轴上并支撑在顶尖之间，然后放下测量头位于齿高中部双面接触，如图4.1b，在齿轮一转范围内指示表上的最大读数即为齿圈径向跳动误差值，此外在万能测齿仪上径向测量装置也可以检验齿圈径向跳动。
(a) (b)
图4.1齿圈径向跳动检查仪
表4-2渐开线圆柱齿轮及齿轮副主要公差与极限偏差项目
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公差组
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代号
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项目名称
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误差特性
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对传动性能的主要影响
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Ⅰ
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F’i
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齿轮切向综合误差
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以齿轮一转为周期的误差
|
影响传递运动的准确性
|
|
Fp
|
齿轮齿距累计误差
|
|
F〞i
|
齿轮径向综合误差
|
|
Fr
|
齿轮齿圈径向跳动
|
|
Fw
|
齿轮公法线长度变动量
|
|
Ⅱ
|
f’i
|
齿轮一齿切向综合误差
|
在齿轮一转内,多次周期的重复出现的误差
|
影响转动的平稳性
|
|
f〞i
|
齿轮一齿径向误差
|
|
ff
|
齿轮齿形误差
|
|
±fpb
|
齿轮基节极限偏差
|
|
±pt
|
齿轮齿距偏差
|
|
Ⅲ
|
Fβ
|
齿轮齿向误差
|
齿向误差
|
影响载荷分布均匀性
|
|
测隙公差
|
Es
|
齿轮齿厚偏差
|
齿厚误差
|
影响齿侧间隙
|
|
Ewm
|
齿轮公法线平均长度
|
4.2.2齿轮一齿径向综合误差的测量
齿轮一齿径向综合误差是指被测齿轮与理想精确的测量齿轮双面啮合时在被测齿轮转动一齿距角内双啮中心距的最大变动量。
检验齿轮一齿径向综合误差所采取的设备是双面啮合综合检验仪（简称双齿仪）该仪器是根据上述径向误差的定义设计的测量仪器。其测量原理如图4.2测量时被测齿轮5空套在仪器固定心轴上，高精度的测量齿轮3空套在径向游动滑座的心轴上，借弹簧作用力使两齿轮双面啮合。如果被测齿轮有径向误差，例如齿圈径向跳动等，则当被测齿轮转动时，将推动测量齿轮3及径向滑座沿径向左右移动，使两齿轮的双啮中心距a发生变动，变动量可由表1读出，如果用自动记录装置也可以由记录仪绘出误差曲线图如图4.3。
图4.2双面啮合综合检验仪
1- 百分表；2-测量滑架；3-测量滑架心轴；4-主轴架心轴；5-主滑架；6-仪座
图4.3一齿径向综合误差曲线
4.2.3齿轮同侧齿面偏差
1. 单个齿距偏差fpt
在端平面上，在接近齿高中的一个与齿轮轴线同心的圆上，实际齿距与设计齿距的代数差主要影响运动平稳性。
2. 齿距累积总偏差Fp
齿轮同侧齿面上任意弧度(k=1-k=z)内的最大齿距累积偏差。它表现为齿距累积偏差曲线的总幅度如图4.4
齿距累积总偏差主要影响运动的准确性。
2. 齿距累积总偏差Fp
齿轮同侧齿面上任意弧度(k=1-k=z)内的最大齿距累积偏差。它表现为齿距累积偏差曲线的总幅度如图4.4
齿距累积总偏差主要影响运动的准确性。
测量齿距偏差 的方法很多，常用的是在齿距仪或万能测齿仪上用相对法测量。图4.5为用万能测齿仪测量齿距的原理图。测量时首先以被测齿轮上任意实际齿距作为基准，将仪器指针调零，然后沿整个齿圈依次测出其他实际齿距与作为基准的齿距的差值（称为相对齿距偏差）经过数据处理可以同时得到fpt和Fp。
4.2.4齿廓偏差
齿廓偏差是实际齿廓偏离设计齿廓的量，它是在端面内且垂直于渐开线齿廓的方向记值。
齿廓总偏差Fa 在记值范围La内，包容实际齿廓线的两条设计齿廓线间的距离。
齿廓偏差常用展成法测量，其原理图4.6，以被测齿轮回转轴线为基准，通过和被测齿轮1同轴的基圆盘2在直尺3上做滚动，形成理论的渐开线轨迹，实际齿廓线和与设计渐开线轨迹进行比较，其差值通过传感器5和记录器4画出齿廓偏差曲线，在该曲线上按偏差定义确定齿廓偏差。常用仪器是渐开线检查仪。
4.2.5螺旋线偏差
螺旋线偏差是在端面基圆切线方向测得的实际螺旋线偏离设计螺旋线的量。
螺旋线总偏差Fβ 在记值范围内，包容实际螺旋线的两条设计螺旋线间的距离。
螺旋线偏差常用展成法测量，其原理图4.7所示以被测齿轮回转轴线为基准，通过精密传动机构实现被测齿轮1回转和侧头2沿轴向移动，以形成理论的螺旋线轨迹。实际螺旋线与设计螺旋线进行比较，其差值输入记录器3绘出螺旋线偏差曲线，在该曲线上按定义确定其螺旋线偏差。常用仪器为渐开线螺旋线检查仪。
（a） （b）
图4.4齿距累积总偏差
图4.5万能测齿仪测齿距
1-被测齿轮；2-固定侧头；3-指示表；4-活动侧头
图4.6齿廓展成法测量原理
1-被测齿轮；2-基圆盘；3-直尺；4-记录器；5-传感器
图4.7螺旋线的展成法测量原理
1- 被测齿轮；2-侧头；3-记录器
附表4-1 滚齿误差产生的主要原因及应采取的措施
|
影响因素
|
滚齿误差
|
主要原因
|
采取的措施
|
|
影响传递运动准确性
|
齿距累积误差超差
|
齿圈径向圆跳动超差 F r
|
1.齿坯几何偏心或安装偏心造成
|
.提高齿坯基准面精度要求
.提高夹具定位面精度
.提高调整技术水平
|
|
2.用顶尖定位时，顶尖与机床中心偏心
|
.更换顶尖及提高中心孔制造质量，并在加工过程中保护中心孔
|
|
3.用顶尖定位使，因顶尖或中心孔制造不良，使定位面接触不好造成偏心
|
.提高顶尖及中心孔制造质量，并在加工过程中保护中心孔
|
|
公法线长度变动量超差 F W
|
1.滚齿机分度蜗轮精度过低
2.滚齿机工作台圆形导轨磨损
3.分度蜗轮与工作太圆形导轨不同轴
|
.提高机床分度蜗轮精度
.采用滚齿机校正机构
.修刮导轨，并以其为基准精滚 (或珩)分度蜗轮
|
|
影响传递运动的平稳、噪声、振动
|
齿形误差超差
|
齿形变肥或变瘦，且左右齿形对称
|
1.滚刀齿形角误差
2.前面刃磨产生较大的前角
|
.更换滚刀或重磨前面
|
|
一边齿顶变肥，另一边齿顶边瘦，齿形不对称
|
1. 刃磨时产生导程误差或直槽滚刀非轴向性误差
2. 刀对中不好
|
.误差较小重调刀架转角
.重新调整滚刀刀齿，使它和齿坯中心对中
|
|
齿面上个别点凸出或凹进
|
滚刀容屑槽槽距误差
|
.重磨滚刀前面
|
|
齿形面误差近似正弦分布的短周期误差
|
1.刀杆径向圆跳动太大
2.滚刀和刀轴间隙大
3.滚刀分度圆柱对内孔轴心线径向圆跳动误差
|
.找正刀杆径向圆跳动
.找正滚刀径向圆跳动
.重磨滚刀前面
|
|
齿形一侧齿顶多切，另一侧齿根多切切呈正弦分布
|
1.滚刀轴向齿距误差
2.滚刀端面与孔轴线不垂直
3.垫圈两端面不平行
|
.防止刀杆轴向窜动
.找正滚刀偏摆，转动滚刀或刀杆加垫圈
.重磨垫圈两端面
|
|
基圆齿距偏差超差 f pb
|
1.滚刀轴向齿距误差
2.滚刀齿形角误差
3.机床蜗杆副齿距误差过大
|
.提高滚刀铲磨精度
.更换滚刀或重磨前面
.修滚齿机或更换蜗杆副
|
|
载荷分布均匀性
|
齿向误差超差
|
1.机床几何精度低或使用磨损
|
.定期检修几何精度
|
|
2.夹具制造安装、调整精度低
|
.提高夹具制造安装精度
|
|
3.齿坯制造安装、调整精度低
|
.提高齿坯精度
|
|
表面粗糙度差
|
1.滚刀因素
滚刀刃磨质量差
滚刀径向圆跳动量大
滚刀磨损
滚刀未固紧而产生振动
辅助轴承支承不好
|
.选用合格滚刀或重新刃磨
.重新校正滚刀
.刃磨滚刀
.紧固滚刀
.调整间隙
|
|
2.切削用量选择不当
|
.合格选择切削用量
|
|
3.切削挤压引起
|
.增加切削液的流量或采用顺铣加工
|
|
4.齿坯刚性不好或没有夹紧，加工时产生振动
|
.选用小的切削用量，或夹紧齿坯，提高齿坯刚性
|
|
5.机床有间隙
工作台蜗杆副有间隙
滚刀轴向窜动和径向圆跳动大
刀架导轨与刀架间有间隙
进给丝杠有间隙
|
.检修机床，消除间隙
|
附表3-3主动齿轮加工工艺卡
|
河南质量工程职业学院
|
械加工工艺卡片
|
产品型号
|
CBB2液压油泵
|
零件型号
|
|
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|
|
产品名称
|
主动齿轮
|
零件名称
|
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第1 页
|
|
材料牌号
|
45
|
毛坯种类
|
锻件
|
毛坯外形
|
￠40mmX30mm
|
每件毛坯数
|
1
|
|
工序号
|
工序
|
工步
|
工序内容
|
背吃刀量(mm)
|
转速（r/min）
|
切削速度v(m/min)
|
进给量(mm/r)
|
设备名称
|
工艺装备名称及编号
|
|
刀具
|
|
1
|
毛坯锻造
|
1
|
毛坯加热
|
|
|
|
|
火焰炉
|
|
|
2
|
锻件成形
|
|
|
|
|
模具
|
|
|
3
|
锻件冷却
|
|
|
|
|
空冷
|
|
|
2
|
正火
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3
|
粗车外圆和端面，钻镗中心孔至尺寸
|
1
|
车一端面和外圆
|
2
|
600
|
150
|
0.25
|
数控车床
|
粗车外圆刀
|
|
2
|
精车外圆
|
0.5
|
800
|
215
|
0.1
|
精车外圆刀
|
|
3
|
钻中心孔
|
3
|
600
|
75
|
0.15
|
中心钻
|
|
4
|
扩孔
|
1.5
|
500
|
75
|
0.1
|
扩孔钻
|
|
5
|
精铰孔
|
0.5
|
800
|
90
|
0.1
|
铰刀
|
|
4
|
调头，插芯棒车另一端面及外圆
|
1
|
车端面外圆
|
2
|
600
|
150
|
0.25
|
粗车外圆刀
|
|
2
|
精车外圆
|
0.5
|
800
|
215
|
0.1
|
精车外圆刀
|
|
5
|
检验
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6
|
调制
|
1
|
调制
|
|
|
|
|
|
|
|
7
|
滚齿
|
1
|
滚齿
|
|
600
|
|
|
滚齿机
|
滚齿刀
|
|
8
|
倒角
|
1
|
倒角
|
0.15
|
600
|
215
|
0.1
|
车床
|
外圆刀
|
|
9
|
去毛刺
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10
|
齿部淬火
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11
|
推孔
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12
|
珩齿
|
1
|
珩齿
|
0.025
|
1000
|
120
|
0.06
|
珩齿机
|
珩齿刀
|
|
13
|
检验
|
|
|
|
|
|
|
|
|
附表3-4主动轴的加工工艺卡
|
河南质量工程职业学院
|
械加工工艺卡片
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产品型号
|
CBB20液压油泵
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零件型号
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产品名称
|
主动轴
|
零件名称
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材料牌号
|
45
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毛坯种类
|
棒料
|
毛坯外形尺寸
|
￠20mmX130mm
|
每件毛坯数
|
1
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|
工序号
|
工序
|
工步
|
工步内容
|
背吃刀量(mm)
|
转速（r/min）
|
切削速度v(m/min)
|
进给量(mm/r)
|
设备名称
|
工艺装备名称及编号
|
|
刀具
|
|
1
|
钻中心孔
|
1
|
车端面
|
2
|
600
|
150
|
0.3
|
数控车床
|
车刀
|
|
2
|
钻中心孔
|
1
|
600
|
75
|
0.15
|
中心钻
|
|
2
|
粗车
|
1
|
粗车外圆
|
2
|
600
|
150
|
0.3
|
车刀
|
|
3
|
热处理
|
1
|
调制
|
|
|
|
|
|
|
|
4
|
精车
|
1
|
精车外圆
|
0.5
|
800
|
215
|
0.1
|
数控车床
|
精车刀
|
|
5
|
车槽
|
1
|
退刀槽 越程槽键槽
|
2
|
500
|
90
|
0.15
|
切槽刀
|
|
6
|
车螺纹
|
1
|
车螺纹
|
0.5
|
100
|
90
|
0.15
|
外螺纹刀
|
|
7
|
淬火
|
1
|
淬火
|
|
|
|
|
|
|
|
8
|
磨
|
1
|
磨外圆
|
0.5
|
800
|
1200
|
0.1
|
磨床
|
砂轮
|