直齿圆柱齿轮的设计及加工工艺-燕山大学

1、冀中职业学院毕业论文分 类 号 密 级：燕 山 大 学毕 业 论 文题 目： 直齿圆柱齿轮的设计及加工工艺 姓 名 李世民学 号 2009040229系 别 机电系 专 业 机电一体化指 导 教 师 伊丽莎白 论文提交日期 2011年9月25冀中职业学院毕业论文直齿圆柱齿轮的设计及加工工艺摘 要对于直齿圆柱齿轮的设计和加工工艺的设计，首先对直齿圆柱齿轮材料及其参数合理选取进行总结，然后根据直齿圆柱齿轮设计公式及校核公式确定其齿轮类型，热处理方法，精度等级及齿面硬度。又对直齿圆柱齿轮夹具及毛坯的选取进行分析确定。通过计算数据及对CAD课本的知识的掌握画出直齿圆柱齿轮简图。最后根据对直尺圆柱齿轮加工工艺内容和过程分析及齿轮加工方案的选取对直尺圆柱齿轮进行加工。关键词：结构特点，工作原理，热处理 目 录第一章 齿轮和齿轮加工11.1齿轮的特点和分类11.1.1齿轮特点11.1.2齿轮分类11.2齿轮的加工1第二章 直齿圆柱齿轮22.1直齿圆柱齿轮各部分的名称和代号22.1.1标准直尺圆柱齿轮的基本参数3第三章 直齿圆柱齿轮的设计63.1选材与热处理63.2直齿圆柱齿轮毛坯材料的合理选择83.

2、2.1满足材料的机械性能93.2.2材料的经济性要求93.2.3满足材料的工艺性能93.3直齿圆柱齿轮的计算103.4结构设计及齿轮零件图12第四章 腹板式直齿圆柱齿轮的加工工艺144.1齿轮加工方法144.1.1成形法144.1.2展成法154.1.3齿形加工方法比较184.2齿轮加工方案选择及使用要求184.2.1齿轮加工方案选择184.2.2齿轮传动的使用要求194.3齿轮加工工艺过程204.4腹板式直齿圆柱齿轮的加工步骤21参 考 文 献23致 谢24第一章 齿轮和齿轮加工1.1齿轮的特点和分类1.1.1齿轮特点（1） 齿轮机构的优点有：1）齿轮机构传动比恒定，寿命长，工作可靠性高。2)齿轮机构传递的功率和圆周速度分别可达100000kw、300ms。3）齿轮机构能够实现平行轴和不平行轴之间的传动。（2）齿轮机构的缺点有：1）齿轮机构的制造成本过高。2）齿轮机构不适用于远距离的传动。3）低精度齿轮会产生有害的冲击，噪音和振动。1.1.2齿轮分类齿轮可按齿形、齿轮外形、齿线形状、轮齿所在的表面和制造方法分类。齿轮的齿形包括齿廓曲线压力角、齿高和变位。齿轮按其外形分为圆柱齿轮、锥齿

3、轮、非圆齿轮、齿条、蜗轮蜗杆；按齿线形状分为直齿轮、斜齿轮、人字齿、曲线齿轮；按齿所在的表面分为外齿轮、内齿轮；按制造方法可分为铸造齿轮、切制齿轮、轧制齿轮、烧结齿轮等。1.2齿轮的加工齿轮的加工首先要确定齿轮的加工方法，然后根据你的齿轮精度等级确定你的加工方案，最后按照加工工艺路线进行加工的过程。第二章 直齿圆柱齿轮2.1直齿圆柱齿轮各部分的名称和代号1齿顶圆-齿轮齿顶所在的圆。其直径（或半径）用da（或ra ）表示。2齿根圆-齿轮齿槽底所在的圆。其直径（或半径）用df（或rf）表示。3分度圆-用来分度（分齿）的圆，该圆位于齿厚和槽宽相等的地方。其直径（或半径）用d（或r表示）。4齿顶高-齿顶圆与分度圆之间的径向距离，用ha表示。5齿根高-齿根圆与分度圆之间的径向距离，用hf表示。6全齿高-齿顶圆与齿根圆之间的径向距离，用h表示。显然有 h = ha + hf7齿厚-一个齿的两侧齿廓之间的分度圆弧长，用s表示。8槽宽-一个齿槽的两侧齿廓之间的分度圆弧长，用e表示。9齿距-相邻两齿的同侧齿廓之间的分度圆弧长，用p表示。显然有： p = s + e10齿宽-齿轮轮齿的宽度（沿齿轮轴线方向

4、度量），用b表示。2.1.1标准直尺圆柱齿轮的基本参数（1）齿轮的经验公式 1）分度圆、模数和压力角我们把齿轮上作为齿轮尺寸基准的圆称为分度圆，分度圆以d表示。相邻两齿同侧齿廓间的分度圆弧长称为齿距，以p表示，p=d/z，z为齿数。齿距p与的比值p/称为模数，以m表示（模数是齿轮的基本参数）。由此可知：齿距 p = m 分度圆直径 d = m z 我们把渐开线齿廓上与分度圆交点处的压力角称为分度圆压力角，简称压力角，国家规定标准压力角 =20。2）齿距、齿厚和槽宽齿距p分为齿厚s和槽宽e两部分，即s + e = p =m 标准齿轮的齿厚和槽宽相等，即s = e =m/2 齿距、齿厚和槽宽都是分度圆上的尺寸。3）齿顶高、顶隙和齿根高由分度圆到齿顶的径向高度称为齿顶高，用ha表示ha = ha*m 两齿轮装配后，两啮合齿沿径向留下的空隙距离称为顶隙，以c表示c = c*m 由分度圆到齿根圆的径向高度称为齿根高，用hf表示hf = ha + c =（ha*+c*）m 式中ha*、c*分别称为齿顶高系数和顶隙系数，标准齿制规定：正常齿制ha*=1、c*=0.25，短齿制ha*=0.8、c*=0

5、.3。由齿顶圆到齿根圆的径向高度称为全齿高，用h表示h = ha + hf =（2ha*+c*）m 齿顶高、齿根高、全齿高及顶隙都是齿轮的径向尺寸。表2-1 渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算公式 名称符号计算公式齿距pp = m齿厚ss = m/2槽宽ee =m/2齿顶高haha = ha*m齿根高hfhf = ha + c =（ha*+c*）m全齿高hh = ha + hf =（2ha*+c*）m分度圆直径dd = m z齿顶圆直径dada = d + 2ha = m（z + 2ha*）齿根圆直径dfdf = d 2hf = m（z 2ha* 2c*）基圆直径dbdb = dcosa= mzcosa中心距aa = m（z1+z2）/ 2（2）系数安全系数错误!未找到引用源。和错误!未找到引用源。安全系数软齿面（350HBS）硬齿面重要的传动、渗碳淬火齿轮或铸造齿轮101.11.11.21.31.31.41.41.61.62.2工作机械载荷特性原动机均匀加料的运输机和加料机、轻型卷扬机、发电机、机床辅助传动均匀、轻微冲击电动机多缸内燃机单缸内燃机11.2121.61.61.8不均匀加

6、料的运输机和加料机、重型卷扬机、球磨机、机床主传动中等冲击121.61.61.8182.0冲床、钻机、轧机、破碎机、挖掘机大的冲击1.61.81.92.12.22.4 载荷系数K第三章 直齿圆柱齿轮的设计3.1选材与热处理1. 材料： 制造齿轮的材料主要是各种钢材，其次是铸铁，还有其它非金属材料；齿轮材料选用的基本原则：齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿命、可靠性、经济性等； a) 钢材分锻钢和铸钢，只有尺寸较大(d400 600mm)，结构形状复杂的齿轮宜用铸钢，一般都用锻钢制造齿轮。软齿面齿轮经调制或正火处理后切齿，常用45，40Gr等，因此齿面硬度不高，易制造，成本低，故应用广，常用于对尺寸和重量无严格限制的场合。为了使大小齿轮的寿命接近，应是小齿轮的齿面硬度比大齿轮的高出3050HBS。对于高速重载或重要的齿轮转动，可使用硬度齿面组合，齿面硬度可大致相同。许多钢材经适当的热处理或表面处理，可以成为常用的齿轮材料；b) 铸铁，由于铸铁的抗 耐冲击性能都比较差，因此主要用于制造低速不重复的开式传动，功率不大的齿轮，常用材料有HT250,HT300等，常作为低速、轻载、不太重

7、要场合的齿轮材料；。c) 非金属材料，对高速轻载而又要求低噪音的齿轮的齿轮传动，也可用非金属材料，加夹布胶木、尼龙等。常用的齿轮材料，热处理方法、硬度、应用举例见表64，适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。2) 热处理：应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺；钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保持在3050HBS或更多。 a) 表面淬火一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr等，表面淬火后轮齿变形小，不可磨齿，硬度可达5256HRC，面硬芯软，能承受一定冲击载荷。a) 渗碳淬火渗碳钢为含碳量0.15 0.25%的低碳钢和地碳合金钢，如20、20C等。齿面硬度达到5662HRC，齿面接触强度高，耐磨性好，齿芯韧性高，常用于受冲击载荷的重要传动。通常渗碳淬火或要磨齿。b) 调质 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、45C、35SiMn等。调质处理后齿面硬度为：220260HBS。因为硬度不高，故可在热处理后精切齿形，且在使用中易于跑合。c) 正火正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。d) 渗氮渗氮是一种化学处理。渗氮后齿面硬度可达6062HBC。氮化处理温度低，轮齿变形小，适用于难以磨齿的场合，如内齿轮。特点及应用：调质、正火处理后的硬度低，HBS350,属于软齿面，工艺简单，用于一般传动。当大小齿轮都是软齿面时。因小轮齿很薄，弯曲强度低，故在选材和热处理时，小轮比大轮硬度高2050HBS。表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高，属硬齿面。其承载能力高，但一般需要磨齿。常用于结构紧凑的场合。所以为制造方便，才用软吃面，大小齿轮均用45钢，小齿轮调

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