第一章齒輪的種類及應用範圍
第一節齒輪的種類
齒輪傳動是目前機械傳動中應用最廣泛、最常見的一種傳動形式。齒輪用它的輪齒來傳遞力矩和運動、變換運動的方向、指示讀數及變換機構的位置等。
齒輪按輪齒齒廓曲線，可分為漸開線、擺線、圓弧線、雙圓弧線齒輪等。按其外形，可分成圓柱齒輪、錐齒輪、蝸桿蝸輪、鼓形齒輪、非圓齒輪等。按其傳動形式，又可分為平行軸傳動、相交軸傳動及交錯軸傳動。
第二節齒輪的應用範圍及特點
第三章齒輪加工方法及工藝過程
第一節齒輪加工方法
一、齒輪常用材料及其力學效能
齒輪的輪齒在傳動過程中要傳遞力矩而承受彎曲、衝擊等載荷。通過一段時間的使用，輪齒還會發生齒面磨損、齒麵點蝕、表面咬合和齒面塑性變形等情況而造成精度喪失，產生振動和雜訊等故障。齒輪的工作條件不同，輪齒的破壞形式也不同。
選取齒輪材料時，除考慮齒輪工作條件外，還應考慮齒輪的結構形狀、生產數量、製造成本和材料貨源等因素。一般應滿足下列幾個基本要求：
1. 輪齒表面層要有足夠的硬度和耐磨性。
2. 對於承受交變載荷和衝擊載荷的齒輪，基體要有足夠的抗彎強度與韌性。
3.要有良好的工藝性，即要易於切削加工和熱處理效能好。
齒輪的常用材料及其力學效能見表1-3。
二、常用齒形加工方法
齒輪齒形的加工方法，有無切屑加工和切削加工兩大類。
無切屑加工方法有：熱軋、冷擠、模鍛、精密鑄造和粉末冶金等。
切削加工方法可分為成形法和展成法兩種，其加工精度及適用範圍見表1-4。
三、齒輪常用熱處理（表1-5）
第二節齒輪加工工藝過程
齒輪製造技術是獲得優質齒輪的關鍵。齒輪加工的工藝，因齒輪結構形狀、精度等級、生產條件可採用不同的方案，概括起來有齒坯加工、齒形加工、熱處理和熱處理後精加工四個階段。齒坯加工必須保證加工基準面精度。
熱處理直接決定輪齒的內在質量，齒形加工和熱處理後的精加工是製造的關鍵。也反映了齒輪製造的水平。
在齒輪加工工藝上，對軟齒面和中硬齒面齒輪（300~400hbs），一般工藝方法為調質後滾齒或插齒。對大模數齒輪則採用粗滾齒—調質—精滾齒。對汽車、拖拉機、工具機等齒輪，批量大，要求精度高，採用滾齒或插齒後，再進行剃齒或珩齒。
齒面感應淬火的齒輪（42~52hrc），其工藝為滾齒或插齒、剃齒、感應淬火，再剃齒或珩齒。對於硬齒面齒輪，一般先滾齒或插齒，有時還剃齒，熱處理後精整基準面，輪齒變形大時，進行磨齒。
輪齒變形較小，且精度要求在7級和7級以下的齒輪，熱處理後可採用珩齒或研齒。要求精度高且載荷不太大，且要求硬齒面的齒輪，可採用精滾齒後離子滲氮工藝。
設計合理的齒輪的效能，除材料因素外，主要取決於齒輪製造水平。目前齒輪已達到的引數和效能指標見表1-7。
為了齒輪在工作狀態下正常嚙合，對於圓周速度超過100m/s 的高速齒輪，由於運轉中的熱效應，應對齒面熱變形進行修形。對於低速過載齒輪，採用硬齒面齒輪由於跑合效能不好，齒面負荷係數增加，導致整個齒輪裝置系統產生一定的彈性變形，會產生沿齒向載荷分布不均，因此，必須齒向修形。總之，國內外對齒面修形技術已作為齒輪製造中的一項重要工作內容，尤其是在減小體積，提高承載能力方面更是如此。
二、齒輪加工方法
齒輪的加工方法很多，但主要方法有滾齒、插齒、剃齒和磨齒。其他尚有銑齒、刨齒、梳齒、擠齒、珩齒和研齒等。近年來，在加工技術，如硬齒面技術、計算機數控技術等方面的發展，已使各種加工方法出現了嶄新面貌。
（一）滾齒
滾齒於2023年即被應用，是目前應用最廣的切齒方法，可加工漸開線齒輪、圓弧齒輪、擺線齒輪、鏈輪、棘輪、蝸輪和包絡蝸桿。滾齒精度一般可達4~7 級。表面粗糙度ra3.
2~1.6um。國產滾齒機（y31800a）加工最大直徑達8m，最大模數達40mm。
目前高速鋼滾刀的切削速度可達100~200 m/min，加工齒面硬度最高達300~400hb。硬質合金滾刀切削速度可達 300m/min，滾切齒面硬度最高達hrc62。滾齒是一種高效切齒方法。
目前滾齒的先進技術有：
1.多頭滾刀滾齒
一般雙頭滾刀可提高效率約40%。但滾刀各頭之間的偏差影響齒輪的齒向精度。
2.滾齒機數控化或普通滾齒機安裝數顯裝置
80年代國外已製造了全數控（**c）工具機，即用計算機數控，用電子系統協調工具機各種運動，可減少調整時間和提高加工精度。
3.硬齒面滾齒技術
硬齒面滾齒擴充套件了滾齒領域。該方法也稱刮削齒加工。刮削可作為大型齒輪磨前予加工工序，去掉淬火變形量，直到留有合理的磨削餘量，以減少磨齒時間，降低成本。
刮削作為精加工工序，可達到6級精度，如果與蝸桿珩齒相結合，可獲得良好的齒面質量，避免磨削燒傷和裂紋。可比單純磨齒提高效率1~5倍，費用降低一半以上。
硬齒面滾齒的滾刀刀齒採用硬質合金或金屬陶瓷材料，表層塗氮化鈦，這些新材料已經能夠控制刀具的崩刃。同時也提供了乾式（不用切削油）切削的可能性,乾式切削優點是不需準備和處理冷卻液，不要求油霧處理（由空氣排放）的工作，幹切屑無汙染，零件也沒有清理的要求。如果切削時使用切削油，則可提高刀壽命。
4.大型齒輪滾齒
大型齒輪滾齒，由於工件體積大，重量重，裝卡不便。所以大型齒
輪滾齒裝置的發展趨勢是綜合性加工。
（二）插齒和梳齒
插齒是一種廣為採用的切齒方法，特別適合於加工內齒輪和多聯齒輪。採用特殊刀具和附件後，還可加工無聲鏈輪、棘輪、內外花鍵、齒形皮帶輪、扇形齒輪、非完整齒齒輪、特殊齒形結合子、齒條、端麵齒輪和錐度齒輪等。數控插齒機能加工橢圓齒輪、非圓齒輪和特殊形狀的齒輪。
梳齒是用齒條刀插削圓柱齒輪。特點是加工精度高，可達din5級。由於刀具結構簡單、製造刃磨方便，精度高、刃磨次數多，便於採用硬質合金刀片和立方氮化硼（cbn）刀片加工淬硬齒輪。
（三）剃齒
剃齒是一種高效齒輪精加工方法，最早於2023年在美國應用。和磨齒相比，剃齒具有效率高、成本低、齒面無燒傷和裂紋等優點。所以在成批生產的汽車、拖拉機和工具機等齒輪加工中，得到廣泛應用。
對角剃齒法和徑向剃齒法還可用於帶台肩齒輪的精加工。
（四）珩齒
珩齒是一種輪齒表面光整加工技術，可有效地改善齒面質量，粗糙度由ra2.5減小到ra0.63以下。
某些珩齒方法還能在一定程度上提高齒輪精度，由於效率高，成本低，齒面無燒傷，所以廣泛用於7級以下精度的軟、硬齒面齒輪加工。
珩齒方法有齒輪形珩輪外嚙合珩齒、蝸桿式珩輪珩齒和內嚙合珩齒。
齒輪形珩輪外嚙合珩齒已廣泛應用，能有效地降低齒面粗糙度，但提高齒輪精度的能力甚微。
（五）磨齒
磨齒是獲得高精度齒輪最有效和可靠的方法。發達國家都用硬齒面齒輪，磨齒成為高精度齒輪的主要加工方法。目前碟形砂輪和大平面砂輪磨齒精度可達din2級，但效率很低。
蝸桿砂輪磨齒精度達din3~4級，效率高，適用於中、小模數齒輪磨齒，但砂輪修正較為複雜。
磨齒的主要問題是效率低、成本高，尤其是大尺寸齒輪。所以提高磨齒效率，降低費用成為當前主要研究方向，在這方面，近年來出現的新技術有：
1. 改進磨削方法如減少磨削次數，壓縮展成長度，縮短磨削衝程, 可以提高磨齒效率。
2. 應用立方氮化硼（cbn）砂輪高效磨齒 cbn砂輪具有硬度高、耐磨性好、壽命長、精度保持性好、切削效能好、熱擴散係數大等優點。因此，用cbn砂輪磨齒輪比用單晶鋼玉砂輪磨削效率提高5~10 倍，被磨削表面不易發生燒傷和裂紋，表面呈壓應力狀態，疲勞強度高。
（六）螺旋錐齒輪加工
螺旋錐齒輪和準雙曲面齒輪廣泛應用於汽車、拖拉機、工程機械、石油地質鑽機、坦克、直公升飛機和工具機的驅動。這類齒輪的設計製造質量主要取決於兩方面因素。一是加工裝置及其工夾具的精度。
二是由複雜的共軛計算所確定的工具機及刀具的調整引數保證的齒形精度，這是提高這類齒輪質量的關鍵所在。
在螺旋錐齒輪加工方面。美國格利森公司占有很重要的地位。近十餘年間，格利森公司在加工裝置方面，創造了高效準雙曲面齒輪磨齒機和數控多功能銑齒機。
在質量檢驗分析和控制技術方面，研製了具有三座標測量功能的計算機輔助檢測系統，可快速準確測出齒形誤差，並得出最佳的切齒修正調整引數。在設計製造技術方面，研製了一套包括幾何、強度設計、切齒（或磨齒）調整引數計算，考慮輪齒邊緣和輪齒接觸分析和有限
元應力接觸分析的計算機軟體系統。
我國現已能製造較先進的弧齒錐齒輪切齒工具機，如y2250a、y2080i等。在軟體開發方面，重慶大學、北京農業工程大學等分別研製的弧齒錐齒輪和準雙曲面齒輪設計製造應用技術軟體系統，可完成齒輪幾何引數設計，加工時工具機離刀盤的調整引數計算，輕載下的輪齒接觸分析（tca）以及精密磨齒調整引數計算。
（七）研齒
為了改善齒面粗糙度，可採用研齒。有時由於裝配誤差及受載變形等因素影響，使原本精度較高的齒輪在滿載下，齒面接觸情況變壞，也可用研齒方法進行改善。研齒時，必需用齒輪專用研磨劑，以避免損傷齒面，或研磨後清洗不掉，造成齒輪運轉後損傷齒面，以及研磨劑進入軸承，損傷軸承。
（八）齒輪檢測
齒輪檢測技術在齒輪製造中占有重要地位，沒有先進的檢測技術和儀器，不可能製造出效能優良的齒輪。現代齒輪檢測技術向非接觸化、精密化、多功能化、高速化、自動化、智慧型化、整合化（計算機控制）、經濟化方向發展。在檢測領域方面，解決大模數和小模數齒輪的檢測問題。
目前齒輪檢測方法有單項誤差的測量和綜合誤差的測量兩大類。2023年我國成都工具研究所首創了齒輪整體誤差測量理論和方法。揭示了齒輪傳動特性和各種誤差之間的內在聯絡，為控制傳動質量，改進齒輪設計和製造提供依據。
2023年後，我國成都工具研究所、哈爾濱和北京量具刃具廠等運用該方法分別研製成了截面整體誤差測量儀。從而將我國齒輪測量技術發展到動態綜合測量的新階段。
三、齒輪工藝分類
（一）圓柱齒輪加工
（二）蝸桿副加工
（三）錐齒輪加工
（四）特種齒輪加工
（五）齒輪加工方法選擇
齒輪的各種加工方法都有相對應的一種或多種齒輪加工工具機和刀具，不同的行業（生產批量）生產條件各不相同，可根據齒輪的種類、材料及熱處理和精度要求等，參考表1-8~表1-10合理選擇加工方法。表中精度等級的選用分別適用於下列三種情況：
1.較低精度等級對加工工具機、刀具和切齒操作等沒有特殊要求，一般情況
下都能達到的精度等級。
2.中間精度等級要求加工工具機、刀具和切齒操作等均是最佳狀態，才能達到的精度等級。
3.較高精度等級必須採取特殊措施，在特定條件下才能達到的精度等級。
齒輪的精度等級：級8-7-7dc 新標準：8-7-7 k l gb/t10095
叉車齒輪箱中的齒輪精度一般在5、6、7、8、9範圍
8—運動精度；7—工作平穩性精度；7—接觸精度；dc—齒側間隙
運動精度—齒輪在一轉內回轉角的最大誤差。
運動精度—影響機構傳遞速度和分度的準確度。
工作平穩性精度—齒輪在一轉內回轉角的全部誤差值中多次重複的數值，即將其瞬間傳動比的變化限制在一定的範圍內。
工作平穩性精度—影響機構的衝擊和噪音。
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