浙江工业大学本科毕业设计文献综述

进行改造精化或制造专用的磨齿母机，

并挑选技术高超的工人和技师操作 这些设

备磨削超精密齿轮。

对于精密磨齿技术，

无论哪一家公司对外都十分保密，

既不

接待参观者，< /p>

也不申请专利，

公开介绍精密磨齿技术及磨齿经验的文献基本没有 。

要想成为齿轮制造强国，

首先要突破超精密齿轮制造质量这一 难关。

因此，

研制

具有自主知识产权的 基准标准齿轮及超精密齿轮刀具，

对于全面提升我国齿轮制

造业 的技术水平并促进共同发展有重要的现实意义。

2

齿轮的发展与应用现状

齿轮的发展要 追溯到公元前，迄今已有

3000

年的历史。远古时代人们为了

传递动力，

发明了齿轮，

这一发明实现 了转动的传递，

在我国汉代发明的指南车

上就有齿轮的传动装置 ，

当时的齿轮是用木料制造或用金属铸成的，

只能传递轴

间的回转运动，不能保证传动平衡性，同时齿轮的承载能力也很小。在国外，机

械传动的记载始于古罗马时代，

人们在水力碾磨中也用到了木制齿轮传动，

但齿

轮的齿形是直线形，

同样不能保证运动 的平稳性，

并且木制齿轮的承载能力也受

到限制。

在瑞典，

人们在谷物碾磨中使用石头做成斜齿轮传递动力，

< br>虽然比木制

齿轮承载能力高，但加工困难。到了

14

世纪，钟的发明使人们开始研究金属齿

轮传动以减小尺寸，以便在钟 中得到应用。

18

世纪初，蒸汽机问世，并被很快

运用，这进一步促进了齿轮传动的发展。此外，这一时期水力纺织机械、冶金机

械的发明与运用，又促使大功率、高质量的木制、金属的齿轮传动问世。在齿轮

材料没 有改进的情况下，

19

世纪末期，人们开始研究齿轮的齿形，并 向小型化、

长寿命、更可靠的齿轮传动装置发展，促进了对齿轮传动的研究，

世纪初摆

线齿轮和渐开线齿轮相继出现。

但由于摆线齿轮制造和安装较困难，

限制了发展，

< br>目前只在钟表领域应用。

渐开线齿轮传动的类型有直齿轮、

斜齿轮、

锥齿轮和蜗

杆传动，

20< /p>

世纪

60

～

70

年代我国渐开线齿轮主要采用滚齿加工工艺，用这种方

法生产的 齿轮硬度不高，接触强度低、寿命短，而用在船舶、电厂涡轮机的大型

高速齿轮传动由于 其节线速度高，

要求这些齿轮有高精度，

于是加速了磨齿加工< /p>

工艺的发展。

斜齿轮是在直齿轮的基础上发展起来的，

承载

能力有限等缺点，

从而在后来的机械传动装置中，

人们开始尝试在同样厚度的齿

轮上，增加接触线长度的斜齿，即斜齿轮，它无论在性能上还是加工上，都较直

< br>齿轮复杂，

但在斜齿轮的传动过程中，

存在着对传动系统 不利的啮合力的轴向分

力，为此又发明了人字齿轮，但人字齿轮的加工更复杂

。

21

世纪随 着材料科

学的发展，齿轮由金属材料逐渐向高分子材料转变，如塑料齿轮已被广泛应用，

以减轻齿轮的重量。

随着生活质量的 提高，

对使用工具也越来越追求完善，

为了实现传动性能的

优化，人们对齿轮的认识逐渐深入。

20

世 纪

40

年代，渐开线理论开始出现，到

50

年代为了提高承载能力，提出了齿轮齿廓和齿向修形的设计方法。

< br>60

年代，

人们开始研究直齿、

斜齿和锥齿轮等的表面疲劳强度和可靠性，

研究表明渐开线

齿轮 传动在啮合点是纯滚动，因此其传动平稳性、效率、使用寿命受到限制。在

国际齿轮会议 上

Essen

提出圆弧齿轮具有润滑性能好的特点，啮合摩檫损 失减

小，提高了齿轮的寿命

[4-5]

。我国已将错齿双圆弧人字齿轮列入国家标准，

2002

年，文 献

[6]

中对它的刚度，以及错位前后的刚度变化作了分析。< /p>

70

年代，出现了

曲线锥齿轮、环面蜗杆 、点接触蜗杆以及圆弧齿轮等新型传动装置。

80

年代，

齿轮传动系统中又增加了少齿差行星传动、

新型伺服传动、

型。这时的设计理论有弹性变形、热变形、制造误差的 啮合理论、局部共轭、失

配啮合理论等。

90

< br>年代国外的产品在技术上普遍经历了一次新的更新换代，使

承载能力大幅提高，< /p>

模块化设计程度更高，

更容易实现零件的批量化生产，

进一步采取降噪措施，改进了密封和外观。

齿轮传动主要靠轮齿的啮合，

由于渐开线外齿轮传动的轮齿啮合 是凸廓对凸

廓，接触应力大，使其承载能力受到限制。针对上述缺点提出了双圆弧齿轮， 它

是凸凹面接触，

虽然降低了接触应力，

提高了承载能力，

但适用于低速重载的场

合。

21

世纪，世界齿轮研究的重点在于高速、重载、长寿命、低成本传动系统

的研究，人们分别从齿轮的齿形

[7]

、齿 轮啮合的原理着手

[8]

。在计算机日益发展

< br>的时代，机械也逐渐向智能化、自动化方向发展，于是趋向运用计算机软件

来模拟、

研究齿轮的啮合原理，

运用优化、

有限元等现代设计理论方法设计齿轮

逐步发展，其目的在于获得 新型的，高效、低噪声、高性能齿轮。

很多作者对齿轮轮齿齿 廓进行了研究，

例如文献

[9]

中表述 了一种新型曲线的

齿轮，

被称为

Log iX

齿轮，

齿面曲线是由一系列微线段组成，

< br>在各线段的连接处，

让曲线上相邻点的相对曲率半径为零，

这种齿轮具有承载能力高、

小型化等优势。

文献

[10]

中的点—线啮合齿轮是

2004

一对齿轮副中，

两个相啮合的齿轮的齿面分别为内凹和外凸的齿面轮廓形式，

笔

者详细介绍了这种齿轮副的齿面形式、

啮合状况和加工方法。

< br>这种齿轮传动类型

具有大功率、低噪音、高效率、承载能力强等优点。蒋立冬在文 献

[11]

中对非对称

渐开线直齿轮进 行了有限元分析，

这种齿轮在同一轮齿上两侧齿廓的渐开线不对

称。齿形的变化，增加了设计与加工的难度。随着机械加工手段的提高，非圆齿

轮的加工 成为可能，

在机器人设计与制造中，

机器人腕部的球形齿轮也可 以生产，

从而扩大了齿轮传动的研究范畴。

3

齿轮精加工中的磨齿方法

渐开线齿轮的加工工艺根据齿轮的 成形方法可分为成形法、

展成法；

根据加

工方法可分为滚齿、铣齿、插齿、梳齿、刨齿、剃齿、珩齿、磨齿、挤齿等。常

见齿轮 加工方法的工作精度及获得的表面质量如表

1

所示。

表

1

常见齿轮加工方法的加工精度与表面质量

齿轮加工方法

工作精度

最高精度

表面质量

(ISO1328) (ISO1328) Ra(

μ

m)

滚齿

7

～

5 4 3.2

～

1.6

插齿

8

～

6 5 6.3

～

3.2

剃齿

7

～

6 5 3.2

～

1.6

珩齿

7

～

6 6 0.8

～

0.2

磨齿

6

～

4 3

级以上

0.8

～

0.2

通过表

1

可以看出，

磨齿法是精密齿轮最有效的加工方法。

磨齿法根 据所用

砂轮的类型不同，又分为锥形砂轮磨齿、蝶形砂轮磨齿、大平面砂轮磨齿、蜗杆< /p>

砂轮磨齿、成形砂轮磨齿和振动研磨齿等

[12]

。

3.1

锥形砂轮磨齿

锥形砂轮磨齿工作原理 如图一所示，

是按照齿轮和齿条啮合原理。

用锥面砂