锥齿轮传动设计与制造

锥齿轮在相交轴传动中,由于其重合度高、传动平稳而广泛使用于我国的汽车、拖拉机、机床、航空、航海等行业。锥齿轮在几何上非常复杂,其设计和制造方法密切相关,加工中的切齿调整方案直接影响着齿轮副的啮合质量。 为适应科研、生产与教学的需求，满足广大工程技术人员提高锥齿轮的设计和加工水平的需要，我们编写了《锥齿轮传动设计与制造》一书。本书详细讲述了锥齿轮和准双曲面齿轮传动的设计，直齿、斜齿和螺线齿锥齿轮的加工，弧齿锥齿轮的加工，延伸外摆线等高齿锥齿轮的加工。在编写过程中，力求突出科学性、先进性、实用性，使广大工程技术人员既了解新资料，又能指导实际设计及加工工作。

齿轮是先进制造业的基础之一，是应用面最广，使用量最多的传动件，齿轮的设计和制造，从一个方面反映了一个国家基础工业的发展水平。我国要从机械制造大国走向机械制造强国，需要在核心制造技术方面加大力度，尤其是齿轮制造工艺，必须起到领跑的作用。为此，齿轮制造行业将面临巨大的挑战，齿轮行业只有积极地开拓市场、提高产品质量、不断地创新、降低成本、提高竞争力，才能在国际竞争中立于不败之地。
通常，锥齿轮有直齿、斜齿、螺线齿、弧齿、等高齿、准双曲面齿等。其中直齿、斜齿、螺线齿、弧齿、等高齿锥齿轮用于相交轴齿轮传动；准双曲面锥齿轮用于交错轴齿轮传动。由于锥齿轮齿轮重合度高、传动平稳而广泛使用。本书着重阐述锥齿轮的设计、加工、调整与制造。
锥齿轮在几何上非常复杂，其设计和制造方法密切相关，加工中的切齿调整方案直接影响着齿轮副的啮合质量。而我国在生产中切齿计算的控制参数多，机床调整复杂不易操作使用，切齿计算结果在很大程度上取决于操作者的经验和技术水平。由此可见，关于锥齿轮的设计、加工的讨论对于提高我国锥齿轮的设计水平、降低研制成本、提高产品质量，具有重要的理论和现实意义。
为适应科研、生产与教学的需求，满足广大工程技术人员提高锥齿轮的设计和加工水平的需要，我们编写了《锥齿轮传动设计与制造》一书。本书详细论述了锥齿轮和准双曲面齿轮传动的设计，直齿、斜齿和螺线齿锥齿轮的加工，弧齿锥齿轮的加工，延伸外摆线等高齿锥齿轮的加工。在编写过程中，力求突出科学性、先进性、实用性，使广大工程技术人员既了解最新技术水平，又能指导实际设计及制造的工作。
本书由张展主编，参加编写的有黄吉平、刘述斌、曾建峰、金树森、成秀兵、刘韶华、朱玲、柯怡。同时，在编写过程中，得到中国农业大学董学朱教授、长沙铁道学院曾韬教授和上海汽车齿轮总厂韩天虹教授大力支持与合作，在此深表感谢。
本书作者长期从事锥齿轮的研发、设计和制造工作，书中融入了他们的工作体会和实践经验。限于水平，书中内容虽经反复推敲，但仍恐有不妥之处。由于本人才疏学浅，本书旨在抛砖引玉，敬请读者批评指正。

编者
2018年1月

张展，上海水工机械厂，中国机械工程学会上海传动学会理事、上海现代设计法研究会理事、中国齿协（CGMA）专家委委员、中国减速器标委会顾问委员。，教授级高级工程师，张展40多年来，在齿轮传动、行星传动、蜗杆传动方面有突出贡献与建树，成为中国齿轮界的知名人士之一。编写专著、译作40多部，撰写论文．160多篇。设计过φ3440mm大型交叉滚子轴承及其制造；荣获国家重大科技奖的隧洞掘进机主传动的行星齿轮减速器；荣获能源部二等奖的200kW风力发电机组增速箱及lOkW风力发电机的行星增速箱；斗轮堆取料机主传动装置及回转机构行星齿轮减速器；盾构主传动行星齿轮减速器；电缆牵引设备主传动箱及大型的多头平面二次包络环面蜗杆传动数十项。其中实用新型专利两项：双摆线少齿差内啮合润滑油泵(专利号：ZL94227981．6)；悬浮均载行星齿减速器(专利号：ZL95243413．x)。在专利博览会上多次获金奖，并获得爱因斯坦科技发明中心金杯奖。

《锥齿轮传动设计与制造》详细论述了锥齿轮传动设计，直齿、斜齿和螺线齿锥齿轮的加工，弧齿锥齿轮的加工，延伸外摆线等高齿锥齿轮的加工。在编写过程中，力求突出科学性、先进性、实用性。本书的特点是内容系统完整、设计计算与加工方法并重，内容丰富，资料翔实，实用性强。
《锥齿轮传动设计与制造》可供齿轮传动装置的科研人员、设计人员以及相关工程技术人员学习和使用，同时还可供高等院校相关专业师生参考阅读。

绪论1
0.1概述1
0.2锥齿轮和准双曲面齿轮的齿制3

第1章锥齿轮传动设计4
1.1锥齿轮基本参数4
1.2锥齿轮及准双曲面齿轮传动特点5
1.2.1锥齿轮传动特点5
1.2.2准双曲面齿轮传动特点6
1.3锥齿轮及准双曲面齿轮的特殊术语及定义7
1.3.1齿轮各部主要名称及代号7
1.3.2轮齿各部主要名称及定义8
1.3.3齿线8
1.3.4螺旋角及螺旋方向9
1.3.5齿高9
1.3.6重合度9
1.4锥齿轮及准双曲面齿轮的应用范围9
1.5锥齿轮及准双曲面齿轮的设计11
1.5.1分度圆直径的选择11
1.5.2齿数及模数的选择12
1.5.3齿宽的确定13
1.5.4螺旋角的选择13
1.5.5螺旋方向的确定14
1.5.6准双曲面齿轮的偏置矩14
1.5.7压力角的选择14
1.5.8齿侧间隙的选择15
1.5.9锥齿轮的变位15
1.6锥齿轮传动的几何计算16
1.6.1轴交角Σ=90°锥齿轮传动的几何计算16
1.6.2轴交角Σ≠90°弧齿锥齿轮的几何计算35
1.6.3零度齿锥齿轮的几何计算36
1.6.4弧齿锥齿轮切齿根切验算37
1.6.5摆线齿锥齿轮的几何计算37
1.7准双曲面齿轮的几何计算42
1.7.1弧齿准双曲面齿轮的几何计算42
1.7.2摆线齿准双曲面齿轮的几何计算47
1.8锥齿轮承载能力计算50
1.8.1受力分析50
1.8.2承载能力计算51
1.8.3锥齿轮传动设计中几个问题63
1.8.4圆柱齿轮、锥齿轮和准双曲面齿轮胶合承载能力计算方法75
1.8.5锥齿轮的接触强度简化计算119
1.9锥齿轮精度120
1.9.1公差等级120
1.9.2锥齿轮齿坯公差123
1.9.3锥齿轮和齿轮副的检验与公差124
1.9.4锥齿轮副侧隙126
1.9.5图样标注129
1.9.6锥齿轮结构129
1.9.7锥齿轮工作图上应注明的尺寸数据130
1.9.8锥齿轮精度选择及各国的精度对照130

第2章直齿、斜齿和螺线齿锥齿轮的加工135
2.1锥齿轮加工概述135
2.1.1锥齿轮的特点和加工原理135
2.1.2锥齿轮齿坯的准备137
2.1.3锥齿轮的齿形加工139
2.1.4热处理后基准的修正143
2.1.5机床锥齿轮的典型工艺路线143
2.2直齿锥齿轮刨齿法145
2.2.1粗加工145
2.2.2精刨147
2.2.3刨齿工艺参数的选择147
2.2.4接触区修正148
2.2.5刨齿心轴149
2.3直齿锥齿轮双刀盘铣齿法150
2.3.1机床加工原理及结构特点150
2.3.2机床调整卡151
2.3.3齿轮的接触区调整154
2.4直齿锥齿轮精密锻造法157
2.4.1保证齿轮精锻工艺稳定性的要素157
2.4.2模具158
2.4.3精锻齿轮的切削加工159
2.5斜齿锥齿轮刨齿法161
2.6仿形法刨齿162
2.7成形法铣齿164
2.7.1成形法铣直齿锥齿轮164
2.7.2成形法铣螺线锥齿轮166

第3章弧齿锥齿轮的加工170
3.1弧齿锥齿轮的铣削加工170
3.1.1弧齿锥齿轮的切齿原理与刀号选择170
3.1.2弧齿锥齿轮的切齿方法171
3.1.3加工参数与机床的调整参数174
3.1.4刀顶距与齿规尺寸176
3.1.5单号双面法切齿计算178
3.1.6双面法与固定安装法180
3.2弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮的大批量加工方法180
3.2.1大批量生产锥齿轮加工工艺180
3.2.2弧齿锥齿轮及准双曲面齿轮典型加工方法185
3.2.3锥齿轮副质量控制220
3.3弧齿锥齿轮的单件和小批量加工方法221
3.3.1铣齿222
3.3.2磨齿238
3.3.3机床的调整计算238
3.3.4机床调整240
3.3.5铣齿工艺参数的选择241
3.3.6心轴242
3.3.7接触区修正242
3.3.8单件小批生产锥齿轮的检验248
3.3.9加工误差分析249
3.4锥齿轮误差测量249
3.4.1齿距误差250
3.4.2齿形误差250
3.4.3啮合精度250
3.5AGMA锥齿轮检测标准251
3.5.1定义251
3.5.2基准面252
3.5.3单个齿距偏差fpt（PV法）、齿距累积偏差Fp（AP法）和分度偏差Fx252
3.5.4齿圈径向圆跳动（RD法）的测量253
3.5.5用CMM（坐标测量仪）测量齿面254
3.5.6接触区（VH法）测量齿廓255
3.5.7双面啮合综合测试256
3.5.8齿厚测量257
3.5.9CMM测量实例258
3.5.10接触区检验实例262
3.5.11单面啮合综合测量264
3.5.12公差表266
3.5.13齿坯公差270

第4章延伸外摆线等高齿锥齿轮的加工272
4.1延伸外摆线等高齿锥齿轮两种齿制的特点272
4.1.1奥利康（Oerlikon）制锥齿轮272
4.1.2克林贝格制锥齿轮275
4.2奥利康锥齿轮和准双曲面齿轮276
4.2.1概述276
4.2.2刀倾全展成法（Spiroflex）和半展成法（Spirac）277
4.2.3常用奥利康铣齿机278
4.2.4奥利康铣刀盘281
4.2.5奥利康齿轮的设计285
4.2.6切齿调整计算300
4.2.7奥利康锥齿轮的CDS软件包320
4.3克林贝格锥齿轮325
4.3.1概述325
4.3.2切齿原理325
4.3.3铣齿刀具330
4.3.4铣齿机床338
4.3.5几何参数设计计算342
4.3.6铣齿调整计算347
4.3.7电算程序简介358
4.3.8齿面接触区的修正362
4.3.9齿面研磨简介365
4.3.10锥齿轮检验368
4.3.11弧齿锥齿轮数控铣齿机368
4.3.12锥齿轮磨齿机简介370

参考文献372