渐开线齿轮的切齿原理、根切现象及变位齿轮简介

1）齿轮轮齿的加工原理和方法

渐开线齿轮轮齿加工方法有很多，如切削法、铸造法、冲压法、轧制法及模锻法等。最常用的是切削法。切削法在加工原理上可分为仿形法（成形法）和范成法（展成法）两种。

（1）仿形法

仿形法是将切齿刀具制成具有渐开线齿槽形状，用它切出相邻两齿的相邻侧齿廓，如图3.44所示。切齿时铣刀转动，同时轮坯沿轴线方向移动，铣完一个齿槽后，轮坯退回原处，转动360°/z 的角度，再铣切下一个齿槽，直至铣出所有的齿槽。轮齿铣削加工属于间断切削。由于渐开线齿廓形状取决于基圆的大小，即基圆直径db=mz cos α，因此，齿廓形状与m，z，α有关。要求加工精确齿廓，对模数和压力角相同而齿数不同的齿轮，应用不同的刀具，这在实际生产中是不可能的。实际生产中，通常用同一号铣刀切制同模数、同齿数的齿轮。表3.12为刀号及其加工的齿数范围。

表3.12　刀号及其加工的齿数范围

仿形铣削，由于不同齿数合用一把铣刀，因此齿形相似，精度低；又因是间断加工，故生产效率低。但其加工方法简单，不需专用机床，适合于修配和单件生产。

图3.44　仿形法切齿原理

（2）范成法

范成法是利用一对齿轮（或齿轮和齿条）相互啮合时，两轮齿齿廓互为包络线的原理加工齿轮。范成法加工齿轮时，刀具与齿坯的运动就像一对相互啮合的齿轮（或齿轮和齿条）（见图3.45），最后刀具将齿坯切出渐开线齿廓。

范成法切制齿轮常用的刀具有以下3种：

①齿条插刀。

刀具是一个齿廓为刀刃的齿条，如图3.45所示。

②齿轮插刀。

刀具是一个齿廓为刀刃的外齿轮，如图3.46所示。(www.xing528.com)

图3.45　齿条插刀加工齿轮

图3.46　齿轮插刀加工齿轮

③齿轮滚刀。

齿轮滚刀像梯形螺纹的螺杆，轴向剖面齿廓为精确的直线齿廓，如图3.47所示。滚刀转动时，相当于齿条在移动，可实现连续加工，生产效率高。

用范成法加工齿轮，只要刀具和被加工齿轮的模数和压力角相同，不论被加工齿轮的齿数是多少，都可用同一把刀具加工，这给生产带来极大的便利。因此，范成法得到广泛应用。

图3.47　齿轮滚刀加工齿轮

2）根切现象及最少齿数

当用范成法加工齿轮时，如果齿数太少，刀具的齿顶线与啮合线的交点超过极限啮合点N1时，会出现轮坯根部的渐开线齿廓被部分切除的现象，称为根切，如图3.48 所示。轮齿根切后，不仅齿根抗弯强度削弱，影响承载能力，而且轮齿的啮合过程缩短，重合度下降，齿轮传动的平稳性较低。为避免根切，齿轮的齿数应大于17个。

图3.48　根切现象

3）变位齿轮简介

研究表明范成法加工齿轮时，产生根切的原因是刀具的齿顶线超过被加工齿轮上的理论啮合点N1。因此，为避免根切，可将刀具移离轮坯轴心一定距离，当刀具的齿顶线在与N1点重合的位置时，恰好为不根切的位置。

用这种改变刀具位置的方法范成加工出来的齿轮，称为变位齿轮。由变位齿轮组成的传动，称为变位齿轮传动。