目录
1绪论 1
1.1减速器概述 1
1.2减速器发展现状 1
1.3减速器作用 1
2齿轮减速器工艺分析 2
2.1齿轮减速器工艺分析 2
2.3齿轮毛坯的加工分析 2
2.4.齿形及齿端加工分析 2
2.5齿轮的热处理工艺分析 3
3毛坯加工工艺 3
3.1毛坯材料机械性能要求 3
3.2毛胚铸造工艺 3
4工艺规程制定 4
4.1选择设备及工艺装备 4
4.2基准选择 5
4.5选择表面加工方法 5
4.6加工工序安排 5
5设计小结 6
齿轮减速器中的齿轮加工设计
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指导老师
摘要
目前，我国科技水平正稳步提高，对社会经济的影响以及对各行业发展都有一定的促进作用。其中对材料加工工艺及机械制造等方面的发展在机械精加工以及零件制造业应用方面得到了广泛应用。在齿轮减速器制造方面，通过对金属材料的热处理、切削加工等工艺很好的提高了器件的各项力学性能，消除材料参与应力等，同时充分了解零件各项性能，可更好的分析所要使用的各类加工工艺。合理的路线能有效地提高生产效率。确定其装夹方式，合理的装夹方式能有效地减少误差的产生。
关键词:减速器，齿轮，热处理
1.绪论
1.1减速器概述
现今减速器作为一种通用的传动机械在机械工程的应用越来越广，已应用于汽车、航空、数控、起重机等各个方面。
目前对于减速器技术研究主要集中向着小型化、高效化、低噪和高可靠性方向发展。其中对齿轮技术中的硬齿面技术、功率分支技术以及对齿轮减速器模块化设计分析技术。减速器核心技术中的齿面硬化技术主要对机件材料进行分析，采用优质合金钢锻件和渗碳淬火磨齿共同作用，提高了齿面承载能力，同时保证了低噪、高效特性。
目前减速器主要分为齿轮减速器、行星灰度减速器、摆线针轮减速器、涡轮蜗杆减速器、行星摩擦式机械无级变速机等等。其中齿轮减速机一般用于低转速大扭矩的传动设备，把电动机普通的减速机也会有几对相同原理齿轮达到理想的减速效果，大小齿轮的齿数之比，就是传动比。
减速器作为一种通用的传动机械，具有传动比大，体积小、效率高、噪声低、传动稳、寿命长，同轴输出等特点。齿轮减速器是采用齿轮齿合传动原理设计二乘的一种传动机械；已广泛地应用到汽车、航空、数控、起重运输、防治印刷、工程机械、视频工业、电子电视各个领域。
1.2减速器发展现状
通用减速器，除普遍采用硬齿面技术外，模块化设计技术已成为发展的一个主要方向。在追求高性能的同时，尽可能减少零件及毛坯的品种规格和数量，以便于组织生产，形成批量，降低成本，获得规模效益。同时，利用基本零件，增加产品的形式和花样，如由一个通用系列派生出多个专用系列；拜托了传统地单一有底座实心轴输出地安装方式，增添了空心轴输出的无底座悬挂式、多方位安装面等不同形式，扩大了使用范围。
1.3减速器作用
减速器按结构、零件形态，用途差异可分为齿轮减速器、摆线针轮减速器、涡轮蜗杆减速器等类型。无论何种类型的减速器均包括轴系部件、箱体及其附件三大部分构成。减速器结构因其类型、用途不同而异。但无论何种类型的减速器，其基本结构都是轴系部件、箱体及附件三大部分组成。齿轮减速器主要用于低转速大扭矩传动设备中，主要主要作用如下:
1）减速器通过按电机乘减速比输出扭矩，扭矩控制在减速器额定扭矩范围内。
2）控制负载惯量，惯量减少一般为减速比的平方值。
车削功率和牛计算方法：
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
式中，RPM为转速(转每分)，金属去除率V(cm³/min),P为车削功率(瓦)，F为车削力，T为车削扭矩。
2.齿轮减速器工艺分析
2.1齿轮结构分析
表2-1齿轮结构及误差分析
齿数 齿形角α20° 齿顶高系数h1齿距累积总偏差Fp0.094螺旋角β0°单个齿距偏差±ft±0.022螺旋方向 齿廓总偏差Fα0.034径向变位系数x0螺旋线总偏差Fβ0.036精度等级G8B/T 10095-2008 中心距及其极限偏差α±fa252±0.04公发现公称值及极限误差wk141.400-0.103-0.233配对齿轮图号 齿数26跨齿数k12
图2-1齿轮设计图
2.1齿轮减速器工艺分析
对齿轮减速器工艺性分析指在确保使用性能的前提下保证加工过程的可行性，提高效率，并尽可能节约成本，使加工工艺具有一定经济性。
1)齿轮
减速器齿轮的加工要保证一定的精度，一般齿轮减速器齿轮要求精度达到8级水准，为保证工艺符合国家规定，经查阅机械加工工艺人员手册，齿面粗糙度为R11.6，分析不同工艺、不同精度等级要求，采用滚齿机进行：粗-半精滚来加工，达到加工要求。(1)
2)键槽
对键槽的加工精度要求为Ra1.6，一般使用粗-半精精插削能满足生产精度需要。
3)两端面
断面加工需要进行定位等工序，使用粗-半精车可以满足生产精度需求。
4)孔
孔位确定同样要精度定位工序，可选用适当吃尺寸的麻花钻孔，然后用内圆车刀进行修正加工。
5)减重槽
用中20的铣刀铣出即可。
2.3齿轮毛坯的加工分析
齿轮毛胚加工为齿面加工前的一道重要工序，在整个齿轮加工的过程中，齿轮毛胚的加工是后续齿面加工工序中检测所用基准面的加工是在此程序中加工确定的。(2)同为保证零件加工效率，缩减生产时间，提高零件加工质量，齿轮毛胚的加工都是十分重要的。
对于齿轮齿厚及齿侧间隙测定选择一般根据相关规定进行，要保证齿顶圆精度需求。同时齿厚的检测标准是以齿顶圆为测量基准进行。根据误差传递定律，若齿顶圆的精度低，直接影响齿厚、齿间隙的测量精度，无法精确保证齿间隙的准确性。为保证加工精度可在以下方面进行精度提高：
1)若以齿顶圆为测量时所用基准，则要保证齿顶圆的测量精度，满足生产或设计尺寸要求；
2)加工过程中需要确保基准断面与定位孔或与外圆之间的垂直度关系；
3)根据设计需要，保证齿轮内孔加工精度，加工过程中减少零件与夹具心轴的配合间隙；
2.4.齿形及齿端加工分析
作为减速器齿轮加工过程中的重要步骤，对齿形的设计加工方案受多种因素制约，如对加工设备的要求、齿轮加工要求的精度等级、齿轮齿面粗糙度及硬度等方面会对齿轮齿形、齿端的加工精度有一定影响。
齿形加工工艺目前已有了成熟的制造方法，主要有成形法和展成法两种。所用刀具与需要加工的齿轮的轮槽型形状一致时为成形法，此时进行铣齿、剃齿、磨齿等工序时，产品生产效率高，但加工精度低。(3)
通过齿啮合原理进行零件加工，通过加工设备进行滚齿、插齿、剃齿、磨齿等工序进行完成生产工作。展成法可有效提高生产效率，保证加工精度，可满足批量生产需要，用于实际的生产工作中。
另外，目前对齿轮齿端的加工工艺主要有倒圆、倒尖和去毛刺等方法。对齿端进行倒圆、倒尖等的加工工序完成后，可以有效发挥减速在完成减速、倒挡等任务时的拟合状态，极大减少了可能发生的撞击现象。倒棱工作可去除齿端出现的毛刺。铣刀通过快速旋转，并按圆弧做左右摆动操作，达到打磨效果，完成一个齿轮齿端面加工后，铣刀有效脱离，进入下一个加工工件齿端。齿端加工工序的进行需在淬火完成前滚齿后，剃齿前完成齿端加工。
2.5齿轮的热处理工艺分析
齿轮加工工艺中的热处理技术会影响齿轮的力学性能和切削工序的稳定性。
齿轮热处理认为毛坯热处理及齿端、齿面热处理过程。
1)对毛坯热处理加工有助于消除齿轮的应力、改善使用材料的性能，提高材料可切削性能，改善材料力学性能。
2)对齿面的热处理主要从改善齿面硬度和耐磨性能。但对齿面的加工技术需要进行渗碳淬火、碳氮共渗以及渗氮等繁杂工序。
因此，该减速器大齿轮毛坯需要进行正火处理、调至处理、齿面进行高频淬火。
3毛坯加工工艺
3.1毛坯材料机械性能要求
毛坯材料直接影响毛坯成形后的强度、硬度等特性，因此在毛坯加工制造之前，对材料的把控十分重要。齿面在齿轮啮合时会受到应力影响，在齿根部形成最大应力区，造成齿面或者齿体强度失效。同时，齿面不是绝对静止会存在相对移动现象，造成齿面摩擦，产生磨损。(4)齿轮失效主要表现在齿面腐蚀、齿面形成胶合以及齿面塑性变形等。选材的主要作用可以提高齿面强度、韧性等，减少由于材料引起的齿轮失效。
3.2毛胚铸造工艺
(1)铸造毛胚
与汽车齿轮加工毛坯制造工艺相似，齿轮减速器也需要进行热模锻造。目前楔横扎技术已经在轴类器件加工时得到了广泛应用。同时，此项技术具有精度高、后序工作少，效率高等及诸多优点。
(2)正火
正火工艺是为了保证齿轮削加工时的齿轮硬度以及为后序中终极热处理做准备工作，对热处理中可能出现的变形现象进行有效抑制。工序实行过程中由于受人员因素、设备因素影响比较严重，造成器件受热不均，成型后各部位硬度不能有效保障。目前的正火工艺多采用等温正火技术，有效的弥补了一般正火存在的缺点，提高了产品的稳定性。
(3)车削加工
为满足齿轮的精确性，一般采用数控机床加工的方式进行。通过机械进行夹装可实现一次性孔径、端面及外径的加工制造工作。在保证内孔与端面垂直结构，可进行大批量的齿坯的高精度加工，提高后序工艺的加工精度。
(4)滚、插齿
对减速器齿轮齿部的加工目前主要使用一般的滚齿轮和插齿机，此类设备维护、调试，操作简单，但是由于设备原因此类方法生产效率较低，对于大批量生产任务，需要多机同时协作，共同生产。(5)
(5)剃齿
径向剃齿技术以其高效率，设计齿形、齿向的修形要求易于实现等被广泛应用于大批量齿轮生产中。
(6)热处理
汽车齿轮要求渗碳淬火，以保证其良好的力学性能。对于热后不再进行磨齿加工的厂品，稳定可靠的热处理设备是必不可少的。
(7)磨削加工
主要是经过热处理的齿轮内径、断面、轴的外径等部分进行精加工，确保尺寸精度和减小行为公差。齿轮加工采用节具定位加紧，能有效保证齿部与安装基准的精加工，获得满足厂品质量。
(8)修整
通过单对啮合听声音或在综合检查仪上观察啮合偏差来完成。(6)制造公司生产的变速器中壳体零件有离合器、变速器壳和差速器壳。离合器壳、变速器壳是称重零件，一般采用压铸铝合金经专用磨具压铸二乘，外形不规则、较复杂，一般工艺流程是铣结合面-加工工艺孔和连接孔-粗镗轴承孔-精镗轴承孔-清洗-泄露实验检测。
4.工艺规程制定
4.1选择设备及工艺装备
(1) 机床选择
不同类型设备存在加工尺寸、型号等方面的差异，对零件的加工会造成一定程度的影响，因此选择合适的机床对零器件的加工显得十分必要。在器件加工前首先对各类机床性能等方面进行详细的掌握，统计分析选择合适的机床，保证零件加工的精度，机床选择原则包括：
(1) 机床的加工尺寸范围应与零件的外轮廓尺寸相适应；
(2) 机床生产类型应与生产类型相适应；
(3) 机床精度应与工件的精度要求相适应；
4.2基准选择
对工件加工时按照加工工序，需要对加工面进行顺序安排，同时选择合适的基准面进行加工，工件加工时所要确定的基准为定位基准。基准面的选择有加工工序有关，因此第一道工序进行时，尚未进行加工处理的毛坯表面作为首先基准面，称为粗基准。完成第一道工序后，紧邻工序以已完成加工处理面作为工序的参考基准，此类定位表面称为精基准。减速器齿轮加工过程中，在基准面选择问题上受到齿轮形状差异性影响，不同类型的齿轮选择标准不同。(7)对于带轴类齿轮，一般情况下顶尖孔的定位精度较高，所以经常采用顶尖孔定位方法，来确保基准面的重合。对带孔齿轮在对齿面加工时常采用以下定位，加夹紧方式：
以内孔和端面定位的方式是以工件内孔定位，确定定位位置，再以端面作为轴向定位基准，并对着端面夹紧。(8)这样可使得定位基准、设计基准、装配基准和测量基准重合，定位精度高，适合于大批量生产。但对于夹具的制造精度要求较高。为减少定位误差，提高齿轮加工精度，在加工时应满足一下要求：
(1) 对基准面选择需要保证基准重合和统一的定位原则；
(2) 内孔定位，配合间隙应尽可能减少；
(3) 定位端面与定位孔或外圆应在一次装夹中加工出来，保证垂直度要求。
因此，通过对零件进行分析，基准安排如下平右端面，以右端面为基准加工外圆，再加工孔。键槽，转向以钢加工的外圆为基准调整同轴度定总长。
4.3选择表面加工方法
减速器零件的结构不同，形状多样，基本都是多面体，一般由曲面，平面构成，同时分为内表面和外表面。(9)对于各类表面的加工方法有着一定的区别，在保证需加工面加工精度与保证表面粗糙度的基础上进行。
对零件加工方式多样，在实际的加工过程中要考虑齿轮的形状、尺寸大小以及热处理工艺效果，加工方法等多方面因素。根据各表面加工要求和各种加工方法所能达到的经济精度。
4.4加工工序安排
1) 切削加工顺序
在零件加工过程中，为保证零件精度。对零件的加工工作可细分为粗加工，半精加工，与最后的精修与整修。
1)切削加工顺序的安排
①为确保零件加工精度，一般对零件加工首先对零件进行粗加工，之后按实际工艺要求进行半精加工，最后进行精修，修整。
②在对齿轮零件齿面进行加工时，应对各个加工步骤及基准面进行预先设计安排，对齿面加工分主次进行(10)。首先应对装配需要参考的基准面以及工作面进行处理加工，再后进行键槽、紧固所需的光孔与螺旋纹等仅次于主要面进行加工处理。此类表面所需工作量小，但同时受到主要表面位置精度要求，因此对次表面加工处理，应放在对主表面半精加工处理之后，精细加工之前完成。这样在保证精度的同时提高了工作效率。
③对于减速器中的箱体、支架等零件，应先对用作基准面的平面或者孔位的端面，之后应对各个孔位进行加工处理。此顺序可以在保证工件基准定位精度下，同时减少刀具磨损度，节约成本，减少刀具更换次数，提高效率，也为孔的加工处理提供方便。
(2)零件热处理工序安排
加工零件所需的材料具有一定的结构性质(11)，而零件加工过程中的热处理工艺在保证材料原有特性的基础上，提高了材料的各项力学性能，同时提高了在零件加工中对材料进行切削的可操作性，消除了零件的残余应力。
对零件加工工艺工序进行合理安排时，需依据零件加工规范、技术要求及所选材料的特性制订合理的操作工序：
1. 材料退火或正火均是为了消除材料结构的不均匀，以及改善材料结构、细化晶粒，改善所选金属材料的可加工性能。而对碳含量较高的金属钢可用退火工艺降低材料硬度，对碳含量高的钢金属采用正火工艺来提高其硬度，因此提高金属材料在加工过程中的可切削性。再改善金属材料特性的同时可消除毛坯制造中的产生的应力。因退火与正火意在改善材料特性，所以一般安排在机械加工之前进行。
2.零件加工中调质对零件进行渗碳淬火(12)，然后进行高温回火，可消除零件内部应力，同时改善加工器件性能去的较好的综合力学性能。此项工艺主要安排在对零件完成粗加工后进行，而对一些性能要求不高的零件，调质也可作为最终热处理工序。
(3)辅助工序的安排
检验工序是主要的辅助工序，除每道工序由操作者自行检验外，在粗加工之后，精加工之前，零件转换车间时，以及重要工序之后和全部加工完毕、进库之前，一般都要安排检验工序。
5.设计小结
此次的实习及设计过程中，我通过对所需完成零件加工进行充分了解。在不装配、断的发现问题与解决问题的过程中，我学到了很多东西，同时也越来越感觉机械加工工艺深奥，不仅是机床操作，同时也是对力学、材料、以及数学各类学科的综合使用。在此次的设计实践中，我将在大学课程中所学到的知识如机械制造工艺、机械制图、材料学、工程材料等书本知识进行了综合整理运用。
在实操中发现，真正的零件加工过程与仿真模拟有很大的区别，许多在仿真中能快捷方便进行修改的问题，在实际制造过程中确不可忽略需要进行各方面综合考虑分析细致解决才能获得高质量零件。在工件的加工中，不仅让我学到的知识得到了实用，同时也增加了我对机床、车床、铣床、滚齿机等多类设备的操作能力。写作能力、资料查询能力也得到了提高，因为零件设计不是通过想象来完成的，需要对工件的每个部位的应用、尺寸、精度要求等多方面都要按照国际、国家标准来进行的，同时对资料的查阅也让我了解到现代机械加工工艺的先进工艺。
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