人字齒輪加工是斜齒輪的形式，核心特征是：齒輪齒向呈“人”字形（V形），由左右兩個旋向相反的斜齒圈在軸線中點對稱拼接而成（無中間退刀槽），也可一體成型。
簡單理解：普通斜齒輪只有一個旋向（左旋或右旋），而人字齒輪相當于“左旋斜齒+右旋斜齒”的組合，且齒面連續過渡，無間隙。
核心作用與優勢
抵消軸向力：斜齒輪工作時會產生軸向推力（沿齒輪軸線方向），而人字齒輪的左右旋齒產生的軸向力大小相等、方向相反，可抵消，無需額外安裝推力軸承，簡化設備結構；
承載能力強：齒面接觸線更長、重合度高（同時嚙合的齒數多），相比直齒輪和普通斜齒輪，能傳遞更大的扭矩和功率，耐沖擊性；
傳動平穩：繼承斜齒輪“漸進嚙合、嚙合沖擊小”的特點，運行時噪音低、振動小，適合高速傳動場景；
缺點：加工工藝復雜（需保證左右旋齒對稱、無退刀槽）、成本高，且不能軸向移動調整嚙合間隙，對安裝精度要求高。
適用場景
主要用于大功率、高速、重載的傳動系統，如：船舶推進系統、大型機床、軋鋼機、礦山機械、重型減速器、發電機組等。
二、人字齒輪的加工工藝（按“毛坯→成品”流程）
人字齒輪加工的核心難點是“左右旋齒的對稱成型、無退刀槽的連續齒面加工”，需結合齒輪材質（多為合金結構鋼，如40Cr、20CrMnTi）和精度要求（常見6-8級）選擇工藝，主流流程如下：
1.毛坯制備（奠定加工基礎）
工藝方式：根據齒輪尺寸和批量選擇——
中小批量/高精度齒輪：模鍛（熱模鍛），通過模具將加熱后的鋼坯鍛造成近似齒輪形狀（鍛件組織致密、強度高）；
大批量/標準化齒輪：精鍛或擠壓成型（減少后續加工余量）；
簡單小尺寸齒輪：圓鋼棒料直接切割（成本低，適合低載荷場景）。
后續處理：鍛后需進行“正火/退火”熱處理，消除鍛造應力、細化晶粒，避免后續加工變形。
2.粗加工（大部分余量，接近成品形狀）
車削加工：在車床（普通車床或數控車床）上加工齒輪毛坯的基準面和外圓：
加工端面、內孔（或軸徑），保證端面與內孔（軸徑）的垂直度（基準精度直接影響后續齒形加工）；
車削齒輪外圓、輪轂等結構，預留齒形加工余量（一般3-5mm）。
鍵槽加工：若齒輪為輪轂式（帶內孔），需在銑床或加工中心上銑削鍵槽（用于與軸的連接），保證鍵槽與內孔的對稱度。
3.齒形加工（核心工序，決定齒輪傳動性能）
根據精度要求和批量，主要分為“成形法”和“展成法”兩大類，其中展成法是主流：
（1）成形法（適用于中小批量、低精度齒輪，6-8級）
工藝原理：用與齒輪齒槽形狀一致的成形刀具（如盤狀銑刀、指狀銑刀），直接銑削出齒槽，左右旋齒需分別加工（先銑一側旋齒，再銑另一側，保證對稱）。
關鍵設備：銑床、數控銑床。
優缺點：設備成本低、工藝簡單，但齒形精度低（受刀具精度限制）、加工效率低，適合簡單結構、低載荷的人字齒輪。
（2）展成法（適用于大批量、高精度齒輪，5-7級）
展成法通過“刀具與工件的嚙合運動”（展成運動）加工齒形，能保證齒形精度和對稱性，是工業主流工藝：
①滾齒加工（常用，適合中等精度齒輪）
工藝原理：使用“人字齒輪滾刀”（滾刀齒向為雙旋向，與工件齒形匹配），滾刀旋轉的同時沿工件軸線進給，通過展成運動加工出左右旋連續齒面；無需退刀槽，一次成型（或分兩次加工左右旋齒，保證對稱）。
關鍵設備：數控滾齒機（需配備雙旋向滾刀和高精度分度機構）。
核心要求：需嚴格校準滾刀與工件的軸線夾角、進給速度，確保左右旋齒的螺旋角一致、對稱度誤差≤0.02mm。
②磨齒加工（高精度齒輪，5-6級）
工藝原理：齒形粗加工（滾齒/銑齒）后，用砂輪（成形砂輪或蝸桿砂輪）對齒面進行磨削，修正齒形誤差、提高表面粗糙度（Ra≤0.8μm）。
關鍵設備：數控磨齒機（如蝸桿磨齒機、成形磨齒機），需支持雙旋向齒面的連續磨削。
適用場景：高速、重載齒輪（如船舶齒輪、精密減速器齒輪），需保證齒面精度和嚙合平穩性。
③其他展成工藝（場景）
插齒加工：適用于內嚙合人字齒輪或小模數齒輪，用雙旋向插齒刀通過往復運動加工齒形，效率低于滾齒；
珩齒加工：用于齒輪精加工后的拋光，用珩磨輪與齒輪嚙合旋轉，降低齒面粗糙度、修正微小齒形誤差，提升傳動平順性。
4.熱處理（提升齒輪強度和性）
核心工藝：根據材質選擇——
中碳合金結構鋼（如40Cr）：調質處理（淬火+高溫回火），保證齒輪心部韌性和齒面強度；后續可加“表面淬火”（如高頻感應淬火），提高齒面硬度（HRC58-62）；
滲碳合金鋼（如20CrMnTi）：滲碳淬火+低溫回火，齒面硬度高（HRC60-64）、性強，心部韌性好，適合重載沖擊場景。
關鍵控制：熱處理后需控制變形（通過工裝夾具固定、分級淬火），避免齒形畸變影響精度。
5.精加工與檢驗（保證成品合格）
后續精加工：熱處理后若變形超差，需進行“校正”（如壓力校正），再對基準面（內孔、端面）進行“珩磨/磨削”，恢復基準精度；
精度檢驗：
齒形精度：用齒輪測量儀檢測齒形誤差、齒向誤差、重合度；
尺寸精度：檢測齒頂圓直徑、齒根圓直徑、齒厚偏差；
嚙合性能：通過齒輪嚙合儀測試傳動噪音、振動值，確保符合設計要求；
表面處理：部分齒輪需進行防銹處理（如發黑、鍍鋅、磷化），用于潮濕或腐蝕環境。
人字齒輪是“重載高速傳動”的核心部件，其加工工藝的核心是“保證左右旋齒的對稱精度和齒面質量”。主流流程為：毛坯模鍛→粗車→滾齒（齒形粗加工）→熱處理→磨齒（精加工）→檢驗，其中滾齒和磨齒是決定齒輪性能的關鍵工序，需根據精度要求和批量靈活選擇工藝組合。
