齒輪加工問題及措施

孫喜艷

摘 要：機械轉(zhuǎn)動時，起到關鍵作用的是齒輪，然而根據(jù)目前現(xiàn)狀而言，在齒輪制造工藝中我國仍然無法與世界先進國家相媲美，還需要不斷完善和改進，制造過程出現(xiàn)的很多問題都需要逐步去解決和完善。文章中詳細討論齒輪制造工藝，內(nèi)容涉及其常見的缺點，同時提出相應解決方案，以此保證提高齒輪加工水平。

關鍵詞：齒輪加工；工藝過程；齒形誤差

1 齒輪加工工藝中較為普遍存在的缺陷與不足

1.1 齒數(shù)有誤

齒數(shù)就是在齒輪上一圈上全部的輪齒數(shù)量。確定齒數(shù)之前，必須在設定加工工藝之前根據(jù)零部件具體結構要求來確定輪齒數(shù)量和軸直徑，以此保證齒輪符合標準。然而在齒輪加工時，仍然有很多問題出現(xiàn)，其原因主要有：第一，選擇錯誤的滾刀，由于齒輪加工工藝的復雜性導致其齒形自身非常繁瑣，受到多方面因素的制約，例如：滾齒設備自身的精確度、選擇齒輪材質(zhì)及熱處理工藝、另外最為關鍵的因素是如何正確選擇齒輪滾刀；第二，錯誤的工件毛坯尺寸，在制造齒輪的過程中，往往有一個環(huán)節(jié)被忽視，那就是毛坯尺寸的測量工作，這就對齒輪加工工藝造成了不小的影響，尤其是浪費了巨大成本；第三，錯誤的附加運動方向，在滾齒機結束斜齒加工時，很難分辨附加運動的確切方向，加上受到來自各個方面的作用，更加阻礙了辨別方向的識別。

1.2 齒形兩側(cè)不相互對稱

齒輪加工過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)齒形兩側(cè)不對稱的現(xiàn)象，造成其不對稱的原因有兩方面：第一，中間點無法確定，滾刀安裝過程中不能準確定位中間點，眾所周知，安裝滾刀過程中，安裝效果影響著滾刀徑向基軸向的跳動，進而影響到切齒的精確度，一般來講，滾刀安裝前必須展開校對刀軸工作，以保障兩個端口跳動高度符合標準要求，臺階設計過程中，與螺母端保持一定垂直度數(shù)，讓墊圈維持平整狀態(tài)，滾刀安裝在刀軸之上，并且調(diào)整兩端凸臺直至其保持一致；第二，經(jīng)過滾刀刃磨后，螺旋角的精確度為降低，齒輪制造工作展開后，滾刀會逐漸趨于螺旋角較大的螺旋齒輪尺寸，其自身所帶齒數(shù)等于滾刀頭數(shù)，根據(jù)固有設計速度展開旋轉(zhuǎn)工作，利用切削刀齒齒形直至最終完成齒形。

1.3 齒形不精確

在齒輪加工過程中，會出現(xiàn)一定的誤差，齒形不夠精準，制造外嚙合直齒和斜齒圓柱開線齒輪時，通常都會應用齒輪滾刀，軸向截形是直線的，例如用此代替漸開線滾刀切齒，齒輪齒形自然不會是漸開線形，因此不可能導致不精確的問題出現(xiàn)，這就是人們常說的造型誤差，以此同時，實際加工齒輪過程中沒有任何誤差的漸開線齒形也不會出現(xiàn)，這也制約著傳動穩(wěn)定性能。漸開齒形受齒輪基圓直徑的影響，一旦這一環(huán)節(jié)出現(xiàn)不精確的現(xiàn)象，勢必為影響到齒形的精確度。

2 傳動平穩(wěn)性誤差的分析及解決

究其根本，標準的漸開線是指利用剃齒生產(chǎn)出的齒輪輪廓。但是在實際制作過程中，人們通常利用精確的漸開線齒形的剃齒刀來進行加工，因此通常會得到齒高節(jié)點位置下陷的齒形，這種現(xiàn)象被人們稱之為：中凹，下陷在0.1到0.3厘米之間，中凹部分占據(jù)整個有效齒面的二分之一，如果齒輪齒數(shù)很少，這樣的現(xiàn)象將給質(zhì)量帶來很大的影響，因此在實際加工時，一旦選擇凹齒形齒輪時，穩(wěn)定性能低、加工時產(chǎn)生較大噪音都非常普遍，為此一般情況下是要避免此類事情發(fā)生。故而在剃齒加工過程中形成凹齒形被視為非常普遍的缺點。

2.1 中凹齒形產(chǎn)生的機理

在剃齒加工過程中，剃齒刀和工件進行嚙合時能夠毫無側(cè)隙。此時人們把盤形剃齒刀視為變位圓柱齒輪，能夠在切削工作開展的過程中進行自由旋轉(zhuǎn)。從圖1中能夠看到，在處于法向齒形重疊系數(shù)處于1～2范圍區(qū)間的情況下，從其中一邊的側(cè)齒形的嚙合動作能夠看到：在齒1的齒頂進到嚙合里面的時候，這種情況下存在兩個齒形接觸點一起運作（見圖1a）；在齒1的齒腹進到嚙合里面的時候，這種情況下存在一個齒形接觸運作（見圖1b）；在齒1的齒根進到嚙合里面的時候，齒2的齒頂已經(jīng)進到嚙合里面，這種情況下存在兩個齒形接觸點一起運作（見圖1c）。因為徑向進刀總的壓力值差不多是不變的，導致作用于每個接觸點分壓力出現(xiàn)變動。根部位置在雙齒嚙合區(qū)域內(nèi)，金屬的切除量相對比較少，節(jié)圓位置在單齒嚙合區(qū)域內(nèi)，金屬切除量相對比較大，所以導致了中凹問題。

圖1 瞬時齒形接觸點的變化圖

2.2 對中凹齒形采取的措施

其一，采用剃齒刀修形法來實現(xiàn)被剃齒輪的齒形修形。齒形修形是指對輪齒的齒頂與齒根進行修緣，使之修正后的齒形曲線在輪齒節(jié)圓附近形成一定的鼓形。針對主動齒輪和被動齒輪要實施不一樣的修形手段。被剃齒輪的精度和廓形在很大程度上取決于剃齒刀的精度和廓形，而剃齒刀的精度和刀齒廓形又是通過剃齒刀的修磨獲得的，因此，剃齒刀的修磨及剃齒刀磨床的性能對于保證剃齒質(zhì)量十分重要。

隨著數(shù)控技術的發(fā)展，各種多軸數(shù)控剃刀磨床的出現(xiàn)使剃刀的修形變得非常容易。如德國HURTSRS410-CNC型剃刀磨床就是一種12軸全數(shù)控、5軸聯(lián)動且具有在線檢測功能的剃刀刃磨機床。它把繁瑣的調(diào)整機床轉(zhuǎn)變?yōu)檩p便快捷的鍵盤輸入，極大地提高了效率和修形精度。其修形采用在計算機屏幕上直接分段、作圖，直觀快捷，操作簡便，修形精度可達0.0001mm。

其二，利用平衡剃齒方法。此方法指利用改良后的刀具設計，讓工件嚙合時維持齒輪兩側(cè)接觸點數(shù)量保持相同，也就是說，讓齒輪無論何時嚙合，都能夠?qū)崿F(xiàn)齒輪兩側(cè)都有相同數(shù)量的接觸點，同時期接觸點的壓力近乎等同，也就實現(xiàn)了壓力的平衡，此方法可以保障齒輪兩側(cè)的金屬量相同，加工制造的過程中更是不會出現(xiàn)凹現(xiàn)象。然而，此法實現(xiàn)剃齒平衡的齒輪并不多。當剃齒刀不斷接受修磨時，刀具勢必會變薄，也會間接影響到刀具的外徑，同時平衡嚙合角也會發(fā)生相應變化，這樣就破壞了平衡關系，導致凹現(xiàn)象仍然會出現(xiàn)。盡管經(jīng)過改編刀具外徑可以適當補償平衡嚙合角的變化，但是由于制造加工工藝的復雜性，其改變也不是固定不變，因此即使平衡剃齒效果有效，但仍然還是受到一定的約束。

其三，利用徑向剃齒方法。其中簡單介紹徑向剃齒的工作原理，其主要是指在剃削嚙合時，刀具齒廓和工件齒廓是線接觸模式。桶普通剃齒比較而言，一是重合度被提高；二，齒面嚙合的壓力承受的面積無形中提高了，因此為了降低齒形中凹形成的可能性，可以利用剃齒剔除余量大小，降低嚙合時嚙合接觸點數(shù)量的變化敏感度。

3 結束語

總而言之，在齒輪的加工與制造包括很多的環(huán)節(jié)。要想制造出的齒輪成品具有較高的精準程度，就必須做好每一環(huán)節(jié)的加工工作。從當前的情況來看，隨著生產(chǎn)技術水平的提升，齒輪加工也逐漸地呈現(xiàn)出效率及精確度不斷提升的發(fā)展趨勢。作為生產(chǎn)操作人員，必須要認清當前的形勢，為我國齒輪生產(chǎn)行業(yè)的智能化現(xiàn)代化發(fā)展提供更多的技術保障。

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