弧齒錐齒輪接觸斑點(diǎn)的試驗(yàn)研究

龔學(xué)全

（廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

弧齒錐齒輪接觸斑點(diǎn)的試驗(yàn)研究

龔學(xué)全

（廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

本文介紹了弧齒錐齒輪接觸斑點(diǎn)的應(yīng)用研究的過程，通過對某型號裝載機(jī)驅(qū)動橋的弧齒錐齒輪副的接觸斑點(diǎn)的分析研究，實(shí)施小齒輪的加工參數(shù)的調(diào)整，經(jīng)整機(jī)試驗(yàn)達(dá)到了預(yù)期要求。重新確認(rèn)制造過程接觸斑點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，據(jù)此進(jìn)行制造過程的控制，確保批量生產(chǎn)的齒輪滿足使用要求，取得了很好的效果，質(zhì)量外反饋率大幅改善。

工程機(jī)械；弧齒輪錐齒輪；主傳動；接觸斑點(diǎn)

弧齒錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪統(tǒng)稱為弧齒錐齒輪，具有重疊系數(shù)大、承載能力強(qiáng)、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低的特點(diǎn)，因此它被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械傳動系統(tǒng)中。接觸區(qū)就是當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)進(jìn)入嚙合直至脫離嚙合期間，輪齒相互接觸的區(qū)域，它與齒輪的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)、使用壽命和噪聲有直接的影響，是齒輪設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵特性。接觸區(qū)的質(zhì)量要求一般來自齒輪的零件圖，但實(shí)際上很多零件圖是沒有齒面接觸區(qū)具體要求的，即便是有要求，有些也是與具體齒輪的使用特性不一定完全吻合，因此直接選用某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的接觸區(qū)質(zhì)量要求也不一定合適，這就需要在標(biāo)準(zhǔn)框架范圍內(nèi)，結(jié)合產(chǎn)品使用特性和實(shí)踐驗(yàn)證綜合設(shè)計(jì)新的合適的接觸區(qū)質(zhì)量要求。這個(gè)框架就是：“齒輪滿負(fù)荷時(shí)接觸區(qū)應(yīng)基本布滿整個(gè)工作齒面但不出現(xiàn)邊緣接觸”。這就是判斷接觸區(qū)質(zhì)量的基本原則。

1 現(xiàn)狀分析

某型輪式裝載機(jī)的弧齒輪錐齒輪副，在保質(zhì)期內(nèi)出現(xiàn)了異常的反饋率。從失效件分析中發(fā)現(xiàn)，其接觸區(qū)存在有嚴(yán)重不符合，為了改進(jìn)這一狀況，展開了對接觸區(qū)的改善研究。

從產(chǎn)品失效件中，對現(xiàn)狀接觸區(qū)進(jìn)行測量。從測量結(jié)果來看 ,滿負(fù)荷時(shí)的斑點(diǎn) ,無論是接觸區(qū)的高度值還是長度值都太大,滿負(fù)荷時(shí)接觸區(qū)均出現(xiàn)邊緣接觸。

2 改進(jìn)方案

根據(jù)目前該齒輪副的強(qiáng)度情況，小輪的強(qiáng)度較強(qiáng)，決定對小輪進(jìn)行修形，使接觸區(qū)優(yōu)化達(dá)到要求。改進(jìn)試驗(yàn)流程，結(jié)合修正方法，分別對齒高方向、齒面節(jié)線曲率、齒形曲率、對角接觸等進(jìn)行反復(fù)修正，直至接觸區(qū)及其 V/H檢驗(yàn)，均達(dá)到滿意效果。最終滿足強(qiáng)度及噪音的要求。

3 接觸區(qū)域尺寸及 V/H檢驗(yàn)的約定

接觸區(qū)域尺寸約定：為了描述的方便，無論是凸面還是凹面的接觸區(qū)域尺寸，進(jìn)行統(tǒng)一的定義為A、B、C、D。對 V/H檢驗(yàn)的約定：V及 H的取值正負(fù)符號進(jìn)行了定義，在滾動檢驗(yàn)機(jī)上，令大齒輪改變垂直移動，使接觸區(qū)由正常位置移向齒小端，其垂直移動量記為 V1;為使接觸區(qū)位于齒高中部，小齒輪的水平位移應(yīng)相應(yīng)地改為 H1；再使大齒輪作垂直移動，使接觸區(qū)移向齒的大端，其垂直位移量為 V2；伴隨改變水平位移量為 H2，接觸區(qū)由小端移向大端所必須的垂直總位移量 ΣV=|V2-V1|，水平總位移量ΣH=|H2-H1|。

4 改進(jìn)過程

根據(jù)上述的斑點(diǎn)測量及 V-H檢驗(yàn)方法，進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，大輪無負(fù)荷時(shí)接觸區(qū)數(shù)據(jù)、大輪滿負(fù)荷后接觸區(qū)數(shù)據(jù)、V/H檢驗(yàn)數(shù)據(jù)、凸凹面加工參數(shù) 3次改進(jìn)調(diào)整數(shù)據(jù)分別如表1、表2、表3及表4。

（1）第 1次改進(jìn)及問題分析。從表3的 V/H檢驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，V、H移動值都比較小，說明斑點(diǎn)在齒長、齒高方向都比較長，斑點(diǎn)位置凹面偏小端，凸面在中部偏小端。改進(jìn)目標(biāo)為：凹面：熱后齒長斑點(diǎn)由 70%縮短至 35%～ 45%；凸面：熱后齒長斑點(diǎn)由 70%縮短至 35%～ 45%左右，齒高 斑點(diǎn)縮短距齒頂 為 2.5～ 3mm。改進(jìn)方案為第 1次改進(jìn)的刀盤直徑、滾比、偏心角參數(shù)值見表4。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：第 1次改進(jìn)后的 V、H移動值明顯比現(xiàn)狀的大，說明第 1次改進(jìn)后斑點(diǎn)縮短很多，斑點(diǎn)位置凹面偏小端，凸面在中間。

（2）第 2次改進(jìn)及存在問題分析。改進(jìn)目標(biāo)：熱處理后凹面齒高斑點(diǎn)距齒頂 3～ 4mm，凸面齒長 斑 點(diǎn) 縮 短 至 30%左 右， 齒 高 斑 點(diǎn) 距 齒 頂 3.5～4.5mm；改進(jìn)方案：加工參數(shù)改進(jìn)方案如表4。從第二次改進(jìn)情況可以看出：凹面對角值較上次試驗(yàn)相同，凸面由于熱前內(nèi)對角較明顯，熱后內(nèi)對角較上次試驗(yàn)就更明顯。

表1 大輪無負(fù)荷時(shí)接觸區(qū)數(shù)據(jù)

（3）第 3次改進(jìn)及問題分析。凹面：齒長方向調(diào)往小端 2mm，齒高方向往齒底挪 0.5mm；凸面：齒長方向調(diào)往大端 3mm，齒高方向往齒底挪 0.5mm。改進(jìn)方案：加工參數(shù)改進(jìn)方案如表4；第 3次改進(jìn)后 V/H檢驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3。

通過3次改進(jìn)及試驗(yàn)，滿負(fù)荷時(shí)齒面接觸斑點(diǎn)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，其在載荷情況下的接觸區(qū)及 V/H值作為成品驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語

通過3次弧齒錐齒輪接觸區(qū)改進(jìn)及試驗(yàn)，接觸區(qū)域已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，取得預(yù)期效果。目前已通過超過3年的市場驗(yàn)證 ,外反饋率降至 0.4%以下，接觸區(qū)完全滿足使用要求，試驗(yàn)改進(jìn)方法有效。

[1]李普華 .對格里森齒錐齒輪接觸區(qū)的認(rèn)識與修正 [J].機(jī)電工程技術(shù)，2010年第 39卷第 08期 .

表3 V/H檢驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 凹、凸面加工參數(shù)調(diào)整

TH132.41

A

1671-0711（2017）07（下）-0147-02