機(jī)械轉(zhuǎn)動齒輪精加工探究

摘要：齒輪是依靠齒的嚙合傳遞扭矩的輪狀機(jī)械零件，齒輪輪齒相互扣住齒輪會帶動另一個齒輪轉(zhuǎn)動來傳送動力，將兩個齒輪分開，也可以應(yīng)用鏈條、履帶、皮帶來帶動兩邊的齒輪而傳送動力。隨著齒輪工業(yè)的發(fā)展和齒輪制造技術(shù)的提高，以及現(xiàn)代機(jī)械精度的提升都對齒輪精度提出了更高要求，本文就圍繞齒輪加工，簡述了加工工藝步驟和提升加工精度的方法，旨在促進(jìn)機(jī)械制造業(yè)持續(xù)快速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：機(jī)械轉(zhuǎn)動;齒輪加工;精度;加工工藝;齒坯

2010年我國齒輪市場規(guī)模達(dá)到了1450億元，成為我國機(jī)械基礎(chǔ)件中規(guī)模最大的行業(yè)。就市場需求與生產(chǎn)規(guī)模而已，居世界第三位。2006-2010年將新增設(shè)備10萬臺，即每年用于新增設(shè)備投資約60億元，新購機(jī)床2萬臺，每臺平均單價30萬元，到2010年中國齒輪制造業(yè)應(yīng)有各類機(jī)床總數(shù)約40萬臺，其中數(shù)控機(jī)床10萬臺，數(shù)控化率25%（高于機(jī)械制造全行業(yè)平均值17%）。齒輪工業(yè)主要由三類企業(yè)組成：車輛齒輪傳動制造企業(yè)、工業(yè)通用齒輪傳動制造企業(yè)與工業(yè)專業(yè)齒輪制造企業(yè)。其中，車輛齒輪一枝獨(dú)秀，市場份額達(dá)到62%，汽車齒輪又占車輛齒輪的62%，即汽車齒輪占整個齒輪市場近40%的份額;工業(yè)齒輪由工業(yè)通用、專用、特種齒輪構(gòu)成，其市場份額分別為18%、12%、8%;齒輪裝備這一塊只占市場份額的2%。齒輪通過與其它齒狀機(jī)械零件（如另一齒輪、齒條、蝸桿）傳動，可實(shí)現(xiàn)改變轉(zhuǎn)速與扭矩、改變運(yùn)動方向和改變運(yùn)動形式等功能。由于傳動效率高、傳動比準(zhǔn)確、功率范圍大等優(yōu)點(diǎn)，齒輪機(jī)構(gòu)在工業(yè)產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用，其設(shè)計與制造水平直接影響到工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量，為此提高齒輪加工精度，增加齒輪制造業(yè)經(jīng)濟(jì)效益勢在必行。

一、齒輪精度

齒輪精度是指對齒輪形狀的綜合誤差所劃分的一個等級，其中包括齒廓偏差、螺旋形偏差、徑向跳東等一些重要的參數(shù)，其中齒廓偏差是指實(shí)際齒廓偏離設(shè)計齒廓的量，螺旋形偏差是指在端面基圓切線方向上測得的實(shí)際螺旋形偏離設(shè)計螺旋形的量，徑向跳動為側(cè)頭相繼置于每個齒槽內(nèi)時從它到齒輪軸向的最大和最小徑向距離之差，一般我們汽車用的齒輪可由滾齒機(jī)加工完成，6～7級便可使用，而一些印刷機(jī)由于需要高速運(yùn)轉(zhuǎn)和批量印刷，故需要高精度齒輪以減小齒輪累計誤差而造成的印刷效果下降，一般誤差以μm為單位，1μm=0.001mm。制造齒輪常用的鋼有調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼、滲碳淬火鋼和滲氮鋼。鑄鋼的強(qiáng)度比鍛鋼稍低，常用于尺寸較大的齒輪;灰鑄鐵的機(jī)械性能較差，可用于輕載的開式齒輪傳動中;球墨鑄鐵可部分地代替鋼制造齒輪;塑料齒輪多用于輕載和要求噪聲低的地方，與其配對的齒輪一般用導(dǎo)熱性好的鋼齒輪。未來齒輪正向高承載能力、高齒面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高傳動效率方向發(fā)展，模塊化、多樣化、小型化、低噪音、低成本未來齒輪行業(yè)的必然趨勢。

二、齒輪加工工藝

對于使用最為廣泛的中、小模數(shù)齒輪，主要采用的是車削-滾齒-剃齒-熱處理-珩齒工藝，第一步是車削齒坯，齒輪的傳動質(zhì)量主要取決于齒輪精度，而這與滾齒時采用的定位基準(zhǔn)（孔和端面）的精度有著直接的關(guān)系，所以，這個階段主要是為下一階段加工齒形準(zhǔn)備精基準(zhǔn)，使齒的內(nèi)孔和端面的精度基本達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求，在這個階段中除了加工出基準(zhǔn)外，對于齒形以外的次要表面的加工，也應(yīng)盡量在這一階段的后期加以完成。第二步是齒形的加工，包括齒形的粗加工工序-滾齒和精加工工序-剃齒，這個階段的加工是保證齒輪加工精度的關(guān)鍵階段，應(yīng)予以特別注意。第三步是熱處理階段，在這個階段中主要對齒面的淬火處理，使齒面達(dá)到規(guī)定的硬度要求。第四步是珩齒，珩齒過程實(shí)際上是一種低速磨削、研磨和拋光的綜合過程，主要用于去除熱處理后齒面上的氧化皮和毛刺，降低齒面粗糙度。

三、提高齒輪加工精度的策略

1.嚴(yán)格控制齒坯的加工質(zhì)量。在齒輪加工工藝中，齒坯的加工屬于制造的第一步，齒坯的加工質(zhì)量將直接影響零件在加工中的安裝定位精度，特別是滾齒時如果安裝間隙過大，就會造成被加工零件安裝偏心，造成齒圈徑向跳動超差，直接影響后續(xù)加工，進(jìn)而影響產(chǎn)成品的質(zhì)量;齒坯的端面跳動對剃齒加工質(zhì)量影響很大，剃齒時以端面定位，在齒坯最大端面跳動處，加工出的齒為錐齒;離最大端面跳動在圓周上90°處，加工出的齒為斜齒;在這兩種情況間，加工出的每一齒，是錐齒和斜齒的合成，產(chǎn)生齒輪加工過程中的螺旋形誤差;因此在齒輪加工過程中齒坯的加工質(zhì)量一定要嚴(yán)格控制：對孔類齒輪加工的齒坯，孔的尺寸精度按H6級，齒坯外圓≤φ80時端面跳動不超過0.018mm，齒坯外圓gt;φ80≤125時端面跳動不超過0.022mm，齒坯外圓gt;φ125時端面跳動不超過0.025mm;對軸類齒輪加工的齒坯，定位外圓的尺寸精度按h5級，定位外圓的跳動≤0.015。

2.嚴(yán)格控制齒輪材料硬度和切削速度。齒輪材料的硬度直接影響齒輪的使用，在條件允許的情況下，被加工材料的硬度應(yīng)盡可能控制在HB180-220范圍內(nèi)。工件材料的硬度大于HB240-260時，滾刀的磨損會明顯上升，當(dāng)走刀量過大時引起切削過程的沖擊和振動也會過大，甚至折斷刀齒進(jìn)而造成齒輪表面加工質(zhì)量的下降，應(yīng)嚴(yán)格控制齒輪工件的材料。滾齒刀在切削塑性材料時由于切屑黏度較大，如果切削速度較慢切屑在滾齒刀前刀刃上產(chǎn)生停留，刀刃推擠切屑碾壓齒輪加工面會使齒輪加工面產(chǎn)生鱗狀毛刺，鱗狀毛刺的深度與切削速度有關(guān)和齒輪的材質(zhì)有，每種材質(zhì)都對應(yīng)著一個最佳切削速度，當(dāng)切削速度合適時便可控制毛刺的產(chǎn)生。

3.減少齒距累積偏差，提高齒輪加工精度。齒距累積偏差主要是由幾何偏心和運(yùn)動偏心共同作用而產(chǎn)生的，利用合理的方法可以將幾何偏心與運(yùn)動偏心所產(chǎn)生的影響進(jìn)行一定地抵消。這種合理的方法可按如下步驟進(jìn)行：測方向，既是測出分度蝸輪的運(yùn)動偏心方向，然后試切一件齒坯，對這個試切的齒坯進(jìn)行一定地測量，既測出其公法線長度的最大值（蝸輪運(yùn)動偏心方向）和最小值，做好標(biāo)記A;測出齒坯的徑向跳動，同時需要在徑向跳動最大值方向上做好標(biāo)記B;在安裝齒坯時，應(yīng)使A、B的方向恰好相反，通過將這兩種偏心問題進(jìn)行相互抵消、相互補(bǔ)償來達(dá)到減小齒距累積偏差。

4.對于汽車齒輪等精度要求較高的齒輪，可采用近年來發(fā)展并成熟起來的滾齒-滲碳-淬火處理-磨齒工藝，用熱后磨齒來消除滾齒誤差、熱處理變形等。在不增加磨齒機(jī)等設(shè)備投入的情況下，對于傳統(tǒng)的滾齒-剃齒工藝，可通過選用合適的剃齒刀以及合理修磨剃齒刀來近一步提高精度，比如對于剃齒工藝經(jīng)常出現(xiàn)的齒面中凹缺陷會極大影響齒輪嚙合傳動的噪音水平，對此可采用負(fù)變位剃齒刀或者將采用大圓弧法修磨剃齒刀補(bǔ)償齒面中凹，提高齒輪精度。

四、結(jié)語

目前，我國齒輪鋼基本滿足使用和引進(jìn)技術(shù)過程國產(chǎn)化的要求，而重型車傳動齒輪及中重型車的后橋齒輪用鋼，尚有待開發(fā)和生產(chǎn)?，F(xiàn)階段齒輪行業(yè)應(yīng)通過市場競爭與整合，提高行業(yè)集中度;通過自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)，形成一批車輛傳動系（變速箱、驅(qū)動橋總成）牽頭企業(yè)，用牽頭企業(yè)的配套能力整合齒輪行業(yè)的能力與資源;實(shí)現(xiàn)專業(yè)化、網(wǎng)絡(luò)化配套，形成大批有特色的工藝、有特色的產(chǎn)品和有快速反應(yīng)能力的名牌企業(yè);通過技改，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化齒輪制造企業(yè)轉(zhuǎn)型。

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