圓錐齒輪軸切齒干涉分析及改進(jìn)

寧夏天地奔牛實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司 (石嘴山 753001) 喬燕芳

如圖1 所示圓錐齒輪軸是我公司某減速器產(chǎn)品中的關(guān)鍵零件，采用國(guó)際上先進(jìn)的克林根貝格齒制。滲碳淬火后經(jīng)過硬切，齒面粗糙度值Ra達(dá)到了0.8 μm 以下，但大部分圓錐齒輪軸硬刮后在小端都留下一塊黑皮，硬切刀切削不上，調(diào)整硬切參數(shù)也消除不掉。從產(chǎn)品質(zhì)量角度來說，零件在加載的工況條件下，接觸區(qū)延伸，黑皮會(huì)影響到接觸精度，使減速器噪聲加大。從外觀來說，這相當(dāng)于人白皙的臉上長(zhǎng)了一塊黑疤，影響企業(yè)產(chǎn)品聲譽(yù)。

圖1 圓錐齒輪軸的干涉外觀

克林根貝格齒制自20 世紀(jì)80年代傳入我國(guó)，國(guó)外近年來雖然不再像過去那樣對(duì)我國(guó)搞技術(shù)封鎖，但國(guó)內(nèi)對(duì)這一先進(jìn)齒形在許多方面還沒有完全消化吸收，因此才會(huì)出現(xiàn)如圖1 所示的干涉現(xiàn)象。為解決上述問題，我們憑借有限的一些資料，從設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算、切齒調(diào)整參數(shù)和刀具等方面進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，在解決干涉問題方面積累了經(jīng)驗(yàn)，提升了產(chǎn)品品質(zhì)。

1.圓錐齒輪軸切齒干涉產(chǎn)生的機(jī)理分析

根據(jù)克林根貝格齒輪的設(shè)計(jì)理論，要保證圓錐齒輪軸的有效齒寬，圖2b 中的黑色三角區(qū)域應(yīng)該去除。也就是說，黑色三角區(qū)域?yàn)槎嘤嗖糠帧５话銇碚f，大部分圓錐齒輪軸都設(shè)計(jì)成圖2a 中的結(jié)構(gòu)，保留了圖2b 的多余部位，這樣做一是為了增加圓錐齒輪軸的強(qiáng)度，另一方面也是為了外形美觀，同時(shí)還能節(jié)約加工成本。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在同樣的設(shè)計(jì)參數(shù)和切齒參數(shù)條件下，圖2a 所示的齒輪軸大部分存在切齒干涉現(xiàn)象，而圖2b 所示的齒輪軸很少發(fā)生這種情況。

圖2 圓錐齒輪軸的兩種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

對(duì)比圖1 中的干涉痕跡不難看出，圓錐齒輪軸的干涉部位恰好是圖2b 中黑色三角區(qū)域，分析認(rèn)為，之所以產(chǎn)生干涉，是由于軸上多了一塊，而切齒時(shí)的參數(shù)是按照沒有黑色三角區(qū)域來計(jì)算的，當(dāng)?shù)毒咔邢鞯酱瞬课粫r(shí)理論上認(rèn)為已經(jīng)完成了切削工作，因而產(chǎn)生干涉，但國(guó)外的圓錐齒輪軸也采用這種設(shè)計(jì)方法卻沒有干涉，說明通過調(diào)整參數(shù)可以消除干涉現(xiàn)象，只是在克林根貝接觸區(qū)調(diào)整方面我們還有欠缺，對(duì)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)沒有完全消化吸收。

通過試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)干涉發(fā)生在軟切工序的滾切過程，因此需要在軟切過程調(diào)整。

另外，在齒部參數(shù)計(jì)算中，不符合克林根貝格標(biāo)準(zhǔn)Rmsinβm＜r ＜Resinβe條件的齒輪，出現(xiàn)干涉的幾率就會(huì)大一些。

2.圓錐齒輪軸切齒干涉的改進(jìn)方法

通過大量試驗(yàn)，我們總結(jié)出了以下改進(jìn)辦法，效果很好。

通過調(diào)整軟切鼓形量Cb、偏心距EEXZ改變半徑差EXB值，可以明顯改善硬切干涉狀況(見圖3)。

Cb及EXB調(diào)整后，螺旋角方向接觸區(qū)會(huì)變化，通過調(diào)整(增大)外刀半徑和安裝距可以調(diào)整合適。

圖3 調(diào)整參數(shù)后明顯好轉(zhuǎn)的齒面干涉情況

齒輪在選擇參數(shù)時(shí)要注意刀頂寬須小于齒根齒槽寬，否則在軟切的荒切過程也會(huì)發(fā)生干涉。

3.結(jié)語

克林根貝格圓錐齒輪軸的干涉現(xiàn)象主要與設(shè)計(jì)參數(shù)有關(guān)，但通過調(diào)整切齒參數(shù)可以改善，具體來說，調(diào)整軟切鼓形量Cb、偏心距EEXZ改變半徑差EXB值，可以明顯改善硬切干涉狀況。同時(shí)齒輪在選擇參數(shù)時(shí)要注意刀頂寬須小于齒根齒槽寬，以免在荒切過程發(fā)生干涉。