對(duì)齒輪加工精度的影響和優(yōu)化手段

孔孟婷

摘 要：眾所周知，齒輪在經(jīng)過(guò)熱處理之后，其齒面通常存在較大的變形，因此，齒輪必須通過(guò)磨齒加工處理來(lái)糾正齒形，消除偏差。本文介紹了磨齒加工的原理，分析了影響齒輪精度的原因，深入探究了提高齒輪磨齒加工精度的方法。文章具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：齒輪加工；精度；影響；優(yōu)化手段

0、引言

磨齒作為齒輪精加工的重要方法，其可以對(duì)熱處理之后的齒輪類(lèi)零部件進(jìn)行進(jìn)一步的精加工。這種方法不但能夠有效改善齒輪的齒形，而且可以充分減少齒向誤差以及各種累計(jì)偏差。與剃齒工序相比，磨齒加工可以讓齒輪精度提升1級(jí)-2級(jí)，并讓齒面的粗糙度得到大大改善。

1、影響齒輪精度的因素分析

齒輪被廣泛應(yīng)用于是各類(lèi)變速箱中，齒輪不僅是變速箱中重要的零部件，同時(shí)也是引起變速箱產(chǎn)生噪音的原因所在。因此，想方設(shè)法提高齒輪的精度，不僅有助于改善變速箱的質(zhì)量，而且有利于降低變速箱的噪音?；谝陨戏治觯瑧?yīng)當(dāng)高度重視影響齒輪精度的原因。

一般來(lái)說(shuō)，齒輪的精度與齒輪運(yùn)動(dòng)的精度、齒輪間相互接觸的精度以及齒輪旋轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性存在很大的聯(lián)系。在進(jìn)行磨齒加工的過(guò)程中不僅要充分控制公法線(xiàn)的長(zhǎng)度公差以及齒輪齒圈的徑向跳動(dòng)值來(lái)保證齒輪運(yùn)動(dòng)的精度，同時(shí)也要有效把控齒向誤差以此提高接觸精度。并且，只有高度重視齒形誤差以及基本偏差，才能充分滿(mǎn)足齒輪工作的平穩(wěn)性要求。

2、磨齒工藝常見(jiàn)問(wèn)題及其解決方法

磨齒是齒輪加工的一種重要方法，但是在磨齒工藝加工齒輪也存在著很多問(wèn)題，下面介紹幾個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題及措施。

2.1磨齒裂紋問(wèn)題

（1）磨齒裂紋的產(chǎn)生及特征。磨齒工藝加工齒輪時(shí)，如果在磨削時(shí)冷卻不充分，會(huì)使表面層產(chǎn)生附加的組織應(yīng)力，再加上磨削所形成的熱量使零件表面的溫度升高極快，這種組織應(yīng)力和熱應(yīng)力的迭加就可能導(dǎo)致齒面出現(xiàn)削裂紋，嚴(yán)重影響齒輪的使用壽命。

（2）磨齒裂紋的解決措施。第一，降低磨削熱。磨齒裂紋的產(chǎn)生是因?yàn)槟ハ鳠崴拢越档湍ハ鳠崾墙鉀Q磨削裂紋的關(guān)鍵。磨齒時(shí)采用以下工藝措施，可以有效地防止磨齒裂紋的產(chǎn)生。①使用低粘度的冷卻油，提高冷卻能力。同時(shí)加大冷卻液的流量，在最大程度上將磨削熱帶走，減少熱量傳入工件；②選用硬度較軟、粒度較粗的砂輪來(lái)磨削，可以降低磨削熱；③提高砂輪沖程速度，減少砂輪與工件的接觸時(shí)間，從而降低了齒面的磨削溫度。第二，熱處理工藝措施。產(chǎn)生磨齒裂紋的根本原因在于淬火件的馬氏體組織是一種膨脹狀態(tài)，有應(yīng)力存在，要減少和消除這種應(yīng)力，應(yīng)進(jìn)行去應(yīng)力回火即淬火后應(yīng)馬上進(jìn)行回火處理。

2.2齒形中凹問(wèn)題

（1）齒形中凹產(chǎn)生。砂輪與齒輪的嚙合是一對(duì)空間齒輪的嚙合過(guò)程，在磨削直齒輪時(shí)，可以看作近似于齒條與齒輪嚙合。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的齒輪，與標(biāo)準(zhǔn)齒條嚙合時(shí)，其重合度在1～2之間。當(dāng)重合度不是整數(shù)時(shí)，表明嚙合過(guò)程中嚙合齒面的對(duì)數(shù)在變化。嚙合齒面的對(duì)數(shù)的變化會(huì)在齒面的法向方向產(chǎn)生一個(gè)交變力，這個(gè)交變力就是產(chǎn)生中凹齒形的主要原因。齒形曲線(xiàn)大都呈現(xiàn)為中凹形狀或S形狀曲線(xiàn)。

（2）防止中凹齒形產(chǎn)生的措施。①減小磨削力。上述分析表明：磨削力中的交變分量是產(chǎn)生中凹齒形的主要因素，而交變分量與總磨削力的比值基本保持不變。減小磨削力，可以減小交變分量的數(shù)值，從而減小工件系統(tǒng)的變形，減小齒形中凹的量。②提高工件系統(tǒng)剛性。提高工件系統(tǒng)的剛性，可以減小變形，從而減小齒形中凹的量。第一，增大夾頭直徑。磨齒機(jī)大多采用彈簧夾頭實(shí)現(xiàn)工件芯軸的夾緊與放松。彈簧夾頭剛性較弱，增大夾頭直徑，不僅可以提高夾頭的剛性，還可以增加工件心軸的直徑，提高心軸剛性。第二，提高心軸的回轉(zhuǎn)剛性。常用的芯軸加工方便，重量輕，操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度小，但是芯軸的回轉(zhuǎn)剛性低，容易產(chǎn)生中凹齒形。因此，要盡量加大心軸的直徑，特別是工件至夾頭部分的直徑。第三，增加工件托盤(pán)。某些大型齒輪常采用腹板式結(jié)構(gòu)或輪輻式結(jié)構(gòu)也會(huì)出現(xiàn)中凹齒形。這是由于齒輪自身的回轉(zhuǎn)剛性低，直徑大，在交變磨削力的作用下，會(huì)產(chǎn)生較大的變形。這種情況下，要增加工件托盤(pán)，提高工件系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)剛性。

3、對(duì)齒輪加工精度的優(yōu)化手段

在齒輪設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)設(shè)計(jì)出的齒輪在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行齒面接觸分析，在嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行加工時(shí)，齒面接觸區(qū)可以達(dá)到理想的要求。但實(shí)際加工的過(guò)程中，由于磨齒加工誤差、操作人員調(diào)整誤差、溫度誤差以及熱處理變形誤差的影響，實(shí)際加工出的齒面接觸區(qū)往往達(dá)不到預(yù)期要求，出現(xiàn)斜率誤差韶差，左右齒面的齒形不對(duì)稱(chēng)等問(wèn)題。本文從以下幾點(diǎn)分析齒輪精度的優(yōu)化手段：

3.1合理選擇磨齒余量的形式

第一，齒輪齒面及齒輪根部均留有磨削余量。其優(yōu)點(diǎn)：齒輪齒面和齒輪根部同時(shí)磨削，保證了齒輪齒面與齒輪根部的過(guò)渡曲線(xiàn)光滑連接，有利于提高齒輪根部的抗彎曲強(qiáng)度并消除齒輪根部的熱應(yīng)力集中。滾齒時(shí)滾刀不需要帶觸角，也就是齒輪根部不需要有挖根量。第二，齒輪2齒面有均勻留磨余量，滾齒時(shí)齒根部有挖根量，齒輪根部不留磨削余量。這種磨削加工齒輪方法也是各齒輪制造廠(chǎng)采用的一種磨齒形式。

3.2選擇合理的磨齒余量

磨削余量過(guò)大，對(duì)于滲碳淬火的齒輪最負(fù)面的影響就是齒面硬度下降，從而影響它的承載能力和齒面耐磨性，容易出現(xiàn)齒面點(diǎn)蝕等問(wèn)題；磨削余量過(guò)小，可以提高生產(chǎn)效率。根據(jù)齒輪的冷熱變形實(shí)驗(yàn)后，確定磨齒余量的合理數(shù)值，應(yīng)根據(jù)齒輪規(guī)格、結(jié)構(gòu)形式和材料，齒坯精度，熱處理變形情況等決定。在模數(shù)大、直徑大、齒輪壁薄和熱處理變形大時(shí)取大值，反之取小值。

4、結(jié)語(yǔ)

磨齒加工精度提升問(wèn)題是一個(gè)值得被深入探究的大型課題，在生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)繼續(xù)開(kāi)展有關(guān)的工藝探索工作。

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