大規(guī)格高精度螺旋錐齒輪加工技術(shù)的探究

金林

摘? 要：隨著科技的發(fā)展，規(guī)模巨大、精密度高的加工技術(shù)也受到人們的關(guān)注，傳統(tǒng)的齒輪制造工藝，應(yīng)用范圍不廣，針對(duì)大型齒輪生產(chǎn)工藝存在缺陷等缺點(diǎn)，近幾年來(lái)，隨著重工業(yè)的快速發(fā)展，大規(guī)模螺旋錐齒輪需求逐漸增加。為了實(shí)現(xiàn)加工的精細(xì)化，因此文章研究了大規(guī)模螺旋錐齒輪的加工工藝。

關(guān)鍵詞：大規(guī)模;高精度;螺旋錐齒輪;加工技術(shù);研究

中圖分類號(hào)：TG61? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）15-0110-02

Abstract： With the development of science and technology， large-scale and high-precision machining technologies have also drawn people's attention. Traditional gear manufacturing processes have not been widely used， and there are shortcomings such as defects in large-scale gear production processes. With the rapid development of heavy industry， the demand for large-scale spiral bevel gears has gradually increased. In order to realize the refinement of processing， this paper studies the processing technology of large-scale spiral bevel gears.

Keywords： large-scale; high accuracy; spiral bevel gear; processing technology; research

引言

螺旋錐齒輪是機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域在相交軸或交錯(cuò)軸之間傳遞運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力的關(guān)鍵零件，傳動(dòng)過(guò)程中輪齒哨合從一端向另一端逐漸過(guò)渡。與直齒錐齒輪和斜齒錐齒輪相比，螺旋錐齒輪具有許多良好的性能，如：重迭系數(shù)大，承載能力高，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小等。由于上述各方面的優(yōu)點(diǎn)，螺旋錐齒輪被廣泛應(yīng)用于鐵路機(jī)車(chē)、船舶、汽車(chē)、拖拉機(jī)、大型輸送機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、裝載機(jī)等各種各樣的機(jī)械產(chǎn)品中，并在很大程度上提高了這些產(chǎn)品的可靠性和使用壽命，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

大規(guī)格螺旋錐齒輪有兩種齒制，一種是齒線為圓弧的圓弧齒錐齒輪，整個(gè)齒槽沿齒長(zhǎng)方向齒高收縮的或等高，稱為齒制。齒制的錐齒輪熱后可以磨齒。另一種是齒線為延伸外擺線的擺線準(zhǔn)漸開(kāi)線錐齒輪，齒槽沿齒長(zhǎng)方向齒高是等高的，稱為齒制。齒制的錐齒輪熱后可以刮齒。這兩種方法的最終精度都可以達(dá)到級(jí)以上。

在應(yīng)用程度上，螺旋錐齒輪在國(guó)外廣泛應(yīng)用，它是機(jī)器傳動(dòng)過(guò)程中的好動(dòng)力，在各個(gè)領(lǐng)域都有著不同的作用。由于承載能力強(qiáng)，適用于大型機(jī)械的承載過(guò)程，如汽車(chē)、鐵路、船舶等機(jī)械產(chǎn)品，具體意義上，大型齒輪具有一定的適用性，其直徑一般在700mm以上，對(duì)成品齒輪也有較高的要求，必須達(dá)到5級(jí)以上，這樣生產(chǎn)具有卓越性和普遍性。在國(guó)外，大型高精度螺旋齒輪是美國(guó)紐約一家機(jī)床制造企業(yè)首次提出的，制造企業(yè)主要用于汽車(chē)生產(chǎn)，這種模式主要是磨牙機(jī)，用于大型數(shù)控機(jī)床的管理。使用在以后的開(kāi)發(fā)中，工廠改進(jìn)了這一點(diǎn)，在齒輪的精度上進(jìn)行了細(xì)化，在精密加工的基礎(chǔ)上進(jìn)行了加熱，并以掛齒的方式打磨。

直徑大的大規(guī)格螺旋錐齒輪主要用于礦產(chǎn)、冶金、石油等行業(yè)的大型減速器，隨著中國(guó)重工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)大規(guī)格螺旋錐齒輪的需求量越來(lái)越大，目前，工業(yè)中使用的大尺寸螺旋錐齒輪大部分都是側(cè)中間件的程序化齒輪，但是側(cè)中間件必須用雙刀半，因?yàn)榈毒吆蜋C(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難制造。目前只有德國(guó)公司才有具備Dr.Fration貝爾齒輪多軸數(shù)碼壓力機(jī)和切割機(jī)的制造技術(shù)，為了打破外國(guó)企業(yè)對(duì)大規(guī)格螺旋錐齒輪的壟斷，降低制造成本，本文提出了兩個(gè)解決方案，首先，側(cè)邊齒輪將設(shè)計(jì)改為修理的設(shè)計(jì)，計(jì)算簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，第二，利用數(shù)字控制車(chē)床的優(yōu)勢(shì)，采取萬(wàn)能軸聯(lián)動(dòng)數(shù)字控制器螺旋齒輪機(jī)床直接加工設(shè)計(jì)側(cè)中間件的整體式剪切板，降低了成本，本論文圍繞圓弧等高齒錐齒輪與擺線一準(zhǔn)漸開(kāi)線錐齒輪兩種大規(guī)格螺旋錐齒輪的設(shè)計(jì)制造技術(shù)開(kāi)展研究，根據(jù)筆者多年的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)這種齒輪的研究有了新的認(rèn)識(shí)。

1 加工技術(shù)

螺旋錐齒輪的加工原理：模擬輪是加工的齒輪，統(tǒng)一的卡盤(pán)是仿形車(chē)輪的牙齒，模擬輪結(jié)合斷裂的這一元素時(shí)，刀盤(pán)切掉了車(chē)輪的牙齒，如何將大輪和小車(chē)輪記性加工，使其加工后，計(jì)算是否正確的價(jià)值，是需要解決的主要問(wèn)題。對(duì)此國(guó)內(nèi)外許多專家學(xué)者進(jìn)行了大量的研究，發(fā)表了許多論文和專業(yè)著作，特別是對(duì)收縮齒弧齒錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪，由于大輪和小輪被加工成一個(gè)平頂產(chǎn)形輪，所以需要計(jì)算它們的方向和曲率，對(duì)其接觸分析非常復(fù)雜，因此，適用于現(xiàn)實(shí)是很難得到理想的結(jié)果。隨著控制齒輪機(jī)床和磨削技術(shù)的普及，中國(guó)齒輪系統(tǒng)的加工方法迅速發(fā)展，它們都是采用擺線等高齒，計(jì)算簡(jiǎn)單，接觸面積比收縮要好，研究結(jié)果顯示，小批量生產(chǎn)產(chǎn)品的加工中，特別是在規(guī)格螺旋錐齒輪的加工中，發(fā)現(xiàn)使用圓弧等高齒是理想的選擇。

等高齒錐齒輪的加工在理論上完全通用，所以理論上不用計(jì)算的發(fā)向量的方向和曲率，其復(fù)雜程度相當(dāng)于軸值，簡(jiǎn)單整理三個(gè)基本條件即可。在詳細(xì)討論這三個(gè)基本條件之前介紹了齒輪切割機(jī)的調(diào)整參數(shù)，這里介紹螺旋錐齒輪加工機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)，架子上有刀的位置稱為刀座，架子上有齒輪的位置稱為輪座，刀板設(shè)置在工具的傾斜體上，使刀的傾斜度的旋轉(zhuǎn)體安裝在偏心圓筒上，偏心圓筒安裝在振動(dòng)臺(tái)上，刀的位置由下列參數(shù)確定。

像弧輪這樣高的齒輪也被稱為弧輪，從側(cè)面看，它表現(xiàn)出了扁平的齒輪形狀，其研發(fā)的原理是在揮桿弧線的基礎(chǔ)上，磨光高的牙齒，在工藝加工過(guò)程中，工廠一般是少量以生產(chǎn)方式根據(jù)齒輪的平面切割，以各個(gè)部分“接觸面積”為起點(diǎn)，將切割機(jī)與軸結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)收縮齒輪的加工。從理論上看，大型高精度螺旋加工技術(shù)需要三個(gè)必要條件，分別是壓力各部的確認(rèn)、螺旋角的確認(rèn)和切削工具半徑的切削。它們是齒輪的基本結(jié)構(gòu)，刀板半徑的角度上要注意安裝位置，刀板的安裝主要是以刀體的旋轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)，斜線為側(cè)視圖刀的移動(dòng)也是重要的部分，它是以偏心鼓為核心的并行裝置的技術(shù)方法，并且要特別注意刀的位置。這是以扇形旋轉(zhuǎn)臺(tái)為基礎(chǔ)，以移動(dòng)部件箱為載體，根據(jù)軸線方向進(jìn)行加工，刀盤(pán)的位置調(diào)整也很重要，每個(gè)刀削面都有一個(gè)平衡的斷面，斷面點(diǎn)的位置是承載加工齒輪機(jī)器的中心，制造廠應(yīng)沿著床座椅軸線移動(dòng)，將扇形以整體形狀安裝在滾輪上，安裝標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)一定參數(shù)在調(diào)整貝爾齒輪角度的情況下執(zhí)行，該參數(shù)主要是機(jī)械式齒輪在銑床上獲得，我們使用設(shè)計(jì)的齒輪裝置，模擬并顯示所有齒輪在垂直狀態(tài)下的位置。

圓弧面輪廓加工技術(shù)是目前應(yīng)用最廣的加工方法，應(yīng)用性強(qiáng)，最大直徑達(dá)1800mm，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)和開(kāi)放式設(shè)計(jì)。根據(jù)該技術(shù)，齒輪分為三個(gè)軸，所有軸都是平行杠桿的滑動(dòng)，弧輪的齒輪分為主軸和輔助軸，主軸采用旋轉(zhuǎn)式設(shè)置，在轉(zhuǎn)子上設(shè)置自動(dòng)平衡裝置，保證車(chē)床連續(xù)運(yùn)行時(shí)固定位置和綜合利用，輔助軸的安裝和設(shè)計(jì)圖非常巧妙，設(shè)計(jì)者將安裝節(jié)點(diǎn)為中心，將易于滑動(dòng)的位置設(shè)為坐標(biāo)系，節(jié)點(diǎn)上設(shè)置摩擦輪，這種工藝處理方法可以保證齒輪在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常保持平衡，不損壞零件。我們采用自動(dòng)控制的方式進(jìn)行有序分配，注重加工程度，利用數(shù)字控制系統(tǒng)編制出程序，完成驅(qū)動(dòng)器的有效使用。

2 技術(shù)改進(jìn)

側(cè)齒輪和準(zhǔn)雙面曲面齒輪的設(shè)計(jì)與弧形齒輪和準(zhǔn)雙面曲面齒輪的設(shè)計(jì)相同，前者為齒線的弧度，后者的齒線為延長(zhǎng)線的外線，其形成原理為擺動(dòng)臺(tái)上有半徑固定地固定圓圓代表模擬輪，還有一個(gè)半徑一定的動(dòng)圓，當(dāng)動(dòng)圓完全在固定圓上滾動(dòng)時(shí)，刀盤(pán)的任意軌跡都是延伸的外線，加工弧齒錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒的刀盤(pán)被稱為單面刀盤(pán)。在內(nèi)刀（或是外刀）上所有的刀都有相同的路徑，只在輪廓線上形成齒面。模型的齒輪上，彼此形成一個(gè)輪廓線。不同的側(cè)螺紋板和不同的軌道形成不同的齒形面，利用與該成型車(chē)相加工的牙膠加工所需的螺旋錐齒輪。在齒輪加工過(guò)程中，為了獲得各齒輪參數(shù)之間的關(guān)系，在車(chē)輪的頂部延長(zhǎng)外線上標(biāo)出各個(gè)參數(shù)。

根據(jù)所提供的數(shù)據(jù)計(jì)算出了四環(huán)形齒輪的設(shè)計(jì)，不同點(diǎn)是齒輪可以使用收縮值或使用較高的齒輪，而二維值則只能使用較高的齒輪。同時(shí)，以下三點(diǎn)與弧齒錐齒輪的設(shè)計(jì)不同。不同公司提出的不同齒輪傳動(dòng)功能的弧輪設(shè)計(jì)主要是汽車(chē)齒輪的運(yùn)動(dòng)傳達(dá)，除了動(dòng)力的傳達(dá)外，還要考慮運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。也就是說(shuō)，重疊系數(shù)必須大，所以推薦采用小模數(shù)多齒數(shù)的設(shè)計(jì)。本文所提示的側(cè)齒輪主要用于大型減速器中大型螺旋式齒輪的設(shè)計(jì)來(lái)傳遞動(dòng)力，因此大型模式，建議使用小齒輪，這樣會(huì)有很好的彎曲強(qiáng)度，根據(jù)刀盤(pán)選擇范圍大的齒輪一般被加工成兩面法，加工效率較高，但這種加工方法在大圓環(huán)兩側(cè)折線中由于點(diǎn)的螺旋形角度不同，大車(chē)輪兩側(cè)的牙齒線?？赡軙?huì)異常收縮，因此要糾正齒輪的底部，特別是按高牙設(shè)計(jì)的弧輪，可以正常地收縮大車(chē)輪兩側(cè)的齒線。如果這樣加工，輪廓會(huì)自然收縮，兩邊側(cè)面齒中間點(diǎn)的螺旋角和刀盤(pán)的螺旋角相同，所以刀盤(pán)的選擇不好，像螺絲刀的齒輪一樣嚴(yán)格，推薦按表選擇刀盤(pán)半徑。按照它可以知道，綜上所述所舉的螺旋錐齒輪如果采用擺線準(zhǔn)漸開(kāi)線齒制，由中點(diǎn)法向模數(shù)可知刀盤(pán)半徑也可以選用。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著中國(guó)重工業(yè)的快速發(fā)展，礦產(chǎn)、冶金、石油等產(chǎn)業(yè)對(duì)大規(guī)格螺旋錐齒輪的需求越來(lái)越大。目前在我國(guó)使用的大規(guī)格螺旋錐齒輪大體上屬于側(cè)超高的值體系，但這一齒輪屬于雙刀頭。需要利用特殊裝置來(lái)加工專業(yè)發(fā)報(bào)機(jī)，刀具和車(chē)床只在德國(guó)公司生產(chǎn)，齒輪經(jīng)過(guò)加熱后不磨碎，精密度較低，這些不足對(duì)我國(guó)大規(guī)格螺旋錐齒輪數(shù)字化生產(chǎn)產(chǎn)生了極為不利的影響。為了打破技術(shù)封鎖，縮小中國(guó)的齒輪產(chǎn)業(yè)和世界齒輪強(qiáng)國(guó)的差距，研究用大規(guī)格螺旋錐齒輪設(shè)計(jì)制作的關(guān)鍵技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，對(duì)大規(guī)格螺旋錐齒輪的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)等提出了較高要求，并采用了弧形設(shè)計(jì)的等高弧形齒輪的解決方案。與側(cè)齒輪相比，圓弧型齒輪具有計(jì)算簡(jiǎn)單、調(diào)整方便的優(yōu)點(diǎn)，還可以加工成國(guó)內(nèi)統(tǒng)一的全刀半，加熱后磨齒也可以進(jìn)行加工?？梢蕴岣啐X輪的精密度。

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