齒輪基準(zhǔn)齒精確對(duì)位方法研究

鄧燕斌 王永成 黃 超

(二重(德陽(yáng))重型裝備有限公司，四川618000)

行星結(jié)構(gòu)減速機(jī)或增速機(jī)通常由3～4件行星齒輪帶動(dòng)太陽(yáng)輪實(shí)現(xiàn)減速或增速。研究表明，無(wú)嚙合相位差的人字齒行星齒輪系統(tǒng)均載荷系數(shù)較相位差不為0時(shí)小[1]，該類行星齒輪結(jié)構(gòu)對(duì)行星齒輪組的齒輪基準(zhǔn)齒相位對(duì)中要求高。同組行星齒輪組的對(duì)中相位差較大時(shí)會(huì)出現(xiàn)裝配困難，齒面嚙合損傷。在產(chǎn)品運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，因同組行星齒輪組基準(zhǔn)齒相位差的差異使每件行星齒輪軸與齒輪、太陽(yáng)輪的嚙合狀態(tài)、所受載荷均不相同，行星齒輪系統(tǒng)會(huì)發(fā)生偏載，從而影響整個(gè)產(chǎn)品的使用壽命和傳動(dòng)精度[2]。

行星齒輪組齒輪通常由行星齒輪軸和行星齒輪組構(gòu)成，行星齒輪組中齒輪軸的基準(zhǔn)齒中心與齒輪的基準(zhǔn)齒中心的對(duì)中誤差為0.015 ～0.025 mm，齒輪的基準(zhǔn)齒中心線與齒輪軸的基準(zhǔn)齒中心線的角度誤差不大于0.001°，詳見圖1。

1 技術(shù)方案設(shè)計(jì)

針對(duì)行星齒輪組的結(jié)構(gòu)特征，結(jié)合公司的制造工藝裝備能力，制定了三種對(duì)位技術(shù)方案，具體如下：

1.1 方案一：機(jī)床分中定基準(zhǔn)，精磨齒

數(shù)控磨齒機(jī)粗磨行星齒輪齒面，留余量，熱裝行星齒輪于行星齒輪軸上，組成行星齒輪組，齒輪冷卻至常溫后，以行星齒輪軸的精加工齒面為基準(zhǔn)，采用靠齒法找正齒面中心，進(jìn)行精磨齒。砂輪靠行星齒輪軸基準(zhǔn)齒左齒面，工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角度為A1；砂輪靠行星齒輪軸基準(zhǔn)齒右齒面，工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角度為A2，兩次工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)角度值之和的12為基準(zhǔn)齒的中心A，利用該基準(zhǔn)中心磨削行星齒輪，保證行星齒輪的基準(zhǔn)齒中心與行星齒輪軸基準(zhǔn)齒中心重合，滿足行星齒輪組基準(zhǔn)齒對(duì)中要求。

圖1 行星齒輪對(duì)中要求圖

優(yōu)點(diǎn)：

(1)不需要設(shè)計(jì)制造液壓裝配對(duì)位工裝；

(2)適用于單件、小批量(≤3件)的制造，成本較低。

缺點(diǎn)：

(1)不適用于批量化生產(chǎn)；

(2)斜齒、人字齒齒輪無(wú)法滿足對(duì)位要求；

(3)利用砂輪，靠已精加工的基準(zhǔn)齒齒面找待加工齒輪的基準(zhǔn)齒中心，對(duì)操作人員的技能要求較高，對(duì)中穩(wěn)定性差；

(4)熱裝前行星齒輪的內(nèi)孔、端面均精加工到位，熱裝時(shí)需對(duì)行星齒輪進(jìn)行加熱，按照過(guò)盈量和熱裝公式計(jì)算的安全熱裝溫度為260℃，行星齒輪的端面會(huì)存在微小變形，影響產(chǎn)品整體質(zhì)量。

圖2 對(duì)位工裝示意圖

圖3 齒輪定位銷孔設(shè)計(jì)圖

圖4 齒輪軸定位鍵槽設(shè)計(jì)圖

圖5 行星齒輪組定位裝配圖

1.2 方案二：利用液壓工裝，對(duì)位壓裝

行星齒輪在磨齒機(jī)精磨齒后，采用液壓對(duì)位工裝裝配行星齒輪組，見圖2，對(duì)位壓裝時(shí)，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)行星齒輪完成對(duì)位裝配，滿足行星齒輪組基準(zhǔn)齒對(duì)中要求。

優(yōu)點(diǎn)：

(1)不會(huì)引起齒輪端面和齒部變形，齒面精度好；

(2)可減少磨齒流程，節(jié)約磨齒加工成本；

(3)具有批量化制造優(yōu)勢(shì)，通用性較好。

缺點(diǎn)：

(1)不適用于人字齒的基準(zhǔn)齒對(duì)中；

(2)利用工裝壓入，旋轉(zhuǎn)工件調(diào)整對(duì)位的調(diào)整時(shí)間較長(zhǎng)，裝配效率低；

(3)整套工裝設(shè)計(jì)繁瑣、費(fèi)用較高。

1.3 方案三：銷孔及鍵槽導(dǎo)向，液壓裝置壓裝

行星齒輪和行星齒輪軸單獨(dú)完成精加工磨齒。磨齒完成后，在行星齒輪端面壓入對(duì)中定位銷孔，見圖3，在行星齒輪軸軸肩處壓入對(duì)中定位鍵槽，見圖4，利用液壓工裝進(jìn)行定位壓入，定位銷與定位鍵槽引導(dǎo)，完成基準(zhǔn)齒對(duì)中裝配。

行星齒輪上定位銷孔與定位銷設(shè)計(jì)為小過(guò)盈配合，行星齒輪軸基準(zhǔn)鍵槽與定位銷設(shè)計(jì)為小間隙配合。裝配時(shí)，利用液氮將定位銷冷卻后裝配至行星齒輪定位銷孔，待定位銷恢復(fù)至常溫后，采用液壓裝置壓裝齒輪，高壓泵將齒輪內(nèi)孔脹大，液壓螺母形成軸向推力[3]，定位銷和定位鍵槽導(dǎo)向引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)齒輪組對(duì)中裝配，見圖5。

優(yōu)點(diǎn)：

(1)通用性強(qiáng)，人字齒、斜齒、直齒均可進(jìn)行基準(zhǔn)齒對(duì)中壓裝；

(2)只需要液壓螺母、液壓接頭和液壓站，工裝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，費(fèi)用低；

(3)打壓裝配不會(huì)引起齒部變形，齒輪精度高；

(4)不用反復(fù)調(diào)整，效率高，適用于批量化制造。

缺點(diǎn)：

(1)齒輪軸上需設(shè)計(jì)定位引導(dǎo)鍵槽，液壓螺母用螺紋；

(2)齒輪上需設(shè)計(jì)定位銷孔；

(3)基準(zhǔn)引導(dǎo)鍵槽和基準(zhǔn)定位銷孔需在高精度機(jī)床加工。

2 方案實(shí)施結(jié)果

針對(duì)上述三種技術(shù)方案分別進(jìn)行批量化制造工藝可行性驗(yàn)證，基準(zhǔn)齒對(duì)中誤差檢測(cè)數(shù)據(jù)如下：

方案一熱裝后行星齒輪的端面有明顯變形，變形量見表1，精磨行星齒輪后三坐標(biāo)檢測(cè)基準(zhǔn)齒對(duì)中誤差，檢測(cè)結(jié)果見表2。

表1 熱裝后的端面變形量(單位：μm)

表2 熱裝后的對(duì)中誤差(單位：μm)

表3 未定位壓裝后的對(duì)中誤差(單位：μm)

表4 銷定位導(dǎo)向壓裝后的對(duì)中誤差(單位：μm)

方案二采用工裝進(jìn)行對(duì)中裝配，裝配后利用三坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，基準(zhǔn)齒對(duì)中誤差較大，基準(zhǔn)齒對(duì)中誤差見表3。

方案三采用定位銷和鍵槽導(dǎo)向引導(dǎo)齒輪裝配，裝配后三坐標(biāo)檢測(cè)基準(zhǔn)齒對(duì)中誤差，數(shù)據(jù)見表4。

綜合分析上述檢測(cè)數(shù)據(jù)，采用定位銷導(dǎo)向裝配的方案較好，基準(zhǔn)齒對(duì)中誤差較小，應(yīng)優(yōu)先選用。

3 結(jié)論

通過(guò)三種不同技術(shù)路線方案的實(shí)施，檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，采用定位銷與鍵槽導(dǎo)向引導(dǎo)齒輪裝配，液壓裝置壓入裝配的制造方案優(yōu)于其他兩種方案。該方案通用性強(qiáng)，工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，對(duì)中質(zhì)量穩(wěn)定性高，誤差較小，適于大批量行星齒輪組對(duì)中裝配。