齒輪軸磨齒干涉的分析、測(cè)算及解決

朱海鵬 張藝

摘要： 本文主要針對(duì)硬齒面斜齒輪軸在滲碳淬火后，輪齒齒面磨削過程中可能出現(xiàn)的干涉情況，通過分析與測(cè)算，并提出解決辦法。

Abstract： This paper mainly aims at the possible interference in the grinding process of helical gear shaft with hard tooth surface after carburizing and quenching， and puts forward the solution through analysis and calculation.

關(guān)鍵詞： 齒輪軸;砂輪安全尺寸;磨齒;油管干涉;解決

Key words： gear shaft;grinding wheel safety size;gear grinding;tubing interference;to solve

中圖分類號(hào)：TG61? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）23-0024-02

0? 引言

齒輪作為傳達(dá)動(dòng)力和旋轉(zhuǎn)的機(jī)械要素，是傳動(dòng)裝置中一種重要零件，要實(shí)現(xiàn)齒輪的性能要求，就必須要提高齒輪精度來保證其高質(zhì)量傳動(dòng)。硬齒面的磨齒齒輪傳動(dòng)具有傳動(dòng)平穩(wěn)、噪音小、壽命長，適合大功率重載荷等特點(diǎn)。磨齒作為淬硬齒輪的最終加工工序，也是齒輪最重要的精加工工藝，磨齒不僅可以改善齒面粗糙度，有效降低噪音，主要用于消除熱處理后的變形和糾正齒輪磨前的各種誤差，獲得較高的精度。我公司生產(chǎn)的礦用減速器齒輪，其齒輪精度要求為5級(jí)。在磨齒加工過程中，對(duì)于齒輪軸來講，由于齒輪軸設(shè)計(jì)尺寸要求，空刀槽有限，砂輪容易進(jìn)刀時(shí)、出刀時(shí)觸碰到軸高出的臺(tái)階部位，導(dǎo)致無法進(jìn)行磨齒或者無法對(duì)磨成有效齒寬，輕則砂輪損毀、崩碎，嚴(yán)重的甚至?xí)斐晒ぜ?bào)廢、撞壞機(jī)床、損壞機(jī)床精度、碰碎的砂輪碎塊飛出，導(dǎo)致事故發(fā)生。所以針對(duì)磨齒機(jī)磨削齒輪件干涉的分析及問題解決就顯得尤為重要。

1? 磨削砂輪尺寸的計(jì)算

因礦用減速器要求齒輪具有較高的承載能力，我公司生產(chǎn)的齒輪類零件均為硬齒面漸開線齒形齒輪。設(shè)計(jì)方面，磨齒粗糙度要求Ra0.8μm;齒輪工藝方面，嚴(yán)格按照“滾齒——滲碳淬火處理——磨齒”過程執(zhí)行，其中磨齒工序由德國霍夫勒RAPID 800磨齒機(jī)來完成。

磨齒時(shí)砂輪大小可根據(jù)需要進(jìn)行修整，對(duì)同一參數(shù)的齒輪軸磨齒時(shí)，砂輪越大越容易發(fā)生干涉，但在不產(chǎn)生干涉的情況下，選擇較大直徑的砂輪，又能夠提高磨齒效率。為避免損壞磨齒機(jī)修整金剛石、修整器及法蘭盤，磨削砂輪（見圖1）直徑不得超過表1規(guī)定的范圍。

經(jīng)參與磨齒過程的經(jīng)驗(yàn)積累，得出砂輪安全尺寸Dx與法向模數(shù)mn存在以下關(guān)系：

Dx=Dmin+2H

=230+2（ha+hf）

=230+2mn（2ha*+c*）

其中：ha*法面齒頂高系數(shù)，c*頂隙系數(shù)，法向模數(shù)mn=（1～35）mm。

只有當(dāng)砂輪直徑大于等于Dx值時(shí)，為磨削砂輪安全尺寸。

2? 齒輪磨削干涉的分析與測(cè)算

在加工過程中，如果磨削砂輪與機(jī)床或工件間發(fā)生干涉，導(dǎo)致無法進(jìn)行磨齒或者無法對(duì)磨成有效齒寬，輕則砂輪損毀、崩碎，嚴(yán)重的甚至?xí)斐晒ぜ?bào)廢、撞壞機(jī)床、損壞機(jī)床精度、碰碎的砂輪碎塊飛出，導(dǎo)致事故發(fā)生。所以針對(duì)磨齒機(jī)磨削齒輪件干涉的分析及問題解決就顯得尤為重要。

對(duì)于斜齒輪軸，為了不使軸承承受過大的軸向力，斜齒輪傳動(dòng)的螺旋角β不宜選得過大，通常β值在8°～20°之間。磨齒前應(yīng)充分考慮砂輪的入/出刀時(shí)是否存在干涉情況。經(jīng)實(shí)際測(cè)算，隨著斜齒輪螺旋角β增大，磨齒時(shí)砂輪的入刀點(diǎn)和出刀點(diǎn)（如圖2所示）沿齒寬B方向的上、下方超越行程x值也隨之增大。經(jīng)過測(cè)算，當(dāng)螺旋角β≤20°時(shí)，只有x值≥20mm時(shí)，才能對(duì)不同螺旋角的齒輪軸完成磨削。如果圖紙技術(shù)要求對(duì)齒長兩端進(jìn)行修形，還需相應(yīng)地增大x值。而當(dāng)直齒輪軸磨齒時(shí)齒寬B方向向下超越行程x值≥7mm時(shí)，不存在干涉現(xiàn)象，砂輪可以安全退出。

磨齒加工速度較快，磨齒過程中砂輪與齒面的摩擦產(chǎn)生的熱量大。而磨齒油既可以起到的沖洗、冷卻和潤滑的作用，又可以有效降低齒輪輪齒被灼燒的幾率。這就必須充分考慮砂輪兩側(cè)的潤滑油管（銅質(zhì)、固定），在磨齒過程中，砂輪兩側(cè)的潤滑油管又很容易與機(jī)床上頂尖座發(fā)生干涉，這種可能性發(fā)生在砂輪入刀之前。

如圖3所示，經(jīng)實(shí)際測(cè)算，得出以下關(guān)于入刀點(diǎn)與出刀點(diǎn)時(shí)所需要注意的兩點(diǎn)結(jié)論：

①入刀過程：無論是直齒輪軸還是斜齒輪軸，圖示（圖3）中距離A至關(guān)重要，只有當(dāng)磨削砂輪的中心軸線與所需磨削的齒輪軸（或頂尖中心）之間的距離A值≥175mm時(shí)，才能確保安全的情況下，保證砂輪入刀時(shí)不與磨齒機(jī)上頂尖座干涉、冷卻油管安全，方可完成磨齒工序。

②出刀過程：齒輪軸齒寬方向的下端面距該軸的下端間L值的尺寸與齒輪軸軸徑、卡箍及砂輪直徑大小有關(guān)，為避免機(jī)床部件（如下頂尖座、卡箍）發(fā)生干涉，編制工藝指導(dǎo)文件時(shí)就必須考慮預(yù)留有足夠長的工藝臺(tái)（完成磨齒工序后加工掉），經(jīng)過參與磨削加工過程的驗(yàn)證，只有當(dāng)L值≥210mm時(shí)，可以保證完成整個(gè)齒寬方向上的磨削，砂輪能夠安全退出（退刀過程）。

以Dx=？準(zhǔn)260mm砂輪為例，磨齒行程示意圖如圖3。

3? 解決辦法

在設(shè)計(jì)齒輪軸或編制齒輪軸加工工藝時(shí)，在磨齒工序上需要重點(diǎn)考慮，需要按照上述方法嚴(yán)格測(cè)算和驗(yàn)證是否干涉，然后確定是否需要進(jìn)行尺寸修改或?qū)で髣e的解決辦法。為了避免磨齒過程發(fā)生以上干涉的情況，可采用以下措施：

①齒輪軸尺寸結(jié)構(gòu)無法改變的前提下，運(yùn)用上述方法進(jìn)行干涉測(cè)算，在保證不影響齒輪嚙合的情況下，適當(dāng)?shù)膶p少齒寬B或會(huì)發(fā)生干涉軸肩尺寸。

②針對(duì)斜齒輪軸工藝編制疏漏考慮不全面、維修齒輪軸需進(jìn)行磨齒的情況，或已經(jīng)造成齒輪軸臺(tái)階與機(jī)床砂輪產(chǎn)生干涉的情況。經(jīng)過分析計(jì)算，可采取焊接相應(yīng)長度的工藝臺(tái)的方式進(jìn)行解決（如圖4），需對(duì)焊接工藝臺(tái)進(jìn)行修正，過程如下“找正齒頂外圓，車成工藝臺(tái)外圓（用以裝夾卡箍），車成工藝臺(tái)中心孔，修研兩端中心孔后完成磨齒工序，車掉工藝臺(tái)”。

4? 結(jié)語

綜上，通過對(duì)斜齒輪軸磨齒工序的干涉分析及解決的探討，為齒輪軸工藝文件的編制提供了前提條件，包括需要預(yù)留多少工藝臺(tái)合適，做到既不造成過多浪費(fèi)又滿足加工要求，以及砂輪的大小的確定，減少了砂輪的消耗量和金剛石滾輪的磨損等，以進(jìn)一步提高磨齒效率。反之，也有助于設(shè)計(jì)人員對(duì)設(shè)計(jì)尺寸的充分考量，有效避免磨削砂輪、油管、齒輪軸、機(jī)床頂尖座、卡箍間的干涉問題，以避免造成不必要的損失，保護(hù)機(jī)床不受損的同時(shí)，保證齒輪磨齒質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，間接降低了附加成本。

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