密珠襯套在滾剃夾具中的應(yīng)用

王斌

陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司 陜西寶雞 722409

1 序言

中小客車變速器和輕卡變速器的超速擋齒輪，因內(nèi)孔較小，無(wú)法設(shè)計(jì)脹套式滾齒夾具，目前普遍采用心軸式滾齒夾具（見(jiàn)圖1），該結(jié)構(gòu)夾具因裝卸工件需要，工件內(nèi)孔與心軸須設(shè)計(jì)一定配合間隙，該間隙的存在，造成加工與齒部精度檢測(cè)時(shí)不同心，進(jìn)而對(duì)工件的齒距累積偏差評(píng)價(jià)產(chǎn)生明顯影響[1]。

圖1 心軸式滾齒夾具

以心軸式滾齒夾具為例，通過(guò)分析裝夾偏心對(duì)齒距累積精度的影響值，說(shuō)明減小該配合間隙對(duì)提升齒距累積誤差的效果，并提供一種配合間隙較小且經(jīng)濟(jì)可行的夾具方案。

2 加工現(xiàn)狀及問(wèn)題分析

加工現(xiàn)狀：以某一產(chǎn)品為例，工件內(nèi)孔φ39.775/39.755m m，其滾齒夾具心軸尺寸φ39.747/39.742mm，配合間隙為＋0.008～＋0.033mm。

使用心軸式滾齒夾具，徑向圓跳動(dòng)值調(diào)整至0.005mm以內(nèi)，連續(xù)滾齒加工30件，檢測(cè)并統(tǒng)計(jì)滾齒測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 使用心軸式滾齒夾具測(cè)量結(jié)果

問(wèn)題分析：本次30件試驗(yàn)件，內(nèi)孔為連續(xù)加工，一致性較好，內(nèi)孔尺寸φ39.77mm，滾齒夾具心軸尺寸φ39.742mm。

滾齒機(jī)為新設(shè)備，滾齒夾具心軸徑向圓跳動(dòng)0.005mm以內(nèi)，可認(rèn)為滾齒夾具回轉(zhuǎn)中心線與工作臺(tái)中心線重合。

測(cè)量設(shè)備為格里森齒輪測(cè)量中心，檢驗(yàn)心軸為格里森階梯心軸，此工件滾齒序齒距累積要求7級(jí)精度，試驗(yàn)結(jié)果有1/3超出要求。

對(duì)裝夾誤差進(jìn)行分析：如圖2所示，建立工件安裝偏心幾何模型，O為被加工齒輪的幾何中心，O1為齒輪磨床主軸回轉(zhuǎn)中心，將安裝偏心OO1用矢量e表示，將安裝偏心e沿OD和O1D（與OB垂直）方向分解。

圖2 工件安裝偏心幾何模型

由幾何關(guān)系得，OD與AB相等。由于AB的長(zhǎng)度為微米級(jí)的，所以近似認(rèn)為BF與漸開線CBFE相切于B點(diǎn)，則直線AB與BF的夾角為α，AF垂直于OA。

將漸開線CBFE定義為1號(hào)齒的左齒面，則齒輪安裝偏心對(duì)其齒距累積偏差的影響值為：eFpk＝e·[sin(θ-θ1＋360j/z)＋cos(θ-θ1＋360j/z)·tanα]-e·[sin(θ-θ1)＋cos(θ-θ1)·tanα]，其中eFpk為齒輪安裝偏心對(duì)其齒距累積偏差的影響值；θ1＝tanα-α；α為分度壓力角；z為被測(cè)齒輪的齒數(shù)；j＝0，1，2…，z-1；k＝1，2，…，z-1[2]。

該產(chǎn)品齒部參數(shù)為：mn＝2.67，a＝21°，z＝20，β＝27.8°，其安裝偏心與齒距累積偏差的數(shù)值關(guān)系[2]如圖3所示，當(dāng)安裝偏心最大為0.028mm時(shí)，齒距累積偏差約0.044mm，其滾齒、剃齒齒部精度報(bào)告如圖4、圖5所示。

圖3 安裝偏心與齒距累積偏差關(guān)系

圖4 滾齒序齒距累積精度

圖5 剃齒序齒距累積精度

因而，針對(duì)此類產(chǎn)品的滾剃加工，需盡可能減小配合間隙，便于裝卸工件，同時(shí)使用具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度較高、壽命長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)性較好的滾剃工藝裝備。

3 改進(jìn)措施

有一種在精密儀器上用于定心的結(jié)構(gòu)：密珠襯套（見(jiàn)圖6），該襯套在精密檢測(cè)設(shè)備、精密加工設(shè)備上應(yīng)用較多，具有制造及回轉(zhuǎn)精度較高、摩擦力矩小、承載能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、應(yīng)用范圍廣和性價(jià)比較高等優(yōu)點(diǎn)[3]。

圖6 標(biāo)準(zhǔn)輪磨床上的密珠襯套

其使用原理如圖7所示，類似于軸承的結(jié)構(gòu)原理，被加工工件等同于軸承外圈，夾具心軸等同于軸承內(nèi)圈，鋼珠和鋼珠保持架等同于鋼珠和軸承保持架。

圖7 密珠襯套使用原理

此類襯套所用鋼珠通常為滾動(dòng)軸承用鋼珠，由專業(yè)滾動(dòng)軸承鋼珠廠家按GB/T 308.1—2013《滾動(dòng)軸承球第一部分：鋼球》標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，材料為軸承鋼，硬度63HRC以上，襯套所用鋼珠的精度通常為GB/T 308.1 G10等級(jí)，球直徑的最大變動(dòng)量0.25μm，以軸承鋼珠目前技術(shù)水平，該等級(jí)的鋼珠直徑公差可控制在1μm以內(nèi)，故可以忽略鋼珠直徑公差。

與軸承不同之處為軸承鋼珠在固定軌道中轉(zhuǎn)動(dòng)，密珠襯套鋼珠放置在襯套的固定位置，隨襯套整體移動(dòng)。

此類密珠襯套在很多購(gòu)物商城上，也叫鋼珠襯套、鋼珠套，其保持架材質(zhì)有銅套、鋁套、塑膠套，尺寸選擇時(shí)，密珠襯套外徑計(jì)算公式：外徑＝內(nèi)徑＋(2×鋼球直徑)，有標(biāo)準(zhǔn)尺寸，也可非標(biāo)定制。

設(shè)計(jì)時(shí)，密珠襯套應(yīng)在夾具上有一定的軸向移動(dòng)量，配合反向軸用彈性擋圈和反向孔用彈性擋圈，可精簡(jiǎn)軸向尺寸，且便于裝卸工件。裝入時(shí)，將襯套靠近外端，工件放入后，工件隨襯套內(nèi)移，整體滑入；卸下工件時(shí)，工件帶動(dòng)襯套外移，襯套移動(dòng)，帶動(dòng)鋼珠向外滾動(dòng)，裝卸過(guò)程中，均有鋼珠的滾動(dòng)，在給定合適的過(guò)盈量配合時(shí)，裝卸較為省力，且定心好。

密珠襯套夾具設(shè)計(jì)時(shí)，在直徑方向存在過(guò)盈量，過(guò)盈量過(guò)大時(shí)，心軸和工件表面會(huì)留有鋼珠的運(yùn)動(dòng)痕跡。影響定心精度和裝卸順暢性[4]。

我國(guó)推薦采用的過(guò)盈量為2～4μm，德國(guó)豐譜公司推薦的過(guò)盈量為7～12μm，其對(duì)應(yīng)的鋼珠承載力見(jiàn)表2。

表2 過(guò)盈量為7～12μm所對(duì)應(yīng)的鋼珠承載力

另外，鋼珠個(gè)數(shù)不宜過(guò)多，否則滾動(dòng)摩擦阻力隨之增大，影響裝卸順暢性。

設(shè)計(jì)時(shí)，鋼珠直徑和鋼珠數(shù)量可參考密珠襯套廠家的推薦值，因工件結(jié)構(gòu)和加工環(huán)境不同，密珠夾具制造完成后，應(yīng)進(jìn)行一次試裝卸驗(yàn)證，確定適合該工件的配合關(guān)系，避免因配合關(guān)系不當(dāng)造成裝卸時(shí)劃傷工件內(nèi)孔，影響后序加工及檢測(cè)。

現(xiàn)針對(duì)本文的試驗(yàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)密珠襯套滾齒、剃齒夾具（見(jiàn)圖8、圖9），該工件內(nèi)孔φ39.775/39.755m m，根據(jù)廠家推薦，鋼珠直徑選3 mm，設(shè)計(jì)該滾齒、剃齒夾具心軸外徑33.77/33.773mm，夾具到貨后，加工4種內(nèi)孔尺寸工件，進(jìn)行過(guò)盈配合試驗(yàn)（結(jié)果見(jiàn)圖10、表3）。

表3 密珠襯套滾齒夾具與工件配合間隙工藝試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖8 密珠襯套滾齒夾具

圖9 密珠襯套剃齒夾具

圖10 配合間隙試驗(yàn)

確定工件內(nèi)孔尺寸為φ39.79/39.77mm，連續(xù)加工30件試驗(yàn)件，應(yīng)用密珠襯套滾齒夾具、密珠襯套剃齒夾具。

4 使用效果

與文中開頭的試驗(yàn)同等條件下，密珠襯套夾具連續(xù)加工30件，滾齒剃齒測(cè)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 應(yīng)用密珠襯套夾具齒部累積統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)束語(yǔ)

1）工件與密珠襯套滾齒夾具合適的過(guò)盈量關(guān)系：工件內(nèi)孔尺寸為φ39.79/39.77mm，密珠襯套夾具（φ33.77/33.773mm＋φ6mm）（φ6mm為兩個(gè)滾珠的直徑），過(guò)盈量-0.003～＋0.02mm，為過(guò)渡配合。

2）在過(guò)渡配合情況下，密珠襯套夾具裝卸方便，該配合對(duì)心軸式夾具，很難裝卸。

3）密珠夾具到貨后，應(yīng)進(jìn)行一次試裝卸驗(yàn)證，確定適合該工件的配合關(guān)系。

4）相對(duì)心軸式夾具，密珠襯套夾具使用中不容易夾切屑，對(duì)內(nèi)孔清潔度不敏感。