1、对新型齿轮技术工艺的若干研究摘要:磨齿是获得高精度硬齿面齿轮的工艺方法之一,但磨齿存在着设备昂贵,生产率低和调整困难等缺点。传统的研齿只能使齿面粗糙度有所好转,少量修整齿形和齿向误差,对其他误差修整作用很小,因为研齿时,两轮处于自由啮合状态,滚滑量在整个齿面上不均匀,在节圆附近滑动小,在齿根、齿顶滑动大,研齿时间长了由于不均匀滑动会使齿形质量降低。 下载 关键词:齿轮 机理 选择 研齿时,以工件(两互研齿轮)的内孔在心轴上定位,心轴和工件内孔采用过渡配合,由于工件在空载下运转,因此径向力和轴向力非常小。工件安装完毕后,手摇横向工作台,调整两齿轮中心距,按设计要求注意最小中心距偏差限制和啮合间隙
2、。准备就绪,在齿面上涂上研磨剂,开动电动机,通过变电压调速使两轴转速趋于一致进行研齿;采用步进电动机驱动纵向工作台以周期性改变中心距,同时支撑在偏心轮上的滑鞍可作往复微行程运动,使两互研齿轮在齿宽方向上充分研磨。为使两主轴作高速稳态运转,靠近直流电动机安装飞轮,两根主轴轴端各装一个。 1 动态力研齿机理简介 在研齿过程中,两互研齿轮精度同时得到提高主要有两种机制在起作用,即动态研磨和误差均化。 齿轮在加工后会有制造误差,当一对齿轮在啮合传动时,由于误差激励等原因,齿面将产生动态力,动态力研齿新工艺就是利用这种齿面动态力来达到研齿目的。 齿面动态啮合力与齿面磨擦系数乘积是研齿过程中的齿面切削力,
3、这种力作用于齿面粗糙的微凸体时,使微凸体产生屈服形成磨损,正是由于这种磨损提高了齿轮精度。 由于齿轮本身存在制造误差,研齿时齿轮产生振动。由摩擦学理论可知,这种振动使齿面微凸体产生塑性变形和粘着,小振幅使粘着点剪切脱落,露出基体金属表面,这些脱落的颗粒及新表面又与大气中的氧反应生成 Fe2O3为主的氧化物,这些氧化物不易排出,故在齿面起着磨料磨损作用,故而提高了齿轮的精度。 研齿时施加研磨剂,研磨剂中的磨料颗粒在齿面滚动和滑动,滚动使齿面产生微小的塑性变形,滑动使齿面产生微小的切削作用,从而降低了表面粗糙度。 研齿时,由于齿面在相互摩擦的同时与空气中的氧或研磨剂中的混合酯(如聚甲基丙烯酸酯等)
4、发生化学和电化学反应,在齿面生成化学反应物,这些化学反应物与表面粘附不牢,继续研磨就会分离,分离后又迅速生成新的氧化物,又被磨掉,因而提高了齿轮的精度。 研齿是在空载下进行的,齿面动态啮合力是由齿轮本身误差产生的,齿轮误差大的地方齿面动态啮合力就大,齿面研磨量也就大,反之,齿轮误差小的地方研磨量就小。而且,当齿轮精度达到一定程度后,齿面动态啮合力就会越来越小,研磨作用也随之减弱,最后起不到研磨作用,这就是齿轮动态力研齿不会导致齿轮畸变的原因。 研齿时,要周期性改变互研齿轮的中心距使互研齿轮在齿廓上充分研磨。周期性变更啮合齿,使两齿轮各齿的研磨概率趋于一致,与此同时误差均化作用将在互研齿轮的齿面
5、上发生,齿面误差小的齿轮将对齿面误差大的齿轮起到“修整”作用,在降低齿面粗糙度的同时,对齿形误差、齿距极限偏差、齿距积累误差,公法线长度变动、齿圈径向跳动误差等均有不同程度的均化。误差均化作用可以用三块平板互研来类比,三块平板各为 A、B、C,首先让 A 对 B 互研,再用 B 与 C 互研,最后 A 对 C 互研,误差小的对误差大的起到?修整?作用,使三块平板误差得到充分均化,提高了每块板的平面度。齿轮误差均化要比平板误差均化复杂的多,但在机理上是相同的。 2 研齿工艺参数的选择 研齿过程中,合理的选择工艺参数,对提高齿轮精度和研齿效率至关重要。2.1 主轴转速的选择 动态力研齿机理对主轴转
6、速的选择要求很高。主轴转速的高低影响研齿效率,主轴转速的平稳性影响研齿精度。 主轴转速的高低,决定单位时间内研齿次数的多少,次数多效率高。研齿时,齿面间的滑动将引起表面层发热、变形、磨损等,显著影响摩擦因数,根据克拉盖尔斯基等人的试验结果,摩擦因数随滑动速度增高而增大。因此主轴转速高,齿轮圆周速度高,齿面间相对滑动速度就高,则摩擦因数大,因此齿面摩擦力就大,研齿效率高。 另外在选择主轴转速时要考虑齿轮直径大小。一般主轴转速控制在1.01.8kr/min 之内。 动态力研齿机理对主轴转速的平稳性也提出很高的要求,为了解决这个问题,由计算机系统数字量输入/输出子系统MOSFET编码器可编程定时/计
7、数子系统直流电动机组成的直接数字控制系统,可以有效地控制和稳定主轴的回转速度,从而满足主轴回转平稳性的要求。 2.2 两轮中心距的变动方式 研齿过程中,中心距不断变动,可以保持渐开线齿形。理论上已证明:两任意共轭齿形在中心距变动后仍共轭,相共轭的两齿形必为渐开线。 由于中心距变动。在啮合线上会产生瞬时速度的变化。根据齿轮啮合定律,只有两齿轮在啮合线上的速度保持一致时,才会获得理论上的渐开线齿形。 为了使齿廓左右齿面精度一致,研磨一段时间后,齿轮回转方向要改变。 另一种中心距改变方式是:齿轮 01 中心不动,齿轮 02 中心沿啮合线 NN方向往复恒速移动这样可以保持啮合线的位置不变,但齿轮 02
8、 相对齿轮 01一端终点位置要准确,否则会产生挤齿,实现它会使机械结构和控制复杂化。试验时我们采用前一方式。 2.3 研磨剂的选用 在试验过程中,我们选用了北京科技大学和原电子部 46 所共同研制的研磨剂,该研磨剂的基本成分有基础油、悬浮增稠剂、流变添加剂、触发剂和磨料。这种研磨剂的特点是:良好的结构稳定性、良好的流变特性、良好的使用性能,对人、齿轮、设备无腐蚀作用。 研齿时根据齿面和运转情况不断向齿面施加研磨剂,使齿面经常保持一层研磨剂,这样不但效率高,而且研磨剂对齿面有润滑保护作用,不会呈现干摩擦状态而损伤齿面。施加研磨剂可以在运转前进行,也可以在运转中进行,施加时用量要适度,太多会被挤到
9、齿轮的端面上,太少又达不到研磨效果。 2.4 研齿余量 研齿余量的选择不仅影响研齿效率,还影响研齿精度。为了提高研齿效率和保证研齿精度,一般在齿轮公法线或齿厚上不要留太多的研齿余量。对于研齿前的齿轮精度,要严格加以控制,尤其是齿圈径向跳动它明显地影响研齿效果。同时要保证齿轮内孔和外圆的同轴度,内孔和端面的垂直度,以保证齿轮安装时的定位精度。 2.5 互研齿轮齿数的选择 要使两互研齿轮的精度同时得到提高,必须使两轮的齿数互研时有相同的概率。比较理想的情况是两轮齿数没有公因子,最好是一个质数齿与另一个其他齿数。但齿轮的齿数是设计确定的,不是研齿工艺所能选择的,因此要更换啮合齿。换齿操作是脱开互研齿轮,相对转过一个齿然后再啮合。 齿轮动态力研齿新工艺与传统的对研、跑合工艺有着本质的区别,由于它具有动态研磨和误差均化的特点,因而具有一定误差修正能力。它是利用计算机控制,使两个齿轮按理论传动比运转,无所谓主动轮与被动轮之分,而且齿轮不施加额定载荷,而是完全依靠齿轮本身误差产生的动态力来达到研磨目的。 动态力研齿新工艺一旦用于生产,可以应用结构简单、价格低廉的研齿设备代替价格昂贵的磨齿设备,经济效益十分可观。
