圓弧人字齒輪加工和測量方（fāng）法研究
2019-10-31 來源：甘肅（sù）酒鋼集（jí）團西部重工股份有限公司 作者：王玉（yù）成，程寶軍
摘 要: 通過對磨煤機圓弧人字齒輪加工方法和測量方法的研究，總結了在滾齒機上（shàng）加工圓弧人（rén）字（zì）齒輪的工步要領，設計製作了圓弧人字齒輪的測量工具（jù），具有推廣使用價（jià）值。
關鍵詞: 圓弧人字齒; 公法線; 工裝; 全齒高偏差; 孔麵齒根距千分尺
0 引 言
漸開線齒輪在機械製造（zào）領域的使用是非常廣（guǎng）泛的。但隨著科技的（de）發展，圓（yuán）弧齒輪在平穩性、力矩還是使用壽命方麵比圓柱型齒輪（lún）有很大的優勢，圓弧齒輪將代替（tì）圓柱齒輪成為開發的重點。
圓弧型齒輪是某公司首次製作，沒有任何製作經驗。通過對圓弧型齒輪加工、測量的（de）研究（jiū），在加工製作工藝、工裝、測量上積累經驗，拓展了齒輪加工的範圍（wéi），將成為一個新的經濟增長點。
1 、圓弧（hú）人字齒（chǐ）輪軸加工要領
某公司在製作人字齒輪與人字（zì）齒軸時，根據齒輪運（yùn）動特性及幾何參數（shù）和特（tè）點，經過製作工（gōng）裝、控製關鍵（jiàn）尺寸、設計（jì）測量（liàng）工具，產品質量完全滿足用戶（hù）的設計要求。
( 1) 圓弧人字齒軸參數
( 2) 影響人（rén）字齒輪加工精度的因素
由於人字齒（chǐ）輪加工的特（tè）殊性，在加工過程中影響齒輪精度的主要因素是: 滾刀的精度、劃線精度、刀具和齒坯的安裝精度。在加（jiā）工過程除滾刀精度外，重點要控製劃線精度、刀具和齒（chǐ）坯的安裝（zhuāng）精度。
( 3) 人字齒軸加工方法及關（guān）鍵尺寸（cùn）控製（zhì）要求
根據工（gōng）件（jiàn）的結構，加工方法為退刀槽滾齒加工。用壓力角為 30°、M= 7 的弧齒麵齒輪滾刀加工。主要控製尺（chǐ）寸為人字齒螺（luó）旋角 β = 29°46'23″，公法線長度變動 δLg = 0．115 mm( 齒輪運動精度按 9 級製作) ，全齒高及偏差為 10．5( + 0．034，－ 0．065) 、熱處理硬度HB240－ 280 及粗車後的超聲波探傷 GB / T5000． 15 －2007II 級。
若（ruò）在裝配後，接觸精度可以檢查接觸跡線的位置偏差，側隙可以用壓鉛絲法進行檢查。
( 4) 機床型號選擇（zé）根據作業（yè）區（qū）機床的加工範圍，此工件隻能在 OF－16 滾齒機（jī）加工，由於齒軸超（chāo）長，尾座頂不上工件（jiàn），因此需自製胎具進（jìn）行裝卡，如圖 1～3 所（suǒ）示。
圖 1 工裝底座（zuò）
圖 2 彈性夾頭
圖 3 齒輪軸工裝裝夾簡圖（tú）
1．人字齒輪軸 2．彈性夾頭 3．工裝底座
( 5) 工（gōng）件裝夾、定位方法及進刀頻率利用自製胎（tāi）具抱（bào）住 Φ160( +0．045，+0．027) 的（de）軸頸部，用胎（tāi）具 M20 內螺紋壓緊內外錐套，並（bìng）與（yǔ）胎具下方三點定心，用百（bǎi）分（fèn）表沿軸向和徑向找正齒軸，確（què）保（bǎo）工件與機床回轉中心（xīn）同軸後加工齒（chǐ）形。加工過程中按照凸齒總進刀深度 1．5 ×m 計算出 1．5 × 7 = 10． 5mm。先試切削 0．05 ～ 0． 1 mm，檢（jiǎn）查齒數和（hé）角度的正確性，確認無誤後分（fèn）三刀共進給 10．5 ～10．7 mm，第二刀留精（jīng）滾齒量 0．5 ～ 0．8 mm，最後精加工到圖紙要（yào）求的公差尺寸，並確保光潔度。
一麵旋向（xiàng）的齒形加工完成後由劃線鉗工按照已加工齒形一麵劃出另一旋向的齒形線（xiàn）和旋向線( 注意車床加工時齒麵兩端不倒角，以確保劃線的準確性) 。第二（èr）次（cì）裝卡與第一次裝卡一（yī）致。對齒形線時為證（zhèng）齒形精度，加（jiā）工另一旋向時分（fèn） 4 ～ 5 完成。最後精滾齒時再用百分（fèn）表檢驗（yàn）齒輪（lún）軸外圓與（yǔ）機床回轉（zhuǎn）工作台的同軸度，確認無誤後再進行精滾齒形。確保
角（jiǎo）度、尺寸無誤後卸放工件。
( 6) 劃線方法劃線時將齒軸放置到劃線平台上，利用（yòng）組合夾具組裝等高 V 型鐵，在軸頸的（de） Φ160( +0．045，+0．027)處定位，按（àn）照已加工的齒的齒頂寬、齒（chǐ）槽（cáo）寬，按高平（píng）
齊、寬相等找（zhǎo）出另一端相（xiàng）對應的各點後劃線確定出人字齒（chǐ）相反旋向，並按齒頂（dǐng）寬打上衝眼作為尺寸加工的參考線。
2 、人字齒圓弧大齒輪加工工步要領
2．1 人（rén）字（zì）齒圓弧大齒輪參數
人字齒輪直徑 Φ1241．91，齒麵寬 380 mm，模數M = 7，齒數 Z = 154，壓力角 α = 30°，螺旋角 β = 29°46'23″，齒形為凹齒。
2．2 人字齒輪加工方法（fǎ）及關鍵尺寸控製
根據（jù）圖紙設計要求，熱電廠磨煤機（jī）人字齒圓弧大齒輪的齒形為凹齒形式。其加工方（fāng）法為退刀槽滾齒加工。用壓力（lì）角為（wéi） 30°、M = 7 的弧齒（chǐ）麵齒輪滾刀加工。主要控製尺寸為人字齒螺旋角 β = 29°46'23″，公法線長度變動 δLg = 0．26 mm( 齒（chǐ）輪運動精度按 9 級製作) ，全齒（chǐ）高及偏差為 9．52( +0．042，－0．085) 、熱處理硬（yìng）度 HB207－228。
若在裝配後（hòu），接觸精度（dù）可檢（jiǎn）查接觸跡（jì）線的位置偏差，側隙（xì）可用壓鉛絲法進行檢（jiǎn）查。
2．3 齒輪材質的（de）要求
人字齒承（chéng）載能力較高，故應選擇有衝擊韌性較好的低碳合金鋼材（cái）料，粗加工後經（jīng）熱處理（lǐ）後方可使用。如 ZG35Cr Mo，ZG42Cr Mo 等。熱處理後硬度 HB240－280。粗加工（gōng）後若有鑄造缺陷（xiàn），可以（yǐ）進行（háng）修複，修複後（hòu）再（zài）進行（háng）熱處理（lǐ）。
2．4 滾齒掛輪計算
( 1) 此工件選用 YQ31315 滾齒機進行加工。
首先計算分（fèn）齒掛輪和差動掛輪的（de）掛輪比後（hòu）轉換成具體的齒數比。
( 2) 該工（gōng）件差動掛輪計算時，15 sin β /m＞1 的掛輪（lún）比。15sin 29°46'23″/7 = 1．064 06 此法進行掛（guà）輪值的轉化（huà）。采取 1 /1． 064 06 = 0． 939 78 即可轉化為437 / 465 = 78 × 60 / 60 × 83 或 51 × 90 / 66 × 74，反向導回（huí）可得出螺旋角 β = 29°46'26″與實（shí）際 29°46'23″差了 3″，完全符合掛輪比 2'之內的要（yào）求，可以使用此掛（guà）輪比加工該（gāi）齒輪（lún）。
2．5 工（gōng）件裝夾（jiá）、定位方法及進刀頻率（lǜ）
( 1) 齒輪在車床上加工時在齒輪端麵上刻 0．5×1 刻線，作為齒輪滾（gǔn）齒時的定位基（jī）準麵（miàn），做芯軸以（yǐ）齒輪內孔 240 ( +0．046，0) 定位，同時輔助百分表檢（jiǎn）驗齒輪外圓與機床回轉工（gōng）作台的同軸度，再壓緊工件。最後精滾（gǔn）齒時再用百分表檢驗齒輪外圓與機床回轉工作台的同軸度，確認（rèn）無誤後（hòu）再進行精滾齒形（xíng）。
( 2) 切削加（jiā）工，按照凹齒輪總吃刀深度 1．36×m得出 1．36×7 = 9．52 mm，可將齒輪分為三刀進行加（jiā）工，第二刀留（liú）精加工量 0．5 ～ 0．8 mm，第三刀精加工到圖紙尺寸公差，並確保齒（chǐ）形（xíng）光潔度。
( 3) 一麵旋向加工完成後，直接在機床上劃另一端的旋向和齒寬線，調整機床刀（dāo）架角度和加工旋向，完成另一端的齒形加工。加工製作的圓弧人字齒輪如圖 4。
圖 4 加（jiā）工製作的圓弧（hú）人（rén）字（zì）齒輪實例
2．6 劃線方法
劃線方法與人字齒軸（zhóu）的劃法基本一致，在另一端劃線時可按 1 /3 劃出 2 ～ 4 條齒形線，按（àn）最（zuì）接近的齒形（xíng）線進刀，也可檢測出劃線的精準。
3 、圓弧齒輪測量工具的設計製作
3．1 影響弦齒深測量準（zhǔn）確性的因素
( 1) 在加工過程中，我們盡管對齒頂圓（yuán）的實際尺寸進行（háng）了（le）測量，但因齒（chǐ）頂圓的直徑與（yǔ）厚度較大，因此在不同位置處測量的弦齒深不（bú）一樣，誤差較大，導致齒輪與齒輪軸齧合時傳動不（bú）平穩。
( 2) 圓弧齒（chǐ）輪在同（tóng）一齒槽的兩齒頂棱線為兩條螺旋線（xiàn），在齒（chǐ）形的法線方向上，弦齒深量（liàng）具的基準麵（miàn）為一個平麵，在實際測量該（gāi）基準麵與（yǔ）齒槽兩齒頂螺旋線上不能完全穩定接觸，導致測量值不正確。齒輪螺旋角越大，弦齒深測量值的誤差就越大。
3．2 圓弧齒輪測量工（gōng）具的設計
( 1) 由於被加工齒輪的齒（chǐ）數較多，尺寸較大，過去我（wǒ）們用外徑千分尺測量齒根圓直徑，找測量對稱（chēng）點不（bú）方（fāng）便，而且千分尺重量較重（chóng），操作時（shí）很難保證測量頭軸線與外徑千分（fèn）尺螺旋杆軸線同軸，為保證加工尺寸符合設計要求，須設計（jì）一個專用的測量工具。孔麵齒根距千分尺使用簡圖如圖 5 所示。
圖 5 孔麵齒根距千分尺使（shǐ）用簡圖
1．緊定螺釘 2．固定測頭 3．尺臂 1 4．螺栓 5．尺杆6．尺臂 2 7．百分表
( 2) 圓弧齒輪測量工具的設計思路根據齒頂（dǐng）圓、齒根圓（yuán）、弦齒深（shēn）、齒輪內孔尺寸，按照尺寸鏈計算出齒（chǐ）根與內孔的基本（běn）尺寸及公差。按照圖紙設計要求計算出孔麵齒（chǐ）根（gēn）距尺寸，按這個尺寸（cùn）做出一個定尺，精（jīng）確測量處其成對並標注在定尺上，通過（guò）車削或磨（mó）削保證定尺（chǐ）具有較高的精度（dù）。
( 3) 孔麵（miàn）齒根距千分尺使用原理調整尺臂 3 或 6 到適當位置，然後（hòu）擰緊螺栓（shuān） 4，在根據定尺尺寸，鎖緊螺釘 5，調整好表盤即可進行測量。測量（liàng）時使固定測頭 2 與齒根接觸並固定不動，活動側頭千（qiān）分（fèn）尺在孔中上下（xià）、左右擺動（dòng），與定尺配合測量出孔麵（miàn）齒根（gēn）距。在不同方向測量所得各次測量值之差的最大值即（jí）為齒圈跳動量。由於（yú）設計的孔麵齒根距千分尺（chǐ）做到了設計基準、工藝基準（zhǔn）和裝配基準的三統一，可（kě）嚴格控製圓弧（hú）齒輪的（de）滾齒加（jiā）工尺寸精（jīng）度和形位精度，保證了產品的質量（liàng）。
4 、設計應用結果
通過對滾齒工裝及測量工具的（de）設計應用，總結了加（jiā）工製（zhì）作圓弧形人字齒的加工方法及測量方法，在實際工作中（zhōng）有很好的借鑒作用，後續為熱電廠磨煤機製作（zuò）了 5 套圓弧形人字齒，目前使用效果良好。
5 、結 語
通過對圓（yuán）弧齒（chǐ）輪的加工、測量研究，總結了圓（yuán）弧型人字齒的劃線、對刀、測量方法。齒輪軸裝夾工裝的設計，為加工（gōng）超長齒輪軸提供了新思路; 齒型測量工具的設計，思路新穎，測（cè）量工具製造簡單，操（cāo）作方便，完全可以滿足一般工廠生產圓（yuán）弧齒（chǐ）輪的質量要求，具有（yǒu）推廣使用價值。
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