展成式電化學機械光整加工圓柱齒輪的齒面質量與精度特性

摘 要：在機械制造業中，其核心傳動的元件之一便是齒輪，如果處于齒輪材料力學性能類似的條件下，那么優良齒面的質量與精度特性能夠得到明顯的提升，同時其應用性能與使用壽命也能夠在一定程度上得以提升。而要有效的提升齒輪精度與齒輪質量，便需要對齒輪展開相應的精加工與光整加工，這同時也是提升齒輪精度與齒輪質量的重要方式之一。實踐表明，電化學機械光整加工擁有較高的整平效率與整平能力，在圓柱齒輪加工中應用電化學機械光整進行加工，能夠有效的解決齒輪精度與齒面質量等方面的問題。文章主要針對展成式電化學機械光整加工圓柱齒輪的齒面質量與精度特性展開深入的分析，其目的在于能夠有效提升圓柱齒輪的齒面質量與精度特性。

關鍵詞：圓柱齒輪；電化學機械；齒面質量；展成式；精度特性

如今伴隨制造業的不斷發展，機械設備應用數量的增加，齒輪的地位逐漸提升。其原因在于，在機械設備中，齒輪是其傳動的核心元件所在。曾有研究表明，在齒輪材料力學性能類型的條件之下，齒輪使用性能與壽命決定性的關鍵因素在于齒面質量特性與精度特性。一些高質量齒輪通常需要精加工與光整加工，來提升齒輪使用性能，并延長齒輪的應用壽命。例如直升機、高速重載齒輪等。電化學機械光整加工技術擁有整平效率與整平能力，這也是其優點所在。

1 展成式齒輪ECMF的原理探究

如圖1所示，該圖為ECMF基本原理圖，從圖1中可見展成式齒輪ECMF的原理復雜性所在。

圖1 展成式齒輪ECMF的原理圖

試驗中，通常需要連接陰陽兩極電源的負極和正極連接，使得陰陽兩極之間有足夠的電解液存在。一般在加工過程中，電化學作用會在陰陽兩極之間出現[1]，可以通過適當的對齒間厚度進行調整，并且嚴格的按照中心距離要求進行安裝，從而確保安裝的質量。

2 展成式齒輪ECMF試驗研究

2.1 實驗條件

文章所研究的試驗設備主要為自制圓柱齒輪試驗裝置，所應用的電源屬于直流電源，電表為數字式的萬用表。所應用的檢測設備主要為Taylor Hobson粗糙度檢測儀。試驗的幾何參數為：模數為3mm、齒數為46、螺旋角為0°。

2.2 實驗結果

首先在齒面粗糙度方面，如圖2所示，該圖的加工時間大約為2分鐘，珩磨輪的轉速約為80r·min-1，珩磨輪的壓力為60N時，其加工時間長短會給齒面粗糙程度帶來一定的影響[2]。這與龐桂兵在《脈沖電化學及電化學機械齒輪光整與修形加工技術研究》一文章的觀點有著相似之處。齒面的粗糙度會伴隨加工的時間增加而逐漸下降；當加工開始時，其降低速度回最快，伴隨加工時間的增加，降低速度會越發緩慢，如果加工時間超出了3min，那么此時粗糙度值的降低速度會逐漸緩慢。

而圖3是加工電流120A的狀態，該狀態下，珩磨輪轉速約為80r·min-1，此時珩磨輪的壓力約為60N，該壓力段的加工時間會給齒面的粗糙度帶來一定的影響規律[3]。

通過這兩方面的證明可知，齒輪的表明粗糙度與加工效率會受到工藝參數的影響。

其次，在齒輪精度方面，需要重視齒形精度與齒間精度情況。在檢測齒形精度的過程中，需要嚴格的按照DIN的標準進行檢測，再此之后還需要測量加工前后的齒形精度，避免出現精度偏差問題。經過測量后，實施ECMF操作以后，齒形輪廓處于光滑狀態，同時齒輪總誤差和齒輪形狀誤差的存在，能夠將齒輪精度情況充分的反應出來。通過試驗證明，加工前的剔齒通常存在著凹現象[4]，只有通過加工操作，才能夠使得該種現象得到相應的改善與調整。但是該現象依舊存在。本次試驗中對齒形精度的各項因素展開了充分的研究，在分析中證明，一旦電流較大，便會導致出現機械刮膜作用力下降的問題，此時將會引發齒形精度偏差問題的出現。而磨輪壓力增加時，齒形精度同樣會受到影響，甚至會引發磨輪轉速增加情況的出現，但是當轉速增加的時候，凹現象便會得到相應的改善。

在測量齒間精度的過程中，需要將DIN測量標準作為基礎，只有這樣才能夠確保測量結果的正確性與可靠性。本次試驗中測量了8件齒輪加工前后左右齒面的齒距誤差、齒距累積誤差等方面進行了測量。測量結果為：經過加工以后的齒距誤差有明顯的降低情況，左、右齒面的誤差等級會平均下降2-3級左右，加工以后的齒距累積誤差變化較小[5]。按照珩齒原理，受到機械作用的影響，齒距誤差會有所變化，但是齒距累積誤差并不會受到影響；但是如果依據電化學加工極間間隙影響去除機理，那么此時齒距誤差和齒距累積誤差受到電化學作用影響比較大。同時，在齒間精度影響中，機械作用的影響地位不可忽視，但是齒間精度并不會受到電化學作用的影響。

3 結束語

文章主要從兩點著手，第一點分析了展成式齒輪ECMF的原理，第二點分析了展成式齒輪ECMF試驗。通過上述試驗，展成式ECMF會給齒面粗糙度帶來一定的影響，如受到極間電流、珩磨輪轉速的影響，陽極的整平速度會有所提升；同時要確保齒面擁有一定的平整度，確保加工時間的充足性極為重要。

參考文獻

[1]龐桂兵，阿達依·謝爾亞孜旦，徐文驥，等.展成式電化學機械光整加工圓柱齒輪的齒面質量與精度特性[J].機械工程學報，2011，47（19）：163-167.

[2]龐桂兵.脈沖電化學及電化學機械齒輪光整與修形加工技術研究[D].大連理工大學，2005（45）：56-78.

[3]唐勇.螺旋錐齒輪脈沖電化學光整加工關鍵技術研究[D].大連理工大學，2005（10）：45-76.

[4]李洪友.齒輪的脈沖電化學光整加工技術基礎研究[D].大連理工大學，2003（12）：23-45.

[5]朱平，阿達依·謝爾亞孜旦，張宏新，等.基于展成式電化學光整加工平面形狀精度的研究[J].機械科學與技術，2013，32（11）：1624-1627.