對齒輪加工精度的影響和優化手段

孔孟婷

摘 要：眾所周知，齒輪在經過熱處理之后，其齒面通常存在較大的變形，因此，齒輪必須通過磨齒加工處理來糾正齒形，消除偏差。本文介紹了磨齒加工的原理，分析了影響齒輪精度的原因，深入探究了提高齒輪磨齒加工精度的方法。文章具有一定的參考價值。

關鍵詞：齒輪加工；精度；影響；優化手段

0、引言

磨齒作為齒輪精加工的重要方法，其可以對熱處理之后的齒輪類零部件進行進一步的精加工。這種方法不但能夠有效改善齒輪的齒形，而且可以充分減少齒向誤差以及各種累計偏差。與剃齒工序相比，磨齒加工可以讓齒輪精度提升1級-2級，并讓齒面的粗糙度得到大大改善。

1、影響齒輪精度的因素分析

齒輪被廣泛應用于是各類變速箱中，齒輪不僅是變速箱中重要的零部件，同時也是引起變速箱產生噪音的原因所在。因此，想方設法提高齒輪的精度，不僅有助于改善變速箱的質量，而且有利于降低變速箱的噪音?；谝陨戏治?，應當高度重視影響齒輪精度的原因。

一般來說，齒輪的精度與齒輪運動的精度、齒輪間相互接觸的精度以及齒輪旋轉的平穩性存在很大的聯系。在進行磨齒加工的過程中不僅要充分控制公法線的長度公差以及齒輪齒圈的徑向跳動值來保證齒輪運動的精度，同時也要有效把控齒向誤差以此提高接觸精度。并且，只有高度重視齒形誤差以及基本偏差，才能充分滿足齒輪工作的平穩性要求。

2、磨齒工藝常見問題及其解決方法

磨齒是齒輪加工的一種重要方法，但是在磨齒工藝加工齒輪也存在著很多問題，下面介紹幾個常見問題及措施。

2.1磨齒裂紋問題

（1）磨齒裂紋的產生及特征。磨齒工藝加工齒輪時，如果在磨削時冷卻不充分，會使表面層產生附加的組織應力，再加上磨削所形成的熱量使零件表面的溫度升高極快，這種組織應力和熱應力的迭加就可能導致齒面出現削裂紋，嚴重影響齒輪的使用壽命。

（2）磨齒裂紋的解決措施。第一，降低磨削熱。磨齒裂紋的產生是因為磨削熱所致，所以降低磨削熱是解決磨削裂紋的關鍵。磨齒時采用以下工藝措施，可以有效地防止磨齒裂紋的產生。①使用低粘度的冷卻油，提高冷卻能力。同時加大冷卻液的流量，在最大程度上將磨削熱帶走，減少熱量傳入工件；②選用硬度較軟、粒度較粗的砂輪來磨削，可以降低磨削熱；③提高砂輪沖程速度，減少砂輪與工件的接觸時間，從而降低了齒面的磨削溫度。第二，熱處理工藝措施。產生磨齒裂紋的根本原因在于淬火件的馬氏體組織是一種膨脹狀態，有應力存在，要減少和消除這種應力，應進行去應力回火即淬火后應馬上進行回火處理。

2.2齒形中凹問題

（1）齒形中凹產生。砂輪與齒輪的嚙合是一對空間齒輪的嚙合過程，在磨削直齒輪時，可以看作近似于齒條與齒輪嚙合。對于標準參數的齒輪，與標準齒條嚙合時，其重合度在1～2之間。當重合度不是整數時，表明嚙合過程中嚙合齒面的對數在變化。嚙合齒面的對數的變化會在齒面的法向方向產生一個交變力，這個交變力就是產生中凹齒形的主要原因。齒形曲線大都呈現為中凹形狀或S形狀曲線。

（2）防止中凹齒形產生的措施。①減小磨削力。上述分析表明：磨削力中的交變分量是產生中凹齒形的主要因素，而交變分量與總磨削力的比值基本保持不變。減小磨削力，可以減小交變分量的數值，從而減小工件系統的變形，減小齒形中凹的量。②提高工件系統剛性。提高工件系統的剛性，可以減小變形，從而減小齒形中凹的量。第一，增大夾頭直徑。磨齒機大多采用彈簧夾頭實現工件芯軸的夾緊與放松。彈簧夾頭剛性較弱，增大夾頭直徑，不僅可以提高夾頭的剛性，還可以增加工件心軸的直徑，提高心軸剛性。第二，提高心軸的回轉剛性。常用的芯軸加工方便，重量輕，操作工的勞動強度小，但是芯軸的回轉剛性低，容易產生中凹齒形。因此，要盡量加大心軸的直徑，特別是工件至夾頭部分的直徑。第三，增加工件托盤。某些大型齒輪常采用腹板式結構或輪輻式結構也會出現中凹齒形。這是由于齒輪自身的回轉剛性低，直徑大，在交變磨削力的作用下，會產生較大的變形。這種情況下，要增加工件托盤，提高工件系統的回轉剛性。

3、對齒輪加工精度的優化手段

在齒輪設計時，要對設計出的齒輪在計算機上進行齒面接觸分析，在嚴格按照設計參數進行加工時，齒面接觸區可以達到理想的要求。但實際加工的過程中，由于磨齒加工誤差、操作人員調整誤差、溫度誤差以及熱處理變形誤差的影響，實際加工出的齒面接觸區往往達不到預期要求，出現斜率誤差韶差，左右齒面的齒形不對稱等問題。本文從以下幾點分析齒輪精度的優化手段：

3.1合理選擇磨齒余量的形式

第一，齒輪齒面及齒輪根部均留有磨削余量。其優點：齒輪齒面和齒輪根部同時磨削，保證了齒輪齒面與齒輪根部的過渡曲線光滑連接，有利于提高齒輪根部的抗彎曲強度并消除齒輪根部的熱應力集中。滾齒時滾刀不需要帶觸角，也就是齒輪根部不需要有挖根量。第二，齒輪2齒面有均勻留磨余量，滾齒時齒根部有挖根量，齒輪根部不留磨削余量。這種磨削加工齒輪方法也是各齒輪制造廠采用的一種磨齒形式。

3.2選擇合理的磨齒余量

磨削余量過大，對于滲碳淬火的齒輪最負面的影響就是齒面硬度下降，從而影響它的承載能力和齒面耐磨性，容易出現齒面點蝕等問題；磨削余量過小，可以提高生產效率。根據齒輪的冷熱變形實驗后，確定磨齒余量的合理數值，應根據齒輪規格、結構形式和材料，齒坯精度，熱處理變形情況等決定。在模數大、直徑大、齒輪壁薄和熱處理變形大時取大值，反之取小值。

4、結語

磨齒加工精度提升問題是一個值得被深入探究的大型課題，在生產過程中，應繼續開展有關的工藝探索工作。

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