工程機械齒輪軸加工工藝分析與優化

楊月

【摘 ?要】現如今隨著我國拉動內需的啟動，基礎建設也將得到良好的發展，而工程機械需求和產量也都會不斷的提高。因此我們應對齒輪軸材料的選用、熱處理方式以及機械加工等進行有效的優化，從而提高齒輪軸的加工質量和加工效率，延長齒輪軸的使用壽命。

【關鍵詞】工程機械;齒輪軸工藝分析;優化措施

引言

在工程機械當中，齒輪軸的主要作用是對回轉零件起到支撐作用，從而使回轉運動能夠得以實現，并傳遞相應的轉矩和動力，其主要具有傳動效率高、結構緊湊以及使用壽命長等相關優點，在通用機械尤其是工程機械傳動當中，是十分重要的一種零件。齒輪箱作為機械設備中的核心部件，其內部齒輪表面質量的好壞直接影響風機使用性能的優劣。光整加工技術作為提高表面質量的有效途徑，是近些年抗疲勞制造的新型加工技術之一，將其應用于齒輪加工過程中，可以改善齒面的微點蝕，提升表面壓應力和疲勞強度，提高耐磨性，并保證齒輪精度不受破壞。為了改善齒輪表面的完整性，提升零件性能，對光整技術在大型硬齒面齒輪加工中的應用進行研究。

1.齒輪軸加工工藝分析及優化

1.1材料的選用

以減速機為例，常用的齒輪軸主要采用的材料具體包括合金鋼中的42CrMo、20CrMnMo、20Cr2Ni4、17CrNiMo6等。根據齒輪軸的不同用途和設計強度的不同，對其材料的選用以及熱處理的工藝要求也會存在著一定的差異。20CrMnMo、20Cr2Ni4、17CrNiMo6等材料一般會采用調質后用磨前滾刀滾齒后采用滲碳淬火工藝然后磨齒成成品，最終齒部硬度可以達到50-62HRC。

1.2預備熱處理及半精車

鍛坯在鍛打粗車干凈黑皮以后，需要進行調質處理，調質處理就是指淬火加高溫回火的雙重熱處理方法，其目的是使工件具有良好的綜合機械性能。高溫回火是指在500-650℃之間進行回火。調質可以使鋼的性能，材質得到很大程度的調整，其強度、塑性和韌性都較好，具有良好的綜合機械性能。調質時采用正火加調質的預處理工藝，加熱到在880℃溫度，然后保溫2.5小時，以油冷方式冷卻至室溫。然后以650℃進行回火處理，保溫5h，空冷至室溫。預處理后硬度控制在160～200HBS，下道工序進行半精車加工，半精車盡量選取較小的切削深度和進給量，而切削速度則可以取高點。精車要求切削深度要小，走刀量也要小，半精車完畢后，不但工件的直徑幾何尺寸要合格，而且對表面的粗糙度要求也較高，而且也要合格。精車的加工精度可達IT8～IT6級，表面粗糙度Ra可達1.6～0.8μm。

2.加工設計方法，制定機械工藝設計路線

機械加工中的工藝路線設計。為了確保證能夠達到加工零件的整體幾何結構形狀、尺寸測量精度、位置移動精度及各項機械技術性能要求，必須首先制定合理的機械工藝設計路線。由于機床生產工藝綱領為中小批量生產，所以需要采用大量通用大型機床零件配以用戶專用的工、夾、量具，并充分考慮生產工序比較集中，以利于提高機床生產率和盡量減少通用機床零件數量，使機床生產成本大幅下降。雙聯齒輪軸機械加工分為兩種方案。總的來說，第一種方案是先對z=33的自動齒形進行滾齒加工，然后再對z=19的手動齒形進行手動插齒加工，從而有效地保證了插齒機的加工能夠平穩、均勻地繼續進行。在第二種方案中，在滾齒和銑削z=33的雙齒輪毛坯之后，z=19的雙齒輪毛坯需要進一步滾齒和銑削。由于毛坯部分的齒輪是雙傳動齒輪，所以兩個齒輪之間的間隔很小。如果滾銑z=19的雙聯齒輪毛坯需要專用加工設備，加工成本和滾齒操作難度會增加。另外，選擇設計方案時還一定應仔細考慮生產工廠的具體條件等其他因素，如有設備，充分借用工、夾、量具等。同時，手柄、手輪、按鈕的結構和布置位置應符合規定。啟動按鈕應安裝在機柜中，或配有保護環，以防止意外接觸。加工過程中安裝在軸桿上的手輪、手柄在機器自動進給時會造成人身傷害，因此應安裝自動脫離裝置以保護人身健康。加工工藝廠的設計和調度部門根據工藝規程安排各零件的進料時間和數量，并調整設備負荷。各工作場所應根據工時定額等有節奏地進行生產。以便整個企業的各個部門、車間、工段和工作場所密切配合，確保機械加工工藝生產計劃的均衡完成。

3.時域分析

正常齒輪運行時，信號時域圖中的振幅較小，放大后波形具有周期性，沒有產生沖擊信號，齒輪箱的整體運行較為平穩;將斷齒故障信號與正常齒輪信號進行對比，發現時域圖中的振幅有明顯的增大，而且產生了周期性沖擊，0.4s內沖擊信號出現了22次，換算后與小齒輪理論轉頻十分接近，表明齒輪發生斷齒故障后對箱體產生了沖擊，破壞了齒輪箱的平穩運行。為了對時域信號進行更為深入的研究，提取了時域特征量中的峰值、平均幅值、峰值因子、峭度因子和脈沖因子5種指標對信號進行評測。其中，峰值因子和脈沖因子均是用來檢測信號中有無沖擊的指標，峭度因子也用來反映信號的沖擊特性。齒輪發生斷齒故障后，振動信號的峰值和平均幅值均有明顯的增大，峰值因子、脈沖因子和峭度因子均有一定的增大，表明產生了一定的沖擊。上述結論與由時域圖所得結論相符，進一步增強了本文所得的斷齒故障特征的可信度。

4.光整加工原理

我國是在20世紀90年代才開展相關研究，現在已經普遍應用在航空航天領域。對于大型齒輪，光整加工在國內仍處于起步階段，而在國外的應用已較為普遍，并且相關廠家的研究表明，光整技術有助于改善齒輪表面質量，對齒輪的傳動性能和使用壽命有顯著的提升作用;因此，對大型齒輪進行光整加工技術的研究顯得十分必要。光整加工可以進行去除飛邊毛刺、刀痕等工作，具有降低表面粗糙度，改善表面外觀質量、應力狀態，提高零件表面的耐磨性，消除零件表面上殘留的各種缺陷等優點。

5.結語

綜上，通過對齒輪軸的工藝進行分析，并根據對照產品裝備圖來分析了齒輪軸，對其性能、用途和具體的工作條件等進行了解，明確了該零件在產品當中的具體作用和主要位置。通過對齒輪軸以及各項技術條件進行制定的依據，從而發現技術的相關要求和關鍵技術，這樣可以在對工藝進行優化的過程中更好地擬定工藝規程，從而提高齒輪軸的加工質量。具體來說，通過對齒輪軸加工材料的合理選擇、科學合理的表面化學處理以及熱處理，并優化切削加工工藝等對策，使其在具體的生產實踐當中能夠得到有效的應用，全面提高齒輪軸的加工質量和加工效率，延長齒輪軸的使用壽命。

參考文獻

[1]陳克興，李川奇等.設備狀態檢測與故障診斷技術[M].北京：科學技術文獻出版社，1991.

[2]劉靜，邵毅敏，秦曉猛.基于非理想Hertz線性特性的圓柱滾子軸承局部故障動力學建模[J].機械工程學報，2014，50（1）：91-97.

[3]張東，吳曉琳.短時傅里葉變換在振動信號處理中的應用[J].計算機與數字工程，2011（8）：154-155.

[4]楊小強，李沛，黃杰等.基于極值波延拓的端點效應處理方法[J].系統工程與電子技術，2016，38（9）：1987-1992.