工程機(jī)械齒輪軸加工工藝分析與優(yōu)化

楊月

【摘 ?要】現(xiàn)如今隨著我國拉動(dòng)內(nèi)需的啟動(dòng)，基礎(chǔ)建設(shè)也將得到良好的發(fā)展，而工程機(jī)械需求和產(chǎn)量也都會(huì)不斷的提高。因此我們應(yīng)對(duì)齒輪軸材料的選用、熱處理方式以及機(jī)械加工等進(jìn)行有效的優(yōu)化，從而提高齒輪軸的加工質(zhì)量和加工效率，延長齒輪軸的使用壽命。

【關(guān)鍵詞】工程機(jī)械;齒輪軸工藝分析;優(yōu)化措施

引言

在工程機(jī)械當(dāng)中，齒輪軸的主要作用是對(duì)回轉(zhuǎn)零件起到支撐作用，從而使回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)能夠得以實(shí)現(xiàn)，并傳遞相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩和動(dòng)力，其主要具有傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊以及使用壽命長等相關(guān)優(yōu)點(diǎn)，在通用機(jī)械尤其是工程機(jī)械傳動(dòng)當(dāng)中，是十分重要的一種零件。齒輪箱作為機(jī)械設(shè)備中的核心部件，其內(nèi)部齒輪表面質(zhì)量的好壞直接影響風(fēng)機(jī)使用性能的優(yōu)劣。光整加工技術(shù)作為提高表面質(zhì)量的有效途徑，是近些年抗疲勞制造的新型加工技術(shù)之一，將其應(yīng)用于齒輪加工過程中，可以改善齒面的微點(diǎn)蝕，提升表面壓應(yīng)力和疲勞強(qiáng)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(duì)光整技術(shù)在大型硬齒面齒輪加工中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

1.齒輪軸加工工藝分析及優(yōu)化

1.1材料的選用

以減速機(jī)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(jù)齒輪軸的不同用途和設(shè)計(jì)強(qiáng)度的不同，對(duì)其材料的選用以及熱處理的工藝要求也會(huì)存在著一定的差異。20CrMnMo、20Cr2Ni4、17CrNiMo6等材料一般會(huì)采用調(diào)質(zhì)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(dá)到50-62HRC。

1.2預(yù)備熱處理及半精車

鍛坯在鍛打粗車干凈黑皮以后，需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)處理就是指淬火加高溫回火的雙重?zé)崽幚矸椒ǎ淠康氖鞘构ぜ哂辛己玫木C合機(jī)械性能。高溫回火是指在500-650℃之間進(jìn)行回火。調(diào)質(zhì)可以使鋼的性能，材質(zhì)得到很大程度的調(diào)整，其強(qiáng)度、塑性和韌性都較好，具有良好的綜合機(jī)械性能。調(diào)質(zhì)時(shí)采用正火加調(diào)質(zhì)的預(yù)處理工藝，加熱到在880℃溫度，然后保溫2.5小時(shí)，以油冷方式冷卻至室溫。然后以650℃進(jìn)行回火處理，保溫5h，空冷至室溫。預(yù)處理后硬度控制在160～200HBS，下道工序進(jìn)行半精車加工，半精車盡量選取較小的切削深度和進(jìn)給量，而切削速度則可以取高點(diǎn)。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(duì)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(dá)IT8～I(xiàn)T6級(jí)，表面粗糙度Ra可達(dá)1.6～0.8μm。

2.加工設(shè)計(jì)方法，制定機(jī)械工藝設(shè)計(jì)路線

機(jī)械加工中的工藝路線設(shè)計(jì)。為了確保證能夠達(dá)到加工零件的整體幾何結(jié)構(gòu)形狀、尺寸測量精度、位置移動(dòng)精度及各項(xiàng)機(jī)械技術(shù)性能要求，必須首先制定合理的機(jī)械工藝設(shè)計(jì)路線。由于機(jī)床生產(chǎn)工藝綱領(lǐng)為中小批量生產(chǎn)，所以需要采用大量通用大型機(jī)床零件配以用戶專用的工、夾、量具，并充分考慮生產(chǎn)工序比較集中，以利于提高機(jī)床生產(chǎn)率和盡量減少通用機(jī)床零件數(shù)量，使機(jī)床生產(chǎn)成本大幅下降。雙聯(lián)齒輪軸機(jī)械加工分為兩種方案。總的來說，第一種方案是先對(duì)z=33的自動(dòng)齒形進(jìn)行滾齒加工，然后再對(duì)z=19的手動(dòng)齒形進(jìn)行手動(dòng)插齒加工，從而有效地保證了插齒機(jī)的加工能夠平穩(wěn)、均勻地繼續(xù)進(jìn)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(jìn)一步滾齒和銑削。由于毛坯部分的齒輪是雙傳動(dòng)齒輪，所以兩個(gè)齒輪之間的間隔很小。如果滾銑z=19的雙聯(lián)齒輪毛坯需要專用加工設(shè)備，加工成本和滾齒操作難度會(huì)增加。另外，選擇設(shè)計(jì)方案時(shí)還一定應(yīng)仔細(xì)考慮生產(chǎn)工廠的具體條件等其他因素，如有設(shè)備，充分借用工、夾、量具等。同時(shí)，手柄、手輪、按鈕的結(jié)構(gòu)和布置位置應(yīng)符合規(guī)定。啟動(dòng)按鈕應(yīng)安裝在機(jī)柜中，或配有保護(hù)環(huán)，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(jī)器自動(dòng)進(jìn)給時(shí)會(huì)造成人身傷害，因此應(yīng)安裝自動(dòng)脫離裝置以保護(hù)人身健康。加工工藝廠的設(shè)計(jì)和調(diào)度部門根據(jù)工藝規(guī)程安排各零件的進(jìn)料時(shí)間和數(shù)量，并調(diào)整設(shè)備負(fù)荷。各工作場所應(yīng)根據(jù)工時(shí)定額等有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。以便整個(gè)企業(yè)的各個(gè)部門、車間、工段和工作場所密切配合，確保機(jī)械加工工藝生產(chǎn)計(jì)劃的均衡完成。

3.時(shí)域分析

正常齒輪運(yùn)行時(shí)，信號(hào)時(shí)域圖中的振幅較小，放大后波形具有周期性，沒有產(chǎn)生沖擊信號(hào)，齒輪箱的整體運(yùn)行較為平穩(wěn);將斷齒故障信號(hào)與正常齒輪信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)時(shí)域圖中的振幅有明顯的增大，而且產(chǎn)生了周期性沖擊，0.4s內(nèi)沖擊信號(hào)出現(xiàn)了22次，換算后與小齒輪理論轉(zhuǎn)頻十分接近，表明齒輪發(fā)生斷齒故障后對(duì)箱體產(chǎn)生了沖擊，破壞了齒輪箱的平穩(wěn)運(yùn)行。為了對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行更為深入的研究，提取了時(shí)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(biāo)對(duì)信號(hào)進(jìn)行評(píng)測。其中，峰值因子和脈沖因子均是用來檢測信號(hào)中有無沖擊的指標(biāo)，峭度因子也用來反映信號(hào)的沖擊特性。齒輪發(fā)生斷齒故障后，振動(dòng)信號(hào)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(chǎn)生了一定的沖擊。上述結(jié)論與由時(shí)域圖所得結(jié)論相符，進(jìn)一步增強(qiáng)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(jì)90年代才開展相關(guān)研究，現(xiàn)在已經(jīng)普遍應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域。對(duì)于大型齒輪，光整加工在國內(nèi)仍處于起步階段，而在國外的應(yīng)用已較為普遍，并且相關(guān)廠家的研究表明，光整技術(shù)有助于改善齒輪表面質(zhì)量，對(duì)齒輪的傳動(dòng)性能和使用壽命有顯著的提升作用;因此，對(duì)大型齒輪進(jìn)行光整加工技術(shù)的研究顯得十分必要。光整加工可以進(jìn)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(zhì)量、應(yīng)力狀態(tài)，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(yōu)點(diǎn)。

5.結(jié)語

綜上，通過對(duì)齒輪軸的工藝進(jìn)行分析，并根據(jù)對(duì)照產(chǎn)品裝備圖來分析了齒輪軸，對(duì)其性能、用途和具體的工作條件等進(jìn)行了解，明確了該零件在產(chǎn)品當(dāng)中的具體作用和主要位置。通過對(duì)齒輪軸以及各項(xiàng)技術(shù)條件進(jìn)行制定的依據(jù)，從而發(fā)現(xiàn)技術(shù)的相關(guān)要求和關(guān)鍵技術(shù)，這樣可以在對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)化的過程中更好地?cái)M定工藝規(guī)程，從而提高齒輪軸的加工質(zhì)量。具體來說，通過對(duì)齒輪軸加工材料的合理選擇、科學(xué)合理的表面化學(xué)處理以及熱處理，并優(yōu)化切削加工工藝等對(duì)策，使其在具體的生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中能夠得到有效的應(yīng)用，全面提高齒輪軸的加工質(zhì)量和加工效率，延長齒輪軸的使用壽命。

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