內(nèi)人字齒輪加工工藝研究

曾祥亮 寧富平 曾 旋

（湖南科泰威航空設(shè)備制造有限公司，株洲 412000）

同一圓柱體上兩側(cè)各設(shè)計(jì)一個(gè)左右旋向不同的兩輪齒，統(tǒng)稱人字齒輪。人字齒輪是一種圓柱齒輪，在某一部分齒寬上為右旋齒，而在另一部分齒寬上為左旋齒。斜齒在傳動(dòng)時(shí)具有軸向力，為了獲得較好的重合度和傳動(dòng)穩(wěn)定性，會(huì)將螺旋角設(shè)計(jì)得較大。軸向力與螺旋角大小成正比，而人字齒兩側(cè)設(shè)計(jì)的兩個(gè)輪齒的模數(shù)、齒數(shù)以及螺旋角大小相同，但是螺旋角旋向相反，可以相互抵消單個(gè)斜齒在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的軸向力。因此，理論上人字齒在傳動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生軸向力。人字的結(jié)構(gòu)也可以使設(shè)計(jì)者將螺旋角設(shè)計(jì)得更大[1]。

因?yàn)槿俗铸X輪的這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，人字齒輪具有承載能力高、傳動(dòng)平穩(wěn)以及軸向載荷小等優(yōu)點(diǎn)，在重型機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。

對(duì)于內(nèi)人字齒來(lái)說(shuō)，由于加工的干涉，內(nèi)人字齒結(jié)構(gòu)大多數(shù)設(shè)計(jì)成分體，使用時(shí)再進(jìn)行組合。大螺旋角的內(nèi)齒在加工時(shí)也會(huì)遇到比外齒加工更多的干涉問(wèn)題。分體加工要保證組合后的人字齒的對(duì)中度，是人字齒加工的難點(diǎn)。

本例為某型號(hào)民用的燃?xì)廨啓C(jī)的減速箱的齒輪機(jī)構(gòu)。整個(gè)齒輪機(jī)構(gòu)為高速重載行星齒輪傳動(dòng)，其內(nèi)人字齒的具體結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。內(nèi)人字齒的典型結(jié)構(gòu)是由一個(gè)左齒圈和一個(gè)右齒圈組合而成的。零件的內(nèi)圈是有螺旋角的內(nèi)斜齒，兩個(gè)齒圈的內(nèi)斜齒螺旋角旋向相反，螺旋角大小相同。兩個(gè)旋向相反的內(nèi)斜齒組合成內(nèi)人字齒，而零件的外圈是參數(shù)相同的外直齒。

圖1 內(nèi)人字齒結(jié)構(gòu)示意圖

1 技術(shù)要求

齒輪內(nèi)齒的參數(shù)如表1所示。外齒參數(shù)：模數(shù)為5；齒數(shù)為126；壓力角為20°，齒輪精度GB/T 10095 6級(jí)。內(nèi)外齒材料均為42CrMoA，熱處理方式為調(diào)質(zhì)，硬度HBS280-320。左右齒圈組合后形成的內(nèi)人字齒對(duì)中度≤0.1。

表1 齒輪內(nèi)齒的參數(shù)

2 加工難點(diǎn)分析

第一，因?yàn)槭莾?nèi)斜齒且螺旋角25°較大，空刀槽尺寸較小，如果采用磨齒加工會(huì)存在干涉情況，所以只能采用插齒加工（分別加工，非組合狀態(tài)）。對(duì)于插齒工藝來(lái)說(shuō)，GB/T 10095 6級(jí)精度過(guò)高，一般的插齒機(jī)難以保證加工精度。第二，內(nèi)人字齒由兩個(gè)齒圈組合形成，因此如何保證兩次加工而成的零件在組合后人字齒對(duì)中度≤0.1、如何保證內(nèi)人字齒在整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)仍滿足對(duì)中度≤0.1以及如何可靠檢測(cè)對(duì)中度的值是齒輪加工的難點(diǎn)[2]。

3 工藝分析

選用國(guó)外高精度插齒機(jī)進(jìn)行插內(nèi)齒加工，具體型號(hào)為德國(guó)Gleason-Pfauter P600ES插齒機(jī)，加工精度可達(dá)到GB/T 10095 4級(jí)精度。該設(shè)備配置電子螺旋導(dǎo)軌，可以加工任意螺旋角的齒輪，比使用螺旋導(dǎo)套加工的設(shè)備更加便捷可靠，可以更好地保證齒向的精度。傳統(tǒng)的人字齒劃線加工法描述如下：先加工一個(gè)齒圈至成品，另一個(gè)齒圈加工內(nèi)斜齒，外齒先不加工；將兩個(gè)齒圈的內(nèi)斜齒對(duì)中，然后根據(jù)已經(jīng)加工的齒圈的外齒對(duì)另一個(gè)齒圈的外齒加工處進(jìn)行劃線；根據(jù)劃線對(duì)外齒進(jìn)行滾齒，然后磨齒至成品。上述加工方式根據(jù)劃線來(lái)加工齒部，會(huì)造成較大的角向誤差。要實(shí)現(xiàn)上述的關(guān)鍵工序（人字齒對(duì)中、滾外齒、磨外齒），必須設(shè)計(jì)合適的內(nèi)斜齒對(duì)中組合夾具，保證一次裝夾加工兩個(gè)齒圈的外齒，并保證內(nèi)斜齒的對(duì)中性。具體方案如圖2所示。

圖2 對(duì)中組合夾具裝配示意圖

4 工藝實(shí)施

要保證整個(gè)人字齒的精度，人字齒對(duì)中、滾外齒以及磨外齒這3道工序是加工中的關(guān)鍵工序。第一，定位套設(shè)計(jì)為與齒圈內(nèi)孔為小間隙配合，將定位套裝入已經(jīng)加工好內(nèi)斜齒的兩個(gè)齒圈里面，轉(zhuǎn)動(dòng)齒圈應(yīng)能夠靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。第二，用肉眼觀察，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)齒圈，使兩個(gè)齒圈的內(nèi)斜齒能大致對(duì)中。第三，用三坐標(biāo)計(jì)量?jī)蓚€(gè)內(nèi)斜齒對(duì)中度，根據(jù)對(duì)中的偏差轉(zhuǎn)動(dòng)齒圈，調(diào)整位置度到要求狀態(tài)。判斷對(duì)中度時(shí)，三坐標(biāo)的測(cè)頭在齒面上打點(diǎn)，兩個(gè)內(nèi)斜齒齒向的延伸線在結(jié)合面上點(diǎn)的距離不大于對(duì)中要求的值，如圖3所示。如果對(duì)中度要求值是D，則齒向延伸線應(yīng)該直徑為D的圓內(nèi)。顯然，本例中兩個(gè)齒向延伸線在Ф0.1mm范圍內(nèi)即為合格[3]。

圖3 內(nèi)斜齒對(duì)中示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

摒棄傳統(tǒng)的劃線加工法，采用先組合對(duì)中再加工外齒的方法，優(yōu)點(diǎn)明顯。因?yàn)閮蓚€(gè)齒圈的外齒組合對(duì)中后一起滾齒和磨齒加工，所以外齒的公法線尺寸和精度一致，外齒嚙合效果更佳，且提高了工作效率，減少了設(shè)備的占用時(shí)間。采用專用的對(duì)中夾具提高了調(diào)整、檢測(cè)對(duì)中度的效率和精度，滿足了內(nèi)人字齒在實(shí)際使用狀態(tài)時(shí)的對(duì)中度要求，保證了傳動(dòng)系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。