齒輪軸磨齒干涉的分析、測算及解決

朱海鵬 張藝

摘要： 本文主要針對硬齒面斜齒輪軸在滲碳淬火后，輪齒齒面磨削過程中可能出現的干涉情況，通過分析與測算，并提出解決辦法。

Abstract： This paper mainly aims at the possible interference in the grinding process of helical gear shaft with hard tooth surface after carburizing and quenching， and puts forward the solution through analysis and calculation.

關鍵詞： 齒輪軸;砂輪安全尺寸;磨齒;油管干涉;解決

Key words： gear shaft;grinding wheel safety size;gear grinding;tubing interference;to solve

中圖分類號：TG61? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）23-0024-02

0? 引言

齒輪作為傳達動力和旋轉的機械要素，是傳動裝置中一種重要零件，要實現齒輪的性能要求，就必須要提高齒輪精度來保證其高質量傳動。硬齒面的磨齒齒輪傳動具有傳動平穩、噪音小、壽命長，適合大功率重載荷等特點。磨齒作為淬硬齒輪的最終加工工序，也是齒輪最重要的精加工工藝，磨齒不僅可以改善齒面粗糙度，有效降低噪音，主要用于消除熱處理后的變形和糾正齒輪磨前的各種誤差，獲得較高的精度。我公司生產的礦用減速器齒輪，其齒輪精度要求為5級。在磨齒加工過程中，對于齒輪軸來講，由于齒輪軸設計尺寸要求，空刀槽有限，砂輪容易進刀時、出刀時觸碰到軸高出的臺階部位，導致無法進行磨齒或者無法對磨成有效齒寬，輕則砂輪損毀、崩碎，嚴重的甚至會造成工件報廢、撞壞機床、損壞機床精度、碰碎的砂輪碎塊飛出，導致事故發生。所以針對磨齒機磨削齒輪件干涉的分析及問題解決就顯得尤為重要。

1? 磨削砂輪尺寸的計算

因礦用減速器要求齒輪具有較高的承載能力，我公司生產的齒輪類零件均為硬齒面漸開線齒形齒輪。設計方面，磨齒粗糙度要求Ra0.8μm;齒輪工藝方面，嚴格按照“滾齒——滲碳淬火處理——磨齒”過程執行，其中磨齒工序由德國霍夫勒RAPID 800磨齒機來完成。

磨齒時砂輪大小可根據需要進行修整，對同一參數的齒輪軸磨齒時，砂輪越大越容易發生干涉，但在不產生干涉的情況下，選擇較大直徑的砂輪，又能夠提高磨齒效率。為避免損壞磨齒機修整金剛石、修整器及法蘭盤，磨削砂輪（見圖1）直徑不得超過表1規定的范圍。

經參與磨齒過程的經驗積累，得出砂輪安全尺寸Dx與法向模數mn存在以下關系：

Dx=Dmin+2H

=230+2（ha+hf）

=230+2mn（2ha*+c*）

其中：ha*法面齒頂高系數，c*頂隙系數，法向模數mn=（1～35）mm。

只有當砂輪直徑大于等于Dx值時，為磨削砂輪安全尺寸。

2? 齒輪磨削干涉的分析與測算

在加工過程中，如果磨削砂輪與機床或工件間發生干涉，導致無法進行磨齒或者無法對磨成有效齒寬，輕則砂輪損毀、崩碎，嚴重的甚至會造成工件報廢、撞壞機床、損壞機床精度、碰碎的砂輪碎塊飛出，導致事故發生。所以針對磨齒機磨削齒輪件干涉的分析及問題解決就顯得尤為重要。

對于斜齒輪軸，為了不使軸承承受過大的軸向力，斜齒輪傳動的螺旋角β不宜選得過大，通常β值在8°～20°之間。磨齒前應充分考慮砂輪的入/出刀時是否存在干涉情況。經實際測算，隨著斜齒輪螺旋角β增大，磨齒時砂輪的入刀點和出刀點（如圖2所示）沿齒寬B方向的上、下方超越行程x值也隨之增大。經過測算，當螺旋角β≤20°時，只有x值≥20mm時，才能對不同螺旋角的齒輪軸完成磨削。如果圖紙技術要求對齒長兩端進行修形，還需相應地增大x值。而當直齒輪軸磨齒時齒寬B方向向下超越行程x值≥7mm時，不存在干涉現象，砂輪可以安全退出。

磨齒加工速度較快，磨齒過程中砂輪與齒面的摩擦產生的熱量大。而磨齒油既可以起到的沖洗、冷卻和潤滑的作用，又可以有效降低齒輪輪齒被灼燒的幾率。這就必須充分考慮砂輪兩側的潤滑油管（銅質、固定），在磨齒過程中，砂輪兩側的潤滑油管又很容易與機床上頂尖座發生干涉，這種可能性發生在砂輪入刀之前。

如圖3所示，經實際測算，得出以下關于入刀點與出刀點時所需要注意的兩點結論：

①入刀過程：無論是直齒輪軸還是斜齒輪軸，圖示（圖3）中距離A至關重要，只有當磨削砂輪的中心軸線與所需磨削的齒輪軸（或頂尖中心）之間的距離A值≥175mm時，才能確保安全的情況下，保證砂輪入刀時不與磨齒機上頂尖座干涉、冷卻油管安全，方可完成磨齒工序。

②出刀過程：齒輪軸齒寬方向的下端面距該軸的下端間L值的尺寸與齒輪軸軸徑、卡箍及砂輪直徑大小有關，為避免機床部件（如下頂尖座、卡箍）發生干涉，編制工藝指導文件時就必須考慮預留有足夠長的工藝臺（完成磨齒工序后加工掉），經過參與磨削加工過程的驗證，只有當L值≥210mm時，可以保證完成整個齒寬方向上的磨削，砂輪能夠安全退出（退刀過程）。

以Dx=？準260mm砂輪為例，磨齒行程示意圖如圖3。

3? 解決辦法

在設計齒輪軸或編制齒輪軸加工工藝時，在磨齒工序上需要重點考慮，需要按照上述方法嚴格測算和驗證是否干涉，然后確定是否需要進行尺寸修改或尋求別的解決辦法。為了避免磨齒過程發生以上干涉的情況，可采用以下措施：

①齒輪軸尺寸結構無法改變的前提下，運用上述方法進行干涉測算，在保證不影響齒輪嚙合的情況下，適當的將減少齒寬B或會發生干涉軸肩尺寸。

②針對斜齒輪軸工藝編制疏漏考慮不全面、維修齒輪軸需進行磨齒的情況，或已經造成齒輪軸臺階與機床砂輪產生干涉的情況。經過分析計算，可采取焊接相應長度的工藝臺的方式進行解決（如圖4），需對焊接工藝臺進行修正，過程如下“找正齒頂外圓，車成工藝臺外圓（用以裝夾卡箍），車成工藝臺中心孔，修研兩端中心孔后完成磨齒工序，車掉工藝臺”。

4? 結語

綜上，通過對斜齒輪軸磨齒工序的干涉分析及解決的探討，為齒輪軸工藝文件的編制提供了前提條件，包括需要預留多少工藝臺合適，做到既不造成過多浪費又滿足加工要求，以及砂輪的大小的確定，減少了砂輪的消耗量和金剛石滾輪的磨損等，以進一步提高磨齒效率。反之，也有助于設計人員對設計尺寸的充分考量，有效避免磨削砂輪、油管、齒輪軸、機床頂尖座、卡箍間的干涉問題，以避免造成不必要的損失，保護機床不受損的同時，保證齒輪磨齒質量達到設計要求，間接降低了附加成本。

參考文獻：

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