对齿轮加工精度的影响和优化手段

孔孟婷

摘 要：众所周知，齿轮在经过热处理之后，其齿面通常存在较大的变形，因此，齿轮必须通过磨齿加工处理来纠正齿形，消除偏差。本文介绍了磨齿加工的原理，分析了影响齿轮精度的原因，深入探究了提高齿轮磨齿加工精度的方法。文章具有一定的参考价值。

关键词：齿轮加工；精度；影响；优化手段

0、引言

磨齿作为齿轮精加工的重要方法，其可以对热处理之后的齿轮类零部件进行进一步的精加工。这种方法不但能够有效改善齿轮的齿形，而且可以充分减少齿向误差以及各种累计偏差。与剃齿工序相比，磨齿加工可以让齿轮精度提升1级-2级，并让齿面的粗糙度得到大大改善。

1、影响齿轮精度的因素分析

齿轮被广泛应用于是各类变速箱中，齿轮不仅是变速箱中重要的零部件，同时也是引起变速箱产生噪音的原因所在。因此，想方设法提高齿轮的精度，不仅有助于改善变速箱的质量，而且有利于降低变速箱的噪音。基于以上分析，应当高度重视影响齿轮精度的原因。

一般来说，齿轮的精度与齿轮运动的精度、齿轮间相互接触的精度以及齿轮旋转的平稳性存在很大的联系。在进行磨齿加工的过程中不仅要充分控制公法线的长度公差以及齿轮齿圈的径向跳动值来保证齿轮运动的精度，同时也要有效把控齿向误差以此提高接触精度。并且，只有高度重视齿形误差以及基本偏差，才能充分满足齿轮工作的平稳性要求。

2、磨齿工艺常见问题及其解决方法

磨齿是齿轮加工的一种重要方法，但是在磨齿工艺加工齿轮也存在着很多问题，下面介绍几个常见问题及措施。

2.1磨齿裂纹问题

（1）磨齿裂纹的产生及特征。磨齿工艺加工齿轮时，如果在磨削时冷却不充分，会使表面层产生附加的组织应力，再加上磨削所形成的热量使零件表面的温度升高极快，这种组织应力和热应力的迭加就可能导致齿面出现削裂纹，严重影响齿轮的使用寿命。

（2）磨齿裂纹的解决措施。第一，降低磨削热。磨齿裂纹的产生是因为磨削热所致，所以降低磨削热是解决磨削裂纹的关键。磨齿时采用以下工艺措施，可以有效地防止磨齿裂纹的产生。①使用低粘度的冷却油，提高冷却能力。同时加大冷却液的流量，在最大程度上将磨削热带走，减少热量传入工件；②选用硬度较软、粒度较粗的砂轮来磨削，可以降低磨削热；③提高砂轮冲程速度，减少砂轮与工件的接触时间，从而降低了齿面的磨削温度。第二，热处理工艺措施。产生磨齿裂纹的根本原因在于淬火件的马氏体组织是一种膨胀状态，有应力存在，要减少和消除这种应力，应进行去应力回火即淬火后应马上进行回火处理。

2.2齿形中凹问题

（1）齿形中凹产生。砂轮与齿轮的啮合是一对空间齿轮的啮合过程，在磨削直齿轮时，可以看作近似于齿条与齿轮啮合。对于标准参数的齿轮，与标准齿条啮合时，其重合度在1～2之间。當重合度不是整数时，表明啮合过程中啮合齿面的对数在变化。啮合齿面的对数的变化会在齿面的法向方向产生一个交变力，这个交变力就是产生中凹齿形的主要原因。齿形曲线大都呈现为中凹形状或S形状曲线。

（2）防止中凹齿形产生的措施。①减小磨削力。上述分析表明：磨削力中的交变分量是产生中凹齿形的主要因素，而交变分量与总磨削力的比值基本保持不变。减小磨削力，可以减小交变分量的数值，从而减小工件系统的变形，减小齿形中凹的量。②提高工件系统刚性。提高工件系统的刚性，可以减小变形，从而减小齿形中凹的量。第一，增大夹头直径。磨齿机大多采用弹簧夹头实现工件芯轴的夹紧与放松。弹簧夹头刚性较弱，增大夹头直径，不仅可以提高夹头的刚性，还可以增加工件心轴的直径，提高心轴刚性。第二，提高心轴的回转刚性。常用的芯轴加工方便，重量轻，操作工的劳动强度小，但是芯轴的回转刚性低，容易产生中凹齿形。因此，要尽量加大心轴的直径，特别是工件至夹头部分的直径。第三，增加工件托盘。某些大型齿轮常采用腹板式结构或轮辐式结构也会出现中凹齿形。这是由于齿轮自身的回转刚性低，直径大，在交变磨削力的作用下，会产生较大的变形。这种情况下，要增加工件托盘，提高工件系统的回转刚性。

3、对齿轮加工精度的优化手段

在齿轮设计时，要对设计出的齿轮在计算机上进行齿面接触分析，在严格按照设计参数进行加工时，齿面接触区可以达到理想的要求。但实际加工的过程中，由于磨齿加工误差、操作人员调整误差、温度误差以及热处理变形误差的影响，实际加工出的齿面接触区往往达不到预期要求，出现斜率误差韶差，左右齿面的齿形不对称等问题。本文从以下几点分析齿轮精度的优化手段：

3.1合理选择磨齿余量的形式

第一，齿轮齿面及齿轮根部均留有磨削余量。其优点：齿轮齿面和齿轮根部同时磨削，保证了齿轮齿面与齿轮根部的过渡曲线光滑连接，有利于提高齿轮根部的抗弯曲强度并消除齿轮根部的热应力集中。滚齿时滚刀不需要带触角，也就是齿轮根部不需要有挖根量。第二，齿轮2齿面有均匀留磨余量，滚齿时齿根部有挖根量，齿轮根部不留磨削余量。这种磨削加工齿轮方法也是各齿轮制造厂采用的一种磨齿形式。

3.2选择合理的磨齿余量

磨削余量过大，对于渗碳淬火的齿轮最负面的影响就是齿面硬度下降，从而影响它的承载能力和齿面耐磨性，容易出现齿面点蚀等问题；磨削余量过小，可以提高生产效率。根据齿轮的冷热变形实验后，确定磨齿余量的合理数值，应根据齿轮规格、结构形式和材料，齿坯精度，热处理变形情况等决定。在模数大、直径大、齿轮壁薄和热处理变形大时取大值，反之取小值。

4、结语

磨齿加工精度提升问题是一个值得被深入探究的大型课题，在生产过程中，应继续开展有关的工艺探索工作。

参考文献：

[1]魏冰阳，方宗德.螺旋锥齿轮振动研磨的运动模型研究与分析[J].机械科学与技术，2004 （ 3 ）：253-255.

[2]李强，宿宝龙，闰洪波，等.螺旋锥齿轮加工机床发展综述[J].机床与液压，2012， 40 （ 8 ） ： 164-166.

[3]庄磊，王巩，左敦稳.齿轮加工机床的发展特点及相关技术[J]江苏机械制造与自动化，2000幼：9-11.

[4]李小清，周云飞，李左章，等.螺旋锥齿轮数控展成轨迹生成及直接插补算法[J].华中科技大学学报（自然科学版），2002（10）：38-40.