蜗杆磨齿加工参数对齿面粗糙度的影响与优化研究

魏俊华,付 钰,夏亚歌,陈 鹏

(武汉理工大学 机电工程学院，湖北 武汉 430070)

磨削加工是齿轮加工的最后一道工序，对齿轮产品表面粗糙度的影响最为关键。研究发现齿轮表面粗糙度会影响齿轮的工作寿命和使用性能[1]，表面粗糙度越大，在啮合过程中产生的摩擦力越大，容易产生微点蚀。在低速重载工况下，齿轮表面粗糙度越小，磨损越轻微；在纯电动减速器中，齿轮表面粗糙度降低，噪声减少，齿面磨损速度减慢，从而提高齿轮寿命[2]。

表面粗糙度是机械加工中描述表面微观形貌重要参数之一，它主要反映机械零件表面的微观几何形状误差。国标GB/T 3505-1983包含了轮廓算术平均偏差Ra在内的多个表面粗糙度参数，在机械制造行业中使用最为广泛[3]。日本机械学会对齿轮传动失效实例进行的系统调查结果表明，约74%的齿轮传动失效是由于齿轮表面疲劳失效引起的，与齿轮啮合时的齿面粗糙度有直接关系[4]。齿轮在实际服役过程中，通常处于高速、重载和冲击等工作环境[5]，在交变载荷作用下，齿轮表面会在微观凸峰部位产生应力集中，引发材料表面微裂纹的扩展，最终导致齿面的接触疲劳，还会对齿轮的噪声和振动特性产生不利影响。

笔者以17CrNiMo6-4钢齿轮的蜗杆磨齿加工过程为研究对象，研究蜗杆砂轮加工参数对齿面粗糙度的影响。在此基础上建立了多目标优化模型，并采用多目标非支配遗传算法进行加工参数的优化求解。

1 实验研究

1.1 实验设计

实验材料为17CrNiMo6-4，材料性能如表1所示。……