某產品齒輪修形技術研究

李大勇

摘 要：本文從齒形修形和齒向修形的原理入手，分析了齒輪修形的原因和齒輪修形對于提高齒輪嚙合的影響，同時介紹了幾種常見的齒輪修形方法，并對齒輪修形的進展進行了淺述。根據實例及幾何關系提出了齒輪修形量和修形高度的計算公式，并與一般參考文獻的推薦值進行了對比。

關鍵詞：齒輪修復原理

一、概述

在目前我國機械行業中，齒輪傳動仍是使用作廣泛的傳動形式，它具有速比恒定、承載能力高和傳動效率高的優點，但由于不可避免的制造、安裝誤差的影響，以及齒輪受力時的變形使齒輪基節產生變化，以至在齒輪傳動中產生頂刃嚙合現象，齒輪齒面出現擦傷。通過對齒輪齒面進行修形，能有效減少齒輪的嚙入、嚙出沖擊，改善載荷分布，減少振動和噪音，提高齒輪的承載能力和使用壽命。目前，齒輪修形已成為提高齒輪質量的關鍵技術，是提高齒輪傳動質量的重要措施之一，對航空高速重載齒輪傳動更為重要。

二、齒輪修形原理

齒輪修形一般分為兩類，即齒向修形和齒廓修形。齒高修形也稱齒廓修形或齒廓修緣，主要彌補由實際嚙合引起的基節偏差等，減小齒輪傳動中的嚙合沖擊，減小因輪齒載荷突然變化造成的振動和噪聲等；齒向修形主要彌補由齒輪結構和支撐安裝形式所引起的嚙合剛度劇變、彈性變形、熱變形和安裝誤差等，消除或減輕傳動中因輪齒偏向一端接觸造成的載荷集中問題，提高齒輪承載能力和使用壽命。經過修形后的航空齒輪傳動運轉平穩、振動低、噪聲小。因此，齒輪修形是航空齒輪傳動中重要且不可或缺的環節，開展齒輪修形的研究對于齒輪傳動，特別是航空齒輪傳動的發展具有重要的意義。

1.齒高修形原理

漸開線圓柱齒輪傳動在實際傳動時是單齒對嚙合和雙齒對嚙合交替進行的。由于加工及安裝誤差、受載彈性變形及熱變形的存在，使得處于嚙合線上的主動輪基節和從動輪基節不再相等，交替臨界點將產生干涉現象。

齒輪齒高修形是人為地在齒輪齒廓的齒頂或齒根處修去由變形誤差，齒形誤差等引起的干涉量，消除齒輪在嚙合過程中的基節誤差，從而減少嚙入、嚙出沖擊并減輕動載荷的方法。對于高速重載齒輪傳動，齒高修形顯得格外重要。

2.齒向修形原理

在實際工作條件下，由于存在齒向誤差、軸承安裝孔的位置誤差、齒輪軸、軸承及殼體的變形等，將導致齒輪輪齒在齒寬方向上偏一端接觸，造成載荷沿齒寬分布不均勻。

齒輪齒向修形是沿齒寬方向人為地把由于齒輪制造誤差、在載荷作用下的彈性變形及熱變形而嵌入另一個齒輪輪齒的部分修去，保證受載點處相切而不相割，從而使載荷均勻分布的方法。

三、幾種齒廓修形工藝方法及修形技術進展

1.利用修形滾刀滾齒實現齒廓修形

這種方法最為簡便，無需調整計算。只是在精滾齒時采用修形滾刀滾齒，修形滾刀本身修形是靠模法在其制造過程中實現的，修形量由滾刀設計時所采用的修形滾刀標準決定的。

2.利用磨齒機修形機構實現修形

磨齒機種類很多，其修形原理也不盡相同?，F針對常用的蝶形雙砂輪磨齒機和錐面砂輪磨齒機的修形方法分別介紹。

（1） 蝶形雙砂輪型磨齒機

這種磨齒機帶有專門的修形機構，使砂輪在預定的時間內相對齒面做一個沿砂輪軸線方向的附加運動來實現。這個附加運動，由修形機構通過精密液壓傳動來控制，實際應用中效果很理想。但是由于這類磨齒機價格昂貴，屬稀有機床，加之磨齒本身效率低，所以加工成本很高，因此在應用上受到很大的限制。

（2） 錐面砂輪型磨齒機

這類磨齒機通用性很強，磨齒效率高，得到了廣泛應用。在這類磨齒機上進行齒廓修形，通常是利用砂輪修整機構中的專用靠模裝置，將砂輪修整成齒廓修形基準齒條的齒槽形狀。這類磨齒機的改進型上具有齒廓修形靠模裝置。修形時根據齒輪修形設計要求設計、制作修形模板，將砂輪修整成形。上述兩種修形方法依賴于磨齒機上的修形機構，并要設計和制作修形模板。

3.電化學修形工藝

電化學加工的基本原理是基于電解過程的陽極溶解原理，將被加工零件作為陽極放置于電解液中，通以直流電后零件表面金屬發生陽極溶解而被去除，達到電化學加工的目的。

在電解液的電場中，電力線密集處電流密度大，則此處的金屬去除量也較多，所以有效地控制電力線的分布就可對零件表面及異形零件表面進行可控去除。

齒輪的電化學修形是在電解液中以齒輪為陽極，以另一金屬件為陰極，當通以直流電后，由于齒輪輪齒形狀的特點，在齒頂部分的尖端處及其附近存在著電力線集中現象，通過控制電力線分布即實現修緣。

四、齒輪修形實際應用研究

1.某型號齒輪修形實踐研究

某型號產品在使用過程中出現滑油光譜金屬含量超標問題， 主要表現為鐵超標。經過排故攻關確認，齒輪齒面擦傷是導致鐵元素超標的主要原因，且齒面磨損區域主要集中在齒輪齒廓的齒頂或齒根位置。

該型產品齒輪轉速較高、載荷較大，齒面磨損主要為齒輪嚙合過程中存在，沖擊動載荷較大導致。為消除齒輪在嚙合過程中的基節誤差，從而減少嚙入、嚙出沖擊并減輕動載荷，開展了齒輪齒面修形研究工作。根據產品工作狀態，計算齒輪齒面修緣量，對部分齒輪進行了齒高修形和齒向修形。

2.試驗驗證

為驗證齒輪修形效果，并通過使用同臺產品進行了齒輪修形對比試驗，以排除裝配的影響和機匣加工的影響。試驗過程中，采用聲發射技術監測齒輪嚙入嚙出的沖擊應力波反應齒輪狀態，通過修形齒輪與未修形齒輪在各種轉速加載情況下聲發射絕對能量對比，分析齒輪修形作用。

對機匣內齒輪載荷變化期間絕對能量變化率進行計算，計算結果顯示修形齒輪絕對能量變化率小于未修形齒輪能量變化率，即在同樣載荷變化下，修形齒輪沖擊變化小，齒輪齒面修形有效。

五、總結

齒輪輪齒由于不可避免的制造和安裝誤差、受載變形等因素，在實際嚙合過程中會產生沖擊、振動和偏載，如僅考慮依靠提高制造和安裝精度，必然會大大增加成本，而且也不能消除因變形造成偏載。通過有意選擇合適的齒廓和齒向偏差來抵消或減小上述因素的不良影響，即對齒輪進行修形。

實際應用過程中發現，齒輪修形可降低齒輪軸運轉過程中的沖擊，進一步可降低修形齒輪嚙合過程中產生的振動值，但也會導致未修形齒輪的振動值有所升高，附件機匣整體振動值變化不大。因此，制定齒輪修形方案時，應深入了解和掌握產品的工況，分析試車過程中產品各振動峰值的變化規律，對較高峰值對應的齒輪軸均進行修形處理。