雙聯齒輪對齒加工工藝探討

摘 要：以一種高速重載雙聯行星齒輪為例對其加工工藝進行探討，該例中，雙聯大齒輪基準齒與雙聯齒輪軸基準齒的角向位置偏差要求不大于0.003°。

關鍵詞：雙聯齒輪;角向位置偏差;加工工藝

0? ? 引言

雙聯齒輪在齒輪箱中應用廣泛，在一般的傳動中，雙聯齒輪是不要求輪齒對中的。但本例為高速重載雙聯行星齒輪傳動，具體結構形式如圖1所示。

1? ? 技術要求

（1）大齒輪參數：齒數147、模數6、壓力角20°、齒輪精度GB/T 10095-4級;

齒輪軸參數：齒數45、模數8、壓力角20°、齒輪精度GB/T 10095-4級。

（2）齒輪齒形面及齒根滲碳淬火，滲碳層深度1.8～2.3 mm，齒面硬度HRC58～62。

（3）大齒輪與齒輪軸基準齒的角向位置偏差不大于0.003°。

2? ? 加工難點分析

（1）齒輪精度要求高，大齒輪和齒輪軸加工精度為GB/T 10095-4級。

（2）齒部需要進行滲碳熱處理，齒輪材料為18CrNiMo7-6，滲碳熱處理后變形大，齒面磨齒較難實現。

（3）齒輪軸必須在組合前進行磨齒，否則磨齒過程中大齒輪與磨齒砂輪有干涉。

（4）需要設計雙聯齒輪組合的定位裝置，以確保裝配中齒輪的角向定位精度。

（5）磨齒加工中怎么保證磨齒時的角向位置。

3? ? 工藝分析

（1）針對齒輪精度要求高，選用國外高精度磨齒機進行磨齒加工，具體采用德國Gleason-Pfauter P1200磨齒機，加工精度可達到GB/T 10095-3級精度。

（2）對于輪齒滲碳淬火變形大，在滾齒時應考慮留合適的磨齒余量，以應對滲碳淬火產生的變形。同時要考慮到磨齒加工余量不能太大，否則齒面滲碳層深度磨齒后會減薄，使齒面硬度降低，影響齒輪質量。

（3）齒輪軸采用單件加工，組合前進行磨齒，組合后不再磨齒加工，避免磨齒砂輪與大齒輪磨齒時產生干涉。

（4）將雙聯齒輪設計為分體模式，連接形式為錐度連接，錐度設計為1：20，采用定位銷進行角向定位，定位銷直徑設計為20 mm，在大齒輪上加工圓柱銷孔，在齒輪軸上開鍵槽。

（5）磨齒工序可以在磨齒機上用在線檢測方式，找正齒輪軸和大齒輪的基準齒的中心位置。

4? ? 工藝實施

4.1? ? 齒輪軸的角向定位槽加工

（1）齒輪軸磨齒后進行定位槽加工，位置如圖2所示。

（2）定位槽加工要求基準齒的中心線和槽中心線角向位置誤差不大于0.005°，按照分度圓直徑360 mm進行計算，基準齒的中心線和槽的中心線位置誤差不超過0.015 mm。

（3）定位槽的加工要選擇帶在線檢測裝置的五軸數控加工中心，先使用夾具將工件正確定位;再操作在線檢測裝置的測頭找正基準齒的中心位置（角向位置），并進行記錄;用銑刀按照記錄下來的角向位置進行對刀，將定位槽尺寸加工出來，并在基準齒上做好標記。

（4）加工出來的定位槽需要測量角向位置是否正確，可以在機床上進行在線測量或在三坐標上進行離線測量。

4.2? ? 大齒輪的加工

（1）大齒輪需在滲碳處理后進行預磨齒，目的是在加工大齒輪的定位銷孔前，消除熱處理變形，使后續加工定位銷孔時基準齒處于正確的位置。

（2）基準齒的中心線和定位銷孔中心線角向位置誤差不大于0.003°，按照分度圓直徑882 mm進行計算，基準齒的中心線和槽的中心線位置誤差不超過0.023 mm。具體如圖3所示。

（3）定位銷孔的加工需要選擇帶在線測量機構的車銑加工中心，先用在線測量裝置的測頭找出大齒輪基準齒的中心位置（角向位置），并記錄下來;再用記錄下來的角向位置進行對刀，采用鉆孔和鏜孔方法將定位銷孔按圖紙要求加工出來，并在基準齒上做好標記。

（4）加工出來的定位銷孔需要測量角向位置是否正確，可以在機床上進行在線測量或在三坐標上進行離線測量。

4.3? ? 裝配組合

（1）將大齒輪在加熱爐中進行加熱，加熱溫度控制在（120±5）℃，保溫3 h。

（2）保溫完成后，快速將大齒輪吊至前期準備好的裝配夾具上。將定位銷裝入大齒輪，同時快速將齒輪軸裝入大齒輪中，裝配時一定要注意，定位銷要確保正好裝入齒輪軸的定位槽內。

（3）雙聯齒輪組合好后，需用螺桿和壓板進行壓緊，避免在冷卻過程中齒輪連接出現松動現象。

（4）待雙聯齒輪完全冷卻后，去除壓緊的螺桿和壓板，在三坐標上測量大齒輪基準齒中心位置和齒輪軸基準齒中心位置的偏差，根據測得的偏差值評估精磨大齒輪磨齒余量是否足夠。

4.4? ? 磨齒對中加工

磨齒對中加工是保證齒輪角向位置精度的最終工序，齒輪找正精度決定了產品最終質量，是加工中最關鍵的一道工序。

（1）將組合好的雙聯齒輪組合吊入磨齒工裝中，齒輪軸朝上安放在磨齒工裝上。

（2）校正大齒輪基準端面跳動不大于0.01 mm，齒輪軸基準外圓跳動不大于0.01 mm，壓緊雙聯齒輪組合。

（3）在磨齒機數控系統中輸入磨齒參數，啟動磨齒機修磨齒砂輪。

（4）將修好的磨齒砂輪對入齒輪軸的基準齒槽中，緩慢調整磨齒機轉臺并手動轉動砂輪，使砂輪位置位于基準齒槽中的中心位置，在數控面板上找到磨齒機轉臺的角度數值并記錄下來。

（5）操作數控滾輪，移動磨齒機Z軸，將砂輪移動到大齒輪基準齒的齒槽中，緩慢調整磨齒機轉臺并手動轉動砂輪，檢查砂輪位置是否位于基準齒槽中的中心位置，確認無誤后即可將記錄下來的磨齒機轉臺的角度數值作為磨齒起刀點，并輸入數控系統。

（6）輸入磨齒程序，進行磨齒加工。

5? ? 結語

在具體的工藝優化階段，需要考慮到的影響因數很多，譬如滲碳淬火熱處理變形量的大小，如何選擇正確的磨齒余量，如何確定粗磨和精磨余量的大小，如何進行基準齒的角向定位等。只有通過制定合理的工藝路線以及對關鍵工序加工質量進行嚴格控制，才能完成高精度雙聯齒輪對齒加工。

[參考文獻]

[1] 齒輪手冊編委會.齒輪手冊[M].2版.北京：機械工業出版社，2000.

[2] 成大先，王德夫，姬奎生，等.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2007.

收稿日期：2020-03-25

作者簡介：宋智偉（1970—），男，湖南株洲人，工程師，研究方向：機械加工、齒輪加工。