新能源汽車ZN型蝸桿蝸輪加工工藝分析

周巍

上海汽車變速器有限公司 上海 201807

1 序言

新能源純電動汽車變速器與傳統(tǒng)汽車變速器相比，選擋電動機通過蝸桿蝸輪減速器進行減速增扭，再通過齒輪齒條系統(tǒng)將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，拉動換擋操縱軸實現(xiàn)選擋動作；換擋電動機通過蝸桿蝸輪減速器進行減速增扭，再通過一級齒輪機構(gòu)將動力傳遞到換擋軸上實現(xiàn)換擋動作。換擋執(zhí)行機構(gòu)換擋時間快，離合器控制電動機通過帶動一套蝸桿蝸輪減速器進行減速增扭，再合理設(shè)計蝸桿蝸輪減速系統(tǒng)自鎖功能，使離合器較長時間處于分離狀態(tài)。

新能源EP21變速器的軸承箱內(nèi)采用一對交錯的蝸桿蝸輪進行力的傳遞，是一種空間交錯軸間傳遞運動的機構(gòu)，屬于普通圓柱蝸桿傳動，一般軸交角互為90°，這種傳動具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大的特點，此外蝸桿和蝸輪間嚙合的齒對數(shù)多，重合度大，傳動平穩(wěn)，噪聲小。但是蝸桿和蝸輪加工復(fù)雜，工藝要求高，本文通過對其特點的研究編排加工工藝。

2 蝸桿蝸輪結(jié)構(gòu)

蝸桿蝸輪機構(gòu)是機械設(shè)備中重要的傳動部件，具有減速比大、結(jié)構(gòu)緊湊等特點。蝸桿機構(gòu)中最常用的是圓柱蝸桿傳動，其齒面為螺旋面，便于加工。普通圓柱蝸桿的齒面一般是在車床上用直線切削刃的車刀加工而成，車刀安裝位置不同，加工出的蝸桿齒面的齒廓形狀也不同。根據(jù)加工方式，圓柱蝸桿可分為4種，分別為阿基米德蝸桿（Z A型）、法向直廓蝸桿（ZN型）、漸開線蝸桿（ZI型）及錐面包絡(luò)蝸桿（ZK型）。

本文主要介紹ZN型蝸桿（見圖1），又稱齒槽法向直廓蝸桿。其齒面為直紋面，該直紋面由一條位于法平面的直線相對于蝸桿軸線作螺旋運動而產(chǎn)生。端面齒形為延伸漸開線，軸向剖面上的齒形為凸形曲線，齒槽在法向剖面的齒形為直線。

圖1 ZN型蝸桿外形

3 蝸桿蝸輪的設(shè)計

根據(jù)成品的技術(shù)要求加工出零件，蝸桿、蝸輪圖樣如圖2、圖3所示，需要編排相應(yīng)工藝，落實相關(guān)刀具、輔具以及檢測方式。

圖2 蝸桿圖樣

圖3 蝸輪圖樣

3.1 蝸桿蝸輪的設(shè)計參數(shù)

蝸桿模數(shù)m=1.25，頭數(shù)Z1=2，法向齒形角an=20°，直徑系數(shù)q=10，蝸桿導(dǎo)程角y=11.3°，旋向右旋，齒頂高系數(shù)ha=1，蝸桿分度圓柱如圖4所示。

圖4 蝸桿分度圓柱

蝸輪模數(shù)m=1.25，齒數(shù)Z2=60，分度圓直徑d2=75mm，變位系數(shù)x2=0.2，法向齒形角，螺旋線方向為右旋。

蝸桿軸向齒距Px=πm=3.927mm，蝸桿螺旋線導(dǎo)程Pz=PxZ1=7.854mm。

3.2 蝸桿蝸輪加工工藝布局

根據(jù)蝸桿蝸輪特點安排加工，主要分為以下加工路線。

（1）蝸桿 材料選取→車毛坯→粗車加工→精車加工→銑加工→熱處理→磨削加工→磨齒加工→檢測。具體工序劃分見表1。

表1 蝸桿加工工序

（2）蝸輪 材料選取→車毛坯→粗車加工→精車加工→銑加工→滾齒加工→銑加工→檢測。具體工序劃分見表2。

表2 蝸輪加工工序

3.3 蝸桿主要加工工藝

（1）材料選取 蝸桿一般用合金鋼或碳素鋼制成，大部分蝸桿齒面經(jīng)滲碳淬火等熱處理而獲得較高的硬度，并經(jīng)磨削處理。本零件材料選用40Cr，齒面淬火硬度45～55HRC。

（2）車加工齒形 設(shè)備使用數(shù)控車床，刀具需使用普通刀片進行改磨。齒槽在法向剖面的齒廓為直齒廓，且節(jié)圓高度處的齒寬與齒向間隙相同，均為0.5Px，法向齒廓間距的幾何尺寸如圖5所示。根據(jù)車削加工的特點，將車刀修磨成如圖6所示的幾何尺寸。當車削加工時，車刀對中齒槽的中線法面切削加工，車加工零件時的橫截面如圖7所示。加工時，先加工蝸桿的一條螺旋線，當加工快到尺寸時，留出一定的余量，這時在這個蝸桿螺紋的另一面對刀，加工出另一條螺旋線。

圖5 法向齒廓間距的幾何尺寸

圖6 模擬車刀的幾何尺寸

圖7 車加工零件時的橫截面

（3）磨削加工 蝸桿齒形精度取決于砂輪廓形的修整精度。為了修整出近似正確的砂輪廓形，使用金剛筆整形砂輪，沿工件軸向切削，在加工時工件由兩頂針裝夾并進行校正。磨削齒面加工如圖8所示，當磨削加工完成后，即可進行檢測，成品如圖9所示。

圖8 磨削齒面加工示意

圖9 蝸桿成品

3.4 蝸輪主要加工工序

（1）材料選取 蝸輪一般采用錫青銅，易于磨合和承載，與鋼蝸桿齒運轉(zhuǎn)磨合后試接觸表面互相配合，增加了支承面積。

（2）滾齒加工 蝸輪滾齒夾具如圖10所示，利用定心夾具定位蝸輪中心，使用特制蝸輪滾刀進行滾齒加工。滾齒加工前需要校準滾刀軸，并調(diào)整滾刀中心到工件中心的中心距，滾切時滾刀做純徑向滾切，徑向進給量為0.03～0.05mm/r，由齒頂逐漸切至全齒深，這種方式加工時間短、生產(chǎn)率高。

圖10 蝸輪滾齒夾具

蝸輪的檢測結(jié)果如圖11所示。

圖11 蝸輪檢測結(jié)果

4 結(jié)束語

本文主要介紹了EP21中的蝸桿蝸輪零件的制造工藝，經(jīng)實際加工及檢測，全部參數(shù)符合工藝要求，提高了生產(chǎn)效率，為類似零件加工工藝的制定提供了參考。