齒輪軸磨削外圓振紋分析

蔣能鳳，岑韓

柳州上汽汽車(chē)變速器有限公司 柳州 545006

變速器齒輪軸的滾針軸承位尺寸直接影響到該處滾針軸承的安裝及裝配后擋齒轉(zhuǎn)動(dòng)的平穩(wěn)性，從而導(dǎo)致變速器齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生異聲，而該位置通常采用磨削加工來(lái)保證該位置的尺寸及精度要求。本文主要關(guān)注在齒輪軸外圓磨削過(guò)程中產(chǎn)生振紋的原因及解決措施。

磨削振紋產(chǎn)生的機(jī)理及主要原因

1.磨削振紋產(chǎn)生的主要機(jī)理

在磨削過(guò)程中，由于需要加工的工件與磨削使用的砂輪產(chǎn)生共振，導(dǎo)致工件與砂輪接觸不平穩(wěn)，工件與砂輪不能實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致加工出來(lái)的工件表面形成直波紋狀態(tài)。振動(dòng)力越大，則產(chǎn)生的振幅越大。隨著振幅的增大，波紋度的波度值亦增大，波度值與振動(dòng)體的振幅成正比。如圖1所示。

圖1 直波紋

2.導(dǎo)致磨削振紋產(chǎn)生的主要因素

（1）工件中心孔或磨床設(shè)備頂尖不良 在磨削加工過(guò)程中，工件的中心孔與磨床的頂尖進(jìn)行接觸固定，如圖2所示。如被加工的工件中心孔出現(xiàn)臺(tái)階或其他的不良，中心孔與頂尖的接觸面減少（理論要求接觸面為≥80%），導(dǎo)致中心孔與頂尖接觸不平穩(wěn)，在磨削的過(guò)程中，被加工的工件在砂輪磨削力的作用下，出現(xiàn)零件偏心，與砂輪不能實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，從而導(dǎo)致加工后工件表面形成直條狀的波紋。同理，如果磨床的頂尖出現(xiàn)異常磨損，同樣會(huì)導(dǎo)致與工件的接觸面減少，加工后出現(xiàn)工件表面形成直條狀的波紋。

圖2 工件中心孔與磨床頂尖異常

（2）砂輪修整不到位或金剛筆磨損 因工件基本為經(jīng)過(guò)熱處理后才對(duì)滾針軸承位的外圓進(jìn)行磨削加工，熱處理后工件硬度較高（一般硬度為58～62HRC），砂輪在磨削的過(guò)程中出現(xiàn)磨損，從而出現(xiàn)砂輪表面頓挫，如砂輪未進(jìn)行及時(shí)修整，會(huì)導(dǎo)致砂輪在磨削的過(guò)程中與工件表面出現(xiàn)“打滑”狀態(tài)，砂輪與工件不能實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，從而導(dǎo)致加工后工件表面形成直條狀的波紋。同理，如果金剛筆磨損未及時(shí)進(jìn)行更換，會(huì)導(dǎo)致砂輪在修整時(shí)無(wú)法修整到位，從而導(dǎo)致工件磨削后形成直條狀的波紋。

（3）磨床設(shè)備導(dǎo)軌異常磨損 磨床的設(shè)備導(dǎo)軌異常磨損主要包括磨床砂輪的主軸軸承磨損，導(dǎo)致軸承的配合間隙過(guò)大，砂輪在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中出現(xiàn)不平衡。砂輪有晃動(dòng)現(xiàn)象，磨床頭架主軸磨損（見(jiàn)圖3），配合松動(dòng)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡等方面的設(shè)備磨損，均會(huì)導(dǎo)致在加工過(guò)程中出現(xiàn)砂輪或者工件轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡，從而導(dǎo)致磨削加工后零件表面形成直條的波紋狀。同時(shí)設(shè)備的進(jìn)給導(dǎo)軌異常磨損（見(jiàn)圖4），會(huì)導(dǎo)致砂輪在磨削進(jìn)給的過(guò)程中，不能實(shí)現(xiàn)同步均勻進(jìn)給，同樣會(huì)導(dǎo)致工件表面形成直紋狀的嚴(yán)重波紋。

圖3 磨床頭架主軸磨損

圖4 磨床導(dǎo)軌磨損

避免磨削振紋產(chǎn)生的主要解決措施

為解決在磨削過(guò)程中工件表面形成嚴(yán)重的波紋狀，需要對(duì)產(chǎn)生的原因進(jìn)行調(diào)查跟蹤分析，從而針對(duì)產(chǎn)生的問(wèn)題點(diǎn)制定改進(jìn)措施。同時(shí)對(duì)其他可能會(huì)產(chǎn)生該問(wèn)題的隱患點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別并制定措施，避免問(wèn)題重復(fù)發(fā)生，進(jìn)行改進(jìn)的主要措施見(jiàn)表1。

表1 解決磨削外圓有振紋的主要措施

改進(jìn)效果跟蹤確認(rèn)

通過(guò)對(duì)該問(wèn)題產(chǎn)生的原因分析及措施實(shí)施，可以有效降低該問(wèn)題的產(chǎn)生。以某供應(yīng)商加工的輸出軸數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)為例，如圖5所示，通過(guò)數(shù)據(jù)可以看出，改進(jìn)后因該零件滾針軸承位有振紋而導(dǎo)致故障的PPM明顯較改進(jìn)前降低，改善效果明顯。

圖5 改進(jìn)前后數(shù)據(jù)對(duì)比

結(jié)語(yǔ)

滾針軸承位有條狀直波紋會(huì)導(dǎo)致裝配滾針軸承后滾針轉(zhuǎn)動(dòng)不平穩(wěn)，導(dǎo)致滾針軸承在高速轉(zhuǎn)動(dòng)下產(chǎn)生異聲，會(huì)對(duì)變速器或整車(chē)在工作過(guò)程中產(chǎn)生較明顯的噪聲，影響乘客的舒適性，只有從加工過(guò)程制定改善措施，從根本上避免問(wèn)題的發(fā)生，才能降低乘客的抱怨及內(nèi)部的損失。