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螺旋錐齒輪具有噪音小、重疊系數(shù)大、承載能力高等特點(diǎn)，在拖拉機(jī)、航海、航空、汽車(chē)、精密機(jī)床等領(lǐng)域的高速重載相交軸傳動(dòng)當(dāng)中，發(fā)揮了巨大的作用。在所有種類(lèi)的齒輪當(dāng)中，螺旋錐齒輪的嚙合理論具有最大的難度，在各類(lèi)金屬切削機(jī)床當(dāng)中，其相關(guān)設(shè)備也具有最高的復(fù)雜度。近年來(lái)，隨著我國(guó)科技的不斷發(fā)展，數(shù)控技術(shù)在齒輪設(shè)計(jì)和制造當(dāng)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，也使得螺旋錐齒輪的加工技術(shù)得到了極大的優(yōu)化和提升，是未來(lái)齒輪制造技術(shù)的主要發(fā)展方向。

1螺旋錐齒輪的概述

應(yīng)用于交錯(cuò)軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的齒輪，稱(chēng)之為錐齒輪。常用的錐齒輪主要包括直齒錐齒輪和螺旋錐齒輪兩種類(lèi)型。在直齒錐齒輪當(dāng)中，輪齒在節(jié)錐母線方向上是直的。在傳動(dòng)過(guò)程當(dāng)中，直齒錐齒輪相比于螺旋錐齒輪，會(huì)同時(shí)嚙合較少的齒數(shù)，因此容易產(chǎn)生沖擊，造成噪聲較大、傳動(dòng)不平穩(wěn)的情況，進(jìn)而降低承載能力。而在螺旋錐齒輪當(dāng)中，由于輪齒是彎曲的，因此在傳動(dòng)過(guò)程中，輪齒會(huì)從一端逐漸向另一端接觸，因而能夠同時(shí)嚙合更多的齒數(shù)。具體如圖1所示。在螺旋錐齒輪當(dāng)中，又包括了弧齒錐齒輪、準(zhǔn)雙曲面齒輪等類(lèi)型。其中，弧齒錐齒輪的兩個(gè)相交軸的軸線，是處于同一個(gè)平面當(dāng)中的。而在準(zhǔn)雙曲面齒輪當(dāng)中，兩個(gè)相交軸的軸線并不在同一個(gè)平面之內(nèi)，二者之間存在著一定的偏置距。因此，在同等條件之下，準(zhǔn)雙曲面齒輪的小輪螺旋角會(huì)更大，同時(shí)其節(jié)點(diǎn)的半徑也將會(huì)增加。因此，其小輪的重合系數(shù)、承載能力、力學(xué)強(qiáng)度等都會(huì)有所增強(qiáng)，從而使其使用壽命得到延長(zhǎng)。在螺旋錐齒輪的加工過(guò)程當(dāng)中，通常采用斷續(xù)加工方法對(duì)圓弧齒錐齒輪進(jìn)行加工，而采用連續(xù)加工方法對(duì)延伸外擺線齒錐齒輪進(jìn)行加工。由此也形成了兩種不同的齒制，分別為準(zhǔn)雙曲面齒制、延伸外擺線齒制，這些齒制在平常的應(yīng)用當(dāng)中，就是人們常說(shuō)的格里森齒輪、奧利康齒輪、克林貝格齒輪等。

2螺旋錐齒輪的數(shù)控加工

2.1局部共軛原理在螺旋錐齒輪數(shù)控加工當(dāng)中，利用機(jī)床上的搖臺(tái)機(jī)構(gòu)，進(jìn)行齒輪的假想。在搖臺(tái)上安裝的刀盤(pán)切削面，作為一個(gè)假想齒輪的輪齒。通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)控制假想齒輪和被加工齒輪的運(yùn)動(dòng)，使其根據(jù)設(shè)定的傳動(dòng)比，各自繞軸旋轉(zhuǎn)，這樣，刀盤(pán)就會(huì)在輪坯上切出相應(yīng)的齒槽。在這一過(guò)程中，齒面切削的過(guò)程相當(dāng)于準(zhǔn)雙曲面齒輪的嚙合過(guò)程。在被加工輪齒曲面和刀盤(pán)切削面之間，具有完全的共軛現(xiàn)象，如圖2所示。這種加工方法成為展成法，其中搖臺(tái)代表了假想齒輪，也就是產(chǎn)形輪。而局部共軛原理則是根據(jù)展成法加工的大輪齒面，利用齒輪嚙合原理，得到能夠完全與之共軛的小輪齒面。而在實(shí)際加工當(dāng)中，通常將齒面修正為局部共軛，從而使其可調(diào)性得以提高。

2.2切齒修正原理在加工螺旋錐齒輪的過(guò)程中，對(duì)局部共軛的切齒加工原理進(jìn)行了應(yīng)用，在經(jīng)過(guò)修正之后，在理論齒面和實(shí)際齒面之間，在某點(diǎn)的法矢是相同的，但是二者之間的曲率會(huì)存在著一定的差別。對(duì)理論齒面的曲率進(jìn)行修正，從而得到實(shí)際齒面的曲率。兩個(gè)曲面在某個(gè)點(diǎn)上相切，因此在這一點(diǎn)上，二者之間的切平面和法矢相同。在兩個(gè)齒面嚙合接觸的過(guò)程中，根據(jù)齒面之間的距離，能夠用紅丹粉對(duì)齒面接觸痕跡進(jìn)行檢查。在兩個(gè)齒面運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，也能夠根據(jù)這一原則來(lái)確定其接觸區(qū)的大小。利用要求的接觸區(qū)長(zhǎng)度，能夠得到接觸點(diǎn)上兩個(gè)齒面的相對(duì)法曲率，進(jìn)而對(duì)單方向齒面的曲率修正量進(jìn)行確定，具體如圖3所示。

2.3計(jì)算點(diǎn)與節(jié)錐參數(shù)在螺旋錐齒輪的數(shù)控加工當(dāng)中，通常利用雙面法對(duì)大輪進(jìn)行加工，在大輪齒槽上，利用雙面刀盤(pán)同時(shí)對(duì)其兩個(gè)側(cè)面進(jìn)行切削。在加工與之相匹配的小輪的過(guò)程中，通常采用的是單面法，對(duì)于小輪齒兩個(gè)側(cè)面，分別在不同的數(shù)控機(jī)床調(diào)整下，利用不同的刀盤(pán)進(jìn)行切削加工。通過(guò)這種方式，能夠更為有效地分別控制兩側(cè)齒面的接觸區(qū)[3]。一般來(lái)說(shuō)，在兩側(cè)的齒面當(dāng)中，計(jì)算點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是不同的，因此需要對(duì)切齒進(jìn)行分別計(jì)算。但是這樣會(huì)使過(guò)程更為復(fù)雜，并且難以確定加工調(diào)整參數(shù)。因此，采用了共軛曲面原理計(jì)算切齒，將大輪齒槽中點(diǎn)作為計(jì)算點(diǎn)，從而形成大齒輪槽兩側(cè)計(jì)算點(diǎn)相同的半徑。

3螺旋錐齒輪的誤差修正

3.1齒面接觸區(qū)修正對(duì)于螺旋錐齒輪來(lái)說(shuō)，其接觸區(qū)的好壞，會(huì)對(duì)齒輪的傳動(dòng)特性、傳動(dòng)質(zhì)量、使用壽命等產(chǎn)生極大的影響。通過(guò)接觸區(qū)的形狀、位置、大小，可以對(duì)齒輪的調(diào)整和加工進(jìn)行修正，進(jìn)而提高其傳動(dòng)特性。而我國(guó)當(dāng)前由于技術(shù)等方面的不足，在修正齒面的過(guò)程中，往往難以利用CMM進(jìn)行修正測(cè)量。大多采用的是傳統(tǒng)的對(duì)滾方法。在計(jì)算切齒的過(guò)程中，只對(duì)曲率和法矢進(jìn)行了考慮，因而難以確保整個(gè)接觸區(qū)的法矢符合要求。對(duì)此，在實(shí)際加工當(dāng)中，可通過(guò)TCA方法繪制齒面接觸區(qū)，并利用紅丹粉對(duì)進(jìn)行對(duì)滾，實(shí)現(xiàn)接觸區(qū)修正。

3.2運(yùn)動(dòng)誤差分析修正在同等制造的齒輪當(dāng)中，對(duì)于傳動(dòng)誤差來(lái)說(shuō)，齒輪與齒輪副的接觸區(qū)、齒輪的使用壽命、承載能力、傳動(dòng)質(zhì)量等，都有著十分密切的聯(lián)系。在齒輪運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于傳遞運(yùn)動(dòng)缺乏準(zhǔn)確性，在兩齒的接觸和脫開(kāi)過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)缺乏連續(xù)性，因而造成了齒輪噪音增大和沖擊增大的現(xiàn)象。由于采用了局部共軛原理來(lái)加工準(zhǔn)雙曲面齒輪，如果局部共軛的齒輪副安裝在正確的位置，會(huì)在輪齒中部發(fā)生齒輪副的接觸。而如果沒(méi)有正確安裝，在接觸區(qū)會(huì)在中點(diǎn)附近移動(dòng)，輪齒邊緣也就不會(huì)集中荷載。

3.3實(shí)際齒面誤差修正在實(shí)際齒面誤差修正的過(guò)程中，按照處理齒面誤差數(shù)據(jù)，能夠得出螺旋錐齒輪數(shù)控加工機(jī)床的調(diào)整參數(shù)修正量。利用修正之后的調(diào)整參數(shù)進(jìn)行重新的加工，通過(guò)幾次試切能夠得到合格的產(chǎn)品。然后對(duì)其進(jìn)行齒面測(cè)量，得出實(shí)際齒面誤差。通過(guò)這種方法，能夠?qū)X輪熱處理變形誤差、安裝誤差、機(jī)床調(diào)整誤差等進(jìn)行重復(fù)的修正。同時(shí)，還可以利用該方法根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)樣件齒輪對(duì)數(shù)控加工機(jī)床進(jìn)行調(diào)整。采用齒面測(cè)量方法，不但修正加工誤差，也能夠得出齒輪齒形其它方面的誤差參數(shù)，從而用于其它方面的分析修正。

4結(jié)論

隨著我國(guó)當(dāng)前社會(huì)發(fā)展和建設(shè)速度的不斷加快，在各個(gè)相關(guān)領(lǐng)域當(dāng)中，對(duì)于螺旋錐齒輪的需求量越來(lái)越大。在加工螺旋錐齒輪的過(guò)程中，為了更好地確保加工效率和加工精度，對(duì)數(shù)控加工技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、高精度、流程簡(jiǎn)化的螺旋錐齒輪加工。此外，通過(guò)相應(yīng)的技術(shù)手段，還有效地修正了加工誤差，從而確保了螺旋錐齒輪的質(zhì)量。

作者：黃忠孟 蘇永華 單位：廣西機(jī)電工程學(xué)校