圓柱齒輪的加工原理及誤差分析
2019-3-18 來源： 中國重汽集團大同齒輪有限公司工藝部 作者：管衛紅
摘 要：闡述圓柱齒輪的加工原理，簡要分析在滾齒過程中產生的誤差，根據不同的齒輪加工問題制定相應的解決方法，為生產實踐過程提供了理論方面的支持，以提高生產效率。
關鍵詞：圓柱齒輪 滾齒 加工誤差
引言
在機械制造中，齒輪加工方法很多，按照齒廓行程原理可以分為：仿形法，如用成形銑刀在銑床上銑齒；展成法，如用滾刀在滾齒機上滾齒。本文主要介紹展成法加工圓柱齒輪的原理，以及對齒輪加工過程中產生的誤差的來源進行分析。
1、 展成法圓柱齒輪加工原理
展成法是目前齒輪加工中最常見的一種方法，如插齒、滾齒、磨齒等都屬于這種方法。展成法是利用齒廓嚙合基本定律來切制齒廓的。假想將一對相嚙合的齒輪（或者齒輪與齒條）之一作為刀具，而另一個作為輪坯，并使兩者仍按照傳動比傳動，同時刀具作切削運動，則在輪坯上便可加工出與刀具輪廓共軛的齒輪齒廓（圖 1）。
圖 1 展成法圓柱齒輪加工示意圖
2 、圓柱齒輪加工誤差
滾切加工齒輪的誤差主要來源于機床—刀具—齒坯系統的周期性誤差，主要分以下四方面。
2.1 偏心
偏心分為幾何偏心和運動偏心。幾何偏心是由于齒坯基準孔軸線與滾齒機工作臺旋轉軸線不重合引起的安裝偏心。幾何偏心是加工過程中齒坯相對于滾刀的距離產生變化，切出的齒輪一邊短而肥、一邊瘦而長。
當以齒輪基準孔中心定位進行檢測時，在齒輪一轉內產生周期性的齒圈徑向跳動誤差，同時齒距和齒厚也產生周期性變化。運動偏心式由于滾齒機分度渦輪加工誤差和分度渦輪軸線與工作臺軸線有安裝偏心。
運動偏心使齒坯相對于滾刀的轉速不均勻而使被加工齒輪各齒廓產生切向錯移。加工齒輪時，渦輪蝸桿中心距周期性變化，相當于渦輪的節圓半徑在變化，而蝸桿的線速度是恒定不變的，則在渦輪一轉內，渦輪轉速必然呈周期性變化。
當角速度增加時，使齒距和公法線都變長；當角速度減少時，切齒滯后使齒距和公法線都變短，使齒輪產生切向周期性變化的切向誤差。
2.2 機床傳動鏈的高頻誤差
加工直齒輪時，主要受分度鏈中各傳動元件誤差的影響，尤其是受分度蝸桿的安裝偏心（它引起分度蝸桿的徑向跳動）和軸向躥動的影響，是渦輪（齒坯）在一周范圍內轉速出現多次變化，加工出來的齒輪產生齒鋸偏差和齒形誤差。加工斜齒輪時，除分度鏈誤差外，還有差動鏈誤差的影響。
2.3 滾刀的加工誤差
滾刀的加工誤差主要是指滾刀本身的基節、齒形等制造誤差，它們都會在加工齒輪過程中被復映到被加工齒輪的每一個齒上，使加工出的齒輪產生基節偏差和齒形誤差。
滾刀在滾齒過程中，切削用量的多少也非常關鍵，當加工齒輪時，選擇比較大的切削用量和過快的切削速度時，事必會導致滾刀刀刃的損傷，輕則使滾刀微變形，影響工件精度要求；重則使刀具嚴重受損，甚至工件報廢的嚴重后果，從而造成不必要的損失。
因此，在生產過程中，選擇適當的切削用量和相對應的切削速度非常關鍵，它不僅保護了滾刀，還使工件的合格率大大提高。
2.4 滾刀的安裝誤差
滾刀偏心使被加工齒輪產生徑向誤差。滾刀刀架導軌或齒坯軸線相對于工作臺旋轉軸線的傾斜及軸向躥動，是滾刀的進刀方向與輪齒的理論方向不一致，直接造成齒面沿齒長方向（軸向）歪斜，產生齒向誤差，主要影響載荷分布的均勻性。
由于齒廓的行程是滾刀對齒坯周期地連續滾切的結果，因此，加工誤差具有周期性是齒輪誤差的特點。上述幾方面產生齒輪加工誤差中，兩種偏差所產生的齒輪誤差一齒輪一轉為周期，稱為長周期誤差；后三項因素所產生的誤差，一分度蝸桿一轉或齒輪一齒的周期，而且頻率較高，在齒輪一轉中多次重復出現，稱為短周期誤差（或高頻誤差）。
在齒輪精度分析中，為了便于分析齒輪各種誤差對齒輪傳動質量的影響，按誤差相對于齒輪的方向，又可分為徑向誤差、切向誤差和軸向誤差。按齒輪誤差項目對齒輪顫動性能的主要影響，將齒輪加工誤差分為三組，即影響運動準確性的誤差，為第一組；影響傳動穩定性的誤差，為第二組；影響載荷分布性和均勻性的誤差，為第三組。
3 、結語
通過上述圓柱齒輪的加工原理以及在加工過程中影響齒輪精度的各個因素的闡述和分析，為生產實踐過程提供了理論方面的支持。根據不同的齒輪加工問題制定相應的解決方法，選擇合理的切削速度和切削用量。
只有通過全方位地分析圓柱齒輪的工作原理以及誤差，才能更快更好地解決生產現場的問題情況，提高產品質量，提高生產效率。
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