防止带内花键孔齿轮产生几何偏心的制造工艺

作者：一拖建筑机械公司 聂福全

欢迎访问e展厅 展厅 2 齿轮/蜗轮蜗杆展厅 齿轮, 齿条, 锥齿轮, 齿轮轴, 蜗轮蜗杆,... 机械传动压路机的变速器中，经常采用带内花键孔的齿轮作为传动部件。齿轮材料为20CrMnTi，在该类齿轮制造中，由于机加工偏差和热处理变形等因素，往往造成齿轮的内花键孔与外齿之间产生几何偏心，而该几何偏心又是造成齿轮传动误差的主要来源之一。轻则造成轮齿啮合不好，产生冲击和噪声；重则出现齿轮啮合产生“抱齿”现象，造成重大质量事故。因此，提高齿轮花键内孔与外齿的几何偏心精度，是提高齿轮加工传动精度的主要途径。 1 形成几何偏心的主要原因 1．1齿坯车加工过程的原因 齿坯加工一般均采用车加工的方法，由于机床及整个工艺系统存在一定的误差，再加上齿坯装夹和调头加工时存在的误差，会造成齿坯内孔和外圆存在一定的几何偏心，也会造成齿坯两侧面的平行度、齿坯两侧面与中心线的垂直度存在一定误差，这些误差会造成齿轮在插（拉）削内花键和滚外齿时与夹具产生定位误差，从而影响加工精度。 1．2 内花键孔插削（拉削）的原因 插削或拉削内花键孔时，是以齿坯的外圆作为校正基准，一般情况下，用百分表校正齿坯外圆跳动精度在0.02～0.04 mm之间，如果再加上工艺系统的误差，插削花键孔后，齿坯内孔与外圆之间又形成了二次误差积累。 1．3 滚齿定位时的原因 滚齿时，需要以加工好的花键内孔作为定位基准与滚齿胎具心轴配合，当滚齿心轴采用实心轴时，最大缺点是齿轮内孔孔径与心轴之间的安装间隙不易控制，配合太紧，会造成零件与心轴之间拆装比较困难，并容易破坏花键小径表面；配合太松，又会造成齿坯内孔与外圆偏心太大，从而造成齿轮加工后形成几何偏心。 1．4热处理变形的原因 该齿轮材料为20CrMnTi，齿轮精加工后需要进行整体渗碳、淬火处理。如果热处理参数、工艺方法、使用设备选用的不合适，齿轮内花键孔会出现缩孔和变形的情况，有规律的缩孔可以在内齿加工时通过预留变形余量得以消除，但是如果产生椭圆孔变形，就会使内孔与外圆之间在不同位置形成无规律的几何偏心，最终影响齿轮的啮合和传动精度。 2 减小几何偏心的具体措施 通过对上述原因进行分析后我们发现，造成齿轮几何偏心的最主要原因是滚齿装夹定位误差和热处理变形，因此，只要解决好上述两个方面的问题，就可以有效减小齿轮几何偏心误差。此外，对于精度要求高的齿轮，为提高插齿、滚齿时工件的装夹定位精度，插齿前，在原工序的基础上，增加对齿轮A面（图1）的磨削工序，使齿轮两侧面的平行度、齿坯两侧面与中心线的垂直度得到有效保证，以进一步提高滚齿时的装夹定位精度。 2．1滚齿时采取的措施 图1中花键孔外径的加工尺寸为 50mm，采用花键心轴滚齿时，为保证安装顺利并兼顾定位精度，花键心轴的外径尺寸为 50mm，因此齿坯与心轴之间可能出现的安装间隙为： 最大间隙 : Xmax=50.09－50.025=0.065 mm 最小间隙 : Xmin=50.05－50.041=0.009 mm 以上间隙还没有考虑齿轮花键孔外径和滚齿心轴外径的形状误差及使用过程中心轴的磨损量，因此，实际可能出现的间隙还要大一些，而这个间隙就是引起几何偏心的主要原因之一。如何减小此间隙，则是解决这一问题的关键。 经过我们的分析和研究，并借鉴一些齿轮专业制造厂家的经验，发现使用带弹性定位套的滚齿夹具，可有效减小齿轮装夹时的几何偏心，提高齿轮的加工精度。该夹具的结构如图2所示，由夹紧螺母1、上垫2、定位夹紧螺母3、弹性套4、下垫5、心轴6和底座7组成。夹具的夹紧定位原理是：通过锁紧定位夹紧螺母3，使弹性套4产生弹性变形，变形后的弹性套同时压紧心轴6和齿坯内孔，使心轴与齿坯内孔实现无间隙定位，从而提高了心轴与齿坯内孔的定位精度，减小滚齿时产生的几何偏心。 弹性定位套的结构如图3所示，材料为65Mn，淬火后硬度为41～45HRC，为适应不同孔径零件的加工，可将弹性定位套按照不同尺寸规格设计成系列形式，不同孔径齿轮弹性定位套的设计尺寸见表1，表中单位均为mm。 该滚齿夹具最显著的特点是将夹紧与定位基准分离，定位夹紧螺母3只负责消除弹性套与齿坯孔径间隙，夹紧螺母1用于夹紧齿坯克服切削力，这样可以提高夹具的刚性，确保夹紧可靠。对于较薄的齿轮可每次装夹两件同时完成滚齿加工， 较厚的齿轮（40 mm以上）每次装夹一个。齿轮两件安装时，经过磨削的A面（图1）分别与夹具上、下垫配合，单件安装时磨削的A面（图1）与下垫配合，以确保齿轮安装时心轴中心线与齿轮侧面的垂直度。 2．2热处理采取的措施 20CrMnTi材料齿轮的热处理方法为渗碳淬火，为减小淬火后齿轮花键孔的变形，应在淬火工艺、淬火设备、冷却介质的种类及温度上充分考虑。一般情况下，在可控气氛中渗碳、碳氮共渗的中小类齿轮淬火方式适宜选用马氏体分级淬火或马氏体等温淬火，因此，该齿轮采用分级淬火的工艺，这样可以有效减小工件变形，为进一步提高淬火质量，把变形降到最低程度。 淬火槽应选用带有自动搅拌装置的恒温淬火油槽，利用淬火槽的自动恒温加热和冷却系统，使冷却介质温度恒定在一定温度，不会随着季节和多批次淬火等原因而使冷却介质温度发生变化。工件淬火过程中，通过自动对冷却介质进行均匀搅动，使槽中的各部分油温趋于均匀，同时，搅动能提高工件与淬火油之间的相对流速，从而提高油的冷却能力。冷却介质应选用专用快速等温分级淬火油，同普通机油（N68）相比（两种冷却油冷却曲线见图4），专用快速分级淬火油具有蒸气膜阶段很短，高温冷却速度较快，对流开始温度较高的特点。 通过试验证明，采用专用快速等温分级淬火油时介质的最佳温度应该在110～120 ℃之间，在此温度进行淬火，既可以保证工件淬火硬度均匀，使工件有足够的淬硬和淬透能力，又能很好地控制变形。具体的淬火工艺为：渗碳均温期（温度840～860 ℃，保温时间40～60 min）结束后，工件出炉直接浸入淬火油中，约20～25 min后出炉空冷至室温。 3 效果 采用上述措施后，齿轮加工的几何偏心得到有效控制，确保了齿轮的啮合与传动精度，降低了传动噪声，延长了齿轮的使用寿命，取得了良好的效果。 通信地址：河南省洛阳市中州中路72号 一拖（洛阳）建筑机械有限公司（471009）(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (5/1/2005)