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      3. 影響汽車齒輪加工精度的原因及改進方法

        2024-05-23 10:49:18·  來源:齒輪傳動
         

        隨著機械工業的發展,現在很多行業都會用到一些機械設備。而在機械這種行業的發展進程中,齒輪傳動是機械傳動的主要零部件,擁有好質量的齒輪對于機械的轉動的平穩性起到非常大的作用?,F在的用戶對于齒輪精度的要求是非常的嚴格,特別是汽車行業要求更高。因此注意齒輪加工精度影響機械傳動的重要因素。本文就齒輪加工精度的因素及如何控制齒輪加工精度齒輪是汽車等大型機械中必備的傳動裝置,要確保齒輪傳動的平穩性、低噪音、和振動荷載分布的均勻性。如果精度不達標,會影響齒輪工作性能和質保等。在齒輪加工過程中,影響精度的因素是多方面的,我們經研究和論證齒輪精度提升的一些原因,解決生產中的實際問題。


        01  前言


        對于現在機械行業的快速發展,齒輪的加工也受到非常嚴格的要求,如果齒輪在制造過程中制造誤差過大、在使用過程中使用條件不當或者設計不當,都可能會使齒輪失效。在汽車行業,由于齒輪屬汽車傳動的核心部件,如果失效,將會喪失齒輪的力矩傳遞功能,車輛不能正常行駛?,F在制造商在積極的分析齒輪加工精度的影響因素,以此來提高齒輪的質量。然而影響齒輪加工精度的原因有很多,若還是用以前的老方法,就會直接影響齒輪的質量問題,并不能滿足現在社會的需求?,F在對于齒輪的精度是有一個標準要求的,一般汽車齒輪的要求是要符合DIN3965標準要求7-8級。如果齒輪精度不好,則會直接影響汽車的驅動系統,且差的精度會導致載荷分布不均勻、部分接觸應力集中,容易造成早期磨損,影響質量,甚至會出現打齒的嚴重后果。為達到汽車領域的先進標準,本文就影響齒輪加工精度的因素和控制精度的方法做一講解。


        02  影響齒輪加工精度的因素 


        生產過程和機床本身精度和機床調整:


        在齒輪加工過程中,機床的本身精度和機床的傳動會影響齒輪加工,出現一點誤差就會影響精度;機床的調整是一個重要的環節,如不精準調整,很容易影響精度。在等高齒切齒(干切)時有大量鐵屑飛濺,會進入機床各個部位,就會降低機床本身的精度。此時要及時對切削過程中的鐵屑采用高壓吹氣的方式進行吹掃,從而使機床內部保持干凈,對于采用油冷卻漸縮齒齒形的切齒方法,要及時清理機床腔內的切屑,同時還有及時更換冷卻油,以免大量的油污進入機床的傳動鏈內影響機床運轉精度。


        工裝夾具:


        工裝夾具要定期校驗和保養,達到使用標準。如工裝夾具精度不達標或在使用中磨損,就會影響齒輪精度。要使用精度高確保加工精度,耐用保持穩定可靠一致性,和適用安全性,滿足加工的精度需求,在實際生產中主被齒切齒夾具的徑向跳動和軸向跳動應采用校正棒和校正環進行校驗,徑向跳動和軸向跳動均應控制在≤0.02mm,具體檢測部位及檢測方法如圖1和圖2所示:


        圖片

        圖1 主動齒輪夾具軸向跳動檢測


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        圖2 被動齒輪夾具徑向跳動檢測


        刀具:


        銑刀、涂層刀頭、拉刀、刀盤刀具的刃磨精度和裝刀精度會直接影響到加工齒輪的精度,刀具在加工過程中要盡量減少刀高跳動和徑向跳動。使用刀具要具備高硬度、高耐磨性,和高強度韌性,耐熱性和工藝性能經濟性。在實際生產中徑向跳動≤0.025mm,刀高跳動≤0.025mm,對于弧齒錐齒輪來說無論是內刀或是外刀,刀高和徑向跳動均如此要求,具體檢測部位及檢測方法及檢測結果如下圖所示。


        圖片

        圖3 弧齒刀刀高檢測


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        圖4 弧齒刀刀具徑向跳動檢測


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        圖5刀具(內、外)徑向跳動及刀高檢測結果


        刀盤轉速和切削力和產生的摩擦溫度:


        一是切削時工件受力,工件易發生相互作用力,易變形不穩定性,離心力、重力等外力相互影響出現誤差。二是銑齒時刀具與工件產生摩擦產生熱量,溫度過高會影響加工過程降低精度。三是應力問題。在實際生產中要保持機床恒溫20~25度,刀盤轉速要與粗切的余量相匹配,一般粗切后齒坯的余量保證在0.3-0.5mm左右;對于。


        03  齒輪加工精度提升的措施


        先提升齒坯的精度,增加齒輪毛坯的等溫正火工藝:


        齒坯的精度直接關系到齒輪安裝和定位精度,齒坯安裝縫隙的偏差大會出現加工偏心問題,導致齒跳徑跳過大,影響合格率。因此在齒輪加工過程中,要嚴格把控齒坯的余量和精度,包括齒輪毛坯的預先熱處理,因為影響齒輪傳動精度的主要原因是由于齒輪毛坯硬度不均造成切削應力不均,從而導致齒輪在隨后的滲碳過程中齒形變化無規律。采用齒坯等溫正火工藝是提高齒輪傳動精度的有效途徑。在我國毛坯的預先熱處理工藝往往不被重視,因而長期以來齒輪毛坯熱處理質量不穩定,毛坯正火后的硬度不均給隨后的機械加工帶來困難,降低了加工精度,增加了加工成本,使熱處理變形難以控制。


        隨著引進國外轎車生產技術,對齒輪毛坯熱處理質量要求嚴格了,按過去的正火工藝根本無法滿足要求,等溫正火工藝在這種情況下才逐步受到重視,并相應地開發了等溫退火設備。相信隨著我國汽車工業的發展,等溫退火工藝及設備亦會同步地得到發展。


        控制齒輪加工過程中的精度:


        目前絕大多數齒輪生產企業主要采用五刀法加工漸縮齒齒輪,五刀法加工漸縮齒是一種傳統的加工方法,接觸區是在小輪兩個側面分別調整,互不影響,技術成熟,因此長期以來在國內、外廣泛應用。在大批量生產中常采用五臺以上機床為一組,加工一對齒輪需要五次裝卸,轉換品種時間長、調整工作量較大。延伸外擺線等高齒采用兩刀法加工,大、小輪兩個側面都是用一把刀同時加工的,接觸區調整比較復雜,國內以前應用不多,只有少數一些企業采用此方法。近年來,隨著切齒調整計算分析軟件和切齒機床數控技術的發展,調整計算準確度提高、數控機床定位精度提高、調整參數更加簡單方便,兩刀法加工的接觸區調整已不再是難題,另外由于兩刀法加工采用兩臺機床為一組,加工一對齒輪僅需要兩次裝卸,加工時間短,生產效率高,勞動強度低,因此應用越來越廣泛,在中、重型卡車齒輪上對等高齒進行了研究和推廣,生產實踐證明,等高齒的強度和壽命明顯高于漸縮齒。目前在國外已基本上形成了兩種主要的加工方式:一種是采用等高齒,熱后研齒;另一種是采用漸縮齒,用全工序法切齒,熱后磨齒。在美國廣泛采用第一種方式,用于各種卡車和SUV等領域。而在歐洲,輕、重型卡車通常采用第一種方式,各種高端客車和豪華后驅轎車等主要采用第二種方式。使用滾切結合的加工工藝,在原工藝基礎上更優化工藝,提升精度??刂浦芄澐e累誤差和公法線長度的變動量和齒圈的經跳,確保加工精度和質量。在實際生產中齒輪精度為6級以下(標準DIN3965或GB/T11365)齒距誤差、累積誤差、齒圈跳動等指標要求。


        優化刀具及參數:


        螺旋錐齒輪數控加工過程中,用直廓截形代替盤狀銑刀刀刃理論截形的偏差影響螺旋錐齒輪齒面加工精度。在分析了螺旋錐齒輪數控加工原理這一基礎上,,運用克林貝格公司(奧利康)KIMoS'5建立刀刃到形成齒面的數學模型;依據空間嚙合理論計算盤狀銑刀刀刃實際截形,分析并建立了盤狀銑刀刀具半徑誤差與齒面的誤差的關系;進一步通過加工工件齒面點反算推導出刀具實際截形誤差,對實際的螺旋錐齒輪加工過程中齒面精度的提高具有重要的指導意義。優化刀具和正確操作可以保證齒輪的加工精度。同時還要經常檢查刀頭的磨損程度,及時更換,保證刀盤刀槽無雜物。另外,在磨刀之后還要及時對刀盤刀條進行退磁處理。


        減小齒坯加工誤差和偏心影響:


        圓柱齒輪的偏心會影響著磨齒的精度,會導致齒向、齒距以及齒廓之間都產生誤差,影響著嚙合。因此需要對偏心現象進行計算,計算其偏心的數值,再對其進行校驗和調整,保證磨齒的精度。采用模型分析法,對其偏心現象對成形磨齒精度的影響進行分析,再結合自己的工作經驗,以及成形磨齒機磨削原理,提出了相應的補償方法,來對成形磨齒精度的控制提供參考。


        圓柱齒輪在磨齒加工過程中,容易受齒輪、砂輪形位誤差的影響,產生齒輪偏差、砂輪偏差,從而使加工出的齒輪精度較差。因此在加工過程中,需要注意加工元件形位的變化規律,以此來控制成形磨齒的精度。其實齒輪偏差、砂輪偏差對于齒輪精度的影響是不同的,當發生偏差時,一般都是通過反向安裝的方式來進行精度補償,但是該過程非常復雜,而且補償的精度也非常有限。因此本文基于此,在基于《ISO1328-1:1995》的標準,通過模型的方式,以齒輪偏心誤差為主要的研究對象,對于精度的影響展開分析,最后提出了相應的補償對策。結合自己日常的工作經驗,認為可以利用現代數控系統來對磨齒加工過程中的誤差進行補償,因為其具有強大的誤差補償功能。徑向補償。徑向補償主要是指將齒廓的形狀進行等距的平移,以此來降低齒廓的傾斜誤差,將其誤差率降低60%,也就是說將其由原來的0.013mm,降到補償后的0.005m,這種補償方式不會改變齒廓的形狀。徑向補償改變了左右齒距誤差的相位關系,但是其無法對齒距誤差、齒向誤差進行改變。徑向和切向綜合補償。采用此補償方法可以補償由于齒輪偏心引發的齒廓誤差和齒距誤差,但是無法對齒向誤差進行補償。因為齒向誤差是因為齒輪安裝偏心導致的螺旋線偏離,通過綜合補償無法糾正已經偏離的螺旋線,需要通過旋轉傾角的方式來對齒向誤差進行補償。在采用磨削加工實驗的方法來對方法的正確性和可行性進行實驗。選擇一個數控成形磨齒機作為研究對象,對其補償前后的齒輪進行檢測,檢測結果顯示,綜合補償方法可以有效的提高齒廓、齒距的加工精度。先保證齒坯的質量和齒坯孔的定心精度,再將幾何偏心和運動偏心的相互影響進行一定的抵消。


        優化熱處理工藝和研齒工藝:


        優化熱處理工藝,最大化控制齒輪變形和淬火。優化研齒工藝和研磨液配比,使精度有效的提高。熱處理對齒輪的精度影響甚大。為確保后續加工,關于一般結構的零件,應規則零件熱后內孔橢圓度不大于0.03,公法線尺度變動量不大于0.03;關于較薄且內孔與齒部外徑相差較大的零件,除了上述規則外,該零件的端面翹曲度應不大于0.05;關于帶內花鍵的零件,應防止內花鍵變形過大。


        研齒加工屬于一種精加工,研齒最重要的目的在于降噪和改善輪齒表面接觸狀況。研齒是修正淬硬齒輪微小齒形誤差和改善表面質量的一種精加工方法。由于前面工序的切齒加工或熱處理變形引起的誤差,會導致嚙合精度下降,研齒的目的就是精化輪齒的接觸表面,以改善輪齒的光滑滾動特性,保證輪齒安靜地嚙合,提高承載能力。研齒是極小量金屬切除過程,這一過程由與齒面相對滑動有關的速度和作用力來完成,研齒至少要求能夠實現降噪,噪聲降低的程度根據不同的研齒工藝參數以及齒輪副初始狀況有所不同。研齒對噪聲的改善可以通過各種精密的脈沖聲級計來測量。研齒還要求不降低齒輪副的承載能力,從另外一個角度來說,也就是研齒不會破壞輪齒的初始接觸區,最好是能夠有效的改善輪齒接觸區。研齒雖然不能像磨齒那樣對齒輪副進行精確的修形,提高齒輪副的精度等級,但是通過適當的采用位置點停留控制技術、扭矩實時控制技術等,還是可以有效的改善輪齒接觸區,比如說根據工藝要求增加或者減小齒廓或齒長方向的齒面鼓形,對齒面接觸區在接觸長度、位置和偏轉狀態幾方面做較小的修正。但是,不能指望完全用磨齒來達到產品所要求的的接觸區質量,也不要因為接觸區質量較好而不研齒。


        04  結束語


        綜上所述,在齒輪加工過程中,影響精度的因素較多,我們要提升齒輪的精度,就要從操作工的本身整體素質,機床,工裝夾具,刀具和生產環節銜接入手,嚴把各個工序質量管控,科學嚴謹的確保提升齒輪質量精度。齒輪的加工,除了采取有效的工藝措施、正確的刀具安裝來保證外,還與滾刀的制造、機床自身精度誤差等因素息息相關。通過影響齒輪加工精度因素的分析,來尋求提高滾齒精度的途用規徑,使齒輪加工精度得到不斷提高,是我們在今應用后的生產實際中需要不斷研究和解決的。


         
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