磨內(nèi)孔工藝對(duì)齒輪精度影響的研究

變速器是汽車的關(guān)鍵部件之一，其性能對(duì)整車性能具有決定性的影響。而對(duì)變速器性能影響最大的就是齒輪的精度，磨內(nèi)孔工序是剃齒類齒輪的最終加工工序，它影響齒輪的成品精度。一汽軸齒廠就出現(xiàn)了在磨孔后，齒輪精度下降的情況，且磨內(nèi)孔工藝主要影響的是齒輪的螺旋線偏差與齒輪齒距累積偏差，這兩種精度是齒輪的重要精度，對(duì)變速器齒輪的傳動(dòng)平穩(wěn)性與強(qiáng)度有直接影響。

　　本文通過研究磨內(nèi)孔過程中的不同因素對(duì)齒輪精度影響的原理，并且通過空間幾何關(guān)系與齒輪的嚙合和檢測(cè)原理，量化分析和計(jì)算出內(nèi)孔不同尺寸精度對(duì)齒輪精度的影響程度，確定問題解決方向，之后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工藝工裝情況進(jìn)行跟蹤調(diào)查與分析，找出內(nèi)孔精度損失原因，根據(jù)找出的原因?qū)に嚺c工裝方案進(jìn)行優(yōu)化。

　　具體開展了以下幾個(gè)方面的研究：

　　1) 磨內(nèi)孔偏心與齒距累積偏差關(guān)系研究。

　　2) 磨內(nèi)孔軸向圓跳動(dòng)與螺旋線偏差空間幾何關(guān)系研究。

　　3) 磨內(nèi)孔工藝方案對(duì)內(nèi)孔精度影響研究。

　　4) 設(shè)計(jì)一種帶有軸向拉緊功能的薄膜卡盤。

　　通過研究，找到了一汽軸齒廠磨孔后齒輪精度超差的根本原因，并制定了新的工藝方案，設(shè)計(jì)了一種新型夾具(已經(jīng)將新夾具申請(qǐng)了專利)，有效提升了齒輪的精度，提升了變速器的性能。

　　變速器是汽車的關(guān)鍵部件之一，其性能對(duì)整車性能具有決定性的影響。而對(duì)變速器性能影響最大的就是齒輪的精度，磨內(nèi)孔工序作為剃齒類齒輪的最終加工工序，它對(duì)齒輪的成品精度有直接的影響。一汽軸齒廠就岀現(xiàn)了在磨孔后, 齒輪精度下降的情況，且磨內(nèi)孔工藝主要影響的是齒輪的螺旋線偏差與齒輪齒距累積偏差，這兩種精度是齒輪的重要精度，對(duì)變速器齒輪的傳動(dòng)平穩(wěn)性與強(qiáng)度有直影響。

　　本文通過研究磨內(nèi)孔過程中的不同因素對(duì)齒輪精度影響的原理，并且通過空間幾何關(guān)系與齒輪的嚙合和檢測(cè)原理，量化分析和計(jì)算岀內(nèi)孔不同尺寸精度對(duì)齒輪精度的影響程度，確定問題解決方向，之后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工藝工裝情況進(jìn)行跟蹤調(diào)查與分析，找岀內(nèi)孔精度損失原因，根據(jù)找岀的原因?qū)に嚺c工裝方案進(jìn)行優(yōu)化。

　　通過研究，找到了一汽軸齒廠磨孔后齒輪精度超差的根本原因，并制定了新的工藝方案，設(shè)計(jì)了一種新型夾具(已經(jīng)將新夾具申請(qǐng)了專利)，有效提升了齒輪的精度，提升了變速器的性能。

　　一、磨內(nèi)孔工序?qū)X輪精度影響分析

　　磨內(nèi)孔工藝主要的誤差形式：磨內(nèi)孔工藝主要的誤差形式有四種，分別是孔的圓心相對(duì)于齒圈圓心的同心度(跳動(dòng))、孔的圓度、孔的錐度、齒輪，如圖1所示。通過齒輪精度檢測(cè)原理分析，其中同心度(跳動(dòng))與齒輪軸向圓跳動(dòng)會(huì)影響齒輪的嚙合傳動(dòng)精度，此影響是通過影響齒輪的裝配精度，進(jìn)而影響齒部的實(shí)際嚙合位置導(dǎo)致的。錐度與圓度影響齒輪裝配強(qiáng)度，但是不影響嚙合傳動(dòng)精度。

　　磨內(nèi)孔偏心與齒距累積偏差關(guān)系研究：(1)齒距偏差定義(圖2)單個(gè)齒距偏差(f_p)：在端平面上，在接近齒高中部的一個(gè)與齒輪軸線同心的圓上，實(shí)際齒距與理論齒距的代數(shù)差，為一個(gè)齒的齒距誤差f_pi。所有的單個(gè)齒距誤差中的最大值，為單個(gè)齒距偏差f_p。

　　跨齒齒距偏差(F_pk)：任意k個(gè)齒距的實(shí)際孤長(zhǎng)與理論弧長(zhǎng)的代數(shù)差。理論上它等于這k個(gè)齒距的各單個(gè)齒距偏差的代數(shù)和。通常k≈z/8 ，并將F_pk的最大值顯示岀來。

　　齒距累積總偏差(F_p)：齒輪同側(cè)齒面任意弧段k=1至k=z)內(nèi)的最大齒距累積偏差，它表現(xiàn)為齒距累積偏差曲線的總幅值。

　　齒距偏差將直接影響齒輪的傳動(dòng)速度的平穩(wěn)性，影響齒輪傳動(dòng)時(shí)的噪聲與瞬時(shí)受力，進(jìn)而影響齒輪的壽命。

　　(2)磨內(nèi)孔偏心與齒距累積偏差關(guān)系分析

　　齒距累積偏差產(chǎn)生的原因是齒輪加工誤差和裝配誤差導(dǎo)致的基圓圓心相對(duì)于齒輪實(shí)際回轉(zhuǎn)中心偏心，漸開線齒輪的嚙合過程如圖 3所示。齒輪在嚙合過程中基圓瞬時(shí)角速度比等于基圓半徑的反比，從理論上說，同一個(gè)齒輪基圓半徑是固定的，一對(duì)齒輪基圓半徑比是一定的，齒輪平穩(wěn)嚙合。但當(dāng)基圓圓心相對(duì)于齒輪實(shí)際回轉(zhuǎn)中心發(fā)生了偏心，導(dǎo)致齒輪內(nèi)切點(diǎn)處的基圓半徑發(fā)生周期性變化，最終導(dǎo)致角速度傳動(dòng)比的周期性變化，且隨著偏心距的增大，齒輪的角速度比變化也增大，使得傳動(dòng)不再平穩(wěn)，這種變化體現(xiàn)在齒距上就是齒距累計(jì)偏差的變化。

　　基圓偏心產(chǎn)生的原因有兩類，如圖4所示。一類叫幾何偏心，產(chǎn)生的原因有兩種：一種是由于制齒機(jī)床夾具徑向誤差導(dǎo)致的，另一種是由于裝配誤差導(dǎo)致的，磨孔偏心就是導(dǎo)致裝配偏心的主要原因之一。幾何偏心的偏心量是能夠直接測(cè)得的，是徑向圓跳動(dòng)偏差(Fr)的一半。另一類是叫作運(yùn)動(dòng)偏心，是在齒輪加工過程中，由于制齒機(jī)床傳動(dòng)誤差導(dǎo)致的，它是一種切向誤差，偏心量無法直接測(cè)量得到，只能通過測(cè)量公法線變動(dòng)量之后計(jì)算得到。

　　三種偏心作用在一個(gè)齒輪上，每一種偏心都是一個(gè)向量，最終的偏心量如圖5所示，是三個(gè)向量的和。最后的偏心結(jié)果再依照前述原理影響齒輪的傳動(dòng)精度，通常所測(cè)的齒距累計(jì)偏差是合成偏心的最終體現(xiàn)。

　　(3)對(duì)上述理論進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證

　　1)選一齒距累計(jì)偏差與徑向圓跳動(dòng)都很小的齒輪，此時(shí)的制齒偏心非常小，合成偏心主要受磨孔影響，之后多次磨孔，調(diào)整Fr不同。檢測(cè)結(jié)果如圖6所示。

　　2)選三個(gè)齒距累積偏差較大、F_r較小的齒輪，多次磨孔，調(diào)整F_r。檢測(cè)結(jié)果如圖7所示。

　　上述試驗(yàn)驗(yàn)證了前面的理論，同時(shí)也說明了磨孔的偏心對(duì)齒輪的齒距累積偏差有重要影響，要想得到傳動(dòng)精度高、 齒距累積偏差小的齒輪，必須嚴(yán)格控制磨孔的偏心量。