CN107649847B - 一种适用于高速重载机械的超窄空刀槽双螺旋齿轮的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于高速重载机械的超窄空刀槽双螺旋齿轮的加工方法，首先在双螺旋齿轮中间部分车削加工空刀槽，然后插齿粗加工双螺旋齿轮两侧轮齿，接着对轮齿进行表面热处理渗碳强化处理。适用蝶形砂轮进行轮齿精密磨削加工，对于靠近空刀槽部分的的轮齿改用指状砂轮进行精密磨削加工。本发明的超窄空刀槽双螺旋齿轮相比传统双螺旋齿轮具有更窄的空刀槽，承载能力更大，啮合有效接触线更长，结构更紧凑等特点。对于船舶和航空传动系统要求的高速重载工况尤为适用。
Description
技术领域
本发明涉及双螺旋齿轮的加工的技术领域，具体涉及一种适用于高速重载机械的超窄空刀槽双螺旋齿轮的加工方法。
背景技术
由于传统双螺旋齿轮必须留有空刀槽来实现磨削加工过程中蝶形砂轮在进给运动行程中的让刀，较大的空刀槽直接导致了双螺旋齿轮齿宽变大，齿轮体积、重量增加等一系列问题。特别是在一些传动箱体体积受限的情况下，双螺旋齿轮的整体齿宽受限，大空刀槽的存在直接导致两侧轮齿齿宽减小，使得齿轮啮合线缩短、啮合过程中应力集中情况凸显，直接降低了双螺旋齿轮的力学性能和寿命。
发明内容
本发明的目的是提出一种适用于高速重载机械的超窄空刀槽双螺旋齿轮的加工方法，实现超窄空刀槽的磨削加工，相比传统的有空刀槽双螺旋齿轮加工方法改变的很少但空刀槽宽度得到了明显的减少。
本发明采用的技术方案为：一种适用于高速重载机械的超窄空刀槽双螺旋齿轮的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、备料，锻造工件；
步骤2、加工双螺旋齿轮的两个端面，形成基准平面，平面度要求0.01；
步骤3、根据本加工方法的计算值，加工双螺旋齿轮的空刀槽，槽宽为b；
步骤4、插削粗加工，利用展成原理，对双螺旋齿轮进行插削粗加工；
步骤5、进行粗加工检测，齿面加工余量1mm；
步骤6、对非轮齿部分防渗碳层涂覆，然后进行渗碳热处理；
步骤7、对齿面热处理硬度和渗碳层深度进行检测，为了使用高速重载的工况环境，要求渗碳层深度1mm，齿面硬度HRC60-62；
步骤8、热处理完成后对齿轮进行化学处理去除防渗碳的镀层；
步骤9、使用蝶形砂轮对热处理后的双螺旋齿轮进行精密磨削砂轮，磨削区域是AA1，BB1段；A点的位置在双螺旋齿轮每个单侧齿的外轮齿端面处，A1点的位置在双螺旋齿轮每个单侧齿的靠近内轮齿端面处，B点的位置在双螺旋齿轮每个单侧齿的外轮齿端面处，B1点的位置在双螺旋齿轮每个单侧齿的靠近内轮齿端面处，蝶形砂轮从轮齿端面沿着齿向方向向由A点往A1点运动，当蝶形砂轮的一侧移动到齿轮中间平面时，砂轮停止运动，此时砂轮旋转中心对应的就是A1点；磨削区域BB1也是同理，砂轮由B点向B1点运动，当蝶形砂轮的一侧移动到齿轮中间平面时，砂轮停止运动，此时砂轮旋转中心对应的就是B1点；
步骤10、切换使用指状成型砂轮刀具，切换前后保持指状砂轮的旋转轴线在蝶形砂轮的中间平面中；
步骤11、使用指状成型砂轮对双螺旋齿轮的A1C、B1D段轮齿进行精密磨削加工，C点的位置在双螺旋齿轮每个单侧齿的内轮齿端面处，D点的位置在双螺旋齿轮每个单侧齿的内轮齿端面处；双螺旋齿轮中间A1C和B1D部分，即齿面未经蝶形磨削加工的部分，指状成型砂轮参数由齿轮参数决定，A1的位置由蝶形砂轮半径决定，B1的位置由指状成型砂轮半径决定；使用指状成型砂轮进行磨削加工时，分别从轮齿的A1和B1位置沿着齿向方向往齿轮中间平面磨削加工，当指状成型砂轮一侧运动到中间平面是停止；
步骤12、检验各尺寸加工精度，完成加工。
其中，步骤1中选中锻造加工件作为备料，步骤2中先加工两个端面形成基准平面，平面度要求0.01，两个面互为基准，平行度要求0.02。
本发明的超窄空刀槽双螺旋齿轮的空刀槽宽度x同样受到齿轮齿数的影响但摆脱了蝶形砂轮的束缚，具体计算方法如下：
其中，为齿顶高系数，c*为顶隙系数，mn为法向模数，α为铣刀加工不发生干涉的最小尺寸。
本发明与传统有空刀槽双螺旋齿轮加工技术相比有以下优点：
从理论上减小了空刀槽的大小，同时加工工艺没有变的过于复杂，具有很高的可行性。相同齿宽情况下，扩大了齿轮的接触线长度，改善了啮合情况，提高了传动性能。
附图说明
图1为本发明的超窄空刀槽双螺旋齿轮示意图；
图2为使用蝶形砂轮加工双螺旋齿轮的示意图；
图3为使用指状砂轮加工双螺旋齿轮的示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
本发明一种适用于高速重载机械的超窄空刀槽双螺旋齿轮的加工方法，包括以下步骤：
步骤1、备料，锻造工件；
其中，步骤1中选中锻造加工件作为备料，为了使双螺旋齿轮更适用于高速重载的机械设备，材料优先选用18CrNi4A，9310钢等钢料，毛坯选用整体锻造加工成型。
步骤2、加工双螺旋齿轮的两个端面，形成基准平面，平面度要求0.01；
其中，步骤2中先加工两个端面形成基准平面，平面度要求0.01，两个面互为基准，平行度要求0.02。
步骤3、根据本加工方法的计算值，加工双螺旋齿轮的空刀槽，槽宽为b；
槽深为1.1倍全齿高，空刀槽两条边倒圆，倒圆半径1mm。为了使润滑油在空刀槽内流动更加流畅，空刀槽需要在使用过程中定期清理。
步骤4、插削粗加工，利用展成原理，对双螺旋齿轮进行插削粗加工；
使用插齿机插削粗加工，插刀优先选用与双螺旋齿轮同等模数、齿数、压力角的插齿刀，采用1：1传动比进行插削加工。当插削一侧齿轮时，插刀和齿轮停止转动，插刀顶端从齿轮的A点插削加工到C点停止，再从C点推刀至A点。插刀完全退出齿轮后，插刀和齿轮同时转动相同角度，插刀和齿轮同时停止，插刀再次进行插削加工。如此往复，完成插削粗加工。
步骤5、进行粗加工检测，齿面加工余量1mm；
粗加工检测，主要检测齿厚的余量，两侧轮齿内侧C、D两点的对中度情况。根据齿面加工余量和轮齿的对中度情况来确定精加工参数。
步骤6、对非轮齿部分防渗碳层涂覆，然后进行渗碳热处理；
非轮齿部分主要包括双螺旋齿轮的两侧端面和中间空刀槽部分，防渗碳层采用氧化铝加水玻璃，渗碳热处理采用气体渗碳，渗碳温度控制在900-920℃，渗碳时间控制在120小时。
步骤7、对齿面热处理硬度和渗碳层深度进行检测，为了使用高速重载的工况环境，要求渗碳层深度1mm，齿面硬度HRC60-62；
步骤8、热处理完成后对齿轮进行化学处理去除防渗碳的镀层；
去除防渗碳镀层采用化学清洗法，使用盐酸浸泡，时间控制在10-15分钟，常温浸泡，然后去除用刷子刷去镀层。
步骤9、使用蝶形砂轮对热处理后的双螺旋齿轮进行精密磨削砂轮，如图2所示，磨削区域主要是AA1,BB1；A点的位置在双螺旋齿轮每个单侧齿的外轮齿端面处，A1点的位置在双螺旋齿轮每个单侧齿的靠近内轮齿端面处，B点的位置在双螺旋齿轮每个单侧齿的外轮齿端面处，B1点的位置在双螺旋齿轮每个单侧齿的靠近内轮齿端面处，蝶形砂轮从轮齿端面沿着齿向方向向由A点往A1点运动，当蝶形砂轮的一侧移动到齿轮中间平面时，砂轮停止运动，此时砂轮旋转中心对应的就是A1点；磨削区域BB1也是同理，砂轮由B点向B1点运动，当蝶形砂轮的一侧移动到齿轮中间平面时，砂轮停止运动，此时砂轮旋转中心对应的就是B1点。
步骤10、切换使用指状砂轮刀具，切换前后保持指状砂轮的旋转轴线在蝶形砂轮的中间平面中；
步骤11、使用指状砂轮对双螺旋齿轮的A1C、B1D段轮齿进行精密磨削加工；C点的位置在双螺旋齿轮每个单侧齿的内轮齿端面处，D点的位置在双螺旋齿轮每个单侧齿的内轮齿端面处；双螺旋齿轮中间A1C和B1D部分，即齿面未经蝶形磨削加工的部分，指状成型砂轮参数由齿轮参数决定，A1的位置由蝶形砂轮半径决定，B1的位置由指状成型砂轮半径决定；使用指状成型砂轮进行磨削加工时，分别从轮齿的A1和B1位置沿着齿向方向往齿轮中间平面磨削加工，当指状成型砂轮一侧运动到中间平面是停止；
步骤12、检验各尺寸加工精度，完成加工。
主要检测齿面加工余量，两侧轮齿C、D点的对中度，齿面累计偏差和轮齿精度。
Claims (1)
1.一种适用于高速重载机械的超窄空刀槽双螺旋齿轮的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、备料，锻造工件；
步骤2、加工双螺旋齿轮的两个端面，形成基准平面，平面度要求0.01；
步骤3、根据本加工方法的计算值，加工双螺旋齿轮的空刀槽，槽宽为b；
步骤4、插削粗加工，利用展成原理，对双螺旋齿轮进行插削粗加工；
步骤5、进行粗加工检测，齿面加工余量1mm；
步骤6、对非轮齿部分防渗碳层涂覆，然后进行渗碳热处理；
步骤7、对齿面热处理硬度和渗碳层深度进行检测，为了使用高速重载的工况环境，要求渗碳层深度1mm，齿面硬度HRC60-62；
步骤8、热处理完成后对齿轮进行化学处理去除防渗碳的镀层；
步骤9、使用蝶形砂轮对热处理后的双螺旋齿轮进行精密磨削砂轮，磨削区域是AA1，BB1段；A点的位置在双螺旋齿轮每个单侧齿的外轮齿端面处，A1点的位置在双螺旋齿轮每个单侧齿的靠近内轮齿端面处，B点的位置在双螺旋齿轮每个单侧齿的外轮齿端面处，B1点的位置在双螺旋齿轮每个单侧齿的靠近内轮齿端面处，蝶形砂轮从轮齿端面沿着齿向方向向由A点往A1点运动，当蝶形砂轮的一侧移动到齿轮中间平面时，砂轮停止运动，此时砂轮旋转中心对应的就是A1点；磨削区域BB1也是同理，砂轮由B点向B1点运动，当蝶形砂轮的一侧移动到齿轮中间平面时，砂轮停止运动，此时砂轮旋转中心对应的就是B1点；
步骤10、切换使用指状成型砂轮刀具，切换前后保持指状砂轮的旋转轴线在蝶形砂轮的中间平面中；
步骤11、使用指状成型砂轮对双螺旋齿轮的A1C、B1D段轮齿进行精密磨削加工，C点的位置在双螺旋齿轮每个单侧齿的内轮齿端面处，D点的位置在双螺旋齿轮每个单侧齿的内轮齿端面处；双螺旋齿轮中间A1C和B1D部分，即齿面未经蝶形磨削加工的部分，指状成型砂轮参数由齿轮参数决定，A1的位置由蝶形砂轮半径决定，B1的位置由指状成型砂轮半径决定；使用指状成型砂轮进行磨削加工时，分别从轮齿的A1和B1位置沿着齿向方向往齿轮中间平面磨削加工，当指状成型砂轮一侧运动到中间平面是停止；
步骤12、检验各尺寸加工精度，完成加工；
步骤1中选中锻造加工件作为备料，步骤2中先加工两个端面形成基准平面，平面度要求0.01，两个面互为基准，平行度要求0.02；
超窄空刀槽双螺旋齿轮的空刀槽宽度x同样受到齿轮齿数的影响但摆脱了蝶形砂轮的束缚，具体计算方法如下：
其中，为齿顶高系数，c*为顶隙系数，mn为法向模数，a为铣刀加工不发生干涉的最小尺寸；
该方法减小了空刀槽的大小，同时加工工艺没有变的过于复杂，具有很高的可行性；相同齿宽情况下，扩大了齿轮的接触线长度，改善了啮合情况，提高了传动性能。
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