圆柱齿轮的加工原理及误差分析
2019-3-18 来源： 中国重汽集团大同齿轮有限公司工艺部 作者：管卫红
摘 要：阐述圆柱齿轮的加工原理，简要分析在滚齿过程中产生的误差，根据不同的齿轮加工问题制定相应的解决方法，为生产实践过程提供了理论方面的支持，以提高生产效率。
关键词：圆柱齿轮 滚齿 加工误差
引言
在机械制造中，齿轮加工方法很多，按照齿廓行程原理可以分为：仿形法，如用成形铣刀在铣床上铣齿；展成法，如用滚刀在滚齿机上滚齿。本文主要介绍展成法加工圆柱齿轮的原理，以及对齿轮加工过程中产生的误差的来源进行分析。
1、 展成法圆柱齿轮加工原理
展成法是目前齿轮加工中最常见的一种方法，如插齿、滚齿、磨齿等都属于这种方法。展成法是利用齿廓啮合基本定律来切制齿廓的。假想将一对相啮合的齿轮（或者齿轮与齿条）之一作为刀具，而另一个作为轮坯，并使两者仍按照传动比传动，同时刀具作切削运动，则在轮坯上便可加工出与刀具轮廓共轭的齿轮齿廓（图 1）。
图 1 展成法圆柱齿轮加工示意图
2 、圆柱齿轮加工误差
滚切加工齿轮的误差主要来源于机床—刀具—齿坯系统的周期性误差，主要分以下四方面。
2.1 偏心
偏心分为几何偏心和运动偏心。几何偏心是由于齿坯基准孔轴线与滚齿机工作台旋转轴线不重合引起的安装偏心。几何偏心是加工过程中齿坯相对于滚刀的距离产生变化，切出的齿轮一边短而肥、一边瘦而长。
当以齿轮基准孔中心定位进行检测时，在齿轮一转内产生周期性的齿圈径向跳动误差，同时齿距和齿厚也产生周期性变化。运动偏心式由于滚齿机分度涡轮加工误差和分度涡轮轴线与工作台轴线有安装偏心。
运动偏心使齿坯相对于滚刀的转速不均匀而使被加工齿轮各齿廓产生切向错移。加工齿轮时，涡轮蜗杆中心距周期性变化，相当于涡轮的节圆半径在变化，而蜗杆的线速度是恒定不变的，则在涡轮一转内，涡轮转速必然呈周期性变化。
当角速度增加时，使齿距和公法线都变长；当角速度减少时，切齿滞后使齿距和公法线都变短，使齿轮产生切向周期性变化的切向误差。
2.2 机床传动链的高频误差
加工直齿轮时，主要受分度链中各传动元件误差的影响，尤其是受分度蜗杆的安装偏心（它引起分度蜗杆的径向跳动）和轴向蹿动的影响，是涡轮（齿坯）在一周范围内转速出现多次变化，加工出来的齿轮产生齿锯偏差和齿形误差。加工斜齿轮时，除分度链误差外，还有差动链误差的影响。
2.3 滚刀的加工误差
滚刀的加工误差主要是指滚刀本身的基节、齿形等制造误差，它们都会在加工齿轮过程中被复映到被加工齿轮的每一个齿上，使加工出的齿轮产生基节偏差和齿形误差。
滚刀在滚齿过程中，切削用量的多少也非常关键，当加工齿轮时，选择比较大的切削用量和过快的切削速度时，事必会导致滚刀刀刃的损伤，轻则使滚刀微变形，影响工件精度要求；重则使刀具严重受损，甚至工件报废的严重后果，从而造成不必要的损失。
因此，在生产过程中，选择适当的切削用量和相对应的切削速度非常关键，它不仅保护了滚刀，还使工件的合格率大大提高。
2.4 滚刀的安装误差
滚刀偏心使被加工齿轮产生径向误差。滚刀刀架导轨或齿坯轴线相对于工作台旋转轴线的倾斜及轴向蹿动，是滚刀的进刀方向与轮齿的理论方向不一致，直接造成齿面沿齿长方向（轴向）歪斜，产生齿向误差，主要影响载荷分布的均匀性。
由于齿廓的行程是滚刀对齿坯周期地连续滚切的结果，因此，加工误差具有周期性是齿轮误差的特点。上述几方面产生齿轮加工误差中，两种偏差所产生的齿轮误差一齿轮一转为周期，称为长周期误差；后三项因素所产生的误差，一分度蜗杆一转或齿轮一齿的周期，而且频率较高，在齿轮一转中多次重复出现，称为短周期误差（或高频误差）。
在齿轮精度分析中，为了便于分析齿轮各种误差对齿轮传动质量的影响，按误差相对于齿轮的方向，又可分为径向误差、切向误差和轴向误差。按齿轮误差项目对齿轮颤动性能的主要影响，将齿轮加工误差分为三组，即影响运动准确性的误差，为第一组；影响传动稳定性的误差，为第二组；影响载荷分布性和均匀性的误差，为第三组。
3 、结语
通过上述圆柱齿轮的加工原理以及在加工过程中影响齿轮精度的各个因素的阐述和分析，为生产实践过程提供了理论方面的支持。根据不同的齿轮加工问题制定相应的解决方法，选择合理的切削速度和切削用量。
只有通过全方位地分析圆柱齿轮的工作原理以及误差，才能更快更好地解决生产现场的问题情况，提高产品质量，提高生产效率。
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