VH法研齿技术探索及应用.docx

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VH法研齿技术探索及应用

螺旋锥齿轮V-H法研齿技术研究及应用

ResearchandApplicationaboutV-HLappingTechnologyofSpiralBevelGear

摘要本文首先针对热后螺旋锥齿轮副的V-H研齿技术进行了研究，并比较了其与SPC法的不同之处。

此外，对V-H研齿中的V、H参数变化对齿面接触区影响的规律进行工艺试验，掌握机床调整规律。

最后，通过在研齿机上进行一系列相关的研齿实验，获得了良好的实验结果。

关键词螺旋锥齿轮V-H研齿技术齿面接触区

Abstract：

Inthisarticle,firstlydiscussedtheresearchofV-Hlappingtechnologyaboutspiralbevelgearparts,andtalkedaboutthedifferencewithSPClappingtechnology.Secondly,wemadeprocessexperimentabouttheaffectionaboutV、Hparametersdivisionforcontactpattern,settlementoflappingmachine.Lastly,wemadesomeexperimentsonlappingmachine,andgotagoodresult.

Keywords:

SpiralbevelgearV-HlappingtechnologyToothcontactpattern

1.前言

随着MAN项目的不断深入，对驱动桥用锥齿轮副提出了更高的技术要求。

为了使齿轮的齿面局有一定硬度，切齿完成后需要对锥齿轮进行热处理，热处理后，齿面存在一定的变形，因此需要对热后的锥齿轮进行精加工。

锥齿轮的精加工主要通过研齿来实现，研齿技术被公认为实现锥齿轮副降低噪音的最佳手段之一。

此前我公司所用研齿机为格里森生产的NO.520，所用研齿方法为SPC-摆动小轮节锥法，而新进机床运动方式为V-H研齿法。

因此对V-H研齿法的运动机理以及机床调整方法进行应用探索显得相当必要，此外需要掌握研齿工序与铣齿、磨刀工序之间的相互影响规律。

2.SPC研齿法与V-H研齿法研齿运动模型的比较

研齿是一种利用研磨的方法来切除极少量金属的过程，这一过程是与齿面相对滑动有关的速度和作用力来完成。

研磨时，在齿面间喷注研磨剂，依靠齿面啮合产生的相对滑动，推动游粒磨料进行切削，如图1所示。

图1研齿微观机理

根据现有的技术资料，我们得知，目前的研齿运动模型可以归为两类：

摆动小轮节锥法运动模型和V-H调整法研齿运动模型。

摆动小轮节锥法研齿运动模型主要应用于机械式半自动锥齿轮研齿机上，而数控研齿机基本上都是采用V-H调整法研齿运动模型。

摆动小轮节锥法（SwingpinionCone-SPC）研齿运动模型是以前的机械式研齿机常常采用的一种研齿运动模型。

图2SPC研齿运动模型

摆动小轮节锥法研齿运动模型如图所示。

为了能够研磨整个齿面，传统的摆动小轮节锥法研齿机床设计了“摆动小轮节锥”附件研齿运动，即主动轮带动从动轮左正反转的同时，主动轮还在水平面内协调自动的完成三种相关的附加运动。

（1）主动轮节锥绕其齿宽中点的往复摆动，如图中的A运动。

这个摆动运动使得齿面接触区沿齿长方向移动。

“摆动小轮节锥”运动引起工件安装距变化，单独作“摆动小轮节锥”运动会使齿面被研区域形成对角线分布。

（2）为了克服上述被研区域出现的对角线分布，使其沿节锥母线分布，主动轮节锥在摆动的同时，也作主动轮轴线方向的+H——-H往复运动，如图1中的B运动。

沿主动轮轴线方向的运动可以使齿面被研磨区域沿齿高方向移动，这个移动可以补偿因主动轮节锥引起的工件安装距变化，保证齿面被研磨区域处于齿高正确位置。

（3）上述两种运动会引起工件齿侧间隙发生变化。

为此，主动轮节锥在作上述两种运动的同时，还作沿从动轮轴线方向的+G-—-G往复运动，如图中的C运动。

这个运动可以补偿工件齿侧间隙，使其在摆至大端、小端以及中点位置时均具有相等的侧隙。

现代数控研齿机基本上都采用V—H法研齿运动来进行研齿加工。

图3V-H研齿运动模型

如图3所示，V—H法研齿运动与摆动小轮节锥法相比，减少了一个摆动小轮节锥运动，但却增加了一个垂直偏置运动V。

垂直偏置运动V的作用和摆动小轮节锥运动的作用类似，单独作垂直偏置（V）运动，齿面上的接触区将会沿齿长方向移动，同时也会使齿面接触区出现对角线分布。

为了克服被研磨区域出现的对角线分布，V/H调整法研齿运动引入了沿小齿轮锥轴线方向的移动运动，即H方向的移动运动。

单独作H方向的移动运动会使齿面接触区沿齿高方向移动。

V方向的运动和H方向的运动一起作用，可以使接触区在沿齿长方向移动时，在齿高方向保持正确的位置。

V/H调整法研齿运动也要引入控制侧隙的运动G，因为V/H调整法在使齿面接触区移动的同时，也会使齿面之间的侧隙发生改变，沿大齿轮锥轴线方向的运动G可以保证接触区在齿侧面移动时，侧隙保持恒定不变。

在V/H调整法中，以理论安装位置的改变量为零，H>O表示小轮安装距增加，H<0表示小轮安装距减少;V>0表示齿轮副的偏置增加，V<0表示齿轮副的偏置减少;G>0表示大轮的安装距增加，G<0表示大轮的安装距减少。

3.V、H值的变化对齿轮齿面接触区的影响

在MAN锥齿轮试制过程中，通过在T60机床中对齿轮副的V、H参数进行调整，以及对齿轮副不同齿面接触区变化情况进行综合，得出如下结果：

3.1对于主动轮左旋，被动轮右旋的弧齿锥齿轮副，要使位于大轮正转（驱动）齿侧面中点位置的接触区移动到轮齿的大端位置点，则需要对V、H值同时进行调整，且V值减少，H值增加，也就是减少齿轮副的偏置距，同时增加小齿轮的安装距。

要使位于大轮反转（被动）齿侧面中点位置的接触区移动到轮齿的大端位置点，则需要对V、H值同时进行调整，且V值增加，H值也应增加，也就是增加齿轮副的偏置距，同时增加小齿轮的安装距。

如果使该齿面的接触区向相反方向移动，则，应改变V、H值的变化方向。

即如果将大轮正转（驱动）齿侧面中点位置的接触区移动到轮齿的小端位置点，应V值增大，H值减小。

如果将大轮反转（被动）齿侧面中点位置的接触区移动到轮齿的小端位置点，应V值减小，H值减小。

（图4）

图4主动轮左旋，被动轮右旋图5主动轮右旋，被动轮左旋

3.2对于主动轮右旋，被动轮左旋的弧齿锥齿轮副，要使位于大轮正转（驱动）齿侧面中点位置的接触区移动到轮齿的大端位置点，则需要对V、H值同时进行调整，且V值增大，H值减小，也就是增大齿轮副的偏置距，同时减小小齿轮的安装距。

要使位于大轮反转（被动）齿侧面中点位置的接触区移动到轮齿的大端位置点，则需要对V、H值同时进行调整，且V值减小，H值也应增加，也就是减小齿轮副的偏置距，同时增加小齿轮的安装距。

如果使该齿面的接触区向相反方向移动，则，应改变V、H值的变化方向。

即如果将大轮正转（驱动）齿侧面中点位置的接触区移动到轮齿的小端位置点，应V值减小，H值增大。

如果将大轮反转（被动）齿侧面中点位置的接触区移动到轮齿的小端位置点，应V值增大，H值减小。

（图5）

这些结论为研齿运动轨迹的设计提供了参考和依据。

4.研齿工艺实施过程

在该项目进行中，采用MAN驱动桥3.36速比锥齿轮副作为试验对象，进行的步骤为：

4.1在T60配对检查机上确定接触区位于大端、中间、小端三位置点时的V、H数值。

在研齿前通过T60配对检查机，检查记录齿轮副的齿面接触区状况以及传动误差曲线，并通过对V、H数值的调整，使接触区位于齿面的大端、小端、齿顶及齿根部位，作为研齿机调整数值的参考。

4.2在L60研齿机上，首先输入工件的齿数、模数、外径以及工装高度等参数。

其次将配对检查机得到的数值输入，并根据齿面接触区的情况，适当分配各运动阶段的研磨循环以及研磨时间。

4.3将研齿后的齿轮副清洗，观察齿面接触区变化情况以及齿轮副传动误差的优化，得出结论。

5.研齿效果评价

通过试验，我们得出如下结论：

5.1如果参数设置合理，研齿对热处理后轮齿变形引起的接触印痕不良或微细变化具有一定修正作用：

一个是能对接触印痕偏移进行一定的矫正，另一个是能对形状不规则印痕进行一定的修正。

研齿后的齿面粗糙度较研齿前将有一个明显的提升，减少因热处理造成的齿面微小变形。

根据实验结果，研齿后的齿面粗糙度可以达到Ra1.6以上。

图6研齿前齿面接触区状态研齿后齿面接触区状态

5.2研齿前，齿轮副的传动误差一般为抛物线型，这样会导致使用过程中存在一定冲击，形成与转速有关的的交变载荷。

这实际上是一个脉冲（即噪声），它反映了下一齿对在最初接触点处的撞击，这个撞击点就是噪声的主要来源，影响齿轮副的寿命。

图7齿轮传动误差分析

研齿时，最高的磨除率发生在撞击的瞬间。

绝大多数导致齿面噪声的材料在撞击点上，这些材料主要可以通过研磨过程来除去。

研磨的这种作用主要表现为在运动误差曲线的顶部出现平坦部分，并且在运动由前一齿对传递至当前齿对的入口区形成正弦或三阶的调谐，如图8所示。

由于运动曲线在入口区不是稳定的单调，因而可减小曲线P和A在入口处出现急剧或陡峭的交叉，换言之，在入口处，曲线A的坡度变成更匹配于曲线P的坡度，这样就导致曲线A和曲线P相互“调和”，因此，可以削弱撞击，并降低由于撞击所造成的噪声。

图8研齿对齿轮副传动误差的影响

该齿轮副在研齿前后运动误差曲线对比如下：

图9研齿前后齿轮副传动误差曲线

由图中可以看出，，研齿前齿轮副的运动误差曲线包含有较多的高频成分，这些高频成分反映了轮齿表面的粗糙程度较高，使齿轮副运转不平稳。

研齿后，齿轮副的运动误差曲线中的高频成分消失了，齿面变得光洁了，齿轮副因此也就能够更为平滑的转动。

6.结论

6.1V、H法研齿技术与SPC研齿技术在运动的实现方式上有所不同，V、H研齿技术能够得到全齿面研磨，不需复杂的调整计算，操作简便易行。

6.2研齿能一定程度上消除齿形误差，改善轮齿接触区位置与形状，提高齿面粗糙度，降低齿轮副噪音。

6.3研齿对齿轮副动态性能改善明显，振动噪声在转速、载荷较宽的范围内都有下降。

这些结果均得益于研齿过程的修形作用，齿形误差与齿距误差得到均化、减弱，轮齿实际啮合精度提高的缘故。

7.参考文献

【1]郑昌启.弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮.北京:

机械工业出版社，1988

[2]天津齿轮机床研究所编译.格利森锥齿轮技术资料译文集（第一分册）.机械工业出版社，1986

[3』天津齿轮机床研究所编译.格利森锥齿轮技术资料译文集（第五分册）.

机械工业出版社，1982

【4】天津齿轮机床研究所编译.格利森锥齿轮技术资料译文集（第六分册）.机械工业出版社，1983.8

【5】田小军.弧齿锥齿轮简易数控加工方法研究:

〔硕士学位论文〕.河南科技大学，2004

【6】吴锐.数控弧齿锥齿轮研齿机的研齿运动和数控结构研究:

〔硕士学位论文」.河南科技大学，2005

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