齿轮加工误差产生的来源及解决方法

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：引起齿轮加工误差的因素很多，加工系统中机床、刀具、齿坯的制造、安装误差均会在加工过程中引起啮合关系的变化。下面以在滚齿机上加工齿轮为例，分析产生齿轮加工误差的主要原因。

齿轮轮齿的加工方法很多，最常用的是切削加工。切削加工方法按加工原理可分为仿形法和展成法。仿形法切制齿轮的原理是：在铣床上用与被切齿槽的形状相同的刀具在轮坯上逐个切制齿槽两侧的渐开线齿廓。展成法也称范成法，是当前齿轮加工中最常用的一种方法，插齿、滚齿、磨齿等均属于这种方法。展成法切制齿轮的原理是：加工中保持刀具和轮坯之间按渐开线齿轮啮合的运动关系来切制轮齿。

引起齿轮加工误差的因素很多，加工系统中机床、刀具、齿坯的制造、安装误差均会在加工过程中引起啮合关系的变化。下面以在滚齿机上加工齿轮为例（见图7-3），分析产生齿轮加工误差的主要原因。

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图7-3　在滚齿机上切齿示意图

1—心轴；2—齿轮坯；3—工作台；4—分度蜗轮；5—分度蜗杆；6—滚刀

1.几何偏心（e1）

齿轮齿圈相对于齿轮孔中心的偏心称为几何偏心。这种偏心是由切齿齿坯本身的误差或齿轮基准孔（或基准轴颈）与滚齿机工作台的回转中心安装的不重合而引起的。参考图7-3，在滚齿机上，齿坯安装误差引起齿轮基准轴线O′O′与机床工作台回转轴线OO不重合，此二轴线的偏移量e1称为几何偏心。由于几何偏心的存在，使被加工齿轮轮齿一边短而宽、一边长而窄，引起齿轮的径向偏差，产生径向跳动。

如图7-4所示，在滚齿过程中，滚刀轴线O1O1的位置固定不变，工作台回转中心O到O1O1的距离A保持不变，齿轮坯基准孔中心O′绕工作台回转中心O转动，因此在齿轮坯转一周的过程中，其基准孔中心O′至滚刀轴线O1O1的距离A′是变动的，其最大距离A′max与最小距离A′min之差为2e1。由于齿轮坯基准孔中心O′距滚刀时近时远，使齿轮坯相对于滚刀产生径向位移，因而滚刀切齿的各个齿槽的深度不同。若不考虑其他因素的影响，则所切各个轮齿在以O为圆心的圆周上是均匀分布的，任意两个相邻轮齿之间的齿距皆相等。但是这些轮齿在以O′为圆心的圆周上却是不均匀分布的，各个齿距将不相等。这些齿距由小逐渐变大到最大，而后由最大逐渐变小到最小，类似图7-1所示从动齿轮的实际齿距，因此影响所切齿轮传递运动的准确性。

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图7-4　齿轮几何偏心对分布均匀性的影响

2.运动偏心（e2）

运动偏心是由于齿轮加工机床分度蜗轮本身的制造误差以及安装过程中分度蜗轮轴线O″O″与工作台旋转轴线OO有安装偏心ek引起的。运动偏心使齿坯相对于滚刀的转速不均匀，而使被加工齿轮的齿廓产生切向位移，因而使所切各个轮齿的齿距在分度圆上分布不均匀。加工齿轮时，蜗杆的线速度是恒定的，而蜗轮、蜗杆中心距产生周期性变化，这就使得蜗轮转速也呈现周期性变化。当蜗轮的角速度由ω增加到ω+Δω时，齿距和公法线均变长；当蜗轮角速度由ω减少到ω-Δω时，切齿滞后使齿距和公法线均变短，这就使得齿轮产生切向周期性变化。这种齿距分布不均匀的误差会按一定比例复映到被切齿轮上，这可以折算成偏心，我们把它称为齿轮的运动偏心e2。

3.机床传动链误差

加工直齿轮时，传动链中分度机构各传动元件的误差，尤其是分度蜗杆由于安装偏心引起的径向跳动和轴向窜动，将会造成蜗轮（齿坯）在一周范围内的转速出现多次的变化，引起被加工齿轮的齿距偏差和齿形偏差。加工斜齿轮时，除受分度系统误差影响外，还受差动系统误差的影响。

4.滚刀制造和安装误差

滚刀本身在制造过程中产生的齿距误差、重磨误差等，都会在齿轮加工过程中造成被加工齿轮产生齿距偏差和齿廓偏差。由于滚刀的安装偏心，会使得被加工齿轮产生径向偏差。滚刀的轴向窜动和轴线倾斜，也会使滚刀的进刀方向与轮齿的理论方向产生偏差，造成所加工齿面沿齿长方向倾斜，产生齿廓偏差，影响齿轮载荷分布的均匀性。

齿轮加工误差产生的来源及解决方法

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