大模數(shù)螺旋錐齒輪的加工

1、問題的提出：目前，國內(nèi)的礦山、水泥、石油、船舶工業(yè)對大模數(shù)、大直徑的螺旋錐齒輪 的需求越來越多，由于依賴進(jìn)口，價(jià)格昂貴、交貨期長。對于傳遞功率達(dá)到 5000KW以上，模數(shù)在40mm以上齒輪直徑超過2000mm，小輪安裝軸承部位 直徑達(dá)350mm,要求達(dá)到5級、6級精度的螺旋錐齒輪的制造，給國內(nèi)齒輪行業(yè) 提出新的課題和挑戰(zhàn)。無論按照格里森齒制還是按照克林貝格齒制加工這樣大的螺旋錐齒輪，難點(diǎn) 首先在機(jī)床規(guī)格，其次在刀具及熱處理等等。國內(nèi)已經(jīng)制造出2000mm六軸四 聯(lián)動銃齒機(jī)和七軸五聯(lián)動（或六聯(lián)動）磨齒機(jī)，歐洲的加工辦法在加工中心機(jī) 床上如DMG以仿形刀具加工這樣的齒輪。眾所周知，螺旋錐齒輪的加工

2、原理是以假想平面齒輪與被加工齒輪做無間隙 嚙合，刀具做為假想齒輪的一個(gè)“齒”，展成加工齒輪的，它是按照齒輪嚙合原 理加工最終形成齒面包絡(luò)得到漸開線或準(zhǔn)漸開線齒形的。采用仿形刀具加工這 種齒輪涉及刀具的復(fù)雜性，刀具的耐用性，最終需要保證齒輪的接觸精度等一 系列難題。以一種特大型礦山用破碎機(jī)螺旋錐齒輪齒輪為例的分析：1） 。齒輪的主要參數(shù)：Z1=14，Z2=55，F(xiàn)=250mm，mn=30,3 =35，Do=2026.021mm，Z =90，小輪軸承部位直徑350mm,有效硬化層深達(dá)3.80 4.2mm。齒輪材料：18CrNiMo7.2）。齒制：克林貝格齒制。要想生產(chǎn)這對“克”制齒輪，德國克林貝格

3、公司目前還沒有如此大規(guī)格的齒 輪加工機(jī)床，因此，只能在DMG等數(shù)控加工中心機(jī)床上用仿形刀具加工了，而 且必須是熱處理后采取硬齒面刮削方法才能滿足齒輪的精度和齒面粗糙度要 求，刮削刀具必須使用進(jìn)口的。3）。采用國產(chǎn)數(shù)控銑齒機(jī)、磨齒機(jī)，以格里森齒制的等高齒加工方法完全可 以加工出這對螺旋錐齒輪，并能滿足齒輪精度和壽命要求。理由之一：雖然美國格里森公司不生產(chǎn)加工大模數(shù)、大直徑規(guī)格的機(jī)床，但 國內(nèi)長沙哈量凱帥精密機(jī)械公司早在2009年已經(jīng)生產(chǎn)出加工大模數(shù)、大直徑規(guī) 格的H2000C銑齒機(jī)、H2000G磨齒機(jī)、H2000T滾動檢查機(jī)。能夠滿足加工上 述螺旋錐齒輪的需要。理由之二：克林貝格齒制的齒輪系齒線

4、為延伸外擺線的等高齒，格里森齒制 等高齒輪的齒線為圓弧線等高齒，而且可以熱后磨齒。最早提出“等高齒，概念的是美國格里森公司，由于加工等高齒給刀具帶來 一系列問題，格里森公司后來把對齒輪加工的研究主要放在“收縮齒”和準(zhǔn)雙 曲面齒輪加工的機(jī)床上，以中等模數(shù)的汽車后橋用螺旋錐齒輪齒輪為主。對于“克”制等高齒和“格”制圓弧等高齒來說，兩者計(jì)算強(qiáng)度的方法相同： 格里森公司和克林貝格公司都研制了自己的螺旋錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算方法，并編制 了相應(yīng)的齒輪設(shè)計(jì)分析軟件。但他們都是利用赫茲公式計(jì)算齒面接觸應(yīng)力；用 30度切線法求危險(xiǎn)截面，令載荷作用于齒頂來計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力，而且都是利 用齒面中點(diǎn)截面的當(dāng)量圓柱齒輪來近似

5、計(jì)算螺旋錐齒輪的齒面接觸強(qiáng)度、齒高 彎曲強(qiáng)度以及齒面抗膠合的能力。除此之外，格里森等高齒還具有下列優(yōu)點(diǎn)：在齒輪基本參數(shù)相同的情況下，采用克林貝格齒制由于受到齒底槽寬的限制， 它的刀尖圓角半徑比采用格里森齒制設(shè)計(jì)時(shí)的刀尖圓角半徑要小，因此齒根過 度圓弧的半徑也相對小得多，根據(jù)齒輪分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采用較大的刀尖圓弧 半徑可以增大齒根過度圓弧的半徑，增強(qiáng)齒輪的抗彎曲能力。由于克林貝格擺線齒錐齒輪的精密加工只能采用硬齒面刮削，而格里森圓弧齒 錐齒輪可以采用熱后磨齒的加工工藝，可以實(shí)現(xiàn)根錐面、齒根過度曲面以及齒 面之間的光滑過度，減少了齒輪產(chǎn)生應(yīng)力集中的可能性，降低了齒面粗糙度（可 以達(dá)到RaW0.6u

6、m）提高了齒輪的分度精度（可以達(dá)到GB45級精度）。這樣， 可以增強(qiáng)齒輪的承載能力和齒面抗膠合的能力。理由之三：齒制及圖紙的轉(zhuǎn)換：兩種齒制的轉(zhuǎn)換是件極其簡單的，可以保證齒 數(shù)不變，速比不變，安裝距不變，安裝尺寸不變。以前許多汽車后橋齒輪既有 “格”制又有“克”制的現(xiàn)象是非常普遍的。三 刀具的研究和制造：1）。銑齒刀具的研究和制造：加工這對螺旋錐齒輪的銑齒刀盤直徑達(dá)到40英 寸（1001.6mm ），要求刀盤能夠切深75mm以上，對于刀盤體、刀齒的強(qiáng)度要求 更高，刀齒切削刃部分需要加長，刀盤體的厚度要加厚，鑲嵌刀齒部分的刀盤 體的刀槽也要加深，與國內(nèi)刀具廠共同開發(fā)出適用于加工大模數(shù)、大直徑的弧 齒銑齒刀盤。2）。磨齒砂輪的研究與制造：螺旋錐齒輪磨齒砂輪為杯型砂輪，磨料與傳統(tǒng) 的砂輪不同，需要微晶氧化鋁陶瓷SG砂輪才適于磨齒。砂輪坯直徑需要達(dá)到 1200mm,并將砂輪坯粘接在與機(jī)床聯(lián)接的鏈接盤上，砂輪的靜平衡、動平衡性 能要求很高，盡快與砂輪制造公司共同研究開發(fā)出適于磨削這種齒輪的砂輪。 四.銃齒、磨齒、滾動檢查機(jī)夾具：銃齒、磨齒夾具盡最大可能采用無間隙定 心夾具保證制