黎春明， 母文詞

（重慶長江特種裝備有限公司，重慶402468）

0 引言

齒輪是摩托車的重要零件，其質(zhì)量直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)及整車的壽命、噪聲、傳動(dòng)效率等參數(shù)，它的基本加工工藝流程為：坯件成形→齒坯機(jī)加→制齒→熱處理→精加工。目前，我國摩托車齒輪的最終熱處理（滲碳淬火、碳氮共滲等）綜合性能已能滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。齒輪熱處理前的精度（以下簡稱精度）控制一直是困擾眾多廠家的難題。

1 齒坯的控制

摩托車齒輪模數(shù)通常為 1～2.5 mm，壓力角為20°，齒寬不大于 40 mm、分度圓直徑不大于125 mm、精度一般為7～8級(jí)，其參數(shù)如表1。

表1 齒輪精度對(duì)照表（Mn＝1～2.5、do≤125、齒寬 B≤40） mm

影響齒輪精度的主要因素有：設(shè)備、夾具、刀具、齒坯硬度和齒坯精度等。在實(shí)際生產(chǎn)中，由設(shè)備、夾具引起的齒輪精度超差易于發(fā)現(xiàn)并解決。因此，控制齒輪精度面臨的主要問題是：齒坯硬度、精度及制齒刀具選用不當(dāng)所造成的齒形誤差、齒向誤差、公法線長度變動(dòng)、齒圈徑向跳動(dòng)會(huì)出現(xiàn)批量或隨機(jī)性超差及齒面拉傷、粗糙度差等。實(shí)踐證明：單純的依靠提高設(shè)備、刀具精度的方法難以控制大批量生產(chǎn)的齒輪精度，而且會(huì)大幅增加產(chǎn)品成本。因此，齒輪的精度控制與提高還應(yīng)從齒坯的硬度、精度及制齒刀具的正確選用等方面入手。

1.1 齒坯的硬度

摩托車齒輪的坯件一般采用溫?cái)D或熱鍛成形，硬度值為140～240 HB，波動(dòng)范圍較大。同時(shí)存在硬度不均、帶狀組織嚴(yán)重、晶粒粗大、內(nèi)應(yīng)力等問題。其中，硬度對(duì)制齒的影響較大。齒坯硬度偏低，切削性能差，易產(chǎn)生積屑廇，使齒面出現(xiàn)拉傷及鱗刺現(xiàn)象；硬度偏高，又會(huì)加劇刀具的磨損，使刀具變鈍、齒面粗糙度和齒形變差；同一零件的硬度不均則會(huì)造成切削時(shí)齒面的局部凹入或凸出，影響齒形精度及公法線長度變動(dòng)。生產(chǎn)中曾出現(xiàn)由于齒部存在局部軟點(diǎn)造成齒面凹入不光滑、公法線長度變動(dòng)及齒形誤差嚴(yán)重超差的現(xiàn)象。表2為某齒輪硬度對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，將齒坯的硬度控制在180～220 HB范圍內(nèi)為宜。

表2 硬度對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

齒坯的硬度控制可采用正火或調(diào)質(zhì)方法，以提高產(chǎn)品的切削加工性能，降低硬度不均對(duì)齒形誤差、公法線長度變動(dòng)的不利影響，抑制齒面拉傷、鱗刺的產(chǎn)生。同時(shí)，消除嚴(yán)重的帶狀組織和內(nèi)應(yīng)力、細(xì)化晶粒，從而減小最終熱處理對(duì)齒輪精度的影響。

1.2 齒坯的精度

齒輪的傳動(dòng)質(zhì)量取決于齒形精度和齒距分布的均勻性，而它們與切齒時(shí)的定位基準(zhǔn)的精度有著直接關(guān)系。齒坯的精度包括：齒坯孔徑偏差、端面對(duì)孔的垂直度、兩端面的平行度、外圓的徑向跳動(dòng)等偏差，故齒坯加工在整個(gè)齒輪加工中占有重要地位。

齒輪制齒通常是以齒坯的內(nèi)孔和端面定位，制齒心軸的徑向跳動(dòng)及端面基準(zhǔn)面的跳動(dòng)值一般都能有效地控制在0.01 mm以內(nèi)。因而，影響齒輪精度，特別是齒圈徑向跳動(dòng)、公法線長度變動(dòng)、齒向誤差的主要因素是齒坯內(nèi)孔與心軸的間隙及端面對(duì)內(nèi)孔的垂直度（或跳動(dòng)）。齒坯內(nèi)孔與心軸存在間隙，將引起齒坯的安裝偏心（特別是花鍵孔齒輪，后續(xù)工序難以消除偏心誤差），增大齒圈徑向跳動(dòng)和公法線長度變動(dòng)；而端面對(duì)內(nèi)孔的垂直度（或跳動(dòng)）和兩端面平行度誤差偏大時(shí)，在夾緊力的作用下，心軸可能發(fā)生彎曲，尤其是薄壁零件數(shù)件重疊加工，將使齒坯沿齒向方向傾斜，增大齒形、齒向誤差。故要控制齒輪的精度就必須控制齒坯的精度。表3為嘉陵JH125型二擋從動(dòng)齒輪的齒坯端面跳動(dòng)對(duì)齒向誤差影響的試驗(yàn)情況。

表3 齒坯端面對(duì)內(nèi)孔的跳動(dòng)對(duì)齒向的影響 mm

齒輪的加工試驗(yàn)表明：只要內(nèi)孔對(duì)端面的垂直度不大于0.03mm、內(nèi)孔與心軸的間隙小于0.02mm、兩端面的平行度小于0.02mm、外圓徑向跳動(dòng)控制在0.10mm以內(nèi)，就能夠有效地控制齒坯精度對(duì)齒輪精度的影響。

2 刀具的正確選用

刀具是影響齒輪精度的一個(gè)關(guān)鍵因素，特別是對(duì)于滾、剃加工的齒輪，刀具的合理選擇和正確使用都是非常重要的。

2.1 滾刀

滾齒對(duì)齒輪精度的控制及提高影響最大，但卻最易被忽視。一般來說，人們最關(guān)注的是剃齒的效果及其控制。實(shí)際上，由于產(chǎn)品表面加工的復(fù)映性，剃齒提高滾齒精度的能力有限，通常齒形精度僅能提高一級(jí)，而齒距極限偏差、公法線長度變動(dòng)則略有降低。顯然，控制齒輪的精度就必須控制滾齒精度，這就需要控制滾刀的制造和安裝精度，同時(shí)研究滾齒的留剃形式。

滾刀的制造精度分為：AA、A、B、C等級(jí)別，摩托車齒輪的滾齒常選用A級(jí)滾刀，其主要精度如表4所示。AA級(jí)滾刀與A級(jí)滾刀相比，其精度提高有限，對(duì)滾齒（特別是剃前滾齒）的影響不大。

表4 滾刀的主要精度（Mn≥1～2.5 mm）mm

2.1.1 滾刀的安裝

滾刀的安裝精度主要指滾刀軸臺(tái)的徑向跳動(dòng)、滾刀的軸向竄動(dòng)量、刀架回轉(zhuǎn)角及滾刀的對(duì)中精度。其中，滾刀軸臺(tái)的徑向跳動(dòng)、軸向竄動(dòng)量將直接反映到齒形上，它們與齒形誤差的關(guān)系為（圖1）：

式中，Δf1為軸臺(tái)徑向跳動(dòng)引起的齒形誤差,Δf2為滾刀軸向竄動(dòng)引起的齒形誤差，ΔE0為軸臺(tái)徑向跳動(dòng)量，Δb0為滾刀軸向竄動(dòng)量。

圖1 齒形誤差與滾刀徑向跳動(dòng)及軸向竄動(dòng)的關(guān)系

由于軸向竄動(dòng)量一般很小，故對(duì)齒形影響最大的是軸臺(tái)的徑向跳動(dòng)。因此，滾刀的安裝，首先必須盡量減小滾刀軸臺(tái)的徑向跳動(dòng)。且應(yīng)使兩軸臺(tái)的跳動(dòng)高點(diǎn)位于同一方向（若方向不同，將產(chǎn)生一附加軸向竄動(dòng)量）。滾刀軸臺(tái)的徑向跳動(dòng)量應(yīng)控制在0.03～0.04 mm以內(nèi)，這樣滾刀軸臺(tái)徑向跳動(dòng)對(duì)齒形誤差的影響可控制在0.01 mm左右。而要滿足滾刀軸臺(tái)的徑向跳動(dòng)的要求，就應(yīng)加強(qiáng)對(duì)刀桿、刀具精度和墊圈的平行度的控制。

其次，雖然理論上中小模數(shù)的齒輪滾刀是否對(duì)中對(duì)齒輪精度影響不大，但實(shí)際上，滾刀的對(duì)中（圖2）誤差會(huì)引起齒兩側(cè)齒形切痕位置不對(duì)稱，使兩側(cè)齒輪產(chǎn)生較大的差異，剃齒后極易造成單側(cè)齒形超差。尤其在選用帶凸臺(tái)倒角滾刀加工時(shí)，未對(duì)中將可能出現(xiàn)一側(cè)倒角偏大、另一側(cè)無倒角現(xiàn)象，影響齒輪嚙合時(shí)的重合系數(shù)。因而滾刀的對(duì)中也是一個(gè)不可忽視的問題。

圖2 滾刀的對(duì)中

2.1.2 滾刀的留剃形式

目前，最常用的剃前滾刀是標(biāo)準(zhǔn)型剃前滾刀，其基本齒形如圖 3（a）。

圖3 剃前滾刀的基本形式（b）、（c）中虛線為齒輪的標(biāo)準(zhǔn)齒形

該型滾刀的剃削余量均勻分布，剃刀加工齒輪（特別是齒數(shù)大于17的非負(fù)變位的齒輪）時(shí)，相對(duì)薄弱的齒角參與切削，使刀具的磨損加劇，齒輪精度降低，切削力加大，易出現(xiàn)斷齒現(xiàn)象，且不易去除的齒頂毛刺將對(duì)齒輪噪聲造成不利的影響。為避免剃刀齒角參與切削，同時(shí)提高齒輪精度，應(yīng)以采用帶凸臺(tái)倒角滾刀或雙壓力角滾刀為宜，其基本齒形如圖3（b）、（c）。帶凸臺(tái)倒角滾刀的剃削余量除兩端外，沿齒高均勻分布，齒頂?shù)菇沁€可以防止齒輪嚙合時(shí)的嚙入沖擊，降低噪聲，但齒根與齒頂去除后的工作部分，不能超過齒輪所需的有效工作長度。雙壓力角滾刀剃削余量分布是不均勻的，分度圓上余量最大，該刀具可有效減小中凹，同時(shí)對(duì)齒頂齒根有一定的修緣作用，可減少剃刀徑向進(jìn)給的切入長度，降低切入時(shí)的進(jìn)給力和切削力。

2.2 剃刀的選用

剃刀對(duì)齒輪精度的影響主要體現(xiàn)在齒向誤差、齒形誤差和齒面粗糙度上。其中，齒向誤差可通過剃齒機(jī)的調(diào)整來達(dá)到要求。而對(duì)于齒形控制來說，效果最好的是采用修形剃刀，但該類刀具通用性差，一般與齒輪只能一一對(duì)應(yīng)的使用。摩托車齒輪使用修形剃刀并不經(jīng)濟(jì)。所以當(dāng)前最佳的方法應(yīng)是在合理選擇留剃形式及余量的前提下，采用通用性好的負(fù)變位剃刀，增加剃齒時(shí)的重合度系數(shù)，減小節(jié)圓處的法向分力，從而減小齒輪的中凹現(xiàn)象，提高齒形精度。

表5 螺旋角對(duì)齒面粗糙度、齒形的影響

剃刀參數(shù)中影響齒面粗糙度的是螺旋角和硬度，剃刀的螺旋角選擇應(yīng)保證軸交角控制在10°～15°內(nèi)，而且還應(yīng)考慮齒輪的剛性和硬度。剃刀螺旋角對(duì)齒面的影響見表5。當(dāng)齒輪剛性較差時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低軸交角，減小剃齒滑移速度；否則，齒面會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)波紋，使齒面粗糙度變差并影響齒形精度。

試驗(yàn)條件：鈴木AX100型冷擠副軸（圖4），硬度160～180HB。

圖4 AX100型傳動(dòng)副軸示意圖

3 結(jié)論

綜上所述，齒坯的硬度、精度和制齒刀具的正確選用對(duì)摩托車齒輪制齒精度、齒面拉傷等的影響是客觀存在的。因此，只有對(duì)齒坯進(jìn)行預(yù)先熱處理、嚴(yán)格對(duì)齒坯半機(jī)加精度的控制、正確選用刀具，才能有效的控制齒輪精度。

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