王國強

(第一拖拉機股份有限公司 齒輪廠，河南 洛陽 471004)

1 漸開線花鍵齒輪特點

齒輪傳動是現(xiàn)代機械中最主要的一種機械運動，其具有傳動比準確、效率高、結構緊湊、工作可靠和壽命長等特點，被廣泛應用于機床、汽車、飛機和船舶等行業(yè)中。齒輪傳動包括主動齒輪、從動齒輪和機架。與主動齒輪連接的一般是軸類零件，通過鍵聯(lián)結實現(xiàn)軸和軸上零件間的周向固定，以傳遞運動和轉矩。鍵聯(lián)結可分為平鍵聯(lián)結、半圓鍵聯(lián)結、楔鍵聯(lián)結、切向鍵聯(lián)結以及花鍵聯(lián)結。由于花鍵聯(lián)結具有較高的承載能力，定心精度高，導向性能好，可實現(xiàn)靜聯(lián)結或動聯(lián)結，因此，在飛機、汽車和拖拉機等農用機械中應用較廣泛。

按齒形不同，花鍵聯(lián)結分為矩形花鍵和漸開線花鍵等2種。矩形花鍵聯(lián)結的定心方式為小徑定心，軸、孔的花鍵定心面均可進行磨削，定心精度高。漸開線花鍵聯(lián)結的齒形為漸開線，其分度圓壓力角規(guī)定了30°和45°等2種。漸開線花鍵可以用加工齒輪的方法來加工，工藝性能好，制造精度高。漸開線花鍵齒根較厚，鍵齒強度高，壽命長，且互換性較高，當傳遞的轉矩大及軸徑較大時，宜采用漸開線花鍵聯(lián)結[1-2]。

漸開線花鍵齒輪又分為外花鍵和內花鍵。外花鍵主要采用花鍵銑削加工，精度較高或有螺旋角要求的鍵齒也采用滾齒機加工，如汽車變速器輸入軸花鍵和重型卡車后橋減速器主動錐齒輪花鍵。外花鍵也可采用插削加工，如重型卡車變速器輸出軸花鍵，小模數(shù)外花鍵的無屑加工做為新工藝也逐步得到認可。外花鍵常用的花鍵無屑加工有冷擠壓、冷軋等，特點是加工效率高，有助于提高花鍵的強度，如汽車半軸花鍵和凸輪軸花鍵等。內花鍵常用的加工方式主要是拉削，其精度較好，加工效率高，成本較低。拉削主要有立式拉床和臥式拉床，立式拉床可以消除工件自重引起的偏心，應用較廣。

在批量生產(chǎn)中，花鍵的測量通常采用通正規(guī)檢查方法，同時通過檢測齒圈跳動來保證花鍵的精度。小批量生產(chǎn)的花鍵采用測量跨棒距的方式來控制花鍵的尺寸。精密花鍵也可以通過測量中心來抽檢精度[3-4]。

2 漸開線花鍵齒輪加工工藝

2.1 存在問題

漸開線齒輪由于諸多優(yōu)點使用非常廣泛，但是在機械加工制造方面經(jīng)常遇到一些難點問題，如內花鍵齒輪熱處理變形和花鍵定位不穩(wěn)定等問題。本文以第一拖拉機股份有限公司加工的拖拉機減速器中的一個零件為例進行分析，其采用內漸開線花鍵定心，零件外觀圖如圖1所示，零件產(chǎn)品圖如圖2所示，零件工藝參數(shù)見表1。

圖1 零件外觀圖

圖2 零件產(chǎn)品圖

齒數(shù)Z模數(shù)m壓力角α/(°)齒全高H/mm公法線(K=3)W143.525o7.17527.76(0,-0.06)齒圈徑向跳動公差Ff/mm齒形公差Fr/mm齒向公差Fβ公法線變動量Fw/mm≤0.03≤0.028≤0.025≤0.028

在試制中(10件小批量)，采用的工藝路線為毛坯正火→齒坯→拉花鍵→滾齒→磨棱→清洗→熱處理→磨齒→成品。在熱處理后進行磨齒加工時，出現(xiàn)齒向不穩(wěn)定的情況，齒向測量結果見表2(工藝要求公差≤0.012)。其中，4個不達標，合格率僅為60%，遠遠不能滿足批量加工條件。

表2 齒向測量結果

2.2 問題分析及工藝改進

針對上述問題，分別對機床和工裝進行了檢查，結果全部正常。通過測量零件內花鍵小徑發(fā)現(xiàn)，熱處理后的花鍵小徑尺寸有變化，出現(xiàn)錐度，具體尺寸變化見表3(工藝要求(34.91+0.10)mm)。

表3 花鍵小徑尺寸 (mm)

經(jīng)過對比熱處理前后齒向尺寸可知，熱處理前花鍵小徑尺寸全部在工藝范圍內，一致性好，熱處理后存在差異。結合之前加工類似零件結構情況分析可知，由于該內花鍵零件厚度較薄，花鍵孔部位突出，花鍵模數(shù)小，熱處理過程中很容易變形，故不合適采用小徑定位。

采用花鍵大徑定心磨齒加工后齒向測量結果見表4。由表4可以看出，結果仍不能滿足工藝要求。

表4 齒向測量結果

采用上述2種加工方法都不能滿足批量加工的要求，既花鍵定位面一致性差，造成磨齒后重復測量齒向不穩(wěn)定。經(jīng)過多次工藝分析后更改優(yōu)化工藝路線，從磨齒定位面入手研究，仍采用花鍵小徑定位，具體工藝路線如下：毛坯正火→齒坯→拉花鍵→滾齒→磨棱→清洗→熱處理→靠磨端面和花鍵小徑→磨齒→成品。在熱處理后磨齒前用內圓磨床，夾零件節(jié)圓磨花鍵小徑，同時靠一側端面，公差在0.015 mm以內，端面跳動≤0.01 mm。小批量試制后，測量齒向情況見表5。

表5 齒向測量結果

由表5試驗結果可知，產(chǎn)品全部滿足工藝要求，合格率為100%。經(jīng)過大批量試制驗證，產(chǎn)品抽樣檢測結果全部合格，工藝穩(wěn)定性非常好。

3 結語

針對花鍵小徑定位測量齒向測量不一致的問題，經(jīng)過多次工藝分析后更改優(yōu)化工藝路線，采用熱處理后修整花鍵孔，提高定位面精度，最終滿足了工藝要求，實現(xiàn)了批量加工的穩(wěn)定性。

[1] 機械設計手冊委員會.機械設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1991.

[2] 楊叔子.機械加工工藝師手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

[3] 齒輪手冊編委會.齒輪手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[4] 王先逵.齒輪、蝸輪蝸桿、花鍵加工[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.