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        克制弧齒錐齒輪防干涉工藝探討

        2020-06-19 08:07:30吳立忠喬燕芳陳云
        機械工程師 2020年5期
        關(guān)鍵詞:接觸區(qū)錐齒輪偏置

        吳立忠, 喬燕芳, 陳云

        (寧夏天地奔牛實業(yè)集團(tuán)有限公司,寧夏石嘴山753001)

        0 引 言

        等高齒弧齒錐齒輪在一些工程機械、重型機械和精密機械產(chǎn)品中占比越來越大,從過去的奧林康齒制不能磨齒,到現(xiàn)在的克林根貝格HPG法硬刮齒和格里森等高齒磨齒工藝,等高齒的制造精度越來越高,但在某些速比小,即在一些節(jié)錐角小,安裝軸承位直徑較大的主動輪上,會出現(xiàn)切齒刀盤和軸承位干涉的情況,對于這些問題,一般會采取增加工藝臺的措施,這會造成齒輪副加工精度降低,干涉嚴(yán)重不僅影響齒輪的外觀[1],還會削弱齒輪軸強度,本文以克林根貝格弧齒錐齒輪(以下簡稱克制錐齒輪)為例,討論如何利用機床自帶的尾架偏置功能,并從結(jié)構(gòu)設(shè)計和加工工藝兩方面來減緩或消除這一干涉現(xiàn)象,以滿足軸承能夠順利安裝的需求。

        1 克制錐齒輪防干涉設(shè)計原理

        圖1所示的克制錐齒輪副是某重型設(shè)備上用的零件,圖1中:dm1、dm2為主、被動齒輪的中錐距;δ1、δ2為主、被動齒輪未偏置的理論節(jié)錐角;δE1、δE2為主、被動齒輪偏置以后實際加工設(shè)置的范成節(jié)錐角。齒部左右兩端都是軸承位,精度要求非常高,速比偏小的主齒輪副如果按常規(guī)方法,主動輪切齒過程中刀盤與右端軸承位會發(fā)生嚴(yán)重的干涉現(xiàn)象,削弱了齒輪強度,而克林根貝格切齒機床無論是過去的AMK系列還是數(shù)控化程度很高的C系列,都帶有尾架傾斜機構(gòu),如果在齒輪尺寸及結(jié)構(gòu)不變的情況下,以齒寬中點為旋轉(zhuǎn)中心,將齒輪整體微量傾斜,即節(jié)錐角偏置(減小)一個角度μk,相嚙合的對偶齒輪相應(yīng)增大節(jié)錐角μk,加工過程中根據(jù)機床情況,通過增加墊塊或直接在KIMOS軟件中進(jìn)行設(shè)置,則可以很好地改善或消除干涉。

        圖1 帶偏置的克制錐齒輪副

        如果干涉部位發(fā)生在齒部左端的軸承位上,也可以按同樣的方法進(jìn)行設(shè)置,只是需要變換偏置方向。

        需要指出的是,目前國內(nèi)在用的多個版本的設(shè)計手冊中,都提出用增加機床刀盤平面傾角的辦法解決上述干涉問題。根據(jù)多年的使用經(jīng)驗,我們認(rèn)為這一說法是不恰當(dāng)?shù)?,無論是過去的AMK系列,還是目前C系列數(shù)控機床,克林根貝機床都只有刀盤偏心機構(gòu),而不具備奧林康設(shè)備所具有的刀傾機構(gòu)。

        2 克制錐齒輪偏置設(shè)計方案校核

        雖然節(jié)錐角增大或減小會帶來錐齒輪軸向力的改變,但克林根貝格切齒機床一般的偏置角度很小,而且通過大小輪同時偏置保證了齒輪副的嚙合質(zhì)量不會受到影響,因此偏置設(shè)置通常對齒輪傳動質(zhì)量及壽命不會造成影響。

        2.1 外形尺寸校核

        偏置情況下,齒部參數(shù)外錐距、中錐距等修正計算如下:中錐距

        內(nèi)錐距

        式中:Re為外錐距;μk為節(jié)錐角偏置的修正值,其它外形參數(shù)不受μk值的影響;Rm為中錐距;Ri為內(nèi)錐距。

        2.2 受力分析校核

        如果軸承壽命的安全裕度非常小,或者設(shè)計偏置量過大,在設(shè)計軸承選型階段就需要進(jìn)行軸向載荷和強度校核。校核計算方法如下[2]:

        凸面為嚙合平面時,軸向力

        徑向力

        凹面為嚙合平面時,軸向力

        徑向力

        式中:Ft為齒輪的切向力;Fx為軸向力;Fr為徑向力;αn為法面壓力角;βm為齒形角。

        在強度校核各軸承壽命計算中,軸向力和徑向力就需要按上述計算過程校核。

        圖2 刀盤干涉檢查

        2.3 刀盤二次切削校核

        對于設(shè)計過程中的防刀盤二次切削干涉檢驗計算中,根據(jù)KN3029設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),需要按偏置后實際加工的范成節(jié)錐角δE進(jìn)行校核計算[3],如圖2所示。不干涉條件為:

        其中:

        3 克制錐齒輪防干涉偏置設(shè)置方法

        與準(zhǔn)雙曲面齒輪偏置調(diào)整不一樣的是,克制錐齒輪偏置不需要考慮螺旋角方向。由于偏置過程發(fā)生在齒輪副的假想側(cè)面齒輪上,根據(jù)KN3029標(biāo)準(zhǔn)要求,在加工過程中,工件主軸必須以中心線為基準(zhǔn),按設(shè)計偏置角度上下偏置后重新定位,機床尾架調(diào)整參數(shù)按以下公式計算[4]:

        式中:下標(biāo)1和2分別代表主動齒輪和被動齒輪;ERa1和ERa2為主、被動齒輪加工時的尾架設(shè)置尺寸;dm1、dm2為主、被動齒輪的中錐距;δE1為主動齒輪偏置以后實際加工設(shè)置的范成節(jié)錐角;δE2為被動齒輪未偏置的理論節(jié)錐角。

        在AMK系列機床上,工件主軸的升高或降低,通過手動閥控制液壓缸來實現(xiàn)[4],通過調(diào)心軸高度和數(shù)據(jù)調(diào)整卡上的距離Kb值及從卡盤定位面到待加工齒輪的距離確定偏置角度的實際值,在自動化程度較高的C系列機床上,通過KIMOS軟件控制操作閥使旋轉(zhuǎn)滑臺轉(zhuǎn)動,從而使節(jié)錐角偏置調(diào)整變得簡單易行。

        一般情況下,2°左右的節(jié)錐角偏置對于刀盤與軸徑的干涉改善效果非常明顯,切齒過程中對于齒輪副的接觸區(qū)影響可以忽略不計。在圖3所示的各極端接觸區(qū)印痕狀態(tài)下,如果偏置量小,切齒過程中只要按常規(guī)的調(diào)整方式對刀位Ex進(jìn)行調(diào)整就可以修正接觸區(qū)質(zhì)量;但是如果偏置角度過大,在這種極端接觸區(qū)情況下,不僅要調(diào)整刀位Ex,還需要同時采取在刀盤上增加或減少刀頭楔墊的方式進(jìn)行調(diào)整。

        4 結(jié) 語

        經(jīng)過現(xiàn)場試驗,可以得出以下結(jié)論:

        1)對于克制錐齒輪,利用克林根貝格切齒機床的尾架偏置功能,能夠消除或在一定程度上減緩切齒刀盤與軸承位的干涉,提高齒輪副軸承安裝軸肩表面質(zhì)量和位強度。

        2)小的偏置量基本不會影響齒輪副接觸區(qū)質(zhì)量,但是偏置量過大時,就需要重新對齒輪副強度及軸承壽命進(jìn)行校核。

        3)切齒過程中對偏置量小的齒輪副,只要按常規(guī)的調(diào)整方式對刀位Ex進(jìn)行調(diào)整就可以修正接觸區(qū)質(zhì)量;如果偏置角度過大,在圖2所示極端接觸區(qū)情況下,不僅需要調(diào)整刀位Ex,還需要同時在刀盤上增減楔墊。

        圖3 克制錐齒輪極端接觸區(qū)形貌

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