黃業(yè)財，滕 潔，梁耀航，黎勇武

（1.柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州545007；2.柳州美橋汽車傳動系統(tǒng)有限公司，廣西 柳州545007）

隨著人們生活水平的提高，對于汽車的需求不再僅僅需求多拉快跑，還有了更高的舒適性需求。對于舒適性的研究，國內(nèi)的汽車廠家在開發(fā)新產(chǎn)品、汽車的升級換代上都投入了非常大的精力，為了提升整車的NVH 開展很多提升項目。對于國內(nèi)存量最多的微型車來說，后橋的噪音是一項很重要的評價指標，而齒輪的嚙合噪音則是影響該模塊評價水平的直接根源。如何在激烈競爭的環(huán)境下，用最低的成本，實現(xiàn)最大的價值，是各個汽車及汽車零部件廠家需要研究的課題。

齒輪的齒距誤差精度是影響齒輪噪音的一個很關鍵的產(chǎn)品參數(shù)，本文通過研究螺旋錐齒輪熱處理后的研齒工藝參數(shù)，提出旨在優(yōu)化研齒工藝參數(shù)來提升齒輪產(chǎn)品質(zhì)量的方法。

1 熱處理后的齒輪齒面加工工藝類型及特點

目前汽車后驅(qū)動橋所用的螺旋錐齒輪熱處理后的齒形加工工藝主要有研齒工藝、磨齒工藝兩種，這兩種方式在實現(xiàn)成本、生產(chǎn)節(jié)拍、成品精度上差異較大。

根據(jù)當前行業(yè)現(xiàn)狀，研齒與磨齒工藝測算的成本及效率如表1 所示。

表1 研齒工藝與磨齒工藝的產(chǎn)線投入及加工節(jié)拍

從數(shù)據(jù)可以看到，磨齒工藝的產(chǎn)線成本為研齒工藝的25 倍，而效率則是后者的40%。當然磨齒工藝的成品精度高于研齒工藝，然而在產(chǎn)線成本投入上，則遠遠高于研齒工藝。

由于磨齒工藝成本投入過高，很多廠家都在想辦法在研齒工藝上做些調(diào)整，以改變研齒工藝加工的零件精度較磨齒工藝差的缺陷。

2 研齒工藝原理及其影響齒輪齒距誤差精度的因素

研齒工藝是汽車后驅(qū)動橋主被動傘齒輪熱處理后加工的重要加工工藝過程，可以有效降低齒輪噪音、提高齒面精度、并對輕微熱處理變形具有修正作用。研齒工藝由于產(chǎn)線投入較小，啟動快，效率也很高，在國外有著長期成熟有效的應用，在我國近幾年隨著設備制造工藝的發(fā)展，越來越多的企業(yè)開始投入資金實施研齒工藝的數(shù)控化提升，以滿足市場對低成本、低噪音、高效率的齒輪的需求。

由于成本的原因，國內(nèi)很多企業(yè)熱處理后的加工工藝還是研齒工藝，錐齒輪熱處理后變形的校正及嚙合質(zhì)量的提高主要集中在研齒上.研齒對于制造高質(zhì)量的錐齒輪來說是一道重要的工序，如果不能很好地控制，將會降低齒輪副的嚙合質(zhì)量，甚至會出現(xiàn)廢品。目前國內(nèi)行業(yè)正在逐步使用數(shù)控研齒機替代半自動研齒機，數(shù)控研齒機對工人技術(shù)依賴性不強，相對半自動研齒機有很多優(yōu)勢，采用數(shù)控研齒機加工錐齒輪，國內(nèi)外很多單位進行了有益的嘗試，并取得了很好的效果。

隨著國內(nèi)設備制造水平、工控技術(shù)的提升，近年來研齒機也逐步走上了全數(shù)控化的道路，逐步淘汰了以機械液壓控制的擺角式半自動研齒機，在實際運用中，國產(chǎn)數(shù)控研齒機的使用效果已經(jīng)與國外的如格里森600HTL 等型號的研齒機相近。

國內(nèi)某廠Y 型號數(shù)控研齒機，其設備的結(jié)構(gòu)如圖1 所示，包含有：主動箱及主動軸轉(zhuǎn)動A 軸、被動箱及被動軸轉(zhuǎn)動C 軸、與主動箱水平左右移動的G軸（Z），與被動箱前后移動的H 軸（X）和垂直上下移動的V 軸（Y）。

圖1 研齒機設備結(jié)構(gòu)圖

該研齒機研齒時，將零件安裝在理論安裝距位置，通過A、C 軸的相對轉(zhuǎn)動，使齒輪在每個齒在齒長方向的同一個點研磨。再通過施加在V、H 這2 個軸的補充運動，以及為了使齒輪的齒側(cè)間隙保持一致而運動的G 軸，使研磨點在齒長方向的小端到大端的整個齒面上運動。通過這兩個運動的聯(lián)動，使齒輪副在相對轉(zhuǎn)動的過程中，在齒面上產(chǎn)生相對滑動的效果，再通過噴到嚙合區(qū)域的研磨液，使齒輪每個齒的齒面都能夠完全研磨到[1]，研齒運動圖見圖2 所示。

圖2 研齒運動圖

研齒時，希望將整個齒面均勻的研磨掉一定的量，而且每個齒的研磨量、研磨位置要一致，此時齒面的粗糙度得到均勻改善，嚙合噪音就會得到改善。然而由于研齒與磨齒原理上的差異性，研齒工藝在理論上就存在一定的不利因素，致使研齒后，齒輪的齒距誤差精度不穩(wěn)定。通過舉例分析：

假設：齒輪副齒數(shù)比為4.3，主動齒輪齒數(shù)為10，并以主齒的齒距精度做分析。

（1）定義齒面上的兩個研磨點為小端的點T1和大端的點H1，則其1 個循環(huán)的運動路徑（圖3）為：起點小端點（T1）→大端點（H1）→小端點（T1）；

圖3 研磨運動路徑圖

（2）研齒參數(shù)1（見表2）。

表2 研齒參數(shù)1

當機床V、H 軸固定于T1點不動，只有A 軸驅(qū)動C 軸轉(zhuǎn)動時，這10 個齒每一個齒的研磨點是完全一樣的，全部都在T1點研磨，如圖4。當結(jié)合V、H 運動時，其主動齒輪轉(zhuǎn)動一圈時，即10 s，此時在齒長方向，研磨點剛好從T1點走到了H1，每秒行走的距離為V = 0.1 mm，H = 0.1mm，將齒面按照從T1點走到了H1的時間進行等分（下同），則研磨點如圖5 所示。可以看到，當軸的轉(zhuǎn)動、V 和H 移動的速度足夠慢時，會導致每個時間點，在每個齒上的研磨點都是不一樣的，這種情況下，研磨后的齒輪，精度會變差。

圖5 研磨點示意圖

通過改變研齒參數(shù)，可以得到不同的研磨點的位置。假設改變研磨時間到20 s，此時研齒參數(shù)2（見表3）為：

表3 研齒參數(shù)2

根據(jù)參數(shù)2，研磨點在齒長方向從T1點走到H1，每個齒接觸了2 次，每秒行走的距離為V = 0.05 mm，H = 0.05 mm，運行了20 s，其研磨點如圖6 所示。

圖6 研磨點示意圖

再將研齒參數(shù)進行變動，將主動軸轉(zhuǎn)速從6 r/min，變成60 r/min，變成參數(shù)3，如表4 所示。

表4 研齒參數(shù)3

在參數(shù)3 條件下，主齒轉(zhuǎn)動一圈只需要1 s，則在研磨點在齒長方向從T1點走到H1的10 s 的時間內(nèi)，每秒行走的距離為V = 0.01 mm，H = 0.01 mm，轉(zhuǎn)動了10 次，即可以研磨10 次，如圖7 所示。

圖7 研磨點示意圖

總結(jié)以上3 個研齒參數(shù)的理論分析，可以得出，當從T1到H1研磨時間越久，主軸轉(zhuǎn)速越快，在1 個循環(huán)內(nèi)，每個齒的接觸次數(shù)越多，則其研磨的誤差越小。將數(shù)據(jù)統(tǒng)計，各個參數(shù)下的研磨次數(shù)如表5，通過此表格，可以清晰的看出，哪些參數(shù)情況下，研磨次數(shù)是越多的，即使用該加工參數(shù)是最可能得到齒輪齒距誤差精度最高的零件。

表5 不同參數(shù)下，齒面研磨的次數(shù)對應表

3 基于以研齒機研齒參數(shù)作為變量的試驗驗證

在實際的齒輪研磨時，受到加工過程中各種參數(shù)，以及研齒前零件本身的精度影響，為了更好的體現(xiàn)驗證結(jié)果，需要排除研齒前零件、設備等差異點的影響，以使驗證結(jié)果更加準確。

3.1 試驗驗證思路

由于研前零件批次不同、不同的設備、不同的設備加工參數(shù)都會對研齒后的結(jié)果造成不同影響，會導致最后得到結(jié)果規(guī)律復雜，本試驗的思路，是以一個或者兩個變動的參數(shù)作為變量，然后保證其他條件相同的情況下進行對比。將研齒前與研齒后零件精度的變動值做為評價依據(jù)，以此評判變量對研齒精度的影響。

根據(jù)理論分析的結(jié)果，需要將設備主軸轉(zhuǎn)速以及單循環(huán)的研磨時間作為變量，以單變量或雙變量的多種組合試驗，最終得出試驗驗證結(jié)果。

3.2 試驗驗證參數(shù)

在試驗過程中，采集了3 種組合的驗證數(shù)據(jù)，具體步驟為：

（1）對研前零件進行檢測，挑選相同精度等級的零件作為試驗零件；

（2）調(diào)整研齒參數(shù)，使之能夠全齒面研磨完全，研后接觸斑點合格；

（3）以從T1到H1的研磨時間t 為10 s，主軸轉(zhuǎn)速v 為600 r/min 作為基準，改變研齒參數(shù)，驗證不同參數(shù)下，結(jié)果的差異值。

3.2.1 試驗一

改變主軸轉(zhuǎn)速到1 200 r/min。此時研齒參數(shù)見表6。

表6 不同主軸轉(zhuǎn)速v

3.2.2 試驗二

改變研磨時間10 s ～20 s，此時研齒參數(shù)見表7：

表7 不同研磨時間t

3.2.3 試驗三

將研磨時間和主軸轉(zhuǎn)速都在基礎參數(shù)上做調(diào)整，此時研齒參數(shù)見表8。

表8 不同主軸轉(zhuǎn)速v 及不同的研磨時間t 組合

3.3 試驗驗證結(jié)果

將4 組試驗參數(shù)研磨后的零件進行檢測并將結(jié)果統(tǒng)計，結(jié)果見表9。

表9 試驗驗證結(jié)果統(tǒng)計表

3.4 試驗驗證小結(jié)

從4 組試驗參數(shù)的試驗結(jié)果看，實際結(jié)果與理論分析的結(jié)果是符合的，即轉(zhuǎn)速提升與研磨時間的提升，都有助于提升齒輪的齒距誤差精度。

由于現(xiàn)有設備能力的限制，特別國產(chǎn)研齒機的主軸剛性及精度都較進口設備差，致使主軸轉(zhuǎn)速無法大規(guī)模的提升，對于齒輪齒距誤差精度的提升幫助較小。在理想的狀態(tài)下，我們可以使用較為理想的轉(zhuǎn)速及研磨時間模型進行精確的研齒，使研齒后的齒距誤差精度接近磨齒工藝的效果。使低成本、高效率、高質(zhì)量的零件通過研齒工藝加工出來。

4 結(jié)論

從以上的理論分析及試驗驗證可知，通過調(diào)整現(xiàn)有研齒工藝的研磨參數(shù)，使齒輪的齒距誤差精度得到一定的提升，本方法不需要再投入設備成本就可以實現(xiàn)。同時提升設備主軸的精度，有助于該方法的規(guī)模應用。