專利名稱：齒輪研磨加工方法
技術領域：
本發明涉及齒輪精、整加工的工藝與方法，特別涉及復雜齒形、硬齒面， 如準雙曲面齒輪、弧齒錐齒輪的研磨加工。
背景技術：
齒輪作為機械傳動的關鍵部件，其加工精度與制造水平直接關系到機械產 品的性能與質量。隨著機械工業的發展與科學技術的進步，眾多工業部門對 齒輪產品性能的要求愈來愈高，促使齒輪產品向高精度、高速度、高強度、 低噪音、小型化方向發展。目前，齒輪的制造技術水平己難以滿足高精度齒 輪產品的生產要求，進一步提高齒輪精加工水平，在齒輪制造領域引入特種 加工和復合加工方法勢在必行。例如，對于小模數螺旋錐齒輪的銑削加工后，由于成本和效率的原因，沒 有相應的精加工工藝，使得傳動噪聲大，振動劇烈。對于中、大模數的螺旋 錐齒輪，盡管采用了磨齒或研齒工藝，但磨齒成本高，難以在大批量(例如 汽車后橋齒輪)生產中應用；而傳統的研齒工藝材料去除率低，難以修正熱 處理變形與齒形、齒距誤差，制約了螺旋錐齒輪精度的進一步提高。發明內容為了解決上述問題，本發明提供一種用于齒輪研磨加工的方法，可以對 各種硬齒面齒輪，尤其是小模數齒輪進行高效率，低成本的研磨加工，以提 高齒輪嚙合精度，降低傳動中的振動與噪聲。為實現上述任務，本發明的技術方案是一種齒輪研磨加工方法，該研磨 加工方法包括如下步驟(1) 將需要進行研磨加工的一對齒輪按嚙合傳動方式裝配在一起，由主 動齒輪帶動被動齒輪進行旋轉運動；(2) 在被動齒輪上施加設定的制動扭矩；(3) 在主動齒輪或被動齒輪上施加高頻振動。 所述的制動扭矩在0.1Nm 8Nm之間。 所述的主動齒輪的轉速在200 3000r/min之間。 所述的高頻振動方式為縱向、徑向或旋轉方向或其組合。 所述的高頻振動的頻率在1KHZ 30KHZ之間，振幅在3 20nm之間。所述的高頻振動是通過超聲聲學方式、機械方式、電子方式或液壓方式 產生的，或其組合方式產生。兩被研齒輪可以是圓柱齒輪、圓錐齒輪、或準雙曲面齒輪。研磨所需的時間范圍在1 10min之間。在研磨加工過程中，在齒間注入研磨劑，以達到強化研磨加工的效果。研磨劑由水、煤油或專用研磨液與白剛玉混合而成，白剛玉的粒度為 40# 60#，研磨劑的濃度為10%~40%，供給量為30mL/s 120mL/s。本發明取得了如下效果(1)對于具有螺旋角的齒輪，高頻振動尤其是超聲波在輪齒面反射與折射后，作切向與法向兩個方向的振動。超聲研齒形成斜角超聲，兼有水平、垂直超聲研磨的特點。(2)高頻振動尤其是超聲研 齒的材料去除以塑性流動去除為主，機理歸結為磨粒錘擊、沖擊，研磨液空化效應與齒面相對滑動綜合作用。這些因素極大地提高了研磨效率與齒面的 表面完整性。(3)高頻振動尤其超聲研齒齒隙間存在幾百個大氣壓的液壓循 環交變作用，研磨液將產生很強的空化作用，磨料的高速沖擊與拋磨的共同 作用使輪齒的非接觸部分也能得到光整加工。(4)高頻振動尤其超聲研齒的 不靈敏性振動切削作用將減小研磨切削抗力與研齒過程中齒輪的嚙合振動， 有利于減小齒面的粗糙度與磨粒劃痕不均勻程度。(5)高頻振動尤其超聲研 齒的瞬時接觸壓力是齒面嚙合所產生壓力的數倍，使磨粒穿透齒面的深度增 加，而斜角超聲的切向作用力，提高了磨粒的切削長度與效率，結果使超聲研齒的效率比普通研齒高3倍。
圖1是加工裝置的布置示意圖； 圖2是螺旋錐齒輪的超聲研磨示意圖； 圖3是圓柱直齒輪的超聲研磨示意圖。
具體實施方式
附圖中l主動輪、2被動輪、3研磨劑、4超聲波發生器、5微機型扭矩 轉速儀、6扭矩-轉速傳感器、7電機、8變頻器、9穩流電源、IO磁粉離合制動器圖中箭頭依次表示高頻振動的方向，分別為旋轉，縱向和徑向。 試驗裝置由主軸聲學系統(振動發生裝置)、測量裝置、加載裝置與研磨劑供給裝置組成。主軸聲學系統由超聲波發生器4、換能一變幅器組成，主動輪與變幅桿相連，在聲學系統驅動下實施縱向振動。主軸由電機7驅動實施旋轉運動，電機轉速由變頻器8控制。制動扭矩的測量裝置由扭矩一轉速傳感器6、微機型扭矩轉速儀5組成，扭矩一轉速傳感器與主動齒輪軸相連。加載裝置由磁粉 離合制動器10和穩流電源9組成，穩流電源控制加載力矩的大小。圖1為螺 旋錐齒輪的加工裝置，對于漸開線圓柱直齒輪，其加工裝置與螺旋錐齒輪相 同，由于齒輪軸線是平行的，僅需調整加工裝置的布置，故不再另附圖表示。1) 齒輪本加工方法適用模數在0.5mm 5mm之間的螺旋錐齒輪或直齒圓柱齒輪 的研磨加工，小輪節圓直徑為5mm 60mm之間，齒數比1~6，齒面硬度40HRc 以上。2) 研磨劑由水、煤油或專用研磨劑與白剛玉混合而成，白剛玉的粒度為40#~60#， 研磨劑的濃度10% 40%，供給量30 mL/s 120mL/s。3) 加工參數根據所研齒輪的模數和齒數，確定齒輪主動齒輪的轉速為200 3000r/min，施加在被動齒輪上的制動扭矩為0.1Nm 8Nm。超聲研齒的頻率f =1 kHz 30kH，超聲振動的電信號由超聲波發生器產 生，由換能器將電信號轉變高頻的機械振動傳遞給主動齒輪，該振動可以是 縱向的、徑向的、旋轉的，或者是組合的。根據被研齒輪的模數和齒數，把主動齒輪端面振幅調整為3 20pm之間。根據所研齒輪的模數和齒數，確定研磨所需的時間，范圍在l 10min。4) 工藝過程根據所研齒輪的模數和齒數，確定加工參數。將主動齒輪和被動齒輪安 裝到各自的卡具上，由對齒裝置進行對齒。對齒調整結束后，啟動電機，使 主動齒輪產生旋轉運動，同時給磁粉制動器供電，在被動齒輪上施加制動扭 矩，并啟動研磨劑供給裝置開始進行研齒加工。對于螺旋錐齒輪，在加工中， 要在主動齒輪的軸向和周向進行微量的往復運動，確保在齒面的各個接觸位 置均勻研磨。對于漸開線直齒圓柱齒輪，僅在主動齒輪的軸向進行微量的往 復運動。具體的調整數值根據齒輪的模數和齒數有所不同。在研磨加工結束 后，主動齒輪退回到安裝的初始位置，主動齒輪和被動齒輪高速旋轉，進行 甩干處理。甩干結束后，卸下工件，進行下一次研磨。實施例l:螺旋錐齒輪的超聲研齒加工(1)選取兩對鋼制弧齒錐齒輪，如附圖一所示，模數1.25mm，齒數比17/44， 大輪齒面硬度48HRc、小輪50HRc。研磨劑由水與白剛玉混合而成，濃度25%，供給量65.3 mL/s。選用W40#白剛玉超聲研齒的頻率f-19kHz，因為被研齒輪較小，把小輪小端端面振幅調 整為Al=8|Lim。加工中主動齒輪的轉速為600r/min，施加在被動齒輪上的制動扭矩為 0.2Nm，研磨時間為2min。根據研磨前后齒輪的減重量，測得材料去除率為 87.3mg/min。實施例2:螺旋錐齒輪的超聲研齒加工(2)選取兩對鋼制弧齒錐齒輪，齒輪參數與實例一相同。研磨劑由水與白剛玉混合而成，濃度20%，供給量65.3 mL/s。選用W40#白剛玉。超聲研齒的頻率f=19 kHz,小輪小端端面振幅調整為Al=8pm。加工中主動齒輪的轉速為200r/min，施加在被動齒輪上的制動扭矩為 0.12Nm，研磨時間為2min。根據研磨前后齒輪的減重量，測得材料去除率為 132,0mg/min。實施例3:螺旋錐齒輪的超聲研齒加工(3)選取兩對鋼制弧齒錐齒輪，齒輪參數與實例一相同。 研磨劑由水與W40弁白剛玉混合而成，濃度20%，供給量65.3mL/s。 超聲研齒的頻率f=19 kHz,小輪小端端面振幅調整為Al=8|im。 加工中主動齒輪的轉速為400r/min，施加在被動齒輪上的制動扭矩為2.0Nm，研磨時間為3min。根據研磨前后齒輪的減重量，測得材料去除率為65.0mg/min。實施例4:直齒漸開線圓柱齒輪的超聲研齒加工選取兩對直齒漸開線圓柱齒輪，如附圖2所示，模數4 mm，齒數比12/40， 大輪齒面硬度54HRc、小輪58HRc。研磨劑由水與\￥40#白剛玉混合而成，濃度25%，供給量100mL/s。超聲研齒的頻率f=19 kHz，主動齒輪端面振幅調整為Al=15pm。加工中主動齒輪的轉速為400r/min，施加在被動齒輪上的制動扭矩為2Nm，研磨時間為3min。根據研磨前后齒輪的減重量，測得材料去除率為210mg/min。
權利要求
1. 一種齒輪研磨加工方法，其特征在于，該研磨加工方法包括如下步驟(1)將需要進行研磨加工的一對齒輪裝配在一起，由主動齒輪帶動被動齒輪進行嚙合運動；(2)在被動齒輪上施加設定的制動扭矩；(3)在主動齒輪或被動齒輪上施加高頻振動。
2、 根據權利要求1所述的齒輪研磨加工方法，其特征在于，所述的制動 扭矩在0.1Nm 8Nm之間。
3、 根據權利要求1所述的齒輪研磨加工方法，其特征在于，所述的主動 齒輪的轉速在200 3000r/min之間。
4、 根據權利要求1所述的齒輪研磨加工方法，其特征在于，所述的高頻 振動方式為縱向、徑向或旋轉方向或其組合。
5、 根據權利要求4所述的齒輪研磨加工方法，其特征在于，所述的高頻 振動的頻率在1KHZ 30KHZ之間，振幅在3 20pm之間。
6、 根據權利要求5所述的齒輪研磨加工方法，其特征在于，所述的高頻 振動是通過超聲聲學方式、機械方式、電子方式或液壓方式產生的，或其組合方式產生的。
7、 根據權利要求1所述的齒輪研磨加工方法，其特征在于，兩被研齒輪 可以是圓柱齒輪、圓錐齒輪、或準雙曲面齒輪。
8、 根據權利要求1所述的齒輪研磨加工方法，其特征在于，研磨所需的 時間范圍在1 10min之間。
9、 根據權利要求l一8任一條所述的齒輪研磨加工方法，其特征在于， 在研磨加工過程中，在齒間注入研磨劑，以達到強化研磨加工的效果。
10、 根據權利要求9所述的齒輪研磨加工方法，其特征在于，研磨劑由 水、煤油或專用研磨液與白剛玉混合而成，白剛玉的粒度為40#~60#，研磨劑 的濃度為10% 40%，供給量為30mL/s 120mL/s。
全文摘要
本發明涉及一種齒輪精、整加工的工藝與方法，特別涉及復雜齒形、硬齒面，如準雙曲面齒輪、弧齒錐齒輪的研磨加工。該研磨加工方法包括如下步驟(1)將需要進行研磨加工的一對齒輪以嚙合傳動的方式裝配在一起，由主動齒輪帶動被動齒輪進行旋轉運動；(2)在被動齒輪上施加設定的制動扭矩；(3)在主動齒輪和/或被動齒輪上施加高頻振動。該方法可以對各種硬齒面齒輪，尤其是小模數齒輪進行高效率，低成本的研磨加工，提高齒輪嚙合精度，降低傳動中的振動與噪聲。
文檔編號B24B57/00GK101274379SQ20071005415
公開日2008年10月1日 申請日期2007年3月28日 優先權日2007年3月28日
發明者楊建軍, 鄧效忠, 魏冰陽 申請人:河南科技大學