螺旋锥齿轮齿面接触印痕分析和调整

果天宇 王梦丹 刘加宁

摘要：伴随当前我国航空工业的迅速发展，在传动的平稳性以及承载能力等方面更加优越的锥齿轮的加工也得到迅速的发展，获得了广泛的应用。锥齿轮研制的重点在于锥齿轮齿面磨削的加工，一对锥齿轮在正常啮合运转条件下，齿面上实际接触的部分，习惯叫做“接触区”又叫“接触斑点”.因为齿面接触区的形状、大小和位置，对齿轮的平稳运转、使用寿命和噪音有直接影响。所以，齿面接触区是衡量锥齿轮啮合质量的重要标志之一。

关键词：螺旋锥齿轮;铣齿;磨削加工;TCA分析;调整

引言

目前锥齿轮加工精度要求越来越高，尤其是航空齿轮要求更加严格。航空精密齿轮要求齿面形貌图中的5x9共45点的法向坐标与理论蔡氏坐标点之间的差值在0.006以内[1]。

1 锥齿轮的加工

首先需要注意在计算trLL利用螺旋锥齿轮计算软件进行得出一组理论上的机床调整参数，此时的修整值为0，即齿轮接触面为共轭的理论曲面，当齿面接触区进行修整后，可得到一组机床调整参数（包括床位、滚比和滚比修正等），通过调整机床加工出的齿面即为修整齿面。目前使用的KIMOS软件可以将加工过程按照在尺寸计算时确定机床调整卡进行模拟，可以确定刀具数据和四个齿面的齿面形状（3D坐标）。从而根据齿面进一步计算出空载时的齿面接触分析，传动误差、接触区、和接触路径就是用图形方式表示的计算结果。通过P100齿轮测量机对齿面进行测量。首先读取理论蔡氏坐标点数据，储在测量机内。然后测量零件形貌图45点坐标点数值与理论数据进行比较，磨齿误差控制在0，006以内。测量时要注意磨齿加工基准面与测量基准面要一致。为了使磨齿时的余量均匀同时零件渗碳层深度保持一致，铣齿型貌图各点误差必须控制在0.03以内[2]。

2 锥齿轮接触印痕分析和调整

齿面接触分析（ToothContactAnalysis），简称TCA.TCA仅是一种纯数学的方法，实践证明，完全按调整卡安装后所加工的产品要获得理想的接触区，几乎是不可能的。

2.1 根据形貌图进行分析和调整

对于铣齿或磨齿加工后测量的齿面型貌，可以在设计过程中根据相应的图形进行修整。对比数据齿面形貌与名义数据齿面形貌之间的偏差，也就是对比结果，可以用二次方程模式表达有5个分析数值特征的凹面和凸面。这些分析数值可以通过反调被编辑，使实际齿面逐步逼近理论齿面，直到符合某个公差要求。

2.1.1压力角调整。压力角偏差是指齿高方向的1阶（线性煸差。

2.1.2螺旋角调整。螺旋角偏差是指齿宽方向的1阶线性煽差。

2.1.3砂轮直径调整。齿长方向鼓形偏差是指齿宽方向的2阶（二次方程煸差。

2.1.4曲率半径调整。齿形鼓形偏差是指齿高方向的2阶仁次方程）偏差。

2.1.5对角调整。对角变形偏差是偏差方程式的混合结果。其在齿长方向和齿高方向都起作用。形貌图中正号负号表明相对于名义齿面或目标齿面偏大偏小的对角变形[3]。

目前对形貌图进行调整的过程中可以使用KOMET反调软件，通过对机床参数的微调到达对齿面形貌图的修正。反调前先做好P100测量机的复位等基本准备工作，将理论蔡氏坐标点作为中性数据放在软盘的根目录下面，启动锥齿轮测量程序，可以在调整机床参数过程中选择机床调整卡中的选项，以适应不同的形貌图修正需求。

2.2 根据接触区位置进行分析和调整

齿轮的接触区非常重要，通常需要在专用的“锥齿轮啮合机”上进行检验，大小齿轮各按其自身的理论安装距离进行安装后，齿侧符合实际规范要求的间隙，齿表面涂色，开动机床时，从动轴一方稍施压力，齿表面即出现接触斑痕。这种方法简单易行，也能比较真实的反映齿轮使用时的状况，因而被广泛用于生产。

2.2.1接触区靠大端或小端分析和调整：按照接触区位于齿长方向的大端或小端，是由于螺旋角的误差造成。一般用词整轮齿的螺旋角的办法来改变，以达到此种接触区的修正。加工圆弧齿锥齿轮时，刀位的改变量一般不超过1—3毫米左右若需要刀位的变化量很大时，应注意检查有关部位的计算和实际调整数值。

2.2.2接触区过长或过短的分析和调整：接触区长短主要决定于两共轭齿面节线曲率半径的差采用齿面节线曲率的修正来调整沿齿长方向接触区的长度。一般都用改变砂轮直径实现曲率半径差。当砂轮直径增大时刀位也增大，当砂轮直径减小时刀位也减小.即刀位变化量的正负决定于砂轮半径变化的正或负[4]。

2.2.3接触区过宽或过窄的分析和调整：接触区的宽窄主要决定于两啮合齿面的齿形曲率。增大齿形曲率会使接触宽度变窄，反之会变宽。修正接触区的宽度一般常用的方法为改变切齿时的垂直轮位。曲率变大则接触区宽度变窄，反之变宽。刀位的增减与垂直轮位的移动方向有关，并与刀盘中心所在的象限有关。垂直轮位的变化量影响刀位的垂直坐标的变化后者的变化量与前者相等。

2.2.4接触区为对角接触的分析和调整：在齿轮初次加工后的滚动检验时，或在跑合阶段，往往出现沿齿面对角线方向的接触，称为“对角接触”，对于精度较高的齿轮，应当消除或减小对角接触。对角接触分为内对角接触和外对角接触：对角接触产生的原因是由于加工时采用了“平顶齿轮”原理。由于加工时采用了“平顶齿轮”原理，工件是按根角安装的，刀盘轴线垂直于根锥母线，而和节淮母线倾斜—个齿根角r。因而当砂轮内外使用相同的名义压力角时，齿轮的凹、凸面在节锥上的压力角是不相等的。在圆弧齿锥齿轮中，齿面节线上各点的螺旋角是不相等，一般在齿大端的螺旋角大于齿面宽中点的螺旋角，而小端的螺旋角则小于中点的螺旋角，各点螺旋角的不相等造成各点压力角的不相等，而选择刀具时只保证中点处的压力角，接触区的位置通过中点，因而造成了对角接触。对角接触修正的具体方法是：以改变被加工齿轮的滚动一节锥为出发点，配合以水平轮位的改变，使接触区位于齿高方向的要求部位，相应的改变床位以保证齿深，然后再把刀位给以改变，使接触区位于齿长方向的要求部位[5]。

结束语

锥齿轮齿面接触区的要求是十分严格的，要达到要求其中涉及准确的计算、准确的分析、调整的准确性以及机床的精度等因素。我在几次跟产各种锥齿轮加工的过程中对此深有体会，因目前我们在锥齿轮磨齿的计算上存在的误差，致使接触区的形状距离要求很远，很大程度上凭借以后的调整，因此，调整就显得尤为重要，所以我们应掌握其调整的基本规律，并从此规律上反推导磨齿调整卡的经验数据。以上介绍的锥齿轮接触区的调整方法应根据实际情况具体施用，而一般的调整均为综合调整，这就要求我们更好的在实际中摸索经验，更好的学习。

参考文献

[1]严宏志，邓辰，胡志安，等. 双重螺旋法切齿参数对螺旋锥齿轮啮合特性的影响[J]. 现代制造工程，2019，461（02）：76-83.

[2]甘来，蒲伟，肖科，等. 混合润滑下螺旋锥齿轮抗胶合能力分析[J]. 摩擦学学报，2019，039（004）：426-433.

[3]彭山东，丁撼，唐进元. 改进的6σ设计的螺旋锥齿轮加工参数反调修正方法[J]. 西安交通大学学报，2019（6）.

[4]张卫青，文怿恺，郭晓东，等. 基于切齿高阶运动的螺旋锥齿轮齿面修缘方法[J]. 航空動力学报，2019，34（01）：245-254.

[5]张婧，胡海波，郑惠江，等. 螺旋锥齿轮齿面测量点分布新方法研究[J]. 机械科学与技术，2019，v.38;No.297（11）：111-117.