如何确定圆柱齿轮加工的齿厚

 

      在汽车变速器齿轮加工过程中，目前普便采用的是滚-剃齿(或精插齿)工艺，每道工序中都需要控制齿轮齿厚参数，以保证最终产品要求的齿轮侧隙。

　　汽车变速器在设计过程中，为了匹配发动机输入扭距，通常需要先确定中心距，在中心距给定后，为了使主、被动齿轮可以正常啮合，需要控制配对齿轮的齿侧间隙。我公司汽车变速器齿轮法向齿侧间隙通常控制在0.04~0.06m m之间，而齿侧间隙是通过保证配对齿轮分度圆(或基圆)弧齿厚来实现的。由于现在生产过程中分度圆齿厚不便于准确测量，通常将其转化为R值或公法线长度来间接保证。R值控制既准确又很方便适时监控和调整。

　　齿侧间隙应严格按设计要求控制，如果过大会引起啮合时冲击力变大，增加噪音;而齿侧间隙太小会使齿轮啮合时不宜形成油膜，润滑不好引起点蚀破坏齿轮表面粗糙度，还可能 由于齿轮运转箱内油温升高，齿厚热涨引起齿轮点蚀甚至烧结。这些都会影响齿轮传动，降低使用寿命。

　　因此控制加工过程中齿厚是至关重要的。

　　一、按产品图给定参数确定推导工艺检测齿厚的思路

　　由于目前我公司产品图均是在国外成熟汽车变速器基础上引进消化并国产化而来的，齿轮参数与国内常见参数略有不同，举例见表1。

　　当拿到零件图样开始着手编制齿轮加工工艺时，应根据产品图样给定的参数换算成工艺中需要的参数，如齿轮模数、分度圆螺旋角、变位系数等，并确定便于线边检测的热后终检的齿厚值。而通常检测齿厚可以选择下列任意一种方式：

　　(1)固定弦齿厚;

　　(2)分度圆弧齿厚;

　　(3)公法线长度;

　　(4)量球(棒)跨距：M值;

　　(5)量球球底与被测齿轮中心距：R值。

　　我公司目前普遍采用的齿厚测量方式均为R值检测法。这种方法的优点是：检测精度高、误差小、操作简单迅速，适用于大批量生产。缺点是：需要专用的R值检测装置，检具一次性投入成本高，对于单件和小批量加工不够经济。

　　在确定了一种零件的终检R值后，要通过试切和预批量来跟踪热处理变形量，应多测几次取平均值。此前还要根据工艺手册余量推荐值作为参考，并通过试验确定滚齿工序应给剃齿工序留多少剃齿余量，原则上以齿形全部被剃齿刀包容加工完成，该值越小越经济，一方面可提高剃齿刀寿命，还可以得到更好的齿面粗糙度。工艺试验均以R值数据来跟踪。

　　二、换算过程中关键步骤

　　(1)根据法向基节，确定齿轮的法向模数：

　　(2)根据基圆螺旋角，换算成分度圆螺旋角 ：

　　(3)根据基圆弧齿厚最大和最小值，分别推出分度圆弧齿厚最大和最小值：

　　(4)由分度圆(或基圆)弧齿厚计算出径向变位系数的最大和最小值：

　　(5)通过以上计算出的各参数，结合产品图给定的已知参数，以分度圆(或基圆)弧齿厚为主线，就可以方便地求出工艺所需的各项齿厚：公法线长度、固定弦齿厚、M值及R值等。这些均可在生产线用相应检测工具测量出实际值，以便随时监控并调整生产状况，保证与产品图样的符合性。

　　(6)公法线长度计算。

　　1)计算当量齿数：

　　2)计算跨齿数并园整为整数：

　　3)计算标准公法线长：

 

　　4)计算变位增减量值：

　　将变位系数按最大和最小值分别代入。

　　5)计算实际公法线长度值：得到实际公法线长度的最大和最小值。

　　(7)固定弦齿厚计算。

　　1)计算固定弦齿厚：

　　2)计算固定弦齿高：

　　(8)M值(量球跨距)和R值(球底半径值)计算。

　　1)量棒(球)中心压力角渐开线函数：

　　2)球心压力角弧度初值(按经验公式)：

 

　　3)球心压力角角度值(按经验公式)：

　　4)值(球心距)：

　　5)R值(球底)奇偶齿同：

　　6)偶数齿M值：

　　7)奇数齿M值：

　　8)计算反渐开线函数方法二：当求出测量量球中心压力角渐开线函数后，用牛顿迭代公式： 其中推导出：，用Excel编制一个小程序将计算出的值代入，可以得到更为精确的球心压力角的角度值。

　　求反渐开线函数的方法在齿厚计算程序中是比较关键的一步，有兴趣的朋友不妨自己编制一个程序来验算。

　　三、计算工艺要求的R值

　　以上计算出的均为产品图要求的齿厚对应值，在自编的Excel程序中分别输入通过实验所得的热处理变形量平均值和留剃量，就可以得到我们需要的滚齿和剃齿工艺要求的R值了。齿厚计算原程序略。由齿厚计算程序可确定MA5档主动齿轮齿厚工艺控制范围，如表2所示。

　　四、结论

　　以上齿厚检测方式均是以基圆(或分度圆)弧齿厚为基础，每种方式中通过数学变换，均可得到包含基圆(或分度圆)弧齿厚的计算公式。在现生产过程中，我们回经常遇到增加的变形产品，如450系列和650系列，变速器的齿轮速比常随着市场需求不断增加，新增近十余种齿轮需要新编制生产准备 及加工工艺卡，用该程序进行计算，可以快速准确地确定滚、剃、插齿轮齿厚的加工参数，大大提高工作效率。