齒輪加工之齒輪修型的現狀

1.1前言

隨著現代工業生產的不斷發展，硬齒面和高承載能力的齒輪應用變得越來越廣泛。在一定的程度，提高齒輪表面質量和優化齒輪齒形，能夠提高它的承載能力、使用壽命，還可以降低工作噪音。齒輪是應用z為廣泛的傳動部件之一，因此，研究一種能夠改良齒輪傳統齒輪加工中不足的方法是很有必要的。

傳統的機械式物理齒輪加工方法，都不可避免地會產生齒輪沿齒寬方向產生中凹現象，造成齒輪的形狀和性能都不能符合要求。而且存在刀具磨損、齒輪加工精度不高、噪音大、成本高等缺點。電化學齒輪加工作為一種新興的齒輪加工方法，有成本較低、齒輪加工表面質量好、不受齒面硬度限制、無殘余應力等諸多優點，用于齒輪修型，對輪齒沿齒寬方向進行齒向修鼓，這有利于齒面上載荷呈均布狀態，提高齒輪的疲勞壽命，降低其磨損和嚙合噪聲。

2、齒輪修型的現狀

齒輪修形經歷了傳統機械修形和非傳統齒輪加工方法修形，它們之間的工藝是完全不同的。傳統的修型方法主要有手工修型、剃齒修形、數控修形等，但都有一個共同的缺點就是：齒輪加工受齒輪表面硬度限制，而且有比較大的工具損耗。齒向修形通常是齒輪端部修形和鼓形修形的總稱。

無論是齒端修形還是鼓形修形，目的都是使齒輪嚙合首先發生在靠近齒寬中間的部分，然后過度到全齒寬，而且能夠增大齒輪接觸面積和承載面積，因此能夠提高齒輪壽命和承載能力。

3、電化學齒輪修型齒輪加工原理：

3.1 電化學齒輪修型原理

電化學齒輪加工是建立上電解齒輪加工的基礎上的，但兩者又有所區別。

電化學齒輪加工以齒輪為陽極，利用電化學腐蝕的原理，通過控制陰極沿齒向按一定的速度規律變化，齒輪加工出符合修型形狀和修型量的修型齒輪。研究表明，脈沖電化學齒輪加工能明顯改善齒輪加工中電解液流場的狀況，從而提高被齒輪加工表面的質量。只要適當控制齒輪加工中移動陰極的速度和齒輪加工間隙，就可以達到準確修形的目的。

電化學齒輪加工的陰極相對工件是不進給的，只是沿齒向按一定的速度規律運動，利用停留時間與去除量成正比的關系齒輪加工出齒形。因此陰極的形狀簡單， 要與電解齒輪加工區別開來。

4、電化學齒輪齒向修形齒輪加工控制系統設計

4.1本控制系統主要是在建立電化學腐蝕齒輪加工用于齒輪修形的數學模型的基礎上，根據該數學模型用可視化編程軟件Visual Basic來設計實時控制齒輪加工過程的軟件。現概括如下：

(1)本控制系統的齒輪修形的成形方法是移動式成形陰極法。

(2)根據移動式成型陰極法方案中陰極移動的規律，建立金屬去除規律的數學模型。

(3)驅動方面采用步進電機，因為步進電機是數字化的電機，通過發送脈沖就能控制它做變速的步進運動，非常適合本實驗中陰極運動的控制。

(4)軟件方面選用VB來編寫可視化的程序，通過人機界面交換信息，輸入參數后輸出控制脈沖，并反饋出主要的參數，方便監控整個過程。

4.2齒輪電化學修形的數學模型

齒輪電化學修形過程主要經過陰極快速靠近、勻加、減速齒輪加工階段和快速退出三個階段，主要參數有瞬時速度、加速度、蝕除時間、蝕除量等。

(1)勻速部分的速度為：;加速部分的平均速度

加速部分的加速度a和時間，超程部分的時間還有勻速部分的時間分別為：

h1—快速靠近部分的長度h2—加、減速部分的長度

h3—勻速部分的長度t—齒輪加工所耗的總時間

瞬時速度的計算：可以用平均速度代替整個小段的瞬時速度。那么在編程的時候，就可以用遞歸的方法計算任意時候的速度了。

(2)蝕除量公式的推導

由電化學齒輪加工金屬蝕除速度公式,那么可以知道蝕除量與時間成正比,即,其中i為電流密度，不為常數，受電壓、電阻率、間隙等因數影響。

因此只要給出初始間隙h0,電流效率、電化學當量和電壓U，就可以計算每一段的蝕除量。

4.3控制程序界面設計

程序有參數輸入、參數反饋、操作按鈕三大部分組成，下面分別具體介紹：

（1）參數輸入部分：參數輸入只設置齒輪寬度、齒數和模數三個輸入文本框。

（2）參數反饋部分：參數反饋的作用是將必須的當前齒輪加工參數實時反饋在用戶面前，起監視控制的作用。反饋部分主要顯示當前陰極的位置，對應的蝕除量，還有運行速度、加速度等參數。z后，在齒輪加工完畢后還應該顯示齒輪修型后的輪廓圖，這是實驗的z終結果。

（3）操作部分：操作按鈕是使用者修改輸入參數、控制齒輪加工狀態、初始化程序的工具。

4.4模擬實驗結果及分析

能夠做到實時反映齒輪加工過程中主要參數，便于用戶的監控。實驗得出的齒輪齒向輪廓線，齒端部分由小到大光滑過渡，修形量z大達到19um,齒廓曲線比較理想，基本達到預期的效果。齒輪加工出來的齒輪粗糙度明顯降低，沒有殘余應力，沒有毛刺和飛邊，同時齒輪加工精度較高，優勢明顯突出。:

5、結論與展望

齒輪作為z常用的機械傳動部件，使用相當廣泛。隨著現代化工業的迅速發展，特別是汽車工業、重型機械工業等行業，對齒輪的受載能力和精度水平要求更高。提高齒輪的受載能力，除了在制造材料、齒輪選擇、后處理等方面下工夫以外，必須對齒輪進行輪廓修形。因此，電化學齒輪加工作為一種全新的化學齒輪加工方法，齒輪加工出來的齒輪表面質量高，承載能力提高，齒輪加工精度要高，而且這些齒輪工作時噪音小，使用壽命增長。