齒輪加工之齒輪修型的現狀

1.1前言

隨著現代工業(ye) 生產(chan) 的不斷發展，硬齒麵和高承載能力的齒輪應用變得越來越廣泛。在一定的程度，提高齒輪表麵質量和優(you) 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(wei) 廣泛的傳(chuan) 動部件之一，因此，研究一種能夠改良齒輪傳(chuan) 統齒輪加工中不足的方法是很有必要的。

傳(chuan) 統的機械式物理齒輪加工方法，都不可避免地會(hui) 產(chan) 生齒輪沿齒寬方向產(chan) 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(wei) 一種新興(xing) 的齒輪加工方法，有成本較低、齒輪加工表麵質量好、不受齒麵硬度限製、無殘餘(yu) 應力等諸多優(you) 點，用於(yu) 齒輪修型，對輪齒沿齒寬方向進行齒向修鼓，這有利於(yu) 齒麵上載荷呈均布狀態，提高齒輪的疲勞壽命，降低其磨損和齧合噪聲。

2、齒輪修型的現狀

齒輪修形經曆了傳(chuan) 統機械修形和非傳(chuan) 統齒輪加工方法修形，它們(men) 之間的工藝是完全不同的。傳(chuan) 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(ge) 共同的缺點就是：齒輪加工受齒輪表麵硬度限製，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，目的都是使齒輪齧合首先發生在靠近齒寬中間的部分，然後過度到全齒寬，而且能夠增大齒輪接觸麵積和承載麵積，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(liang) 者又有所區別。

電化學齒輪加工以齒輪為(wei) 陽極，利用電化學腐蝕的原理，通過控製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，脈衝(chong) 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(cong) 而提高被齒輪加工表麵的質量。隻要適當控製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，隻是沿齒向按一定的速度規律運動，利用停留時間與(yu) 去除量成正比的關(guan) 係齒輪加工出齒形。因此陰極的形狀簡單， 要與(yu) 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製係統設計

4.1本控製係統主要是在建立電化學腐蝕齒輪加工用於(yu) 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來設計實時控製齒輪加工過程的軟件。現概括如下：

(1)本控製係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)驅動方麵采用步進電機，因為(wei) 步進電機是數字化的電機，通過發送脈衝(chong) 就能控製它做變速的步進運動，非常適合本實驗中陰極運動的控製。

(4)軟件方麵選用VB來編寫(xie) 可視化的程序，通過人機界麵交換信息，輸入參數後輸出控製脈衝(chong) ，並反饋出主要的參數，方便監控整個(ge) 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(ge) 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(wei) ：;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(wei) ：

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(ge) 小段的瞬時速度。那麽(me) 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,那麽(me) 可以知道蝕除量與(yu) 時間成正比,即,其中i為(wei) 電流密度，不為(wei) 常數，受電壓、電阻率、間隙等因數影響。

因此隻要給出初始間隙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控製程序界麵設計

程序有參數輸入、參數反饋、操作按鈕三大部分組成，下麵分別具體(ti) 介紹：

（1）參數輸入部分：參數輸入隻設置齒輪寬度、齒數和模數三個(ge) 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麵前，起監視控製的作用。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後，在齒輪加工完畢後還應該顯示齒輪修型後的輪廓圖，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、控製齒輪加工狀態、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，便於(yu) 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，沒有殘餘(yu) 應力，沒有毛刺和飛邊，同時齒輪加工精度較高，優(you) 勢明顯突出。:

5、結論與(yu) 展望

齒輪作為(wei) z常用的機械傳(chuan) 動部件，使用相當廣泛。隨著現代化工業(ye) 的迅速發展，特別是汽車工業(ye) 、重型機械工業(ye) 等行業(ye) ，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，除了在製造材料、齒輪選擇、後處理等方麵下工夫以外，必須對齒輪進行輪廓修形。因此，電化學齒輪加工作為(wei) 一種全新的化學齒輪加工方法，齒輪加工出來的齒輪表麵質量高，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。