螺旋锥齿轮摆辗成形关键技术分析

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1、武汉理工大学硕士学位论文1．1引言第一章绪论螺旋锥齿轮是机械传动的基础元件，用于传递两相交或交错轴间的运动，属于小轮偏置，可以增大轮齿接触比，因而增强小轮强度及刚性，改善齿面磨损的不均匀性，增加承载能力，广泛运用于汽车、飞机、机床及矿山机械等领域，是目前汽车、飞机等高精高速重载设备的主传动元件。因此螺旋锥齿轮的生产对工业起重大作用，它的理论研究、技术创新是一个国家制造业发展水平的重要标志，所以需要对其加工进行深入研究。1．1．1目前螺旋锥齿轮的机械制造情况螺旋锥齿轮主要有两种齿制：一种是格里森公司推荐使用的用端面铣齿法加工的圆

2、弧收缩齿(图1．1)；另一种是奥利康公司推荐使用的用端面滚齿法加工的摆线等高齿(图1．2)【11。图1．1圆弧收缩齿图1-2摆线等高齿在螺旋锥齿轮技术和螺旋锥齿轮切削机床的发展过程中，除美国的格里森公司(GleasonWorks)夕b，瑞士的奥利康公司(OerlikortBuhrle)、德国的克林根贝格公司(KlingelnbergSons)也产生了巨大的影响。1989年，格里森公司推出的Phoenix系列全CNCFree．form型机床彻底突破了传统切齿机床的设计思想，抛弃了传统的摇台、刀倾、变性等复杂的机构，建立了六坐标的

3、机械结构(见图1．3)，这是一种万能型齿轮加工机床，它不仅能加工格里森齿制的齿轮，也能加工奥利康或克林根贝格齿制的齿轮。1989年，德国的克林根贝格公司武汉理工大学硕士学位论文(KlingelnbergSons)也推出了自己的万能型齿轮加工机床KNC40，它的设计思想和图1—3类似【21。图1．3Fre圮-forln机床的三维概念模型由于其形状复杂，长期以来，高档数控螺旋锥齿轮技术却一直被美国、德国等西方发达国家所垄断。以前我国每年高精度大规格齿轮进口需花费2．3亿美元，单价超过30万元，价格昂贵，且供货周期长，制约了我国装备

4、制造业的发展。我国对螺旋锥齿轮的研究起步于20世纪70年代，以“格里森齿制"为主要目标，原机械工业部曾把“格里森成套技术的研究”列为重点研究课题，组织国内有关力量进行攻关，1971年数学家严志达教授首先提出了相对微分法【3】这一有力的数学工具，形成一套有自己特色的理论体系。吴序堂、郑昌启、曾韬等对齿轮啮合理论进行了深入研究，他们不仅运用各自的方法正确推导了Gleason公司机床参数调整卡上的公式，分析了其理论实质，而且还指出并改进了其中的错误和不足【4'5，6】。西安交通大学机制教研室齿轮研究组发展和改进了前苏联的一种精度很低

5、的切齿计算方法，并将其用于分析Gleason公司No．116机床参数调整卡，得到了与原机床参数调整卡具有同等精度的计算结果【J71。到二十世纪八十年代，我国学者已基本弄清Gleason螺旋锥齿轮技术的理论实质和加工原理，并设计制造出国产机械式螺旋锥齿轮加工机床。1999年由中南大学曾韬教授领导的科研团队研制出我国第一台七轴五联动全数控磨齿机YK2045，并在2003年实现商品化(见图l-4)。目前，国内研究螺旋锥齿轮技术的团队有重庆大学的齿轮传动国家重点实验室、西安交通大学、中南大学和华中科技大学等。2武汉理工人学硕士学位论文

6、图1—4中大创远公司第一代商品化数控磨齿机但是这种切齿加工方式，刀齿的运动复杂，机械加工效率低，加工每齿大约需要40．60秒：并且材料利用率低，原材料浪费多，材料利用率只有55．30／nt21；设各投资额度大．因而一般的生产厂家难以承担巨大的设备投资费用和维护费用；而最重要的是切削加工齿形后，切断了金属的连续纤维组织，致使齿轮齿根弯曲疲劳强度、齿面接触疲劳强度和齿面耐磨性低，齿轮的寿命短【9】，因此迫切需要寻找新的齿轮加工方法。1．2齿轮塑性成形工艺塑性成形齿轮有沿齿廓合理分布而连续的金属流线和致密组织，塑性成形齿轮有沿齿廓合

7、理分布而连续的金属流线和致密组织，齿轮的强度、齿面的耐磨能力、热处理变形量和啮合噪音都比切削加工优越；塑性成形齿轮的强度、抗弯疲劳强度可提高20％，生产成本降低20％以上【地“，“】。塑性成形代替切削加工生产齿轮，是国内外机械制造行业正在不断研究开发的新技术。而其中的齿轮精密塑性成形是少无切削新工艺，它具有高产、优质、节能、节材的特点，符合技术发展的潮流和方向，是先进机械零件制造技术之一。我们也常把这种新技术称为净形或近净形m毗orilearnetshape)或少无切削加工。目前国内外齿轮精密塑性成形技术不断地得到了深入的研究

8、和推广应用。已研究成功并用于生产的齿轮塑性成形方法主要有：轧制、挤压、精密冲裁、模锻、复动模闭式模锻成形、摆辗等。用这些方法生产的齿轮有；直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、直齿锥齿轮和大锥角螺旋锥齿轮。1．2．1圆柱齿轮精锻的工艺研究1987年英国伯明翰大学Tuncerc等提出了浮