专利名称：齿轮研磨加工方法
技术领域：
本发明涉及齿轮精、整加工的工艺与方法，特别涉及复杂齿形、硬齿面， 如准双曲面齿轮、弧齿锥齿轮的研磨加工。
背景技术：
齿轮作为机械传动的关键部件，其加工精度与制造水平直接关系到机械产 品的性能与质量。随着机械工业的发展与科学技术的进步，众多工业部门对 齿轮产品性能的要求愈来愈高，促使齿轮产品向高精度、高速度、高强度、 低噪音、小型化方向发展。目前，齿轮的制造技术水平己难以满足高精度齿 轮产品的生产要求，进一步提高齿轮精加工水平，在齿轮制造领域引入特种 加工和复合加工方法势在必行。例如，对于小模数螺旋锥齿轮的铣削加工后，由于成本和效率的原因，没 有相应的精加工工艺，使得传动噪声大，振动剧烈。对于中、大模数的螺旋 锥齿轮，尽管采用了磨齿或研齿工艺，但磨齿成本高，难以在大批量(例如 汽车后桥齿轮)生产中应用；而传统的研齿工艺材料去除率低，难以修正热 处理变形与齿形、齿距误差，制约了螺旋锥齿轮精度的进一步提高。发明内容为了解决上述问题，本发明提供一种用于齿轮研磨加工的方法，可以对 各种硬齿面齿轮，尤其是小模数齿轮进行高效率，低成本的研磨加工，以提 高齿轮啮合精度，降低传动中的振动与噪声。为实现上述任务，本发明的技术方案是一种齿轮研磨加工方法，该研磨 加工方法包括如下步骤(1) 将需要进行研磨加工的一对齿轮按啮合传动方式装配在一起，由主 动齿轮带动被动齿轮进行旋转运动；(2) 在被动齿轮上施加设定的制动扭矩；(3) 在主动齿轮或被动齿轮上施加高频振动。 所述的制动扭矩在0.1Nm 8Nm之间。 所述的主动齿轮的转速在200 3000r/min之间。 所述的高频振动方式为纵向、径向或旋转方向或其组合。 所述的高频振动的频率在1KHZ 30KHZ之间，振幅在3 20nm之间。所述的高频振动是通过超声声学方式、机械方式、电子方式或液压方式 产生的，或其组合方式产生。两被研齿轮可以是圆柱齿轮、圆锥齿轮、或准双曲面齿轮。研磨所需的时间范围在1 10min之间。在研磨加工过程中，在齿间注入研磨剂，以达到强化研磨加工的效果。研磨剂由水、煤油或专用研磨液与白刚玉混合而成，白刚玉的粒度为 40# 60#，研磨剂的浓度为10%~40%，供给量为30mL/s 120mL/s。本发明取得了如下效果(1)对于具有螺旋角的齿轮，高频振动尤其是超声波在轮齿面反射与折射后，作切向与法向两个方向的振动。超声研齿形成斜角超声，兼有水平、垂直超声研磨的特点。(2)高频振动尤其是超声研 齿的材料去除以塑性流动去除为主，机理归结为磨粒锤击、冲击，研磨液空化效应与齿面相对滑动综合作用。这些因素极大地提高了研磨效率与齿面的 表面完整性。(3)高频振动尤其超声研齿齿隙间存在几百个大气压的液压循 环交变作用，研磨液将产生很强的空化作用，磨料的高速冲击与抛磨的共同 作用使轮齿的非接触部分也能得到光整加工。(4)高频振动尤其超声研齿的 不灵敏性振动切削作用将减小研磨切削抗力与研齿过程中齿轮的啮合振动， 有利于减小齿面的粗糙度与磨粒划痕不均匀程度。(5)高频振动尤其超声研 齿的瞬时接触压力是齿面啮合所产生压力的数倍，使磨粒穿透齿面的深度增 加，而斜角超声的切向作用力，提高了磨粒的切削长度与效率，结果使超声研齿的效率比普通研齿高3倍。
图1是加工装置的布置示意图； 图2是螺旋锥齿轮的超声研磨示意图； 图3是圆柱直齿轮的超声研磨示意图。
具体实施方式
附图中l主动轮、2被动轮、3研磨剂、4超声波发生器、5微机型扭矩 转速仪、6扭矩-转速传感器、7电机、8变频器、9稳流电源、IO磁粉离合制动器图中箭头依次表示高频振动的方向，分别为旋转，纵向和径向。 试验装置由主轴声学系统(振动发生装置)、测量装置、加载装置与研磨剂供给装置组成。主轴声学系统由超声波发生器4、换能一变幅器组成，主动轮与变幅杆相连，在声学系统驱动下实施纵向振动。主轴由电机7驱动实施旋转运动，电机转速由变频器8控制。制动扭矩的测量装置由扭矩一转速传感器6、微机型扭矩转速仪5组成，扭矩一转速传感器与主动齿轮轴相连。加载装置由磁粉 离合制动器10和稳流电源9组成，稳流电源控制加载力矩的大小。图1为螺 旋锥齿轮的加工装置，对于渐开线圆柱直齿轮，其加工装置与螺旋锥齿轮相 同，由于齿轮轴线是平行的，仅需调整加工装置的布置，故不再另附图表示。1) 齿轮本加工方法适用模数在0.5mm 5mm之间的螺旋锥齿轮或直齿圆柱齿轮 的研磨加工，小轮节圆直径为5mm 60mm之间，齿数比1~6，齿面硬度40HRc 以上。2) 研磨剂由水、煤油或专用研磨剂与白刚玉混合而成，白刚玉的粒度为40#~60#， 研磨剂的浓度10% 40%，供给量30 mL/s 120mL/s。3) 加工参数根据所研齿轮的模数和齿数，确定齿轮主动齿轮的转速为200 3000r/min，施加在被动齿轮上的制动扭矩为0.1Nm 8Nm。超声研齿的频率f =1 kHz 30kH，超声振动的电信号由超声波发生器产 生，由换能器将电信号转变高频的机械振动传递给主动齿轮，该振动可以是 纵向的、径向的、旋转的，或者是组合的。根据被研齿轮的模数和齿数，把主动齿轮端面振幅调整为3 20pm之间。根据所研齿轮的模数和齿数，确定研磨所需的时间，范围在l 10min。4) 工艺过程根据所研齿轮的模数和齿数，确定加工参数。将主动齿轮和被动齿轮安 装到各自的卡具上，由对齿装置进行对齿。对齿调整结束后，启动电机，使 主动齿轮产生旋转运动，同时给磁粉制动器供电，在被动齿轮上施加制动扭 矩，并启动研磨剂供给装置开始进行研齿加工。对于螺旋锥齿轮，在加工中， 要在主动齿轮的轴向和周向进行微量的往复运动，确保在齿面的各个接触位 置均匀研磨。对于渐开线直齿圆柱齿轮，仅在主动齿轮的轴向进行微量的往 复运动。具体的调整数值根据齿轮的模数和齿数有所不同。在研磨加工结束 后，主动齿轮退回到安装的初始位置，主动齿轮和被动齿轮高速旋转，进行 甩干处理。甩干结束后，卸下工件，进行下一次研磨。实施例l:螺旋锥齿轮的超声研齿加工(1)选取两对钢制弧齿锥齿轮，如附图一所示，模数1.25mm，齿数比17/44， 大轮齿面硬度48HRc、小轮50HRc。研磨剂由水与白刚玉混合而成，浓度25%，供给量65.3 mL/s。选用W40#白刚玉超声研齿的频率f-19kHz，因为被研齿轮较小，把小轮小端端面振幅调 整为Al=8|Lim。加工中主动齿轮的转速为600r/min，施加在被动齿轮上的制动扭矩为 0.2Nm，研磨时间为2min。根据研磨前后齿轮的减重量，测得材料去除率为 87.3mg/min。实施例2:螺旋锥齿轮的超声研齿加工(2)选取两对钢制弧齿锥齿轮，齿轮参数与实例一相同。研磨剂由水与白刚玉混合而成，浓度20%，供给量65.3 mL/s。选用W40#白刚玉。超声研齿的频率f=19 kHz,小轮小端端面振幅调整为Al=8pm。加工中主动齿轮的转速为200r/min，施加在被动齿轮上的制动扭矩为 0.12Nm，研磨时间为2min。根据研磨前后齿轮的减重量，测得材料去除率为 132,0mg/min。实施例3:螺旋锥齿轮的超声研齿加工(3)选取两对钢制弧齿锥齿轮，齿轮参数与实例一相同。 研磨剂由水与W40弁白刚玉混合而成，浓度20%，供给量65.3mL/s。 超声研齿的频率f=19 kHz,小轮小端端面振幅调整为Al=8|im。 加工中主动齿轮的转速为400r/min，施加在被动齿轮上的制动扭矩为2.0Nm，研磨时间为3min。根据研磨前后齿轮的减重量，测得材料去除率为65.0mg/min。实施例4:直齿渐开线圆柱齿轮的超声研齿加工选取两对直齿渐开线圆柱齿轮，如附图2所示，模数4 mm，齿数比12/40， 大轮齿面硬度54HRc、小轮58HRc。研磨剂由水与\￥40#白刚玉混合而成，浓度25%，供给量100mL/s。超声研齿的频率f=19 kHz，主动齿轮端面振幅调整为Al=15pm。加工中主动齿轮的转速为400r/min，施加在被动齿轮上的制动扭矩为2Nm，研磨时间为3min。根据研磨前后齿轮的减重量，测得材料去除率为210mg/min。
权利要求
1. 一种齿轮研磨加工方法，其特征在于，该研磨加工方法包括如下步骤(1)将需要进行研磨加工的一对齿轮装配在一起，由主动齿轮带动被动齿轮进行啮合运动；(2)在被动齿轮上施加设定的制动扭矩；(3)在主动齿轮或被动齿轮上施加高频振动。
2、 根据权利要求1所述的齿轮研磨加工方法，其特征在于，所述的制动 扭矩在0.1Nm 8Nm之间。
3、 根据权利要求1所述的齿轮研磨加工方法，其特征在于，所述的主动 齿轮的转速在200 3000r/min之间。
4、 根据权利要求1所述的齿轮研磨加工方法，其特征在于，所述的高频 振动方式为纵向、径向或旋转方向或其组合。
5、 根据权利要求4所述的齿轮研磨加工方法，其特征在于，所述的高频 振动的频率在1KHZ 30KHZ之间，振幅在3 20pm之间。
6、 根据权利要求5所述的齿轮研磨加工方法，其特征在于，所述的高频 振动是通过超声声学方式、机械方式、电子方式或液压方式产生的，或其组合方式产生的。
7、 根据权利要求1所述的齿轮研磨加工方法，其特征在于，两被研齿轮 可以是圆柱齿轮、圆锥齿轮、或准双曲面齿轮。
8、 根据权利要求1所述的齿轮研磨加工方法，其特征在于，研磨所需的 时间范围在1 10min之间。
9、 根据权利要求l一8任一条所述的齿轮研磨加工方法，其特征在于， 在研磨加工过程中，在齿间注入研磨剂，以达到强化研磨加工的效果。
10、 根据权利要求9所述的齿轮研磨加工方法，其特征在于，研磨剂由 水、煤油或专用研磨液与白刚玉混合而成，白刚玉的粒度为40#~60#，研磨剂 的浓度为10% 40%，供给量为30mL/s 120mL/s。
全文摘要
本发明涉及一种齿轮精、整加工的工艺与方法，特别涉及复杂齿形、硬齿面，如准双曲面齿轮、弧齿锥齿轮的研磨加工。该研磨加工方法包括如下步骤(1)将需要进行研磨加工的一对齿轮以啮合传动的方式装配在一起，由主动齿轮带动被动齿轮进行旋转运动；(2)在被动齿轮上施加设定的制动扭矩；(3)在主动齿轮和/或被动齿轮上施加高频振动。该方法可以对各种硬齿面齿轮，尤其是小模数齿轮进行高效率，低成本的研磨加工，提高齿轮啮合精度，降低传动中的振动与噪声。
文档编号B24B57/00GK101274379SQ20071005415
公开日2008年10月1日 申请日期2007年3月28日 优先权日2007年3月28日
发明者杨建军, 邓效忠, 魏冰阳 申请人:河南科技大学