专利名称：人字齿轮轴及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种人字齿轮轴及其制造方法，属于人字齿轮轴的制造技术领域。
背景技术：
人字齿轮传动肯有承载能力高，工作平衡性好等优点，在大型高压水泵系统中作为主传动得到广泛应用。高精度人字齿轮轴对于人字齿轮的对称度有严格的要求，对称度误差直接关系到人字齿轮的设计效果，影响人字齿轮的寿命与强度。已有的制造方法有如下几种(1) 一种是先加工好一个旋向，再划线定位加工另外一个旋向；该方法精度低，效率不高；(2)—种是分体加工，再定位后组装；该方法无法适应人字齿轮轴的加工需要；(3)再有一种是利用现有人字齿轮的磨齿软件，整体加工人字齿轮的两个旋向齿轮；但该方法也无法满足人字齿轮轴两齿间间距较大和与基准面间距较大的情况。另外，在检测方向，人字齿轮对称度的检测往往都依赖三坐标测量仪，但当人字齿轮轴两齿间距较大时，需要大型三坐标测量仪，设备投入较大，同时也无法满足批量化生产的要求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种人字齿轮轴及其制造方法，不需要高精度或大型设备及检测仪器，利用现有设备及手段，可以保证人字齿轮轴的对称度在O. 03mm以内。按照本发明提供的技术方案，所述人字齿轮轴，包括轴体，在该轴体的中部固定左旋齿轮和右旋齿轮，左旋齿轮和右旋齿轮对称设置在轴体中心线的两侧；其特征是在所述左旋齿轮和右旋齿轮外侧的轴体上分别固定左定位抬肩和右定位抬肩，左定位抬肩的外端面为左定位面，右定位抬肩的外端面为右定位面，左定位面和右定位面以轴体的中心线为对称中心。所述左定位面距离左旋齿轮中心线的距离为D1，右定位面距离右旋齿轮中心线的距离为D2，Dl与D2的差值彡O. 03_。所述左定位面和右定位面的对称度误差〈O. 06mm。所述轴体的两端设置键槽。在所述轴体的两端部分别设有螺孔。所述人字齿轮轴的制造方法，其特征是，包括以下工艺步骤
(1)锻造采用淬透性为H5的20CrMnTi合金材料锻造得到轴体；
(2)用钻床在轴体的两端钻螺孔；
(3)粗车在车床上车出轴体左定位抬肩和右定位抬肩的外圆、左定位面和右定位面，在轴体的中部车出两个齿轴，在轴体和各个端面的过渡处加工过渡圆弧；
(4)正火将粗车后的轴体在930 950°C下处理3 4小时，然后随炉空冷至室温；
(5)精车在车床上对轴体进行精车，左定位面和右定位面保留2 3mm的加工余量，轴体外圆保留O. 9 I. 2mm加工余量；(6)中温去应力将精车后的轴体在430 470°C下处理2.5 3. 5小时，然后随炉空
冷至室温；
(7)第一次外磨在外圆磨床上对轴体上各处外圆进行粗磨,保留O.5 O. 7mm外磨余
(8)滚齿在滚齿机上分别对轴体上的齿轴加工左旋齿轮和右旋齿轮,保留O.4
O.55mm的磨齿余量；
(9)渗碳淬火首先将滚齿后的轴体在915 925°C条件下进行强渗，时间为5.8 6. 2小时，碳势为I I. 2%;再在915 925°C条件下进行扩散，时间为3. 5 4. 5小时，碳势为O. 74 O. 76% ;除温至835 845°C后，将轴体在淬火油中进行淬火；随炉冷却至160 200°C进行热校直，使跳动误差〈O. 25mm ;再在160 200°C进行回火处理，时间为3. 5 4. 5小时；
(10)第二次外磨在外圆磨床上将轴体各处外圆磨至所需尺寸；
(11)磨齿将轴体固定在磨齿机上，校正轴体外圆，保证跳动〈O.015mm ;依次对左旋齿轮和右旋齿轮的齿面进行磨削至所需尺寸；
(12)对称度检测检测左定位面至左旋齿轮中心线的距离D1’、右定位面至右旋齿轮中心线的距离D2’ ；
(13)对称度调整在车床上对左定位面和右定位面进行修正，修正后左定位面至左旋齿轮中心线的距离为D1，右定位面至右旋齿轮中心线的距离为D2，保证Dl与D2的差值^ O. 03mm。所述对称度检测步骤采用对称度检测装置进行检测。所述对称度检测装置包括横梁，在横梁的两端分别对称安装左定位板和右定位板，左定位板和右定位板的相对一面分别为与轴体左定位面和右定位面配合的定位面，左定位板和右定位板的下端分别设置在左支撑座和右支撑座上，左定位板和右定位板的下端面分别设置与轴体外表面配合的弧形槽；在所述横梁上设置相对横梁中心线布置的第一滑槽和第二滑槽，第一滑槽中设置可相对滑槽滑动的第一滑块，第二滑槽中设置可相对第二滑槽滑动的第二滑块；所述第一滑块和第二滑块上分别固定第一导柱套和第二导柱套，在第一导柱套和第二导柱套中分别设置第一导柱和第二导柱，第一导柱和第二导柱可分别相对第一导柱套和第二导柱套上下滑动；在所述第一导柱和第二导柱的下端分别设置第一测试头和弟~■测试头。所述第一滑块通过第一滑块一侧的第一锁紧块与横梁固定，所述第二滑块通过第二滑块一侧的第二锁紧块与横梁固定。所述第一测试头和第二测试头为圆球状。本发明所述人字齿轮轴的制造方法具有制造成本低，检测高效及质量可靠的优点；通过本发明所述的方法可以解决了大间距人字齿轮轴的加工制造中对称度难加工、难测量的问题；采用本发明所述方法加工得到的人字齿轮轴对称性好、热处理变形少、寿命长、可靠性高。
图I为本发明所述人字齿轮轴的结构示意图。
图2为本发明所述人字齿轮轴对称度检测状态图。图3为本发明所述人字齿轮轴对称度调整示意图。图4为图I的A-A剖视图。图5为本发明所述对称度检测装置的结构示意图。
具体实施例方式下面结合具体附图对本发明作进一步说明。如图I、图4所示所述人字齿轮轴包括轴体I、左旋齿轮2、右旋齿轮3、左定位抬肩4、右定位抬肩5、左定位面41、右定位面51、螺孔6、键槽7、油封台肩8等。如图I、图4所示，本发明所述人字齿轮轴包括轴体I，在该轴体I的中部固定左旋齿轮2和右旋齿轮3，左旋齿轮2和右旋齿轮3对称设置在轴体I中心线的两侧；在所述左旋齿轮2和右旋齿轮3外侧的轴体I上分别固定左定位抬肩4和右定位抬肩5，左定位抬肩4的外端面为左定位面41,右定位抬肩5的外端面为右定位面51,左定位面41和右定位面51以轴体I的中心线为对称中心,左定位面41和右定位面51的对称度误差〈O. 06mm ;所述左定位面41距离左旋齿轮2中心线的距离为D1，右定位面51距离右旋齿轮3中心线的距离为D2，Dl与D2的差值彡O. 03mm ；
如图I所示，所述轴体I的两端设置键槽7，用于与外部动力联接，键槽7的内侧设置油封台肩8 ；
如图4所示，在所述轴体I的两端部分别设有螺孔6，该螺孔6作为吊装螺纹孔。本发明所述人字齿轮轴的制造方法，包括以下工艺步骤
(1)锻造采用淬透性为H5的20CrMnTi合金材料锻造得到轴体1，以保证优质齿坯；
(2)用钻床在轴体的两端钻螺孔6；
(3)粗车在车床上车出轴体I左定位抬肩4和右定位抬肩5的外圆、左定位面41和右定位面51，在轴体I的中部车出两个齿轴，在轴体I和各个端面的过渡处加工过渡圆弧，以提高轴体I的强度，防止加工及热处理过程中的应力集中，影响轴体I的工作寿命；
(4)正火将粗车后的轴体I在930 950°C下处理3 4小时，然后随炉空冷至室温；正火的目的是为了细化材料晶粒组织；
(5)精车在车床上对轴体I进行精车，左定位面41和右定位面51保留2 3mm的加工余量，轴体I外圆保留O. 9 I. 2mm加工余量；
(6)中温去应力将精车后的轴体I在430 470°C下处理2.5 3. 5小时，然后随炉空冷至室温；中温去应力的作用是进一步消除加工应力，为最终热处理作准备，减少人字齿轮轴热处理过程中的畸变；
(7)第一次外磨在M1450外圆磨床上对轴体I上各处外圆进行粗磨，保留O.5 O. 7mm外磨余量，以消除中温去应力的变形，也为渗碳淬火时的校直提供基准；
(8)滚齿在YM31125型滚齿机上分别对轴体I上的齿轴加工左旋齿轮和右旋齿轮，保留O. 4 O. 55mm的磨齿余量；
(9)渗碳淬火首先将滚齿后的轴体I在915 925°C条件下进行强渗，时间为5.8
6.2小时，碳势为I I. 2% ;再在915 925°C条件下进行扩散，时间为3. 5 4. 5小时，碳势为O. 74 O. 76% ;除温至835 845°C后，将轴体I在淬火油中进行淬火；随炉冷却至160 200°C进行热校直，使跳动误差〈O. 25mm ;再在160 200°C进行回火处理，时间为
3.5 4. 5小时；
(10)第二次外磨在M1450外圆磨床上将轴体I各处外圆磨至所需尺寸；
(11)磨齿将轴体I固定在NILES800型磨齿机上，校正轴体I外圆，保证跳动〈O. 015mm ;依次对左旋齿轮2和右旋齿轮3的齿面进行磨削至所需尺寸；
(12)对称度检测如图2所示，检测左定位面41至左旋齿轮2中心线的距离D1’、右定位面51至右旋齿轮3中心线的距离D2’ ；对称度检测采用对称度检测装置进行检测，可快速准确地检测对称度误差，大大提高了检测效率，降低了检测成本；
(13)对称度调整在车床上对左定位面41和右定位面51进行修正，修正后左定位面41至左旋齿轮2中心线的距离为D1，右定位面51至右旋齿轮3中心线的距离为D2，保证Dl与D2的差值彡O. 03_。如图2、图5所示，所述对称度检查测装置包括横梁10、左定位板11、右定位板12、左支撑座13、右支撑座14、第一滑槽15、第二滑槽16、第一滑块17、第二滑块18、第一锁紧块19、第二锁紧块20、第一导柱套21、第二导柱套22、第一导柱23、第二导柱24、第一测试头25、第二测试头26等。所述对称度检测装置包括横梁10，在横梁10的两端分别对称安装左定位板11和右定位板12，左定位板11和右定位板12的相对一面分别为与轴体I左定位面41和右定位面51配合的定位面,左定位板I和右定位板12的下端分别设置在左支撑座13和右支撑座14上，左定位板11和右定位板12的下端面分别设置与轴体I外表面配合的弧形槽；在所述横梁10上设置相对横梁10中心线布置的第一滑槽15和第二滑槽16，第一滑槽15中设置可相对滑槽15滑动的第一滑块17，第一滑块17通过第一滑块17 —侧的第一锁紧块19与横梁10固定，第二滑槽16中设置可相对第二滑槽16滑动的第二滑块18，第二滑块18通过第二滑块18 —侧的第二锁紧块20与横梁10固定；所述第一滑块17和第二滑块18上分别固定第一导柱套21和第二导柱套22，在第一导柱套21和第二导柱套22中分别设置第一导柱23和第二导柱24，第一导柱23和第二导柱24可分别相对第一导柱套21和第二导柱套22上下滑动；在所述第一导柱23和第二导柱24的下端分别设置第一测试头25和第二测试头26，第一测试头25和第二测试头26为圆球状。所述对称度检测装置在检测人字齿轮轴的对称度时，先将待测量的人字齿轮轴的两端分别放置在左支撑座13和右支撑座14上，然后将左定位板11和右定位板12分别放置在左支撑座13和右支撑座14上，根据人字齿轮轴调整左定位板11和右定位板12的位置，使得左定位板11和右定位板12分别与人字齿轮轴的左定位面41和右定位面51贴合；调整第一滑块17的位置，同时调整人字齿轮轴的角度，使得第一测试头25对准左旋齿轮2中心线处的齿槽，调整到位后，通过第一锁紧块19固定第一滑块17 ;再调整第二滑块18的位置，此时不能调整人字齿轮轴的角度，使第二测试头26对准右面旋齿轮3中心线处的齿槽，调整到位后，通过第二锁紧块20固定第二滑块18 ;测量左定位板11和第一测试头25、右定位板12和第二测试头26之间的距离，并计算出人字齿轮轴上的左旋齿轮2和右旋齿轮3之间的对称度。
权利要求
1.一种人字齿轮轴，包括轴体(1)，在该轴体(I)的中部固定左旋齿轮(2)和右旋齿轮(3)，左旋齿轮(2)和右旋齿轮(3)对称设置在轴体(I)中心线的两侧；其特征是在所述左旋齿轮(2)和右旋齿轮(3)外侧的轴体(I)上分别固定左定位抬肩(4)和右定位抬肩(5)，左定位抬肩(4)的外端面为左定位面(41),右定位抬肩(5)的外端面为右定位面(51),左定位面(41)和右定位面(51)以轴体(I)的中心线为对称中心。
2.如权利要求I所述的人字齿轮轴，其特征是所述左定位面(41)距离左旋齿轮(2)中心线的距离为D1，右定位面(51)距离右旋齿轮(3)中心线的距离为D2，Dl与D2的差值 O.03mm。
3.如权利要求I所述的人字齿轮轴，其特征是所述左定位面(41)和右定位面(51)的对称度误差〈O. 06mm。
4.如权利要求I所述的人字齿轮轴，其特征是所述轴体(I)的两端设置键槽(7)。
5.如权利要求I所述的人字齿轮轴，其特征是在所述轴体(I)的两端部分别设有螺孔(6)。
6.一种人字齿轮轴的制造方法，其特征是，包括以下工艺步骤(1)锻造采用淬透性为H5的20CrMnTi合金材料锻造得到轴体(I)；(2)用钻床在轴体的两端钻螺孔(6)；(3)粗车在车床上车出轴体(I)左定位抬肩(4)和右定位抬肩(5)的外圆、左定位面(41)和右定位面(51 )，在轴体(I)的中部车出两个齿轴，在轴体(I)和各个端面的过渡处加工过渡圆弧；(4)正火将粗车后的轴体(I)在930 950°C下处理3 4小时，然后随炉空冷至室温；(5)精车在车床上对轴体(I)进行精车，左定位面(41)和右定位面(51)保留2 3mm的加工余量，轴体(I)外圆保留O. 9 I. 2mm加工余量；(6)中温去应力将精车后的轴体(I)在430 470°C下处理2.5 3. 5小时，然后随炉空冷至室温；(7)第一次外磨在外圆磨床上对轴体(I)上各处外圆进行粗磨，保留O.5 O. 7mm外磨余量；(8)滚齿在滚齿机上分别对轴体(I)上的齿轴加工左旋齿轮和右旋齿轮,保留O.4 O. 55mm的磨齿余量；(9)渗碳淬火首先将滚齿后的轴体(I)在915 925°C条件下进行强渗，时间为5.8 6.2小时，碳势为I I. 2% ;再在915 925°C条件下进行扩散，时间为3. 5 4. 5小时，碳势为O. 74 O. 76% ;除温至835 845°C后，将轴体(I)在淬火油中进行淬火；随炉冷却至160 200°C进行热校直，使跳动误差〈O. 25mm ;再在160 200°C进行回火处理，时间为3.5 4. 5小时；(10)第二次外磨在外圆磨床上将轴体(I)各处外圆磨至所需尺寸；(11)磨齿将轴体(I)固定在磨齿机上，校正轴体(I)外圆，保证跳动〈O.015mm ;依次对左旋齿轮(2)和右旋齿轮(3)的齿面进行磨削至所需尺寸；(12)对称度检测检测左定位面(41)至左旋齿轮(2)中心线的距离D1’、右定位面(51)至右旋齿轮(3)中心线的距离D2’ ；(13)对称度调整在车床上对左定位面(41)和右定位面(51)进行修正，修正后左定位面(41)至左旋齿轮(2)中心线的距离为D1，右定位面(51)至右旋齿轮(3)中心线的距离为D2，保证Dl与D2的差值彡O. 03_。
7.如权利要求6所述的人字齿轮轴的制造方法，其特征是所述对称度检测步骤采用对称度检测装置进行检测。
8.如权利要求6所述的人字齿轮轴的制造方法，其特征是所述对称度检测装置包括横梁(10)，在横梁(10)的两端分别对称安装左定位板(11)和右定位板(12)，左定位板(11)和右定位板(12)的相对一面分别为与轴体(I)左定位面(41)和右定位面(51)配合的定位面，左定位板(I)和右定位板(12)的下端分别设置在左支撑座(13)和右支撑座(14)上，左定位板(11)和右定位板(12 )的下端面分别设置与轴体(I)外表面配合的弧形槽；在所述横梁(10)上设置相对横梁(10)中心线布置的第一滑槽(15)和第二滑槽(16)，第一滑槽(15)中设置可相对滑槽(15)滑动的第一滑块(17)，第二滑槽(16)中设置可相对第二滑槽(16)滑动的第二滑块(18);所述第一滑块(17)和第二滑块(18)上分别固定第一导柱套(21)和第二导柱套(22)，在第一导柱套(21)和第二导柱套(22)中分别设置第一导柱(23)和第二导柱(24)，第一导柱(23)和第二导柱(24)可分别相对第一导柱套(21)和第二导柱套(22)上下滑动；在所述第一导柱(23)和第二导柱(24)的下端分别设置第一测试头(25)和第二测试头(26)。
9.如权利要求8所述的人字齿轮轴的制造方法，其特征是所述第一滑块(17)通过第一滑块(17) —侧的第一锁紧块(19)与横梁(10)固定，所述第二滑块(18)通过第二滑块(18)—侧的第二锁紧块(20)与横梁(10)固定。
10.如权利要求8所述的人字齿轮轴的制造方法，其特征是所述第一测试头(25)和第二测试头(26)为圆球状。
全文摘要
本发明涉及一种人字齿轮轴及其制造方法，包括以下工艺步骤(1)锻造轴体；(2)用钻床在轴体的两端钻螺孔；(3)粗车；(4)正火处理；(5)精车；(6)中温去应力；(7)对轴体上各处外圆进行第一次外磨；(8)在轴体上加工左旋齿轮和右旋齿轮；(9)渗碳淬火；(10)对轴体上各处外圆进行第二次外磨；(11)磨齿；(12)采用对称度检测装置检测左旋齿轮和右旋齿轮的对称度；(13)对称度调整，保证对称度≤0.03mm。本发明具有制造成本低，检测高效及质量可靠的优点；本发明解决了大间距人字齿轮轴的加工制造中对称度难加工、难测量的问题；采用本发明所述方法加工得到的人字齿轮轴对称性好、热处理变形少、寿命长、可靠性高。
文档编号B23P15/14GK102937173SQ20121047835
公开日2013年2月20日 申请日期2012年11月22日 优先权日2012年11月22日
发明者高友生 申请人:无锡威孚中意齿轮有限责任公司