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变速器齿轮的加工应用

日期:2017-09-13 14:51:49 来源:大学生学习网

随着对轿车驱动系统功率、扭矩和行驶舒适性要求的不断提高,变速器的档位数也在不断增加。由于变速器的体积和质量都不能增加,这就加重了变速器齿轮的工作负担。所以齿轮加工时就要在减小公差的同时优化齿轮表面接触性能,并为齿轮设计预留更大的自由空间。

慕尼黑GLEASONHURTH公司市场负责人THOMASM。W。SCHOLZ先生指出:“轿车发动机的功率密度在近年来明显增大。”对于轿车变速器来讲,这就意味着其所承受负载的急剧增加。而更严重的是变速器的档位数量也越来越多。由于变速器的体积和质量都不能再继续增加,因此就要求负载增加的同时减小齿轮体积。在现代化轿车的变速器中应用最多的是渐开线圆柱斜齿轮。

齿轮材料的承载能力已达极限

GLEASONHURTH公司研发部领导人ANTOINETüRICH博士说道:“对设计者来讲,这也就意味着他所设计的齿轮齿面必须能够承受更高的负载。”为了了解齿轮齿面所承受的力的大小,就必须清楚地知道在进行动力传动的过程中相互接触的齿的数量。在传动过程中只有非常少的齿面表面能够相互接触,这也就是所谓的表面接触区。

齿轮就是利用这个非常小的接触面来传递整个发动机的动力。为满足设备对同规格或更小规格的齿轮提出的更高要求,工程师们曾尝试在新的变速器设计中使用承载能力更强、价格更高的材料来制造齿轮。然而考虑到汽车成本的因素,这种尝试往往都没有好的结果。

重视加工精度

SCHOLZ先生建议:“可以通过改进齿面设计和制造工艺来提高齿轮的承载能力。”在加强齿轮承载能力的诸多因素中,有两点起到了决定性意义。第一是减少齿面几何形状与设计的理论形状的误差;第二是避免齿面的“棱角接触”。这两点都可通过减小齿轮的制造公差来实现,而这也给齿轮生产制造工艺带来了深刻影响。齿轮生产厂家在加工高承载齿轮时一般都采用淬火后精加工的工艺方案,但在这里最合适的生产工艺是齿轮磨削。

TüRICH先生解释说:“在硬质材料齿轮的精加工中,工程师可以通过正确设计齿面的几何形状来精确补偿由负载引起的材料变形。”

硬质材料齿轮设计的第一步是确定受力后的齿面形状与理论渐开线在压应力(赫兹接触应力)作用后的差异。齿面鼓形通过砂轮刀精磨成形,这在变速器的设计阶段就已经确定。

若齿面受力变形可通过齿面修形使齿面母线受力严重的区域凸起,确定接触磨合部位,并通过恰当的运动控制实现这一目的。

解除几何形状的限制

齿轮齿面的受力重叠,即从齿面左侧到右侧几何形状重叠的“扭曲变形”,一直没有受到工程师的足够重视。这种重叠的出现是螺旋角和齿面母线鼓形共同作用的结果。在对圆柱斜齿轮进行加工时,砂轮的加工轨迹只能沿齿面母线方向进行。

TURICH先生总结道:“为了避免这种齿面受力重叠或者有目的的对齿面重叠施加影响,可以通过改变磨削刀具理论中沿轴向变化了的啮合角来实现。”

但是这就带来了一个新的问题,即寻找能够完成此砂轮修整任务的砂轮修整刀。由于对变速器齿轮极高的精度要求,所以在相对较短的时间内用常规刀具或成型砂轮修整刀是不能完成这项任务的。市场上尝试利用修整刀合适的基本形状和复杂的多轴运动控制来实现此项任务的解决方案,都因达不到齿轮极为严格的公差要求在应用中受到了诸多限制。

由GLEASON公司研发成功并申请了专利保护的ANTI-TWIST技术就解决了上述齿面重叠问题。其利用不精密圆柱形螺杆在齿面啮合角的作用,将砂轮修整刀普通的进给运动与准确定义的空心形状叠加在一起。这样一来,不仅可以避免齿面重叠,还有可能实现沿正方向或负方向的进给。ANTI-TWIST技术不会对设备的生产能力有所限制,而且还可以方便的在原有设备TWG系列磨齿机上补装。这也为新一代齿轮变速器的设计提供了更大的自由空间。