高精度齿轮滚刀渐开线中凹齿形型线设计与应用


1 问题的提出某主汽轮齿轮机组主传动透平齿轮改型设计要求齿轮制造加工单项精度提高到GB 10095-88中5精度，同时必须保证齿高方向45%位于齿高中部接触、齿长方向80%偏重于啮出端接触的接触精度要求。齿轮接触精度尤其是齿高方向接触精度主要取决于齿轮齿形精度，而滚齿加工齿轮齿形精度又主要靠滚刀齿形精度保证。基于诸多因素，为实现上述精度要求，针对老机组齿轮滚齿的峰谷状齿形，齿轮啮合时齿顶、齿根线性接触的接触区域不正确和接触面积比例严重不足问题及改型机组设计主传动齿轮仍采用齿顶修形并期望滚齿齿形是微量中凸光滑的修缘渐开线的齿形型线设计要求，依据产品齿轮设计齿形精度、齿顶修形量、JB 3227-83中AAA级滚刀齿形精度3项允差，改进设计滚刀齿形型线，由原半立方抛物线修缘渐开线直线型齿形改为齿顶、齿根修缘，齿高中部略凹的修缘渐开线中凹齿形型线(如图1所示)。

2 问题的解决设计思想是：

1.  中凹齿形齿高中间部位1个模数范围内齿形精度等同于JB 3227-83中AAA精度要求，齿顶、齿根修缘量中值等同于齿轮齿形修缘量。

2.  为了保证齿高中间部份齿形符合渐开线齿形要求，控制全齿高中间二分之一的齿形中凹量尽可能小些，使所滚切齿轮齿高方向上中间接触尽可能宽一些。

设计齿轮修缘要求：M7大齿轮为0.042，M4.5大齿轮为0.036，齿根修形均为零。5级齿轮齿形精度：M7大齿轮为Dff=0.024，M4.5大齿轮为Dff=0.013，M4.5小齿轮为Dff=0.008。 JB 3227-83中AAA级滚刀齿形精度：M7：dff=0.006；M4.5：dff=0.005。 为了保证滚切齿轮齿形光滑无突变且齿形呈微量中凸。刀具型线设计提出了3条技术要求：

1.  滚刀齿形中凹量在A、B曲线范围内均属合格，但“0”点应是最凹处，齿根凹量应大于齿顶凹量，完整齿形应是几段曲线连接光滑无尖点的中凹曲线。

2.  “0”点为加工检测滚刀齿形基准点，允差为±0.10。

3.  为消除中凹曲线与滚刀齿顶、齿根圆弧交点捌点尖点，允许修形曲线作切线延伸，与圆弧曲线相切。

3 中凹型线的应用选用了老机组M4.5、材料为M35高钴高速钢滚刀，按中凹齿形型线的设计原则进行了改制，改制后滚刀精度和齿形型线都达到了设计要求。用左、右旋两把刀分别在RFW10S精密滚齿机上滚切了一对材料为34CrNiMo的模拟大、小齿轮。齿形明显呈中凸形状，中凸量为0.005～0.006，齿顶修缘量为0.03，达到了产品齿轮齿形设计精度要求，一对齿轮对滚跑合达到了齿高中部约30%～35%接触。解决了老机组齿顶、齿顶线性接触问题。虽然未达到45%设计接触要求，但在保证齿轮单项精度不变的前提下采用微量对研工艺手段完全可以辅助增加到齿高接触要求。 4 结论

1.  新设计的修缘渐开线中凹齿形型线在试验用滚刀和产品专用滚刀制造中的成功应用，证明了其完全能满足滚刀制造工艺性要求。滚刀制造精度完全可以满足产品制造精度要求。

2.  这种新型滚刀滚切的齿形与直线型滚刀加工的齿形有明显不同，实现了齿高中部微量中凸的理想设想，完全消除了峰谷状齿形。

3.  滚切试验和正式产品齿轮啮合接触区较老机组齿轮有明显的改善。消除了齿顶、齿根线性接触接触区不正确和接触面积比例严重不足问题，实现了设计期望的齿高中部接触的设计接触精度要求。彻底解决了老机组近齿顶、齿根处齿面拉毛损伤这一久攻不克的技术关键问题。