基于KIMOS的锥齿轮接触区修正技术

BevelGearContactPattern

CompensationTechnologybasedonKIMOS

摘要锥齿轮副接触区的位置与大小，与齿轮副的寿命有着较大的影响。本文针对奥利康制等高齿锥齿轮副，通过对热处理变形规律的探索，基于KIMOS，在热前对齿面接触区进行了预修正，并在热后通过研齿工艺，对齿面的粗糙度和齿轮副传动误差进行优化，取得了较好的效果。

Abstract：Thepositionandsizeofcontactpatternaboutbevelgearisveryimportantwiththelifeofgearsets.Inthisarticle,throughtheresearchaboutdeformationcausedbyheattreatment，wecompensatedthecontactpatternofpre-H.TgearsetbyKIMOS.Andalsooptimizedthetoothsurfaceroughnessandtransmissionerrorofgearsetwithlapping，achievedbetterresults.

关键词：锥齿轮副齿面接触区热处理KIMOS修正

Keywords:Bevelgeartreatment

ContactpatternHeat

KIMOSCompensation

前言1.1.前言

汽车驱动桥作为汽车的重要传动部件，对整车的承载能力和舒适性有很大影响，其中主被动锥齿轮是驱动桥中最重要的零件。

锥齿轮副接触区的位置与大小，与齿轮副的寿命有着较大的影响。长期以来，国内对格里森渐缩齿的设计、制造及加工有较深入的研究，因此形成了一套有效的控制和调整方法。

2011年，随着MAN项目的不断推进，对MAN驱动桥锥齿轮副的精度要求不断提高。为此，公司引进了具有国际先进水平的奥利康生产线及闭环制造系统。而对于奥利康制等高齿锥齿轮，国内外对其尚未进行大规模推广应用，因此其齿面接触区的控制和调整技术并不完善，需要进行深入研究和探索。2.对成品接触区的要求2.对成品接触区的要求

按照格里森公司的相关资料，弧齿锥齿轮的理想接触区应集中在齿轮中部偏小端处，呈椭圆形或矩形，接触区长度约占齿面全长的40%-60%，实际工作后由于负荷加大，齿面接触区将逐渐向四周扩展。如图1所示：

对于奥利康等高齿锥齿轮，由于其齿面节线为延伸外摆线，因此其理想接触区要求为被动轮凸面位于齿宽和齿高中部40%-60%，凹面位于齿宽中部偏大端40%-60%，齿高方向位于中部40%-60%。即如下图2所示：

3.齿面接触区修正技术概述3.齿面接触区修正技术概述

针对热处理变形导致的齿面接触区变化，目前主要由如下手段进行修正：磨齿、研齿及热前调整。

热后磨齿修正，即在热前加工时，为热后精磨齿面预留一定余量，在热后使用磨齿机对齿面进行精磨。磨齿技术需要单独的磨齿机床，需要制作单独的砂轮，按砂轮种类可分为普通砂轮和CBN砂轮，并且需要对砂轮进行精切的修形。弧齿锥齿轮磨齿工艺中，机床调整项目较多，参数计算复杂。

由于格里森制渐缩齿锥齿轮采取端面铣齿法进行加工，磨齿技术比较常见。但对奥利康等高齿，由于采取端面滚齿连续分度法加工，其磨齿技术尚未在国内外大规模应用。

研齿是一种利用研磨的方法来切除极少量金属的过程，这一过程

是与齿面相对滑动有关的速度和作用力来完成。研磨时，在齿面间喷注研磨剂，依靠齿面啮合产生的相对滑动，推动游粒磨料进行切削。国内外大量试验证明，研齿工艺能一定程度上消除齿形误差，提高齿面粗糙度，降低齿轮副噪音。但是，对于热处理后变形较大的齿轮副，研齿工艺并无法改变接触区的位置。因此，研齿工艺具有一定的应用条件，在热处理变形较大的情况下无法采用。

由以上叙述可以看出，对于奥利康制等高齿锥齿轮，最好的方法即通过对热处理规律的探索，在热前对齿面接触区进行预修正，并在热后通过研齿工艺，对齿面的粗糙度和传动误差进行优化。4.齿面接触区修正的理论基础

根据材料的性质，热处理工序后，锥齿轮总会存在一定的变形，为此，在进行热前接触区修正之前，需要对热处理变形情况进行统计与分析。下面的资料均以3.36速比后驱动桥齿轮副为例进行介绍。

齿面接触区变化情况主要原因为齿轮齿面变形，为了对测量和修正提供依据，将齿面按齿高和齿长方向划分为15×15的网格，并将被动轮齿面变换为平面，从而显示主被动齿轮副接触位置和大小。如下图所示：

以此为基础，可以很细致地观察齿面上每个区域的变化，同时，利用P65测量机，可以很精确地测量出每个齿面的误差情况，从而为接触区设计和修正提供依据。齿面热处理变形规律探索与总结5.5.齿面热处理变形规律探索与总结

接触区的位置和大小变化主要取决于主被动齿轮在热处理后的变形情况，为此，通过对齿轮热前热后形貌的测量，可以判断出齿面接触区位置的变化。

首先，将主动轮及被动轮首次计算后的齿面形貌数据导入铣齿机床，并用KOMET软件修正铣齿数据，使得形貌误差在±0.015以内。

初始设计的齿面接触区图像

其次，将齿轮副转热并热回，并用P65测量热后的齿轮副形貌误差，测量后的被动轮齿面形貌误差如下图所示:

由该形貌图可以看出，热处理后，被动轮凸面变形较小，凹面变形较大，且出现大端下凹，小端上凸的情况，据此可以推断出，热后凹面接触区将会偏向小端，凸面位置基本不变。随后在配对机用热前小轮与热后大论进行研配，其接触区情况印证了这一点。

通过多次工艺试验后，发现主动轮在热处理后的齿面变形情况要比被动轮小，而被动轮虽然热处理后变形较大，但有一定的规律性。

因此，决定通过修正小轮齿面参数来达到所要求的齿面接触区。6.齿面接触区热前预修正修正的实施6.齿面接触区热前预修正修正的实施

通过对热处理齿面变形规律的探索与分析，决定利用KIMOS软件，对热后小轮实际数据进行修正。

首先，将热后大轮测量被动轮实际数据导入KIMOS，与热前大轮实际数据进行齿面比较。

其次，在齿面比较结果的基础上，将误差调整为0.在调整时，

需要注意调整项目为小轮加工机床参数，不再修正刀具参数，经修正后，可以生成新的名义数据（NEUTUREDATA），同时生成新的热前齿面接触区图像。

修正后的齿面比较结果如下：

再次，利用生成的新的理论数据加工主动轮，并对主动轮进行测量、转热及热后测量。

将经过热处理后的小轮测量的数据导入KIMOS，并与热后大轮理论数据进行EASEOFF，观察热后接触区情况。

多次重复以上过程，直到最终的实际热后成品接触区符合要求。实施效果6.6.实施效果

最终得到的成品齿面接触区图像如下;

经台架试验证明，所生产的齿轮副疲劳寿命超过100万次，达到设计要求。装车试验至今尚无故障反馈。7.结论

7.1对于奥利康制等高齿锥齿轮，最好的方法即通过对热处理规律的探索，在热前对齿面接触区进行预修正，并在热后通过研齿工艺，对齿面的粗糙度和传动误差进行优化。

7.2主动轮在热处理后的齿面变形情况要比被动轮小，而被动轮

虽然热处理后变形较大，但有一定的规律性。要注意调整项目为小轮加工机床参数，不再修正刀具参数。

7.3利用KIMOS进行齿面接触区热前修正的前提是要寻找到齿轮副热处理变形的规律，对于无规律变化的齿轮副，则不适用于该方法。参考文献8.8.参考文献

[1]KlingelnbergKIMoS5–AdvancedTrainingTheoretical-&PracticalApplication:ClassT3&T42009.8

[2]DIN3965ToleranzenfürKegelradverzahnung1986.8[3]NewDevelopmentsinToothContactAnalysis(TCA)andLoadedTCAforSpiralandHypoidBevelGearDrives,Geartechnology,2007.05[4]邓效忠，魏冰阳，锥齿轮设计的新方法，科学出版社，2012[5]董学朱．摆线齿锥齿轮及准双曲面齿轮设计和制造．机械工业出版社．2003