齿轮动态力研齿机理研究（一）

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近代齿轮传动正朝着高速、重载、高精度和高效率的方向发展。高精度的硬齿面是齿轮技术发展的主流，因此，硬齿面精加工工艺在齿轮制造技术中有着非常重要的地位。
9 W( F  f5 b) }1 Z6 v# f: |% y8 I磨齿是获得高精度硬齿面齿轮的工艺方法之一，但是，由于磨齿生产率低、设备昂贵、调整困难等原因，特别是一些大型齿轮除了经济原因之外，还因为没有相应的磨齿设备，一般也不具备磨齿的可能。
8 ~) B7 f/ D. p: l! e5 `传统的研齿方法属于齿轮光整加工。研齿只能有效地使齿面粗糙度好，也可以稍为修正齿形和齿向误差，但对其它误差的修正作用很小。由于研齿时两轮处于自由啮合状态，滚滑量在整个齿面上是不均匀拓节圆附近滑动小，齿根齿顶部分滑动大，研齿时间长了，由于不均匀的滑动会使齿形质量变坏。
8 F3 e! g3 l" j9 J目前，迫切需要研究和探索一种适合我国国情硬齿面精加工新工艺，课题组成员经过几年的理论分析和实验研究，探索出渐开线齿轮动态力互研法新工艺，设计制造了新型研齿机并在研齿机上作大量的机理性试验，取得了阶段性成果。
（一）齿轮互研法原理
用两个齿轮进行研磨方法称为对研。在对研过程中，两直齿圆柱齿轮作平面啮合，相啮合的一对齿轮的齿廓形成一对共轭曲线，这样研出的齿轮只能成对使用，而不具备互换性。为了使研后的齿轮具有互换性，确切地说使研出的齿廓为渐开线，对研磨的条件加以限制，提出一种新的研齿法，称为互研法。互研法是指三个或更多的工件齿轮进行互研，在互研过程中应满足：1、互研时两齿轮保持速比不变，转速不变。2、互研时两齿轮周期性改变中心距。在上述条件下，三个或更多的齿轮互研其齿廓是渐开线，因此具备了互换性。理论上已经证明：两种任意共轭齿形在中心距变动后仍共轭，则相共轭的两种齿形为渐开线。
) O8 ?: B7 Z2 B! F& X0 e0 H（二）齿轮动态力互研法机理
基于以研代磨设想，齿轮动态力研齿是将互研法新工艺用于硬齿面精加工，则顺应当今齿轮技术发展的新趋势。其加工原理：工件（互研齿轮）在空载下以确定速比，互研时保持速比不变，在大惯量下调整稳态运转，并周期改变其中心距，利用齿轮本身误差产生的动态力，在研磨剂的作用下修正齿轮误差，使互研齿轮同时达到提高精度的目的。
和传统的研齿方法不同，首先，动态力互研齿是通过计算机控制两个齿轮工件。研齿时没有主动轮与被动轮之分，两个啮合齿轮实质上是处于强制啮合状态，也就是存在强制的运动联系（而传统的研齿方法是处于自由啮合状态）。其运动是由传动链的刚性保正，因此具有较强的误差修正能力。其次，动态力研齿完全是一种动态加工，研齿时齿轮不必施加额定负载，完全依靠齿轮本身的误差在啮合过程中产生的齿面动态力来达到研齿的目的。齿轮误差大的地方，齿面动态啮合力就大，齿面研磨量也大；反之，齿轮误差小的地方，齿面研磨量就小。因此从理论上讲，齿轮精度的提高是无限的。再次，在齿轮互研过程中，两轮必须周期性改变其中心距，试验证明，一对共轭曲线在中心距改变后仍为共轭曲线，则此共轭曲线必为渐开线，这是与传统的研齿方法最根本的区别。
0 \7 {) T+ G& k0 j7 ~  }' B( p应用动态力互研法，同时提高互研齿轮的精度，主要有两种机制在起作用，即动态研磨和误差均化。
) P5 S' x$ B2 s) K) A所谓动态研磨，是利用齿轮在互研之前，齿轮本身存在的制造误差。由于这种误差的存在，在研齿时，将导致齿轮的瞬时传动比发生变化，齿轮将产生加速度，于是在齿面产生动载荷。在动载荷的作用下，齿轮要振动，设齿轮基圆半径分别为rb1、rb2;齿轮动态整体误差为δ1(t)、δ2(t)；扭振角位移分别为θ1(t)、θ2(t)齿轮齿廓的啮合刚度为K（t），则其齿面动态啮合力为
& W! g+ {2 X& x3 S% [, I. l# \! D) zPn=k(t)[rb1 θ1(t)-rb2 θ2(t)+δ1(t)+δ2(t)]
齿面动态啮盒和与齿面摩擦系数的乘积是研齿过程中的齿面切削力。这种切削力作用于齿面粗糙的微凸时，使微凸体产生屈服形成磨损，正是由于这种磨损提高了齿轮的精度。
& W  G/ D- L: ], k- A由于齿轮存在着制造误差，在互研时齿轮将产生振动。由摩擦学理论可知，这种振动使齿面微凸部分产生塑性变形和粘着，小幅振动使粘着点剪切脱落，露出基体金属表面。这些脱落的颗粒及新表面又与大气中的氧反应生成以Fe2o3为主的氧化物。这些氧化物不易排出，故在齿轮啮合表面起着磨料磨损的作用，故而提高了齿轮的精度。
在齿轮互研过程中，周期性的施加研磨剂。研磨剂的磨料颗粒在齿面滚动和滑动，磨料颗粒的滚动使齿面产生微小的塑性变形。磨料颗粒的滑动，使齿面产生微小的切削，从而降低了表面的粗糙度。
/ c% Q# U& r1 l6 {& ~% N' d文章关键词： 齿轮