做和圆柱齿轮轮齿电化学鼓形修整装置

圆柱齿轮轮齿电化学鼓形修整装置

1 概述

齿轮在制造和安装中存在误差。受载后轮齿还将发生弹性变形、热变形等，使轮齿在进入啮合时发生啮入冲击和噪声。在啮合过程中，还会造成载荷沿齿向接触线呈不均匀分布而产生偏载。一般以轮齿端部齿面载荷分布最大。布式硬度压痕较大高速重载齿轮由于转速较高，轮齿较宽，齿向误差较大，所传递的载荷及承载后扭矩输入端与输出的相对转角也较大，载荷沿齿面接触线分布不均匀，其啮入冲击和偏载问题比一般齿轮更为严重。

对高速重载齿轮的轮齿，沿齿高和齿宽方向同时进行修形加工(即鼓形修整，见图1)，消除啮入冲击和噪声，并使啮合接触首先发生在靠近齿宽中间的部分。然后再过渡到全齿宽上。这有利于齿面上载荷呈均布状态，提高齿轮的疲劳寿命，降低其磨损和啮合噪声。图1 齿轮轮齿鼓形修整 齿轮电化学鼓形修整的基本原理基于电化学加工中的阳极溶解，可以通过控制电化学反应区域内的电场分布规律，来控制齿面电流密度分布，造成有规律的电化学去除，实现对齿轮的轮齿鼓形修整。2 齿轮电化学鼓形修整原理

在对齿轮轮齿进行电化学鼓形修整时，以齿轮作为阳极，而阴极则按一定的要求专门设计。对于圆柱齿轮来说，大力发展利用可再生能源与工业余热的塑料造粒机技术可以采用圆环阴极(图3)。

当齿轮和阴极分别与直流电源正极和负极相接时，齿轮齿面将会发生阳极溶解。选择合适的电解液和工艺参数，可使溶解过程在修整抛光区内进行。阴、阳极分从整体上看别通电后，在电解液内部就建立了电场，齿面上的电流密度分布取决于电场分布。受边缘效应影响，在齿顶和齿端附近形成较大的电位梯度，靠近齿顶和齿端的齿面上分布了较大的电流密度。沿齿高方向看，齿顶处电流密度最大，从齿顶开始电流密度迅速减小；沿齿向方向，两端电流密度最大，中间电流密度最小。根据法拉第定律，金属蚀除速度随电流密度增大而增大，齿面金属蚀除厚度呈与电流密度相仿的分布。即电流密度分布大的地方，金属蚀除厚度也大。经过一段时间的加工，普通的圆柱齿轮被加工成鼓形齿齿轮(图1)。

齿轮鼓形修整的修形量是很小的，一般仅有十几微米左右，所以齿轮电化学鼓形修整与通常的电解加工有较大差异。阳极电流密度只有电解加工的1/10左右，电解液成分也很不相同。3 齿轮电化学鼓形修整装置

图2为圆柱齿轮电化学鼓形修整装置示意图。根据以往研究工作的经验，齿轮齿面电化学鼓形修整装置应满足以下要求：

(1)只对齿轮的轮齿齿面部分进行修形加工，尽量避免齿轮安装工作面接触电解液；

(2)应能及时排除电化学加工中产生的气泡，以免气泡吸附在齿轮表面，影响修形效果和齿面表面质量；

(3)为适应不同齿数、模数齿轮的修整加工需要，齿轮回转速度应能无级调节；

(4)为给齿轮连续、稳定地提供直流电，主轴应带有集流装置；

(5)电解液应大致恒温，以免电化学加工中产生热量，导致电解液温度变化太大，影响加工稳定性。

针对上述要求，笔者专门设计、制造了齿轮轮齿电化学鼓形修整装置。主要由3部分组成：直流电源、齿轮安装装置、阴极和电化学反应槽及电解液。

电化学修形加工所用电源采用硅整流电源，其最高输出电压为24V，最大输出电流为500A，输出电压可在0～24V范围内任意调节，并通过控@7、当样品破裂后制阳极与阴极间电位差，来控制阳极电流。

齿轮安装装置主要由直流电动机、减速装置、带集流装置的回转主轴和电控部分组成。加工过程中，齿轮安装在可回转的主轴上，主轴由可无级调速的直流电动机通过减速装置驱动。为及时排出修形加工过程中产生的气体，齿轮以一定转速匀速回转。回转速度应根据齿轮外形尺寸确定，以不使电解液飞溅为原则，一般来说，齿顶圆线速度应＜3m/s。由于主轴所需转速较低，直接由直流电动机驱动主轴转速不易稳定，传动系统中设有带轮减速装置。加工中只让齿轮的轮齿部分与电解液接触，非加工部位采取了密封保护措施，直流电由碳刷和安装于转动轴上的集流环引至被加工齿轮。图2 圆柱齿轮轮齿电化学鼓形修整装置示意图

1.电解槽 2.恒温槽 3.阴极 4.齿轮(阳极) 5.轴端挡板 6.绝缘密封环 7.绝缘板 8.弹簧 9.碳刷 反应槽采用了双层结构，内槽容纳电解液，外槽为恒温槽，通过控制外槽中水的温度来控制内槽中电解液的温度，以保持电解液温度基本恒定。4 圆柱齿轮轮齿电化学鼓形修整阴极设计

对宽度较窄的高速圆柱齿轮轮齿进行电化学鼓形修整时，可以采用图3所示的圆环阴极。阴极距齿顶的距离一般情况下可使间距等于3～4倍的模数。阴极宽度可取