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[摘 要]汽车行业变速器齿轮滚插齿加工过程中，由于受到机床传动链误差、夹具制造安装误差及齿坯定位基准精度影响，不可避免的产生偏心，影响齿轮加工精度。尽可能的减小偏心，将提高齿轮加工精度。
[关键词]偏心、几何偏心、运动偏心、分度圆、分度蜗轮副
中图分类号：TD335 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0008-01
前言
齿轮已是现代机械不可缺少的传动元件，广泛用于各行各业的机械中。汽车行业变速器齿轮精度要求6级～7级，大批量生产时主要采用滚齿（插齿）—剃齿（磨齿）工艺。本文就汽车齿轮加工工艺中滚、插齿偏心产生的原因及其检测方法进行分析论述。
一、偏心分类及其定义
齿轮加工过程中，不可避免的产生偏心。根据其产生的原因，可分为几何偏心和运动偏心两种。
几何偏心主要指工件加工时的回转轴线与安装使用时的回转轴线不重和造成的二者偏心量（如图2所示）。几何偏心主要由机床工作台、夹具及工件制造误差以及相互间安装误差引起。
运动偏心主要是指加工过程中机床传动链误差造成的偏心（如图3所示）。运动偏心主要由机床的分度蜗轮及传动齿轮等传动元件的制造和装配误差引起。
二、几何偏心的产生原因及其检测方法
由于几何偏心主要由机床工作台、夹具及工件制造误差以及相互间安装误差引起。因此现将齿轮滚插齿加工时常用的装夹方式作一介绍：
2.1 齿轮滚插齿加工时的装夹定位方式
盘类齿轮加工时，一般采用内孔定心，端面定位的装夹方式加工。夹具多为涨心式或端面压紧式两种；轴类齿轮加工时，由于受到工件结构及刚性的限制，一般采用中心顶尖孔定心，某一端面定位的装夹方式加工，夹具多为下顶尖定心、某一端面定位、上顶尖定心并压紧式或某一端面定位、和端面相连的轴径定心抱紧、上顶尖定心压紧式。
2.2 几何偏心的产生原因
以盘类齿轮滚齿、插齿加工为例，祥述几何偏心的产生与检测方法。在加工过程中，几何偏心主要由以下几个方面原因造成：
（1）夹具定位轴径回转轴线与工作台回转轴线不重和造成的偏心，产生原因如下：1）机床夹具制造精度较差或已老化破损；2）机床工作台老化，精度下降；3）夹具安装不正。
（2）工件回转轴线与机床夹具定位轴径回转轴线不重和造成的偏心，产生原因如下： 1）工件定位内孔不正；2）工件内孔与机床夹具定位轴径间隙较大。
（3）工件定位端面与回转轴线不垂直造成的偏心，产生原因如下： 1）工件定位端面与工件定位内孔不垂直；2）夹具定位端面与夹具定位轴径不垂直； 3）夹具定位端面与工件定位端面之间垫有铁屑等杂物。
由于在实际加工过程中上述三项偏心有可能叠加，也有可能相互抵消，情况比较复杂，因此在这里，本人将上述三项综合，统称其为几何偏心。
2.3 几何偏心的检测方法
在实际生产过程中，用公法线长度变动量是不能检测几何偏心的，只能通过检测齿圈径向跳动，才能反映几何偏心。
假定刀具和蜗轮副的制造、安装都是精确的，当工件处于理想情况时，如图1所示，即工件、蜗轮和加工基准重合，可视其误差为零（其它误差因素不计），此时既不产生几何偏心，也不产生运动偏心。
假定蜗轮副理论基准与加工基准重合，而工件安装基准（即其工作时的中心线）与加工基准偏移e1即几何偏心，如图2所示。对图2所示情况进行分析（假定刀具设计和安装是非常精确的）：从加工看，齿轮形成的渐开线的基圆中心时加工基准O，由于工件外圆和安装基准孔是O1，因此，所加工的齿轮，必然是一段齿长，另一端齿短，变化呈周期性，但它的基圆的大小未变，仅是齿形截面取渐开线的区段不同。通过齿圈径向跳动误差Fr来反映几何偏心。
三、运动偏心的产生原因及检测方法
假定工件使用基准与加工基准重合，蜗轮副理论基准与加工基准偏移，此时产生运动偏心（如图3所示）。图3中对蜗轮中心线O2而言，如果安装正确，那么在节圆上任意一点角速度都是相等的，现因蜗轮工作时，以加工基准O为旋转中心，二者之间产偏差e2，如图4所示
根据蜗杆线速度V大小不变的条件，就可以求出蜗轮A、B二点的角速度变化。WA=V/OA=V/（r+e2）； WB=V/OB=V/（r-e2） ；WB >WA；
从上述结果，可以看出，当产生运动偏心e2时，必导致蜗轮转动时快时慢，这一影响又必然反映到工件上去，现假定工件安装是准确的，刀具速度Vd不变。
当蜗轮转动最慢时为ωmin（即ωA），此时工件节圆半径为最大，即：r'max=Vd/Wmin；
当蜗轮转动最快时为ωmax（即ωB），此时工件节圆半径为最小，即：r'min=Vd/WMAX；
运动偏心引起的误差，用公法线长度变动量来检测。通过上述分析，现将几何偏心和运动偏心所造成的影响及其特点列表进行对比见表1：
在实际生产过程中，几何偏心和运动偏心是同时存在的，我们必须根据实际情况，做出准确的分析判断，及时解决实际问题。
结束语
齿轮是一个涉及机械设计加工知识比较全面、综合的机械元件，随着科技的不断发展，新技术、新工艺不断应用于实际生产，齿轮加工精度将不断提高。
参考文献
[1] 《齿轮手册》，机械工业出版社，2000年版.
[2] 《机械原理》，吉林科学技术出版社，2002年版.
[3] 《机械设计手册》，机械工业出版社，2000年版.
[关键词]偏心、几何偏心、运动偏心、分度圆、分度蜗轮副
中图分类号：TD335 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0008-01
前言
齿轮已是现代机械不可缺少的传动元件，广泛用于各行各业的机械中。汽车行业变速器齿轮精度要求6级～7级，大批量生产时主要采用滚齿（插齿）—剃齿（磨齿）工艺。本文就汽车齿轮加工工艺中滚、插齿偏心产生的原因及其检测方法进行分析论述。
一、偏心分类及其定义
齿轮加工过程中，不可避免的产生偏心。根据其产生的原因，可分为几何偏心和运动偏心两种。
几何偏心主要指工件加工时的回转轴线与安装使用时的回转轴线不重和造成的二者偏心量（如图2所示）。几何偏心主要由机床工作台、夹具及工件制造误差以及相互间安装误差引起。
运动偏心主要是指加工过程中机床传动链误差造成的偏心（如图3所示）。运动偏心主要由机床的分度蜗轮及传动齿轮等传动元件的制造和装配误差引起。
二、几何偏心的产生原因及其检测方法
由于几何偏心主要由机床工作台、夹具及工件制造误差以及相互间安装误差引起。因此现将齿轮滚插齿加工时常用的装夹方式作一介绍：
2.1 齿轮滚插齿加工时的装夹定位方式
盘类齿轮加工时，一般采用内孔定心，端面定位的装夹方式加工。夹具多为涨心式或端面压紧式两种；轴类齿轮加工时，由于受到工件结构及刚性的限制，一般采用中心顶尖孔定心，某一端面定位的装夹方式加工，夹具多为下顶尖定心、某一端面定位、上顶尖定心并压紧式或某一端面定位、和端面相连的轴径定心抱紧、上顶尖定心压紧式。
2.2 几何偏心的产生原因
以盘类齿轮滚齿、插齿加工为例，祥述几何偏心的产生与检测方法。在加工过程中，几何偏心主要由以下几个方面原因造成：
（1）夹具定位轴径回转轴线与工作台回转轴线不重和造成的偏心，产生原因如下：1）机床夹具制造精度较差或已老化破损；2）机床工作台老化，精度下降；3）夹具安装不正。
（2）工件回转轴线与机床夹具定位轴径回转轴线不重和造成的偏心，产生原因如下： 1）工件定位内孔不正；2）工件内孔与机床夹具定位轴径间隙较大。
（3）工件定位端面与回转轴线不垂直造成的偏心，产生原因如下： 1）工件定位端面与工件定位内孔不垂直；2）夹具定位端面与夹具定位轴径不垂直； 3）夹具定位端面与工件定位端面之间垫有铁屑等杂物。
由于在实际加工过程中上述三项偏心有可能叠加，也有可能相互抵消，情况比较复杂，因此在这里，本人将上述三项综合，统称其为几何偏心。
2.3 几何偏心的检测方法
在实际生产过程中，用公法线长度变动量是不能检测几何偏心的，只能通过检测齿圈径向跳动，才能反映几何偏心。
假定刀具和蜗轮副的制造、安装都是精确的，当工件处于理想情况时，如图1所示，即工件、蜗轮和加工基准重合，可视其误差为零（其它误差因素不计），此时既不产生几何偏心，也不产生运动偏心。
假定蜗轮副理论基准与加工基准重合，而工件安装基准（即其工作时的中心线）与加工基准偏移e1即几何偏心，如图2所示。对图2所示情况进行分析（假定刀具设计和安装是非常精确的）：从加工看，齿轮形成的渐开线的基圆中心时加工基准O，由于工件外圆和安装基准孔是O1，因此，所加工的齿轮，必然是一段齿长，另一端齿短，变化呈周期性，但它的基圆的大小未变，仅是齿形截面取渐开线的区段不同。通过齿圈径向跳动误差Fr来反映几何偏心。
三、运动偏心的产生原因及检测方法
假定工件使用基准与加工基准重合，蜗轮副理论基准与加工基准偏移，此时产生运动偏心（如图3所示）。图3中对蜗轮中心线O2而言，如果安装正确，那么在节圆上任意一点角速度都是相等的，现因蜗轮工作时，以加工基准O为旋转中心，二者之间产偏差e2，如图4所示
根据蜗杆线速度V大小不变的条件，就可以求出蜗轮A、B二点的角速度变化。WA=V/OA=V/（r+e2）； WB=V/OB=V/（r-e2） ；WB >WA；
从上述结果，可以看出，当产生运动偏心e2时，必导致蜗轮转动时快时慢，这一影响又必然反映到工件上去，现假定工件安装是准确的，刀具速度Vd不变。
当蜗轮转动最慢时为ωmin（即ωA），此时工件节圆半径为最大，即：r'max=Vd/Wmin；
当蜗轮转动最快时为ωmax（即ωB），此时工件节圆半径为最小，即：r'min=Vd/WMAX；
运动偏心引起的误差，用公法线长度变动量来检测。通过上述分析，现将几何偏心和运动偏心所造成的影响及其特点列表进行对比见表1：
在实际生产过程中，几何偏心和运动偏心是同时存在的，我们必须根据实际情况，做出准确的分析判断，及时解决实际问题。
结束语
齿轮是一个涉及机械设计加工知识比较全面、综合的机械元件，随着科技的不断发展，新技术、新工艺不断应用于实际生产，齿轮加工精度将不断提高。
参考文献
[1] 《齿轮手册》，机械工业出版社，2000年版.
[2] 《机械原理》，吉林科学技术出版社，2002年版.
[3] 《机械设计手册》，机械工业出版社，2000年版.