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[摘 要]相位齿轮是三角转子发动机的重要零件，其加工精度是三角转子发动机正常工作的重要保障。针对转子发动机相位齿轮加工的方法，从齿轮加工理论的角度及生产现场经验，简要探讨齿轮误差产生的原因，并相应提出一些提高相位齿轮加工精度的方法及途径，供生产借鉴。
[关键词]相位齿轮 齿轮加工精度 原因分析
中图分类号：V232.8 文献标识码：V 文章编号：1009―914X（2013）22―0350―02
前言
三角转子发动机工作时，固定在三角转子（也称三角旋转活塞）上的相位内齿轮与固定在端盖上的相位外齿轮啮合，控制三角转子及其密封件的运动规律。因此，相位齿轮是三角转子发动机的重要零件。
由于相位齿轮对三角转子进行“导向”，迫使三角转子沿气缸型面作滚动而不作平动，故对相位齿轮传递运动的准确性、传动的平稳性和齿轮载荷分布均匀性都要求较高。因此，其加工精度将直接影响到转子发动机的性能和寿命。
本文针对转子发动机相位齿轮加工的方法，从齿轮加工理论的角度及生产现场经验，简要探讨齿轮误差产生的原因，并相应提出一些提高相位齿轮加工精度的方法及途径，供生产借鉴。
1 相位齿轮加工方法及原理
齿轮的加工方法有很多，根据相位轮齿的结构特点和技术要求，采用插齿加工方法。
插齿加工是利用一对圆柱齿轮无间隙啮合的原理。这一对齿轮中的一个是工件，另一个是插齿刀。插齿时插齿刀先趋近工件，与工件接触后开始进刀切削。切削过程中，插齿刀与工件连续不断地慢速旋转，形成对滚运动，并保证插齿刀转过一个齿，工件转过一个齿，或插齿刀转一转，工件转Z0/Z（Z0——插齿刀齿数，Z——工件齿数）转的关系。在对滚运动的同时，插齿刀作上下往复的快速切削运动，在齿坯上逐渐切出齿形。可见，被加工齿轮的齿形表面就是插齿刀与齿坯相对运动过程中刀刃先后位置的包络线。
插齿加工时，机床有如下五個运动：
（1）插齿刀沿主轴轴线的上下往复切削运动，向下为切削运动，向上为返回的退刀运动。
（2）插齿刀和工件作展成运动，即分齿运动。此运动用分齿挂轮来保证。
（3）插齿刀的圆周进给运动。圆周进给是插齿刀的回转运动，插齿刀每往复行程一次，同时回转一个角度，其快慢影响每切一次的切削量。
（4）插齿刀的径向进给运动。在插齿刀开始接触工件以后，在圆周进给的同时，插齿刀向工件作径向进给，直至切出全齿高为止。而圆周进给继续进行直至工件转一周时齿轮加工完毕。这一运动一般靠凸轮来实现。
（5）让刀运动。在插齿刀向上的空行程中，为了避免工件和插齿刀的摩擦，工件应相对于插齿刀要退让一段距离。
2 相位齿轮加工误差控制形式
相位轮齿的插齿加工中用控制齿距累积误差和k个齿距累积误差来保证运动精度，用控制齿形误差和齿距偏差来保证工作平稳性精度，用控制齿向误差来保证齿轮载荷分布均匀性。显然，要提高插齿加工的精度，最关键是要对插齿加工中易出现的几种误差原因进行分析，并在生产过程中加以控制。
2.1 减少齿距累积误差
齿距累积误差是指在齿轮分度圆上任意两个同侧齿面的实际弧长与公称弧长的差值中的最大绝对值。插齿机分齿运动链的速比不准确，特别是上下分度蜗轮的制造及安装误差，即分度蜗轮的运动偏心。同时，插齿刀刀齿对其回转中心分布不均匀，即插齿刀的运动偏心。插齿刀和工件的安装偏心（即几何偏心），以及插齿加工中所特有的让刀运动和控制自动进刀（即径向进给）的凸轮形状误差等，这些因素将使被切齿轮的轮齿产生位置误差，造成齿轮齿距分布不均匀，引起轮齿齿距累积误差，所以齿距累积误差主要应从以上原因分析解决。
2.2 减少齿形误差
齿形误差是指在齿轮端截面上，齿形工作部分内，包容实际齿形廓线且距离为最小的两条设计齿形（理论渐开线或修正的渐开线）间的法向距离。在实际加工过程中不可能获得完全正确的渐开线齿形，总是存在各种误差，从而影响传动的平稳性。插齿时，由于切齿运动较复杂，所以引起加工误差的因素也较多。其中插齿刀的齿形误差、插齿刀的安装歪斜、机床运动链在工件每转过一齿范围内的瞬时速比的变动以及让刀位置不稳定等，将使被切齿轮产生齿形误差。如果被切齿轮的齿数不是插齿刀齿数的整数倍，特别是当Z0=Z/（n+0.5）时（Z0为插刀齿数，Z为工件齿数，n为正整数），则在切削结束区的两相邻齿上会产生很大的基节偏差和齿形误差，因此，要尽可能选择插齿刀齿数与工件齿数相等或成整数倍的关系，插齿刀齿数尽可能小于或等于工件齿数。
2.3 减少齿向误差
齿向误差是指在分度圆柱面上，全齿宽有效部分范围内（端部倒角部分除外），包容实际齿线且距离为最小的两条设计齿线之间的端面距离。引起被切齿轮产生齿向误差的主要原因是插齿刀上下往复运动的方向与工件轴线不平行、工件的端面跳动。另外，夹具和齿坯制造、安装、调整精度低也会引起齿向误差。
2.4 降低齿面粗糙度
齿面粗糙度不好一般有几种现象：发纹、啃齿、刮伤。引起齿面粗糙度差的主要原因有以下几方面：机床、刀具、工件系统整体刚性不足、间隙大；机床让刀机构工作不正常；插齿刀刃磨不良；切削参数选择不合适等。
3 安排合理的热处理工艺
为了保证相位齿轮的强度和耐磨性，相位齿轮的材料一般用渗氮钢或优质合金钢。在粗加工之后和精加工之前安排齿轮零件的调质处理，有利于改善零件的综合机械性能，提高齿轮心部的强度，但表面硬度较低，不耐磨，可用渗氮提高零件表面硬度。
渗氮处理可获得很高的齿面硬度，具有较高的抗点蚀和耐磨损性能，心部具有较好的韧性。由于氮化时加热温度低（500～650℃），所以变形小，渗氮后不需要再磨齿。
4 结束语
总之，要提高相位齿轮的加工精度，需要对齿轮的粗加工、半精加工、精加工和齿轮的热处理等整个工艺过程进行严格的控制，并通过具体分析加工误差产生的原因，从而总结出提高其加工精度的解决方案。
参考文献
[1]《几何量公差与测量》甘永立主编上海科学技术出版社1997.8第四版
[2]《齿轮制造工艺手册》张帮栋、武文辉主编 机械工业出版社 2010.2第一版
[关键词]相位齿轮 齿轮加工精度 原因分析
中图分类号：V232.8 文献标识码：V 文章编号：1009―914X（2013）22―0350―02
前言
三角转子发动机工作时，固定在三角转子（也称三角旋转活塞）上的相位内齿轮与固定在端盖上的相位外齿轮啮合，控制三角转子及其密封件的运动规律。因此，相位齿轮是三角转子发动机的重要零件。
由于相位齿轮对三角转子进行“导向”，迫使三角转子沿气缸型面作滚动而不作平动，故对相位齿轮传递运动的准确性、传动的平稳性和齿轮载荷分布均匀性都要求较高。因此，其加工精度将直接影响到转子发动机的性能和寿命。
本文针对转子发动机相位齿轮加工的方法，从齿轮加工理论的角度及生产现场经验，简要探讨齿轮误差产生的原因，并相应提出一些提高相位齿轮加工精度的方法及途径，供生产借鉴。
1 相位齿轮加工方法及原理
齿轮的加工方法有很多，根据相位轮齿的结构特点和技术要求，采用插齿加工方法。
插齿加工是利用一对圆柱齿轮无间隙啮合的原理。这一对齿轮中的一个是工件，另一个是插齿刀。插齿时插齿刀先趋近工件，与工件接触后开始进刀切削。切削过程中，插齿刀与工件连续不断地慢速旋转，形成对滚运动，并保证插齿刀转过一个齿，工件转过一个齿，或插齿刀转一转，工件转Z0/Z（Z0——插齿刀齿数，Z——工件齿数）转的关系。在对滚运动的同时，插齿刀作上下往复的快速切削运动，在齿坯上逐渐切出齿形。可见，被加工齿轮的齿形表面就是插齿刀与齿坯相对运动过程中刀刃先后位置的包络线。
插齿加工时，机床有如下五個运动：
（1）插齿刀沿主轴轴线的上下往复切削运动，向下为切削运动，向上为返回的退刀运动。
（2）插齿刀和工件作展成运动，即分齿运动。此运动用分齿挂轮来保证。
（3）插齿刀的圆周进给运动。圆周进给是插齿刀的回转运动，插齿刀每往复行程一次，同时回转一个角度，其快慢影响每切一次的切削量。
（4）插齿刀的径向进给运动。在插齿刀开始接触工件以后，在圆周进给的同时，插齿刀向工件作径向进给，直至切出全齿高为止。而圆周进给继续进行直至工件转一周时齿轮加工完毕。这一运动一般靠凸轮来实现。
（5）让刀运动。在插齿刀向上的空行程中，为了避免工件和插齿刀的摩擦，工件应相对于插齿刀要退让一段距离。
2 相位齿轮加工误差控制形式
相位轮齿的插齿加工中用控制齿距累积误差和k个齿距累积误差来保证运动精度，用控制齿形误差和齿距偏差来保证工作平稳性精度，用控制齿向误差来保证齿轮载荷分布均匀性。显然，要提高插齿加工的精度，最关键是要对插齿加工中易出现的几种误差原因进行分析，并在生产过程中加以控制。
2.1 减少齿距累积误差
齿距累积误差是指在齿轮分度圆上任意两个同侧齿面的实际弧长与公称弧长的差值中的最大绝对值。插齿机分齿运动链的速比不准确，特别是上下分度蜗轮的制造及安装误差，即分度蜗轮的运动偏心。同时，插齿刀刀齿对其回转中心分布不均匀，即插齿刀的运动偏心。插齿刀和工件的安装偏心（即几何偏心），以及插齿加工中所特有的让刀运动和控制自动进刀（即径向进给）的凸轮形状误差等，这些因素将使被切齿轮的轮齿产生位置误差，造成齿轮齿距分布不均匀，引起轮齿齿距累积误差，所以齿距累积误差主要应从以上原因分析解决。
2.2 减少齿形误差
齿形误差是指在齿轮端截面上，齿形工作部分内，包容实际齿形廓线且距离为最小的两条设计齿形（理论渐开线或修正的渐开线）间的法向距离。在实际加工过程中不可能获得完全正确的渐开线齿形，总是存在各种误差，从而影响传动的平稳性。插齿时，由于切齿运动较复杂，所以引起加工误差的因素也较多。其中插齿刀的齿形误差、插齿刀的安装歪斜、机床运动链在工件每转过一齿范围内的瞬时速比的变动以及让刀位置不稳定等，将使被切齿轮产生齿形误差。如果被切齿轮的齿数不是插齿刀齿数的整数倍，特别是当Z0=Z/（n+0.5）时（Z0为插刀齿数，Z为工件齿数，n为正整数），则在切削结束区的两相邻齿上会产生很大的基节偏差和齿形误差，因此，要尽可能选择插齿刀齿数与工件齿数相等或成整数倍的关系，插齿刀齿数尽可能小于或等于工件齿数。
2.3 减少齿向误差
齿向误差是指在分度圆柱面上，全齿宽有效部分范围内（端部倒角部分除外），包容实际齿线且距离为最小的两条设计齿线之间的端面距离。引起被切齿轮产生齿向误差的主要原因是插齿刀上下往复运动的方向与工件轴线不平行、工件的端面跳动。另外，夹具和齿坯制造、安装、调整精度低也会引起齿向误差。
2.4 降低齿面粗糙度
齿面粗糙度不好一般有几种现象：发纹、啃齿、刮伤。引起齿面粗糙度差的主要原因有以下几方面：机床、刀具、工件系统整体刚性不足、间隙大；机床让刀机构工作不正常；插齿刀刃磨不良；切削参数选择不合适等。
3 安排合理的热处理工艺
为了保证相位齿轮的强度和耐磨性，相位齿轮的材料一般用渗氮钢或优质合金钢。在粗加工之后和精加工之前安排齿轮零件的调质处理，有利于改善零件的综合机械性能，提高齿轮心部的强度，但表面硬度较低，不耐磨，可用渗氮提高零件表面硬度。
渗氮处理可获得很高的齿面硬度，具有较高的抗点蚀和耐磨损性能，心部具有较好的韧性。由于氮化时加热温度低（500～650℃），所以变形小，渗氮后不需要再磨齿。
4 结束语
总之，要提高相位齿轮的加工精度，需要对齿轮的粗加工、半精加工、精加工和齿轮的热处理等整个工艺过程进行严格的控制，并通过具体分析加工误差产生的原因，从而总结出提高其加工精度的解决方案。
参考文献
[1]《几何量公差与测量》甘永立主编上海科学技术出版社1997.8第四版
[2]《齿轮制造工艺手册》张帮栋、武文辉主编 机械工业出版社 2010.2第一版