新能源汽車ZN蝸桿蝸輪加工工藝分析

1序言新能源純電動(dòng)車變速器與傳統(tǒng)汽車變速器相比，選檔電動(dòng)機(jī)通過(guò)蝸輪蝸桿減速器進(jìn)行減速增扭，再通過(guò)齒輪齒條系統(tǒng)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，拉動(dòng)換檔操縱軸實(shí)現(xiàn)選檔動(dòng)作；換檔電動(dòng)機(jī)通過(guò)蝸輪蝸桿減速器進(jìn)行減速增扭，再通過(guò)一級(jí)齒輪機(jī)構(gòu)將動(dòng)力傳遞到換檔軸上實(shí)現(xiàn)換檔動(dòng)作。換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)換檔時(shí)間快，離合器控制電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶動(dòng)一套蝸輪蝸桿減速器進(jìn)行減速增扭，再合理設(shè)計(jì)，蝸輪蝸桿減速系統(tǒng)帶自鎖功能，使離合器較長(zhǎng)時(shí)間處于分離狀態(tài)。2蝸桿渦輪結(jié)構(gòu)蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)是機(jī)械設(shè)備中的重要傳動(dòng)原件，它具有減速比大、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。蝸桿機(jī)構(gòu)中最常用的是圓柱蝸桿傳動(dòng)，其齒面為螺旋面，便于加工。普通圓柱蝸桿其齒面一般是在車床上用直線切削刃的車刀切制而成，車刀安裝位置不同，加工出的蝸桿齒面的齒廓形狀不同，根據(jù)加工方式，圓柱蝸桿可分為4種，分別為阿基米德蝸桿（ZA型）、法向直廓蝸桿（ZN型）、漸開線蝸桿（ZI型）及錐面包絡(luò)蝸桿（ZK型）。

本文主要介紹ZN型蝸桿，又稱齒槽法向直廓蝸桿（見圖1），它的齒面為直紋面，該直紋面由一條位于法平面的直線相對(duì)于蝸桿軸線作螺旋運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生。它的端面齒形為延伸漸開線，軸向剖面上的齒形為凸形曲線，齒槽在法向剖面的齒形為直線。圖1

ZN型蝸桿外形3蝸桿和蝸輪的設(shè)計(jì)根據(jù)成品圖中所要求的技術(shù)要求加工出零件（見圖2、圖3），需要編排相應(yīng)工藝，落實(shí)相關(guān)刀具、輔具以及檢測(cè)方式。

圖2

蝸桿圖樣圖3

蝸輪圖樣3.1蝸桿和蝸輪的設(shè)計(jì)參數(shù)蝸桿模數(shù)m=1.25，頭數(shù)Z1=2，法向齒形角an=20°，直徑系數(shù)q=10，蝸桿導(dǎo)程角y=11.3°，旋向右旋，齒頂高系數(shù)ha=1（見圖4）。蝸輪模數(shù)m=1.25，齒數(shù)Z2=60，分度圓直徑d2=75mm，變位系數(shù)x2=0.2，法向齒形角，螺旋線方向?yàn)橛倚?。蝸桿軸向齒距Px=Pim=3.927mm，蝸桿螺旋線導(dǎo)程Pz=PxZ1=7.854mm。a)蝸桿分度圓柱

b)蝸桿分度圓柱展開圖4

蝸桿分度圓柱3.2蝸桿、蝸輪加工工藝布局根據(jù)圖樣特點(diǎn)安排加工，主要分為以下加工路線：（1）蝸桿材料選取→車毛坯→粗車加工→精車加工→銑加工→熱處理→磨削加工→磨齒加工→檢測(cè)。具體工序劃分見表1。（2）蝸輪材料選取→車毛坯→粗車加工→精車加工→銑加工→滾齒加工→銑加工→檢測(cè)。具體工序劃分見表2。3.3蝸桿主要加工工藝（1）材料選取蝸桿一般用合金鋼或碳鋼制成，大部分蝸桿齒面經(jīng)滲碳淬火等熱處理而獲得較高的硬度，并經(jīng)磨削處理。因此本次零件選用40Cr，齒面淬火45～55HRC。（2）車加工齒形設(shè)備使用數(shù)控車床，刀具需使用普通刀片進(jìn)行改磨。由于齒槽在法向剖面的齒廓為直齒廓，且節(jié)圓高度處的齒寬與齒向間隙相同，均為0.5Px，（見圖5）。根據(jù)車削加工特點(diǎn)，將車刀修磨成如圖6所示的尺寸，當(dāng)車削加工時(shí)，車刀對(duì)中齒槽的中線法面切制加工而成（見圖7）。加工時(shí)，先加工蝸桿的一條螺旋線，當(dāng)加工快到尺寸時(shí)，留出一定的余量，這時(shí)在這個(gè)蝸桿螺紋的另一面對(duì)刀，加工出另一條螺旋線尺寸。圖5

法向齒廓間距的幾何尺寸圖6

模擬車刀的幾何尺寸

圖7車加工零件時(shí)的橫截面（3）磨削加工蝸桿齒形精度取決于砂輪廓形的修正精度。為了修整出近似正確的砂輪廓形（見圖8），使用金剛筆整形砂輪，沿工件軸向切削，在加工時(shí)工件兩頂針裝夾并進(jìn)行校正。當(dāng)磨削加工完成后，即可進(jìn)行檢測(cè)，成品如圖9所示。圖8

磨削齒面加工示意圖9

蝸桿成品3.4蝸輪主要加工工序（1）材料選取蝸輪一般采用錫青銅，易于磨合和承載，與鋼蝸桿齒運(yùn)轉(zhuǎn)磨合后試接觸表面互相配合，增加了支承面積。（2）滾齒加工利用定芯夾具定位蝸輪中心（見圖10），使用特制蝸輪滾刀進(jìn)行滾齒加工。滾齒加工前需要校準(zhǔn)滾刀軸，并調(diào)整滾刀中心到工件中心的中心距，滾切時(shí)滾刀做純徑向滾切，徑向進(jìn)給量為0.03～0.05mm/r。蝸輪滾刀向被加工蝸輪作徑向進(jìn)給，由齒頂逐漸切至全齒深，這種方式加工，加工時(shí)間短，生產(chǎn)率高。蝸輪的檢測(cè)結(jié)果如圖11所示。圖10蝸輪滾齒夾具a)

相鄰、累積、齒圈跳動(dòng)報(bào)告

b)齒形齒向（左）報(bào)告c)齒形齒向（右）報(bào)告

d)三維綜合掃