摘要
螺旋锥齿轮具有重叠系数大、承载能力强、传动效率高、传动平稳、噪声小等优点，被广泛应用于汽车、航空、矿山等机械传动领域。目前常用的螺旋锥齿轮加工方式主要是切削加工，但破坏金属流线的完整性，材料利用率低。螺旋锥齿轮滚轧成形工艺具有材料利用率高、生产效率高、力学性能好等优点，且克服了螺旋锥齿轮在锻造过程中变形抗力大、齿轮边角部位难以填充饱满，模具易损坏等缺点。但目前螺旋锥齿轮滚轧成形工艺因强制分齿使得在滚轧过程中成形轮和模具轮的转速不匹配导致错齿，进而产生齿面折叠、突耳缺陷等问题，这些问题的产生是由于在滚轧过程中模具轮和成形轮的节距无法正确匹配造成，本文主要研究螺旋锥齿轮滚轧过程中如何保证节距任意时刻转动弧长相等，研究内容主要包括: (1)针对螺旋锥齿轮滚轧过程中错齿问题，以成形轮大端位置为初始滚轧起点，研究发生错齿的原因。滚轧成形属于范成运动，由于模具轮和成形轮转动相同齿数之间的转动角度不匹配造成了错齿，即转动总弧长不相等。基于在滚轧过程中随着进给深度的变化，本文提出了保持成形轮和模具轮转动弧长相等的螺旋锥齿轮滚轧成形的新工艺构想，并建立了相应的分齿均匀性理论模型，实现了在滚轧过程中正确分齿。 (2)针对螺旋锥齿轮滚轧成形新工艺是否具有可行性问题，采用Deform软件进行了数值模拟，并与单模具滚轧进行对比。实验结果表明，本文提出的螺旋锥齿轮的滚轧新工艺具有可行性，齿面折叠缺陷减少了约95％,扭矩减少了约75％,圆周力减少了约50％,轴向力减少了约75％,成形轮在滚轧过程中端部体积损失减少了约5.13％,明显优于单模具的滚轧工艺。 (3)对螺旋锥齿轮滚轧成形工艺参数对成形质量影响，提出了单因素法，建立了突耳缺陷的评价指标，对齿槽加深、齿顶圆角、摩擦因子、成形温度、成形轮转速、不同阶段的进给量等参数进行了优化。经过数值模拟实验表明，得到不同工艺参数对突耳缺陷的影响规律，并选取不同的单因素最优工艺参数值进行滚轧模拟。模拟结果表明，滚轧成形齿面光滑程度得到较好的控制，齿面折叠缺陷几乎忽略不计，突耳缺陷得到了有效抑制。 (4)对滚轧过程中金属流线如何随着滚轧过程而变化的问题，通过逐步分析了螺旋锥齿轮滚轧过程中金属流线演变特征，发现了螺旋锥齿轮滚轧过程中金属流线演变规律和成形力之间关系，并揭示了齿面折叠的表面特征。
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