1.1前言

隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，硬齒面和高承載能力的齒輪應(yīng)用變得越來(lái)越廣泛。在一定的程度，提高齒輪表面質(zhì)量和優(yōu)化齒輪齒形，能夠提高它的承載能力、使用壽命，還可以降低工作噪音。齒輪是應(yīng)用z為廣泛的傳動(dòng)部件之一，因此，研究一種能夠改良齒輪傳統(tǒng)齒輪加工中不足的方法是很有必要的。

傳統(tǒng)的機(jī)械式物理齒輪加工方法，都不可避免地會(huì)產(chǎn)生齒輪沿齒寬方向產(chǎn)生中凹現(xiàn)象，造成齒輪的形狀和性能都不能符合要求。而且存在刀具磨損、齒輪加工精度不高、噪音大、成本高等缺點(diǎn)。電化學(xué)齒輪加工作為一種新興的齒輪加工方法，有成本較低、齒輪加工表面質(zhì)量好、不受齒面硬度限制、無(wú)殘余應(yīng)力等諸多優(yōu)點(diǎn)，用于齒輪修型，對(duì)輪齒沿齒寬方向進(jìn)行齒向修鼓，這有利于齒面上載荷呈均布狀態(tài)，提高齒輪的疲勞壽命，降低其磨損和嚙合噪聲。

2、齒輪修型的現(xiàn)狀

齒輪修形經(jīng)歷了傳統(tǒng)機(jī)械修形和非傳統(tǒng)齒輪加工方法修形，它們之間的工藝是完全不同的。傳統(tǒng)的修型方法主要有手工修型、剃齒修形、數(shù)控修形等，但都有一個(gè)共同的缺點(diǎn)就是：齒輪加工受齒輪表面硬度限制，而且有比較大的工具損耗。齒向修形通常是齒輪端部修形和鼓形修形的總稱。

無(wú)論是齒端修形還是鼓形修形，目的都是使齒輪嚙合首先發(fā)生在靠近齒寬中間的部分，然后過(guò)度到全齒寬，而且能夠增大齒輪接觸面積和承載面積，因此能夠提高齒輪壽命和承載能力。

3、電化學(xué)齒輪修型齒輪加工原理：

3.1 電化學(xué)齒輪修型原理

電化學(xué)齒輪加工是建立上電解齒輪加工的基礎(chǔ)上的，但兩者又有所區(qū)別。

電化學(xué)齒輪加工以齒輪為陽(yáng)極，利用電化學(xué)腐蝕的原理，通過(guò)控制陰極沿齒向按一定的速度規(guī)律變化，齒輪加工出符合修型形狀和修型量的修型齒輪。研究表明，脈沖電化學(xué)齒輪加工能明顯改善齒輪加工中電解液流場(chǎng)的狀況，從而提高被齒輪加工表面的質(zhì)量。只要適當(dāng)控制齒輪加工中移動(dòng)陰極的速度和齒輪加工間隙，就可以達(dá)到準(zhǔn)確修形的目的。

電化學(xué)齒輪加工的陰極相對(duì)工件是不進(jìn)給的，只是沿齒向按一定的速度規(guī)律運(yùn)動(dòng)，利用停留時(shí)間與去除量成正比的關(guān)系齒輪加工出齒形。因此陰極的形狀簡(jiǎn)單， 要與電解齒輪加工區(qū)別開(kāi)來(lái)。

4、電化學(xué)齒輪齒向修形齒輪加工控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1本控制系統(tǒng)主要是在建立電化學(xué)腐蝕齒輪加工用于齒輪修形的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)該數(shù)學(xué)模型用可視化編程軟件Visual Basic來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)控制齒輪加工過(guò)程的軟件。現(xiàn)概括如下：

(1)本控制系統(tǒng)的齒輪修形的成形方法是移動(dòng)式成形陰極法。

(2)根據(jù)移動(dòng)式成型陰極法方案中陰極移動(dòng)的規(guī)律，建立金屬去除規(guī)律的數(shù)學(xué)模型。

(3)驅(qū)動(dòng)方面采用步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)是數(shù)字化的電機(jī)，通過(guò)發(fā)送脈沖就能控制它做變速的步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，非常適合本實(shí)驗(yàn)中陰極運(yùn)動(dòng)的控制。

(4)軟件方面選用VB來(lái)編寫可視化的程序，通過(guò)人機(jī)界面交換信息，輸入?yún)?shù)后輸出控制脈沖，并反饋出主要的參數(shù)，方便監(jiān)控整個(gè)過(guò)程。

4.2齒輪電化學(xué)修形的數(shù)學(xué)模型

齒輪電化學(xué)修形過(guò)程主要經(jīng)過(guò)陰極快速靠近、勻加、減速齒輪加工階段和快速退出三個(gè)階段，主要參數(shù)有瞬時(shí)速度、加速度、蝕除時(shí)間、蝕除量等。

(1)勻速部分的速度為：;加速部分的平均速度

加速部分的加速度a和時(shí)間，超程部分的時(shí)間還有勻速部分的時(shí)間分別為：

h1—快速靠近部分的長(zhǎng)度h2—加、減速部分的長(zhǎng)度

h3—?jiǎng)蛩俨糠值拈L(zhǎng)度t—齒輪加工所耗的總時(shí)間

瞬時(shí)速度的計(jì)算：可以用平均速度代替整個(gè)小段的瞬時(shí)速度。那么在編程的時(shí)候，就可以用遞歸的方法計(jì)算任意時(shí)候的速度了。

(2)蝕除量公式的推導(dǎo)

由電化學(xué)齒輪加工金屬蝕除速度公式,那么可以知道蝕除量與時(shí)間成正比,即,其中i為電流密度，不為常數(shù)，受電壓、電阻率、間隙等因數(shù)影響。

因此只要給出初始間隙h0,電流效率、電化學(xué)當(dāng)量和電壓U，就可以計(jì)算每一段的蝕除量。

4.3控制程序界面設(shè)計(jì)

程序有參數(shù)輸入、參數(shù)反饋、操作按鈕三大部分組成，下面分別具體介紹：

（1）參數(shù)輸入部分：參數(shù)輸入只設(shè)置齒輪寬度、齒數(shù)和模數(shù)三個(gè)輸入文本框。

（2）參數(shù)反饋部分：參數(shù)反饋的作用是將必須的當(dāng)前齒輪加工參數(shù)實(shí)時(shí)反饋在用戶面前，起監(jiān)視控制的作用。反饋部分主要顯示當(dāng)前陰極的位置，對(duì)應(yīng)的蝕除量，還有運(yùn)行速度、加速度等參數(shù)。z后，在齒輪加工完畢后還應(yīng)該顯示齒輪修型后的輪廓圖，這是實(shí)驗(yàn)的z終結(jié)果。

（3）操作部分：操作按鈕是使用者修改輸入?yún)?shù)、控制齒輪加工狀態(tài)、初始化程序的工具。

4.4模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

能夠做到實(shí)時(shí)反映齒輪加工過(guò)程中主要參數(shù)，便于用戶的監(jiān)控。實(shí)驗(yàn)得出的齒輪齒向輪廓線，齒端部分由小到大光滑過(guò)渡，修形量z大達(dá)到19um,齒廓曲線比較理想，基本達(dá)到預(yù)期的效果。齒輪加工出來(lái)的齒輪粗糙度明顯降低，沒(méi)有殘余應(yīng)力，沒(méi)有毛刺和飛邊，同時(shí)齒輪加工精度較高，優(yōu)勢(shì)明顯突出。:

5、結(jié)論與展望

齒輪作為z常用的機(jī)械傳動(dòng)部件，使用相當(dāng)廣泛。隨著現(xiàn)代化工業(yè)的迅速發(fā)展，特別是汽車工業(yè)、重型機(jī)械工業(yè)等行業(yè)，對(duì)齒輪的受載能力和精度水平要求更高。提高齒輪的受載能力，除了在制造材料、齒輪選擇、后處理等方面下工夫以外，必須對(duì)齒輪進(jìn)行輪廓修形。因此，電化學(xué)齒輪加工作為一種全新的化學(xué)齒輪加工方法，齒輪加工出來(lái)的齒輪表面質(zhì)量高，承載能力提高，齒輪加工精度要高，而且這些齒輪工作時(shí)噪音小，使用壽命增長(zhǎng)。