Crowning：修复齿轮降噪和错位

长期以来，齿轮系噪音一直是齿轮设计人员的常见问题。随着对更小齿轮箱以更高转速传输更多动力的需求以及对更高效率的现有需求，齿轮工程师一直在寻找新方法来减少振动和限制噪音，同时不增加成本。

齿轮噪声问题的一些流行解决方案包括扩大小齿轮以减少咬边；尽可能使用酚醛树脂、聚甲醛树脂或其他吸音产品；或更改为斜齿轮系。其他方法包括收紧规格以确保更高的齿轮质量或重新设计齿轮箱的吸声特性。有时，齿轮比试验可以限制谐波频率放大，否则会导致变速箱像微调立体声系统一样放大噪音。工程师还可以研究材料和硬度要求，以便进行修改以最大程度地减少热处理变形或可能完全消除热处理的需要。还必须特别注意齿轮几何形状以确保最大接触。

图 1.

产生良好结果的齿轮噪声问题的另一种方法是齿的隆起或桶形。该技术涉及沿其轴线改变牙齿的弦厚度。此修改通过在齿轮中心提供接触轴承来消除端部轴承。

齿轮切削中凸面方法的第二个好处是最大限度地减少了由于铸件、外壳、轴系、齿轮箱或轴承轴颈加工不准确而导致的不对中问题。凸度还可以减少齿轮本身的导程问题，这会导致齿轮由于偏心和位置误差而磨损不均匀和卡住。显然，具有中心接触的齿轮受制造或设计差异的影响较小；此外，您可以降低齿隙要求，让齿轮磨合而不是磨合。

图 2.

剃齿是在粗滚齿或成形后进行的二次齿轮精加工操作，以创建所需的齿冠。冠部剃齿长期以来一直是一种流行的方法，尤其是在制造粗齿齿轮时。随着能够在切削的同时进行隆起的齿轮设备的最新发展，为了获得隆起而进行剃须的需要已经被消除。

冠部修整方法的两种变体将产生一个齿轮来补偿偏离或未对准情况。

一种方法是在工件和刀具的往复运动过程中通过摇动工作台来产生冠部。通过这种方法可以很容易地改变冠度。另一种方法是切入式进给，这需要将剃须刀修整到所需的牙冠。通常，切入式进给速度更快，但该技术会使刀具磨损更大。当然，更换表冠更加困难，前提是您从质量好的齿轮开始。剃齿通过刀具的切削和抛光作用，提高了齿形质量，减少了轮齿误差。

图 3.

可以通过其他几种方式在齿轮齿上制造冠形。一种方法是通过使用成形器退避机构中的冠状凸轮来成形齿轮。齿轮的适当半径是通过齿面的冠度和齿轮的压力角来计算的。不幸的是，这些块虽然不复杂，但往往很昂贵。

最新一代齿轮设备的出现使滚齿加工同时加冠的两种方法流行起来。这两种方法都是通过增加和减少刀具到工件的中心距来产生冠部的。第一种方法利用水印或机械跟随装置对模板进行物理复制。如果需要，这允许锥度滚齿或什至创建正弦波形。最近，第二种方法，CNC滚齿，变得司空见惯。

根据软件限制，CNC 几乎允许以任何所需的形式切割齿轮。这种方法的缺点是设备成本高，但近年来投资回报已大幅下降。

新的 CNC 成型机可以切割冠状齿轮或花键，而无需购买特殊的凸面凸轮。例如，在我们公司的 Gleason Pfauter P 300 ES 上，我们可以通过沿着零件的面宽度切割一个轻微的左右螺旋角来进行冠冕。这使根部直径保持笔直。我们还有一个带有 U 轴的 Bourn &Koch Fellows MS 450，用于控制回退。可以编程在冲程循环期间进出刀具主轴以通过在齿宽端部切割更深和在冠部高点切割更浅来实现齿冠。

图 4.

现在谁在使用这种齿轮切削技术？

重载齿轮的用户使用凸度已经有一段时间了。另一个适合使用凸度的领域是液压摆动马达的制造。在这里，该应用程序严格用于未对准问题，而不是用于降噪。相关领域涉及用于飞机操纵面执行器的重载小齿轮。一般而言，将小齿轮加冠更有利，因为它每分钟转数更多，并且可能会产生更多噪音。在这种情况下，补偿负载偏差就显得尤为重要。

不幸的是，美国很少有公司将这种技术应用于商业细齿距齿轮。但是，尝试过它的少数制造商对结果最满意。一些用户报告说，噪音降低了 5 到 10 倍，同时减少了振动、磨损和功耗。

使用凸度技术的主要候选者是小马力电机制造商或任何处理容易受到噪音或错位的直齿轮或螺旋小齿轮的人。由于国外滚齿设备的凸度加工时间较长，这种方法在欧洲得到了较大程度的发展。

美国制造商明智地利用这种技术的可用性。探索凸度作为噪声和不对中问题的解决方案可以为齿轮制造商和用户带来真正的竞争优势。