Klingelnberg 如何應對齒輪研磨的當前挑戰
May 6, 2022 Dr.-Ing. Hartmuth Müller 編撰

在過去十年中，硬化後精加工技術變得非常重要。 增加齒輪箱的功率密度需要精準加工的齒輪而且克服製程產生的熱變形。 尤其是在對噪音敏感的應用中，經常同時使用珩磨(honing)和研磨(grinding)。
 
齒輪設計和齒輪製造專家經常爭辯說，珩磨(honing)比研磨(grinding)具有更好的噪音表現。 據稱，珩磨(honing)的表面紋理有利於噪音激發(noise excitation)。 仔細研究噪音的形成，噪音的根本原因總是與嚙合齒腹的接觸幾何形狀有關。 在設計齒輪時，需要對齒面形狀進行修改，以應對公差和負載引起的位移。 為了達到理論網格傳輸誤差MTE (theoretical mesh transmission error MTE)，齒腹拓撲(flank topography)需要與理論拓撲(theoretical topography)對應。 如果沒有給出實際齒輪在負載能力和噪音激發方面的運行行為，將與設計的不同。
 
然而，不僅齒型和導程的偏差是造成齒輪噪音的原因。 齒腹有規律的微起伏會導致高階激發對人類聽覺來說非常不舒服的噪音。 硬精加工技術需要同時保證：與標稱數據相對應的齒腹形狀和沒有規律的微觀結構表面。
 
設計和製造中的一個重要參數是扭曲(twist)。 扭曲會導致齒過早接觸並導致高 MTE。 用於珩磨(honing)的扭曲控制嵌入在修整大師的形狀中(embedded in the shape of the dressing master)。 然而，珩磨不允許對來自熱變形或軟加工的非等距餘量進行穩健的全面幾何控制。 不等餘量很關鍵，需要相當高的珩磨刀具修整頻率。 與珩磨相比，創成研磨(Generating grinding)透過有效消除所有熱變形來提供對齒輪幾何形狀的完美控制。 即使在研磨量發生變化時，只有研磨才能有效控制齒腹拓撲。 多年來，扭曲控制是創成研磨的最先進技術。
 
只要工件夾具運作準確，並且磨床有能力，創成研磨就會產生具有完美間距(spacing)和齒數與標稱數據相對應的齒輪。 所有齒可確保均一高品質，並且 - 根據設計 - 低聲壓等級(sound pressure level)。 然而，主觀噪音感知可能是令人不舒服的，由於聽覺上對聲音體驗是高音調(high tonality)。
 
圖 1：具有 15 齒的高品質和低品質齒輪的階譜。
 
圖 1 的左側部分顯示了具有相同齒且沒有偏擺的齒輪的階譜(order spectrum)。 唯一存在的階次(orders)是由設計引起的齒嚙合階次(tooth mesh orders)。 這樣的階譜具有高音調率(high tonality rate)，會使我們的聽覺不舒服。 圖 1 的右側部分顯示了具有偏擺等製造缺陷的低品質齒輪的階譜。 該頻譜具有低音調率(low tonality rate)，並且大多數齒嚙合階次的振幅(amplitude)較低。 MTE中的振動能量不是更多地在齒嚙合階次的振幅上，而是分散到許多階次。 即使聲壓等級(sound pressure level)更高，對於低品質的齒輪來說，聽覺的噪音體驗也不會那麼令人不舒服。
 
 
圖 2：創成研磨砂輪紋理和齒腹面的調製。
 
噪音關鍵(noise critical)齒輪的創成研磨任務是保持高精度等級並降低噪音的音調率(tonality rate)。這可以透過調整表面紋理來實現。由於從粗糙度到幾何形狀的轉變在某種程度上是模糊的，與數理的光滑表面相比，紋理調整也將顯示為微小的偏差。這不應與常規的微波動(micro undulation)相混淆。透過在修砂循環期間改變修砂輪的速度，創成砂輪受到切削效率的調整。這種效果會在創成研磨過程中產生所需的齒腹面調整。圖 3 顯示了不同顏色梯度對創成砂輪一段螺紋的調製和齒面的影響。表面調製的密度受修砂期間修砂器速度調製波長的影響，而齒輪表面紋理的角度則受偏移量(shift amount)的影響。 Klingelnberg 將此原理稱為 QSS – Quiet Surface Shifting。
 
 
圖 3：沒有 QSS（左邊）和有 QSS（右邊）的齒腹面。
 
QSS 引起的表面偏差在精確的研磨製程範圍內，保證了創成研磨的高品質。 然而，表面調製將在階譜中產生邊帶(side bands)，從而降低噪音的音調(tonality)。
 
 
原文網址:
https://www.geartechnology.com/blogs/4-revolutions/post/29881-klingelnberg-examines-gear-grinding-challenges-today?fbclid=IwAR3gLICUEilHiBzfljzxc9MyXKY6Rd2yp1WC8kXMReYdczmrzPAhKQKu2uE

Hartmuth Müller博士是 Klingelnberg GmbH 的技術和創新主管。 他自 1990 年以來一直在公司工作（作為軟體開發人員），然後在 2016 年擔任現職。
 
 
 
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