齿条扭曲液压矫直机的设计

    现在使用较为普遍的齿条加工工艺路线为：锻毛坯→粗加工→调质→铣面→滚齿→打基准孔→磨削。

    在齿条毛坯的调质过程中，由于表层和芯部的冷却速度和时间的不一致，形成温差，就会导致体积膨胀和收缩不均而产生热应力。在热应力的作用下，由于表层开始温度低于芯部，收缩也大于芯部而使芯部受拉，当冷却结束时，由于芯部最后冷却体积收缩不能自由进行而使表层受压芯部受拉。

    这一部分力残留在了毛坯的内部，起初的力处于平衡状态，但当滚齿工艺完成的时候，平衡力遭到了破坏，残余应力得到了释放，导致齿条发生扭转形变，最终影响齿条的加工精度和使用性能。通过扭曲液压矫直机矫正后，可修正其加工精度。

1 机械部分设计

    扭曲校直机的机械部分主要有夹紧装置和扭转装置，其动力源均由液压提供。夹紧装置主要用于齿条两端的固定；扭转装置是对固定住的齿条进行扭转矫直。同时为了能够针对不同长度的齿条进行矫直，增加了丝杠传动副的设计。

    1.1 夹紧装置的设计

    如图1所示，分别为左夹具(图(a))和右夹具(图(b))的设计方案。

图1 夹具的设计方案

    左右夹具的上方开螺纹孔来固定液压缸，用于给齿条提供压紧力，固定齿条；夹具的中空部分放置齿条，其中左侧和底侧有平面度要求，这两个面用于定位齿条，使齿条在扭转过程不会发生位移。

    左夹具底部钻一通孔并在孔的周围攻螺纹，用于与丝杠螺母配合，继而构成丝杠传动副，使左夹具能够做直线运动，达到可以针对不同长度的齿条进行扭转矫直的目的。另外，防止扭转力过大，把直线导轨拧弯，左夹具下方采用工字结构型导轨而不采用一般的直线导轨形式。

    右夹具侧面开孔不是为了只单纯地对齿条端部进行夹紧矫直，而是要达到可以针对齿条各个部位进行扭曲矫直的目。

    假定对齿条进行扭曲矫直的最大扭矩为2×105N·m，通过 Simulation软件对左右夹分别划分网格并进行有限元分析，见图2。

图2 夹具有限元分析

    可以看出：左夹具的最大应力约为220Mpa，右夹具最大应力约为300Mpa，取安全系数为2的话，左右夹具应该选择屈服强度在600Mpa左右的材料，故选择45钢，经济适用。