直齒圓錐齒輪加工誤差分析與齒向的折尺檢測(cè)法

摘要：圓錐齒輪是圓錐破碎機(jī)的重要部件，傳動(dòng)功率大，輪齒受到大的抗彎力矩。因此，加工中有效的控制造成齒形誤差、齒厚公差、周節(jié)差及齒向等誤差，是減少齒輪失效的保證，從而提高齒輪嚙合過(guò)程中的平穩(wěn)性及接觸精度。

關(guān)鍵詞：直齒圓錐齒輪；輪齒失效；齒向；折尺；檢測(cè)

前言

我公司承制生產(chǎn)的直齒圓錐齒輪，主要應(yīng)用于圓錐破碎機(jī)設(shè)備。錐齒輪副按一定的傳動(dòng)比傳遞功率，帶動(dòng)圓錐破碎機(jī)中的豎軸、偏心套旋轉(zhuǎn)，形成曲體對(duì)礦石物料的擠壓作用，使礦石被破碎成規(guī)定要求的粒度。因此圓錐齒輪副是圓錐破碎機(jī)中重要的工件。在實(shí)際工作運(yùn)行中，圓錐破碎機(jī)有時(shí)會(huì)發(fā)生一些不正常的現(xiàn)象：如設(shè)備噪音較大、齒面點(diǎn)蝕、齒面交合現(xiàn)象，嚴(yán)重情況會(huì)造成應(yīng)力集中將輪齒折斷，出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。上述情況，都是齒輪輪齒失效的形式。為了避免這些失效形式的發(fā)生，在加工錐齒輪時(shí)完善加工工藝手段及提供科學(xué)的檢測(cè)工具和方法，做好生產(chǎn)過(guò)程加工誤差控制是保證圓錐齒輪質(zhì)量的關(guān)鍵。

1.直齒圓錐齒輪加工中的技術(shù)測(cè)量

圓錐齒輪在加工中，要滿(mǎn)足圖紙技術(shù)要求，采用有效的技術(shù)測(cè)量手段與標(biāo)準(zhǔn)的量具，有效的減少齒輪的各項(xiàng)加工誤差。下面以一心直齒圓錐齒輪為例，對(duì)齒輪加工誤差產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析。

1.1.直齒圓錐齒輪的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

直齒圓錐齒輪由頂錐角δa，節(jié)錐角δ，根錐角δi，頂錐面A和背錐面B，節(jié)錐距L及大端直徑，齒長(zhǎng)L1等構(gòu)成。

1.2.直齒圓錐齒輪的質(zhì)量分析與檢測(cè)

1.2.1.在車(chē)床上加工錐齒輪時(shí)，保證節(jié)錐距L的準(zhǔn)確性是不容忽視的，經(jīng)分析節(jié)錐距誤差是由頂錐角和背錐角的誤差產(chǎn)生的。從幾何關(guān)系可知，背錐角應(yīng)等于節(jié)錐角，當(dāng)背錐角產(chǎn)生誤差擴(kuò)大時(shí)，制齒時(shí)節(jié)錐距會(huì)發(fā)生改變，加工的齒形會(huì)出現(xiàn)齒形誤差。當(dāng)頂錐角出現(xiàn)誤差時(shí)，頂錐面母線(xiàn)不能與節(jié)錐距相交與一點(diǎn)，會(huì)使齒輪的大端或小端齒頂高產(chǎn)生誤差，加工出的齒厚因測(cè)量位置的改變而造成齒形誤差。

我們知道，齒輪的齒形誤差對(duì)齒輪副嚙合過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)傳動(dòng)比變化，即齒輪的平穩(wěn)性較差。因而有效的控制錐齒輪的頂錐角和背錐角是減小齒形誤差的重要方面。

頂錐角和背錐角的測(cè)量應(yīng)通過(guò)頂錐面和背錐面的夾角α、β進(jìn)行測(cè)量的，由幾何關(guān)系式得：α=90o-（δa-δ）；β=90o+（δa-δ）。

α角的測(cè)量工具可以用萬(wàn)能角度尺測(cè)量或?qū)Ｓ玫腻F齒輪角度樣板測(cè)量，是保證錐齒輪頂錐角和背錐角正確的方法。

1.2.2.制齒過(guò)程中，保證輪齒的等分性是非常重要的問(wèn)題。如果輪齒出現(xiàn)不等分的現(xiàn)象，錐齒輪的周節(jié)就會(huì)超差。齒輪的周節(jié)差值越大，既是輪齒出現(xiàn)了大小牙，錐齒輪副工作的平穩(wěn)性就越差，輪齒嚙合忽快忽慢，形成運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)沖擊，從而輪齒表面極易產(chǎn)生點(diǎn)蝕和膠合現(xiàn)象。

控制錐齒輪的周節(jié)公差，通常我們使用切線(xiàn)式基節(jié)儀，以錐齒輪大端為基準(zhǔn)逐齒的進(jìn)行檢測(cè)，滿(mǎn)足基節(jié)的公差要求，保證輪齒等分精度。

1.2.3.錐齒輪制齒時(shí)，對(duì)齒厚的檢測(cè)是必不可少的。因?yàn)辇X厚的公差是根據(jù)制齒要求及裝配關(guān)系和工作中產(chǎn)生高溫等綜合因素制定的，齒厚超差較大，齒輪副嚙合過(guò)程中，輪齒間會(huì)產(chǎn)生沖擊，噪音較大；齒厚沒(méi)有進(jìn)差，工作中有可能齒輪出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。所有控制齒厚公差也是一項(xiàng)重要的檢測(cè)內(nèi)容。

齒厚公差測(cè)量，都是采用專(zhuān)用的齒輪游標(biāo)卡尺，卡尺精度高及測(cè)量簡(jiǎn)單方便。

1.2.4.制齒過(guò)程中，錐齒輪的齒向的調(diào)整與檢測(cè)是一項(xiàng)不容忽視的問(wèn)題。如果齒向偏斜過(guò)大，可想而知，接觸面積達(dá)不到要求，錐齒輪嚙合時(shí)將形成輪齒的點(diǎn)接觸，造成輪齒應(yīng)力集中，工作時(shí)極易產(chǎn)生斷齒現(xiàn)象。

由于實(shí)際生產(chǎn)對(duì)齒輪的齒向沒(méi)有專(zhuān)用的檢測(cè)工具，加之設(shè)備普遍沒(méi)有對(duì)刀裝置，通常情況下采用的是圓規(guī)劃線(xiàn)法。

2.齒向檢測(cè)方法

2.1.圓規(guī)劃線(xiàn)法

劃線(xiàn)步驟：

2.1.1.在傘輪大端（或小端）任選相鄰三個(gè)陽(yáng)牙，取適當(dāng)長(zhǎng)度a在兩側(cè)陽(yáng)牙劃線(xiàn)，交陽(yáng)牙邊線(xiàn)A、B和C、D；

2.1.2.確定⌒AB 、⌒CD 中點(diǎn)01和02，（劃圓和陽(yáng)牙邊線(xiàn)相切）；

2.1.3.分別以01和02，適當(dāng)長(zhǎng)為半徑劃弧，交中間陽(yáng)牙點(diǎn)為03；

2.1.4.以03為圓心，與一邊相切圓半徑長(zhǎng)劃圖。

從以上劃法可知，如果⊙3與兩邊都相切，說(shuō)明齒向正確；如果⊙3與另一邊相交或相離，說(shuō)明齒向偏。

實(shí)際生產(chǎn)中齒輪用劃線(xiàn)法檢測(cè)齒向一般需要取2～4處，故繁瑣、耗時(shí)。

為了解決齒向檢測(cè)繁瑣問(wèn)題，根據(jù)頂錐面和背錐面均由兩個(gè)正圓錐構(gòu)成的特點(diǎn)，我們采用一副折尺檢測(cè)直齒傘輪齒向，既方便、快捷，又準(zhǔn)確，使用效果很好。

2.2.直齒傘輪齒向折尺檢測(cè)法

2.2.1.折尺構(gòu)造

折尺由長(zhǎng)邊直尺和短邊直尺鉚合而成，采用45號(hào)淬火（HRC32～42，經(jīng)平磨，線(xiàn)切割等工序制成，工藝要求長(zhǎng)、短直尺20尺寸對(duì)貼合面要保證垂直，粗糙度不低于Ra3.2；鉚合適度，折疊自如（折尺長(zhǎng)短邊的長(zhǎng)度根據(jù)加工產(chǎn)品確定）。

2.2.2.檢測(cè)原理

我們知道當(dāng)圓錐軸截面通過(guò)圓錐軸線(xiàn)時(shí)，其截面為等腰三角形，兩腰即是圓錐母線(xiàn)；當(dāng)圓錐軸向截面不通過(guò)圓錐軸線(xiàn)時(shí)，有兩種情況：

2.2.2.1.軸截面與軸線(xiàn)平行時(shí)，其截面是拋物線(xiàn)；

2.2.2.2.軸截面與軸線(xiàn)不平行時(shí)，其截面是橢圓。

根據(jù)圓錐體這一特點(diǎn)，檢測(cè)原理如下所示：

將折尺的長(zhǎng)邊直尺貼合面?zhèn)扰c頂錐的陽(yáng)牙頂線(xiàn)對(duì)齊，即AB重合，輕輕轉(zhuǎn)折短邊直尺與背錐貼合，這時(shí)透過(guò)光隙有兩種情況發(fā)生。

2.2.2.3.若短折尺與背錐接觸無(wú)光隙，說(shuō)明齒向正確，即AC重合。

2.2.2.4.若短折尺與背錐接觸的上端和下端有光隙，說(shuō)明齒向偏差過(guò)大，即AC未重合。3.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)錐齒輪加工中的問(wèn)題分析得出結(jié)論，降低齒輪副三個(gè)精度等級(jí)的原因，主要產(chǎn)生于生產(chǎn)制造過(guò)程，而齒輪檢測(cè)工具與手段是非常重要的，對(duì)于錐齒輪加工單分齒這一特點(diǎn)，用基節(jié)儀控制齒距積累公差，用萬(wàn)能角度尺或樣板間接控制頂錐角和節(jié)錐角；用折尺控制齒向。實(shí)踐證明通過(guò)這些檢測(cè)工具在生產(chǎn)錐齒輪過(guò)程中，有效地減少了各項(xiàng)誤差，保證齒輪的精度。

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作者簡(jiǎn)介：

薛世奎（1955-），男，漢族，工程師，長(zhǎng)期從事機(jī)械施工方面工作。