齒輪檢測(cè)技術(shù)發(fā)展研究

李殿鋒

摘 要：齒輪是車輛、機(jī)床、軸傳動(dòng)摩托車、飛機(jī)、工程機(jī)械、工業(yè)縫紉機(jī)、電動(dòng)工具等機(jī)器動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中的重要零件，更是艦船推進(jìn)器、礦山機(jī)械、軋鋼設(shè)備等機(jī)器的關(guān)鍵零件。由此可見(jiàn)，在齒輪的設(shè)計(jì)和制造工藝過(guò)程中，齒形質(zhì)量控制及檢測(cè)技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)難題。

關(guān)鍵詞：齒輪；檢測(cè)；發(fā)展

1 齒輪檢測(cè)技術(shù)是我國(guó)齒輪行業(yè)發(fā)展壯大的重要依據(jù)

1.1 齒輪檢測(cè)是確保齒輪成品性能和質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

眾所周知，齒輪傳動(dòng)是近代機(jī)器中最常見(jiàn)的一種機(jī)械傳動(dòng)，是機(jī)械產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)零部件。因此，它已成為許多航空產(chǎn)品、汽車制造企業(yè)日常生產(chǎn)中不可缺少的傳動(dòng)部件，成為保證機(jī)器載荷均勻、傳動(dòng)平穩(wěn)、振動(dòng)小、噪音低的最佳零件，也是機(jī)器設(shè)備接觸區(qū)和傳遞動(dòng)力中所占比重最大的傳動(dòng)形式。目前，齒輪制造行業(yè)較為廣泛地采用齒輪測(cè)量中心檢測(cè)錐齒輪。齒輪測(cè)量中心具有測(cè)量精度高、測(cè)量功能多、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。在生產(chǎn)實(shí)踐中，齒輪加工過(guò)程與齒輪檢測(cè)的關(guān)系密不可分，而齒輪檢測(cè)對(duì)齒輪加工的指導(dǎo)作用也越來(lái)越大，甚至在許多情況下，如果沒(méi)有制造過(guò)程中的齒輪檢測(cè)，就無(wú)法制造出合格的齒輪。

1.2 齒輪檢測(cè)是齒輪在加工制造過(guò)程中質(zhì)量控制的技術(shù)保證

齒輪傳動(dòng)裝置利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)，用主、從動(dòng)輪輪齒直接、傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的裝置。我國(guó)齒輪傳動(dòng)裝置市場(chǎng)發(fā)展迅速，產(chǎn)品產(chǎn)出持續(xù)擴(kuò)張，國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵(lì)齒輪傳動(dòng)裝置產(chǎn)業(yè)向高技術(shù)產(chǎn)品方向發(fā)展。齒輪系統(tǒng)是各種機(jī)器設(shè)備中應(yīng)用最廣的傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞的最佳裝置，具有磨損小，運(yùn)行效率高的優(yōu)勢(shì)。許多汽車上的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就是這種裝置的一個(gè)完美示例。其動(dòng)力學(xué)行為和工作性能對(duì)整個(gè)機(jī)器有重要影響。因此，為了提高齒輪的傳動(dòng)效率，并使整個(gè)系統(tǒng)普遍向高速、安全、重載方向發(fā)展，減少在傳動(dòng)過(guò)程中帶來(lái)的振動(dòng)、變形、噪聲、動(dòng)載荷、動(dòng)應(yīng)力等因素，這不僅可以實(shí)現(xiàn)免維護(hù)，而且在整個(gè)使用壽命中還可以保持穩(wěn)定的扭轉(zhuǎn)間隙，達(dá)到高精度的目標(biāo)。

1.3 齒輪檢測(cè)是齒輪成品驗(yàn)收的重要依據(jù)

齒輪是應(yīng)用在航空、汽車制造企業(yè)中最廣泛的傳動(dòng)元件之一。近幾十年來(lái)，在齒輪傳動(dòng)裝置內(nèi)部的齒輪傳動(dòng)副乃至齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)為對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性分析方面取得了不少的研究成果，并逐步運(yùn)用到齒輪副的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)中，這使得齒輪檢測(cè)裝置市場(chǎng)越來(lái)越受到各方的關(guān)注。齒形加工和熱處理后的精加工是齒輪制造的關(guān)鍵，也反映了齒輪制造的水平。因此，我們要不斷加強(qiáng)齒輪的檢測(cè)力度和水平，不斷加強(qiáng)對(duì)材料、熱處理、加工工藝的研究，注意減小尺寸、延長(zhǎng)使用壽命、減輕重量、降低噪音等，這也是齒輪成品驗(yàn)收的重要依據(jù)。

2 齒輪檢測(cè)技術(shù)發(fā)展新思路

2.1 齒輪嚙合試驗(yàn)法

齒輪作為傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的基礎(chǔ)零件，在工業(yè)發(fā)展的歷程中，一直發(fā)揮著十分重要的作用。隨著工業(yè)對(duì)齒輪性能要求的大幅度提升和生產(chǎn)技術(shù)的快速發(fā)展，齒輪的抗彎曲疲勞能力、咬合精度、疲勞能力、耐磨性已經(jīng)成為工業(yè)齒輪技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)。如今，齒輪傳動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng)的一種形式，廣泛應(yīng)用的高效、高精度數(shù)控齒輪加工機(jī)床普遍具有齒輪修形加工能力，為經(jīng)濟(jì)可靠地生產(chǎn)高性能的修形齒輪提供了技術(shù)保障。為改善硬齒面齒輪的應(yīng)力分布，提高齒輪壽命，降低齒輪箱的振動(dòng)和噪聲，齒輪修形設(shè)計(jì)已成為提升硬齒面齒輪傳動(dòng)性能不可或缺的核心技術(shù)。對(duì)于齒輪傳動(dòng)裝置這一復(fù)雜彈性結(jié)構(gòu)振動(dòng)系統(tǒng)，不僅應(yīng)從分析和改善其內(nèi)部傳動(dòng)件的動(dòng)態(tài)特性著手，更應(yīng)從動(dòng)力系統(tǒng)的角度研究其綜合動(dòng)態(tài)性能，進(jìn)而進(jìn)行低噪聲、低振動(dòng)的齒輪傳動(dòng)裝置的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。既顯著提高硬齒面齒輪的傳動(dòng)性能又不額外增加成本。齒輪的質(zhì)量以工作可靠、壽命長(zhǎng)、振動(dòng)噪聲低為準(zhǔn)則。除材料熱處理硬度因素外，機(jī)械制造精度非常關(guān)鍵。因此，齒輪嚙合試驗(yàn)法成為判斷一對(duì)齒輪副的回轉(zhuǎn)傳動(dòng)性能的重要方法。

2.2 幾何解析測(cè)量法

齒輪在機(jī)械行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。隨著齒輪加工制造水平的逐漸提高，計(jì)算機(jī)控制與測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展，齒輪在汽車、直升飛機(jī)、機(jī)床及電動(dòng)工具制造業(yè)中，也獲得了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，對(duì)齒輪整體誤差測(cè)量技術(shù)的研究也飛速進(jìn)展，同時(shí)對(duì)齒輪檢測(cè)精度的要求也進(jìn)一步加大。傳統(tǒng)的齒輪測(cè)量方法需要對(duì)齒輪進(jìn)行二次或多次拆裝，嚴(yán)重影響了齒輪加工精度，而且傳統(tǒng)測(cè)量還存在測(cè)量精度低和測(cè)量范圍小等局限性與不足，已經(jīng)不能滿足齒輪高精度制造的要求。因此，我們要采用坐標(biāo)式幾何解析測(cè)量法，以此解決傳統(tǒng)齒輪齒距測(cè)量方法存在的同步困難、穩(wěn)定性差、操作復(fù)雜等缺點(diǎn)。

2.3 激光檢測(cè)法

首先，先用量具粗略地測(cè)出被測(cè)齒輪齒頂圓直徑和齒輪厚度并輸入到數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)中，以供激光位移傳感器確定在滑臺(tái)上的伸縮量和升降臂帶動(dòng)滑臺(tái)的升降量；其次，根據(jù)粗測(cè)的齒輪類型安裝激光位移傳感器或安裝激光位移傳感器和轉(zhuǎn)折鏡，大內(nèi)齒輪和外齒輪安裝激光位移傳感器，小內(nèi)齒輪安裝激光位移傳感器和轉(zhuǎn)折鏡；第三，安裝激光位移傳感器或安裝激光位移傳感器和轉(zhuǎn)折鏡后，進(jìn)行齒輪的標(biāo)定檢測(cè)，即采用標(biāo)定環(huán)對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定；標(biāo)定時(shí)實(shí)時(shí)采集激光位移d（t）、升降臂線位移z（t）、滑臺(tái)的線位移數(shù)L（t） 和角位移旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的角位移，構(gòu)成了圓柱坐標(biāo)系。

2.4 齒輪檢測(cè)一般分為：以齒廓、螺旋線和齒距檢測(cè)為基礎(chǔ)的分析式檢測(cè)，以綜合檢測(cè)（雙面嚙合、單面嚙合檢測(cè)）為基礎(chǔ)的功能式檢測(cè)，以及將分析式和綜合檢測(cè)合成一體的齒輪整體誤差檢測(cè)。

當(dāng)前，齒輪檢測(cè)技術(shù)已有很大的發(fā)展，在檢測(cè)原理方面，實(shí)現(xiàn)了由“比較檢測(cè)”到“嚙合運(yùn)動(dòng)檢測(cè)”，直至“模塊化檢測(cè)”的發(fā)展；在技術(shù)手段上，實(shí)現(xiàn)了由“機(jī)械為主”到“機(jī)電結(jié)合”，直至當(dāng)今的“光一機(jī)-電”與“信息技術(shù)”綜合的集成；在檢測(cè)結(jié)果的處理上，實(shí)現(xiàn)了由“指示表加肉眼讀取”到“記錄器記錄加人工研判”，直至“計(jì)算機(jī)自動(dòng)分析，并將檢測(cè)結(jié)果反饋到制造系統(tǒng)”的飛躍。

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，隨著我國(guó)航空制造業(yè)的迅速發(fā)展，我國(guó)齒輪加工工藝技術(shù)水平，裝備水平的不斷提高及引進(jìn)技術(shù)的消化吸改，技術(shù)改進(jìn)不斷順利進(jìn)行，齒輪制造業(yè)也得到了空前快速的發(fā)展。因此，為確保齒輪質(zhì)量，我們應(yīng)不斷加強(qiáng)齒輪測(cè)量技術(shù)和儀器的研究，滿足我國(guó)齒輪制造質(zhì)量檢測(cè)的迫切需要，為生產(chǎn)與檢測(cè)提出更加合理的標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)收要求，促進(jìn)齒輪向高、精、尖發(fā)展，向世界先進(jìn)水平看齊。

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