直齒錐齒輪雙面嚙合儀的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

王敏豐，張志革（吉林化工學(xué)院，吉林 吉林 132102）

直齒錐齒輪雙面嚙合儀的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

王敏豐，張志革
（吉林化工學(xué)院，吉林 吉林 132102）

針對(duì)直齒錐齒輪的制造、檢測(cè)現(xiàn)狀，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了這款雙面嚙合儀。本文就這種雙面嚙合儀的工作原理、功能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案及使用方法進(jìn)行了闡述。

直齒錐齒輪；測(cè)量；雙嚙儀；安裝距

0　引言

近年來(lái)，在齒輪精度綜合指標(biāo)的檢測(cè)方面，不斷有新儀器（如齒輪整體誤差檢查儀，單嚙儀等）研制出來(lái)。這些儀器多數(shù)都是在傳統(tǒng)雙嚙儀的基礎(chǔ)上進(jìn)行單片機(jī)、數(shù)字化、智能化改造，擴(kuò)大了檢測(cè)功能，提高了檢測(cè)精度，但是價(jià)格也非常高。檢具對(duì)環(huán)境條件要求嚴(yán)格，操作復(fù)雜，故障率高，不易維修，適合在環(huán)境較好的檢驗(yàn)室使用。隨著直齒錐齒輪的精鍛技術(shù)的提高，為保證直齒錐齒輪精鍛加工的成品率，在線(xiàn)檢測(cè)勢(shì)在必行。雙嚙法尤其適用于技術(shù)能力及生產(chǎn)規(guī)模一般的工廠批量生產(chǎn)時(shí)作為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量與工藝監(jiān)控。這種檢測(cè)更接近實(shí)際使用狀態(tài)，能夠比較全面地反映出齒輪的加工質(zhì)量。在齒輪制造加工現(xiàn)場(chǎng)，主要還是用傳統(tǒng)的雙嚙儀進(jìn)行齒輪質(zhì)量檢查。

1　開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)雙嚙儀的意義

（1）經(jīng)濟(jì)性好。外購(gòu)的雙嚙儀價(jià)格一般都在幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)元之間，而本次研究開(kāi)發(fā)的雙面嚙合儀總體制造成本大約在0.5萬(wàn)左右，這樣可以大大節(jié)約成本。

（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠。設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的圓錐齒輪雙嚙儀檢具，采用最基本的定位、可靠的夾緊裝置、摩擦阻力小的滾動(dòng)導(dǎo)軌等結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)受工廠生產(chǎn)環(huán)境的影響非常小。因此，雙面嚙合儀在進(jìn)行直齒圓錐齒輪參數(shù)檢測(cè)時(shí)，可以保證出廠的齒輪齒厚、安裝距具有一致性。

（3）功能好。雙面嚙合儀非常適合在線(xiàn)測(cè)量；它能夠測(cè)出中心距的變化量；能讀出單齒跳動(dòng)和全齒跳動(dòng)兩個(gè)參數(shù)；它能夠連續(xù)反映整個(gè)齒輪嚙合點(diǎn)誤差。因此，雙面嚙合儀對(duì)直齒圓錐齒輪參數(shù)進(jìn)行綜合檢測(cè)時(shí)能夠更方便、準(zhǔn)確。

2　雙嚙儀的設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)方案

齒輪的雙面嚙合綜合測(cè)量是指被測(cè)齒輪與理想精確的測(cè)量齒輪作無(wú)側(cè)隙的雙面嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)中心距的變動(dòng)量。雙嚙儀應(yīng)該具備定位準(zhǔn)確、讀數(shù)精確的特點(diǎn)。另外，由于這種檢測(cè)基本上是百分之百檢測(cè)，雙嚙儀還應(yīng)裝夾迅速、具有檢測(cè)效率高的特點(diǎn)。

本款雙嚙儀的基本結(jié)構(gòu)及工作原理。底座上裝有本體8用于裝配半軸齒輪，底座上1還裝有可調(diào)滑座2用于裝配行星齒輪，這兩個(gè)件的孔中心線(xiàn)是垂直相交的。當(dāng)雙嚙儀調(diào)整到合適尺寸并安裝上標(biāo)準(zhǔn)齒輪和被測(cè)齒輪后，可調(diào)滑座2借助彈簧7的作用保證被測(cè)齒輪與測(cè)量齒輪實(shí)現(xiàn)無(wú)側(cè)隙嚙合，安裝在底座尾部的百分表會(huì)顯示出中心距的變化量。底座上安裝的凸輪裝置15，能夠檢測(cè)齒輪在標(biāo)準(zhǔn)安裝距下的嚙合情況。

2.2雙嚙儀開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)

（1）導(dǎo)軌。雙嚙儀所用的導(dǎo)軌采用滾動(dòng)導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)件兩個(gè)V形槽與本體V形槽和一個(gè)平面配合，采用三個(gè)滾珠作為定位支承，拉簧布置在三個(gè)滾珠支承點(diǎn)所構(gòu)成的三角形重心上。運(yùn)動(dòng)件的重量和負(fù)載之和較小，且保證運(yùn)動(dòng)件靈活、平穩(wěn)。由于該檢具運(yùn)動(dòng)件和本體的尺寸較大，在滾珠滑動(dòng)面上安裝了淬硬鋼墊，安裝時(shí)采用半圓柱形壓板壓住鋼墊，這種結(jié)構(gòu)工藝性好，以后的修理也比較方便。這種導(dǎo)軌除了具有摩擦系數(shù)小、定位精確等優(yōu)點(diǎn)之外，還能自動(dòng)消除間隙，更適用于雙嚙檢測(cè)。

（2）半軸輪的定位及裝卸。半軸齒輪（含標(biāo)準(zhǔn)齒輪）采用外圓和端面定位。右側(cè)有兩個(gè)手柄，小手柄9用于夾緊工件，通過(guò)螺紋與它連接在一起的拉桿上有一個(gè)槽，由固定在本體8上的螺釘控制它的行程，通過(guò)裝卸開(kāi)口墊圈實(shí)現(xiàn)工件的裝卸；大手柄10與主軸6連接為一體用于旋轉(zhuǎn)工件以實(shí)現(xiàn)嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)，是綜合測(cè)量中的動(dòng)力元件。為了保證主軸轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，設(shè)計(jì)中徑向間隙和軸向間隙都要合理，間隙大了會(huì)出現(xiàn)竄動(dòng)不能保證測(cè)量精度，間隙小了會(huì)出現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)卡滯的情況。無(wú)論當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)到什么位置，半軸輪的定位端面相對(duì)于行星輪的位置應(yīng)保持不動(dòng)。

（3）行星輪的定位及裝卸。行星齒輪（含標(biāo)準(zhǔn)齒輪）是以球面和內(nèi)孔定位?？梢允褂脭?shù)控工藝加工高質(zhì)量的球面，配合表面氮化工藝，使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)驗(yàn)證。裝卸行星輪時(shí)由于軸要旋轉(zhuǎn)，連接用的法蘭5可當(dāng)作擋塵圈使用，要求磨削端面并減小孔的徑向間隙，保證了法蘭內(nèi)部的清潔。

（4）偏心輪機(jī)構(gòu)。雙嚙儀要解決的問(wèn)題是測(cè)量和裝卸，工件可以裝卸的前提是要有足夠的空間。這種檢具采用了偏心輪機(jī)構(gòu)4，使滑板在水平面上相對(duì)于半軸輪可以移動(dòng)足夠遠(yuǎn)的距離，這個(gè)距離是導(dǎo)軌的行程和偏心輪機(jī)構(gòu)的行程共同決定的。偏心機(jī)構(gòu)的行程取決于偏心距，與滾動(dòng)導(dǎo)軌的行程也有密切的關(guān)系，它們之間的紐帶是角板3的位置，正確確定角板的位置才能使導(dǎo)軌行程和偏心機(jī)構(gòu)行程有足夠的重合長(zhǎng)度，給予工件足夠的裝卸空間。這三個(gè)行程和角板位置的計(jì)算涉及到的零件比較多且復(fù)雜。偏心輪與長(zhǎng)手柄16相連，檢具的本體上還有兩個(gè)銷(xiāo)，限制了長(zhǎng)手柄的極限位置，也限制了滑板的位置，從而決定行星輪處于工作或裝卸狀態(tài)，使用起來(lái)很方便。

（5）安裝距的調(diào)整。行星輪安裝距87.274由滑板上平面距半軸輪安裝中心的尺寸110±0.01、球面墊尺寸A、軸17軸肩尺寸B共同來(lái)決定，改變尺寸A和B就可以改變行星輪安裝距。半軸輪的安裝距65.89±0.01的調(diào)整則要依靠通過(guò)螺釘19調(diào)節(jié)銷(xiāo)14的位置來(lái)完成。銷(xiāo)14與凸輪機(jī)構(gòu)15的圓柱部分接觸將滑板固定在相應(yīng)的位置上。位置確認(rèn)后，擰緊螺釘11，從而將擰緊力矩傳給兩個(gè)帶豁品的襯套將銷(xiāo)14抱住，達(dá)到固定安裝距的目的。

3　結(jié)束語(yǔ)

自行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)雙嚙儀在齒輪生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)加工并裝配完成，可以滿(mǎn)足留傳齒輪雙嚙檢測(cè)的各項(xiàng)要求，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。證明了本次開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的雙嚙儀理論及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的正確性，制造成本的經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)然，該檢具還有一些工作需要在以后的工作中逐步完成——首先應(yīng)對(duì)該檢具進(jìn)行誤差分析、測(cè)量系統(tǒng)分析；另外，在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)利用所得數(shù)據(jù)繪制雙嚙誤差曲線(xiàn)，分析產(chǎn)生誤差的原因；可以通過(guò)這種檢具的檢測(cè)數(shù)據(jù)判斷模具的使用狀態(tài)；還可以將SPC技術(shù)應(yīng)用在雙嚙儀中，對(duì)直齒錐齒輪的生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)控。

［1］謝誠(chéng).檢驗(yàn)夾具設(shè)計(jì).2010（10）.

［2］齒輪手冊(cè)編委會(huì).齒輪手冊(cè).2014（06）.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.216