一種齒輪箱體中齒輪副軸向平行度檢測方法

李孝忠

（ 南京騰亞精工科技股份有限公司，江蘇 南京 211103 ）

0 引言

齒輪傳動是指由齒輪副傳遞運(yùn)動和動力的裝置，是現(xiàn)代各種設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的機(jī)械傳動方式，其傳動準(zhǔn)確，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，使用壽命長，在大多電動工具產(chǎn)品中得到應(yīng)用。

1 概述

電動工具作業(yè)時，內(nèi)部齒輪產(chǎn)生振動和噪聲。當(dāng)齒面出現(xiàn)偏載或非正常接觸（偏磨）時，振動和噪聲則更加明顯。此時，齒輪油潤滑環(huán)境欠佳，偏磨過載的齒嚙合處產(chǎn)生熱量積聚，繼而破壞齒面油膜，致使齒輪加速磨損，嚴(yán)重時可致“剃齒”現(xiàn)象發(fā)生。齒輪偏磨現(xiàn)象見圖1。

2 原因分析

1）加工工藝

加工過程中，齒輪齒坯軸線與齒坯端面未保持垂直，或齒坯在機(jī)床上的裝夾與機(jī)床加工軸線間存在偏斜，加工后的齒輪則出現(xiàn)一定程度的錐度，即使后期能正常裝配，齒輪也會產(chǎn)生偏磨現(xiàn)象。

2）安裝歪斜

齒輪工裝發(fā)生歪斜，或齒輪內(nèi)孔材料硬度偏低，壓裝后的齒輪產(chǎn)生偏磨現(xiàn)象；軸端面與齒輪軸心線不垂直，或軸端面存在毛刺，壓裝后的齒輪發(fā)生歪斜，產(chǎn)生偏磨現(xiàn)象。

3）軸定位、固定方面

用于圓柱齒輪間嚙合的齒輪軸，齒輪箱體的同心度欠缺，齒輪軸兩端軸承定位孔相對錯位，造成齒輪副軸線平行度偏差大，齒輪產(chǎn)生偏磨現(xiàn)象。

2 概述

相對于單個圓柱齒輪或安裝在對應(yīng)軸上的齒輪，進(jìn)行齒輪平行度偏差值測量較簡單；對裝配在齒輪箱體內(nèi)齒輪副的軸向平行度檢測較困難。其原因在于電動工具的齒輪箱體以壓鑄件或塑料件居多，外形復(fù)雜(機(jī)殼本身)、變形量較大，且齒輪箱體較小、測量空間狹小等特點(diǎn)。

本文依據(jù)《齒輪手冊》中提及的圓柱齒輪副兩條軸線之間平行度誤差的確定方式，介紹一種圓柱齒輪嚙合的齒輪箱體軸線平行度實(shí)際測量操作方法。

3 公差確定

齒輪副兩條軸線間的平行度公差值，應(yīng)按其使用要求確保相嚙合輪齒間的側(cè)隙和齒長方向正確接觸。

以圓柱齒輪為例，軸線平行度與齒輪向量的方向有關(guān)，對“軸線平面偏差”f和“垂直平面偏差”f有不同規(guī)定?！拜S線平面偏差”f在兩軸線的公共平面上測量，該公共平面采用兩軸承跨距中較長的L 和另一軸上的軸承確定。如兩軸承跨距相同，則采用小齒輪軸和大齒輪軸的軸承。垂直平面偏差f 在與軸線公共平面相垂直的“交錯軸平面”上測量。每項(xiàng)平行度偏差以與有關(guān)軸承間距離L(“軸承中間距”L）相關(guān)聯(lián)的值表示。見圖2。

垂直平面軸線平行度公差最大推薦值?。?/p>

軸線平面內(nèi)的軸線平行度公差的最大推薦值?。?/p>

4 計算

以某款鏈鋸產(chǎn)品的圓柱齒輪傳動的齒輪箱體為例，見圖3。

圖3 中，上下塑膠機(jī)殼互相配合，組合成一個齒輪箱體，G、H 為轉(zhuǎn)子軸線與對應(yīng)球軸承中線交點(diǎn)，M、N 為輸出軸軸線與對應(yīng)球軸承中線交點(diǎn)，基準(zhǔn)面A 為齒輪箱外一垂直于輸出軸線的平面。已知：HG=130 mm；MN=30 mm；AM=6 mm；大齒輪分度圓直徑d=71.25 mm；齒寬b=8 mm；兩軸線間理論中心距46.6 mm。

依據(jù)《齒輪手冊》中齒輪副兩條軸線之間的平行度誤差的確定方法，可知: L=130 mm

齒輪為8 級精度，通過《齒輪手冊》查知，螺旋線公差：F?=0.019 mm。

垂直平面偏差推薦最大值為：

軸線平面偏差推薦最大值為：

5 測量準(zhǔn)備

本例中機(jī)殼的一部分作為齒輪箱體，裝配后定位齒輪副軸線，實(shí)際測量較為困難，需要做以下準(zhǔn)備工作：

1）確認(rèn)齒輪箱體符合設(shè)計尺寸要求

尤其是機(jī)殼球軸承孔與對應(yīng)軸承的配合尺寸，以及上、下機(jī)殼間的裝配尺寸；

2）提前準(zhǔn)備標(biāo)稱轉(zhuǎn)子和標(biāo)稱輸出軸

要求標(biāo)稱轉(zhuǎn)子和標(biāo)稱輸出軸的軸承位置與工具的實(shí)際軸承位置相同，軸徑與軸承內(nèi)孔間采用過度公差配合；齒輪箱體的同方向面（基準(zhǔn)面A 一側(cè)），標(biāo)稱轉(zhuǎn)子、標(biāo)稱輸出軸的軸端需伸出機(jī)殼外至少30 mm(依據(jù)標(biāo)稱輸出軸的剛性確定，伸出的軸越長越好）。本例中，標(biāo)稱轉(zhuǎn)子、標(biāo)稱輸出軸伸出機(jī)殼外的軸端直徑為10 mm。

3）加長軸端與機(jī)殼避免干涉

標(biāo)稱輸出軸與標(biāo)稱轉(zhuǎn)子裝配入機(jī)殼時，被加長的軸端常與機(jī)殼干涉。在盡量不影響機(jī)殼變形的情況下，去除機(jī)殼上與標(biāo)稱轉(zhuǎn)子、標(biāo)稱輸出軸的干涉部分。

4）設(shè)定標(biāo)記線

將標(biāo)稱轉(zhuǎn)子與標(biāo)稱輸出軸裝入機(jī)殼的齒輪箱體內(nèi)，鎖緊機(jī)殼螺釘。在伸出殼體部分劃出平行于軸線的標(biāo)記線；在距離基準(zhǔn)面A 的相同高度，作四條垂直于軸線的標(biāo)記線,與標(biāo)稱轉(zhuǎn)子、標(biāo)稱輸出軸標(biāo)記線相交于B、C、D、E 四點(diǎn)。此時，AB=AD=6 mm, BC=DE=20 mm。見圖4。

6 測量實(shí)施

6.1 軸線平面測量

將標(biāo)稱轉(zhuǎn)子和標(biāo)稱輸出軸的標(biāo)記線處于兩軸間最遠(yuǎn)距離位置（即標(biāo)記點(diǎn)處在軸線平面內(nèi)的軸外側(cè)），測量B、D 和C、E 間距三次，取平均值扣除軸徑d=10 mm，計算中心距（見表1）。由于本例求算軸線平行度誤差，而軸徑偏差在計算中可最終消除，在表1 中通過代入軸徑d=10 mm 便于計算軸間中心距。

表1 中心距數(shù)值 單位：mm

此時，計算BC=20 mm 段的軸線平面內(nèi)軸線平行度誤差為：

負(fù)值表示輸出軸與轉(zhuǎn)子軸軸線偏離方向。

取絕對值，得f∑?=0.06 mm

利用等比例原理，計算L=130 mm 軸線平面平行度誤差：

測算值0.39 mm 大于軸線平面內(nèi)偏差推薦最大值0.308 mm，結(jié)論為：兩軸線平面內(nèi)的軸線平行度超差。

另外，利用表1 以及等比例原理，可推算大小齒輪嚙合處的實(shí)際中心距,以及輸出軸的前、后軸承孔軸線與轉(zhuǎn)子軸線間的實(shí)際中心距。

6.2 垂直平面測量

設(shè)定大理石平臺面為基準(zhǔn)面F, 將標(biāo)稱轉(zhuǎn)子和標(biāo)稱輸出軸的B、D、C、E 標(biāo)記點(diǎn)調(diào)整至距大理石平面最遠(yuǎn)距離的上方(見圖5），采用高度尺測量并調(diào)整B、D 兩點(diǎn)至基準(zhǔn)面F 距離，確認(rèn)BF=DF，測量C、E 至基準(zhǔn)面F 間距三次，取平均值扣除標(biāo)稱轉(zhuǎn)子和標(biāo)稱輸出軸在C、E點(diǎn)處的軸半徑（r=5 mm)，得到C、E 點(diǎn)處的軸心至基準(zhǔn)面F 間距。（見表2）

表2 軸心處至F面間距 單位：mm

計算BC=20 mm 時垂直平面平行度誤差為：

同理，取絕對值，得 ?∑?=0.074 mm

利用等比例原理，計算L=130 mm 垂直平面平行度誤差：

測算值0.299 mm 大于垂直平面偏差的推薦最大值0.154 mm，結(jié)論為：該垂直平面上的軸線平行度超差。

7 結(jié)語

經(jīng)過測量與計算，兩軸線平面內(nèi)的軸線平行度誤差和垂直平面上的軸線平行度誤差均超差。實(shí)際測試也證明齒輪嚙合后存在較嚴(yán)重的偏磨現(xiàn)象。依據(jù)測量計算值，可以適當(dāng)調(diào)整軸承孔位置，減小齒輪副間的軸線平行度誤差，以此提高齒輪使用壽命，提升工具整機(jī)的性能水平。