直齒圓錐齒輪加工誤差分析與齒向的折尺檢測法

摘要：圓錐齒輪是圓錐破碎機的重要部件，傳動功率大，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程中的平穩性及接觸精度。

關鍵詞：直齒圓錐齒輪；輪齒失效；齒向；折尺；檢測

前言

我公司承制生產的直齒圓錐齒輪，主要應用于圓錐破碎機設備。錐齒輪副按一定的傳動比傳遞功率，帶動圓錐破碎機中的豎軸、偏心套旋轉，形成曲體對礦石物料的擠壓作用，使礦石被破碎成規定要求的粒度。因此圓錐齒輪副是圓錐破碎機中重要的工件。在實際工作運行中，圓錐破碎機有時會發生一些不正常的現象：如設備噪音較大、齒面點蝕、齒面交合現象，嚴重情況會造成應力集中將輪齒折斷，出現產品質量問題。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生，在加工錐齒輪時完善加工工藝手段及提供科學的檢測工具和方法，做好生產過程加工誤差控制是保證圓錐齒輪質量的關鍵。

1.直齒圓錐齒輪加工中的技術測量

圓錐齒輪在加工中，要滿足圖紙技術要求，采用有效的技術測量手段與標準的量具，有效的減少齒輪的各項加工誤差。下面以一心直齒圓錐齒輪為例，對齒輪加工誤差產生的原因進行分析。

1.1.直齒圓錐齒輪的結構簡圖

直齒圓錐齒輪由頂錐角δa，節錐角δ，根錐角δi，頂錐面A和背錐面B，節錐距L及大端直徑，齒長L1等構成。

1.2.直齒圓錐齒輪的質量分析與檢測

1.2.1.在車床上加工錐齒輪時，保證節錐距L的準確性是不容忽視的，經分析節錐距誤差是由頂錐角和背錐角的誤差產生的。從幾何關系可知，背錐角應等于節錐角，當背錐角產生誤差擴大時，制齒時節錐距會發生改變，加工的齒形會出現齒形誤差。當頂錐角出現誤差時，頂錐面母線不能與節錐距相交與一點，會使齒輪的大端或小端齒頂高產生誤差，加工出的齒厚因測量位置的改變而造成齒形誤差。

我們知道，齒輪的齒形誤差對齒輪副嚙合過程中會產生瞬時傳動比變化，即齒輪的平穩性較差。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量應通過頂錐面和背錐面的夾角α、β進行測量的，由幾何關系式得：α=90o-（δa-δ）；β=90o+（δa-δ）。

α角的測量工具可以用萬能角度尺測量或專用的錐齒輪角度樣板測量，是保證錐齒輪頂錐角和背錐角正確的方法。

1.2.2.制齒過程中，保證輪齒的等分性是非常重要的問題。如果輪齒出現不等分的現象，錐齒輪的周節就會超差。齒輪的周節差值越大，既是輪齒出現了大小牙，錐齒輪副工作的平穩性就越差，輪齒嚙合忽快忽慢，形成運動瞬時沖擊，從而輪齒表面極易產生點蝕和膠合現象。

控制錐齒輪的周節公差，通常我們使用切線式基節儀，以錐齒輪大端為基準逐齒的進行檢測，滿足基節的公差要求，保證輪齒等分精度。

1.2.3.錐齒輪制齒時，對齒厚的檢測是必不可少的。因為齒厚的公差是根據制齒要求及裝配關系和工作中產生高溫等綜合因素制定的，齒厚超差較大，齒輪副嚙合過程中，輪齒間會產生沖擊，噪音較大；齒厚沒有進差，工作中有可能齒輪出現卡死現象。所有控制齒厚公差也是一項重要的檢測內容。

齒厚公差測量，都是采用專用的齒輪游標卡尺，卡尺精度高及測量簡單方便。

1.2.4.制齒過程中，錐齒輪的齒向的調整與檢測是一項不容忽視的問題。如果齒向偏斜過大，可想而知，接觸面積達不到要求，錐齒輪嚙合時將形成輪齒的點接觸，造成輪齒應力集中，工作時極易產生斷齒現象。

由于實際生產對齒輪的齒向沒有專用的檢測工具，加之設備普遍沒有對刀裝置，通常情況下采用的是圓規劃線法。

2.齒向檢測方法

2.1.圓規劃線法

劃線步驟：

2.1.1.在傘輪大端（或小端）任選相鄰三個陽牙，取適當長度a在兩側陽牙劃線，交陽牙邊線A、B和C、D；

2.1.2.確定⌒AB 、⌒CD 中點01和02，（劃圓和陽牙邊線相切）；

2.1.3.分別以01和02，適當長為半徑劃弧，交中間陽牙點為03；

2.1.4.以03為圓心，與一邊相切圓半徑長劃圖。

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

實際生產中齒輪用劃線法檢測齒向一般需要取2～4處，故繁瑣、耗時。

為了解決齒向檢測繁瑣問題，根據頂錐面和背錐面均由兩個正圓錐構成的特點，我們采用一副折尺檢測直齒傘輪齒向，既方便、快捷，又準確，使用效果很好。

2.2.直齒傘輪齒向折尺檢測法

2.2.1.折尺構造

折尺由長邊直尺和短邊直尺鉚合而成，采用45號淬火（HRC32～42，經平磨，線切割等工序制成，工藝要求長、短直尺20尺寸對貼合面要保證垂直，粗糙度不低于Ra3.2；鉚合適度，折疊自如（折尺長短邊的長度根據加工產品確定）。

2.2.2.檢測原理

我們知道當圓錐軸截面通過圓錐軸線時，其截面為等腰三角形，兩腰即是圓錐母線；當圓錐軸向截面不通過圓錐軸線時，有兩種情況：

2.2.2.1.軸截面與軸線平行時，其截面是拋物線；

2.2.2.2.軸截面與軸線不平行時，其截面是橢圓。

根據圓錐體這一特點，檢測原理如下所示：

將折尺的長邊直尺貼合面側與頂錐的陽牙頂線對齊，即AB重合，輕輕轉折短邊直尺與背錐貼合，這時透過光隙有兩種情況發生。

2.2.2.3.若短折尺與背錐接觸無光隙，說明齒向正確，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，說明齒向偏差過大，即AC未重合。3.結束語

通過對錐齒輪加工中的問題分析得出結論，降低齒輪副三個精度等級的原因，主要產生于生產制造過程，而齒輪檢測工具與手段是非常重要的，對于錐齒輪加工單分齒這一特點，用基節儀控制齒距積累公差，用萬能角度尺或樣板間接控制頂錐角和節錐角；用折尺控制齒向。實踐證明通過這些檢測工具在生產錐齒輪過程中，有效地減少了各項誤差，保證齒輪的精度。

參考文獻：

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[2]張鴻源. 圓錐齒輪的測量[M]. 中國計量出版社. 1983.1

[3]銑工技術[M]. 國防工業出版社. 銑工技術編寫組. 1973.2

[4]機械檢查工必讀[M]. 機械工業出版社. 天津市第一工業局主編.

作者簡介：

薛世奎（1955-），男，漢族，工程師，長期從事機械施工方面工作。