齒輪接觸斑點的有效控制

摘 要：文章通過對齒輪接觸斑點的有效控制，來控制齒輪箱的質量，從而保證齒輪箱質量的穩定。綜上所述，提高齒輪箱箱體加工質量是減少齒輪配磨、提高齒輪箱質量最直接、最經濟的手段。

關鍵詞：齒輪；接觸斑點；有效控制

1 齒輪接觸斑點檢驗的目的

檢驗產品齒輪副在其箱體內所產生的接觸斑點，可以幫助我們對齒輪副輪齒間載荷分布進行評估，并可用于齒輪裝配后對齒輪螺旋線和齒廓精度的評估。

2 齒輪接觸斑點的有效控制

GB3480-83提出了各個精度等級的齒輪副對接觸斑點的要求，見表1。

目前我們裝配圖裝配要求中所使用的接觸斑點要求正是以此為依據的。齒輪接觸斑點的大小直接影響著齒輪強度，因為齒輪強度計算中“齒輪加工、安裝誤差的嚙合齒向誤差分量”fma與“空載下接觸斑點長度”bco有如下的關系：

fma=b.Sc/bco

b：齒寬

Sc：涂色層厚度

而fma與KFβ（彎曲強度計算的齒向載荷分布系數）和KHβ（接觸強度計算的齒向載荷分布系數）有直接的函數關系，故而直接影響齒輪的接觸強度和齒根彎曲強度。

另外，ISO/TR10064-4：1998對齒輪各個精度下接觸斑點提出了不同的檢驗標準，見圖1及表2、表3。

從表1、表2、表3的比較來看，ISO/TR10064-4：1998在齒寬方向的接觸要求與GB3480-83比有明顯的提高（從70%提高到80%），而在齒高方向的要求則明顯降低（從50%降低到40%），表3顯示的直齒齒高的要求相應的提的更高，主要考慮的是直齒沒有軸向重合度εβ。

目前，由于齒輪磨齒設備一般自動化程度和精度都比較高，因此齒廓偏差基本可以得到有效的控制，即齒高方向問題不大，齒長方向才是我們努力的方向。

圖2所示的是幾種常見的齒輪接觸斑點形狀，A視圖所示的是理想狀況；B視圖接觸斑點齒長方向足夠，但齒高方向偏齒跟且高度不足，屬于齒廓偏差；C視圖明顯的有螺旋線偏差，齒廓正確。D視圖有波紋度，齒廓有些問題。

齒輪副接觸斑點通常也作為用戶驗收齒輪箱產品的重要指標。鑒于齒輪副接觸斑點檢驗的重要性，裝配時必須進行檢驗，同時，通過檢驗能夠更好地對輪副接觸斑點進行有效的控制。裝配時，齒輪副接觸斑點的有效控制主要是通過齒輪配磨來解決的，這可從GB10095-88中找到理論依據，在這個標準文本中指出：若接觸斑點的分布位置和大小確有保證時，則此齒輪副中單個齒輪的ΔFβ（齒向誤差）可不予考慮。需要強調的是：雖然齒輪精度能通過接觸斑點得到很好的反映，但接觸斑點不可以作為直接證明齒輪精度等級的替代方法。

3 解決齒輪接觸斑點問題的一些措施

齒輪配磨是解決齒輪接觸斑點問題的常用方法，但絕不是唯一方法，更不是最經濟的方法，一般來說，齒輪箱通過磨齒來解決問題的方法都不是最經濟的方法，因為相比其他方法，磨削的加工方法效率是最低的，反過來說，磨削的加工方法的加工成本卻是最高的。當然我們可考慮用其他的途徑來有效的控制齒輪接觸斑點問題。

3.1 通過嚴格控制ΔFβ

曾經有人提出通過嚴格控制ΔFβ來達到減少配磨的目的，比如說把單個齒輪的齒向誤差嚴格控制在1/2ΔFβ范圍內，當然從理論上分析這種做法是完全正確的，的確能通過這種控制來減少配磨，但這種做法實際的結果是人為地提高了齒輪的精度要求，從而大大增加了磨齒時間，提高了齒輪的加工費用，從而嚴重影響企業的經濟效益及生產周期。事實上這是非常不經濟的做法。

3.2 通過偏向套補償齒向誤差ΔFβ

補償齒向誤差ΔFβ是偏心機構最經典、最廣泛的用途。為解決齒向誤差補償問題，使用偏向套將是非常合適的方法，在軸兩端的軸承外圈上加上偏心套，通過調節偏心套的偏心位置就可以補償齒向誤差ΔFβ，見圖3、圖4，這樣做既簡單又方便，縮短了生產周期和加工成本。

3.3 通過控制箱體的加工精度來控制fma （齒輪加工、安裝誤差的嚙合齒向誤差分量）

事實上我們真正要控制的是fma，而不是ΔFβ。我們可以通過控制齒輪箱箱體的加工精度，特別是提高軸心線平行度來提高fma。這樣做是有理論依據的，因為齒輪箱箱體平行度正是以Fβ來作為衡量指標的，一般水平方向的平行度要求=Fβ，垂直方向的平行度要求=1/2Fβ，而提高箱體的加工精度相對來說要容易一些，也更經濟一些。

另外更深層次的意義是：減少齒輪配磨就更容易控制齒輪齒側間隙，更容易控制齒面硬度和齒面滲碳層深，那么也就控制了齒輪箱的質量，能夠保證齒輪箱質量的穩定。

參考文獻

[1]YB/T050-93（冶金設備用YNK齒輪減速器）[S].

[2]GB3480-83（漸開線圓柱齒輪承載能力計算方法）[S].

[3]ISO/TR10064-4：1998（圓柱齒輪實用檢驗規程第四部分表面結構和齒輪接觸斑點檢驗的建議）[S].