直齒錐齒輪雙面嚙合儀的開發設計

王敏豐，張志革（吉林化工學院，吉林 吉林 132102）

直齒錐齒輪雙面嚙合儀的開發設計

王敏豐，張志革
（吉林化工學院，吉林 吉林 132102）

針對直齒錐齒輪的制造、檢測現狀，開發設計了這款雙面嚙合儀。本文就這種雙面嚙合儀的工作原理、功能、結構設計方案及使用方法進行了闡述。

直齒錐齒輪；測量；雙嚙儀；安裝距

0　引言

近年來，在齒輪精度綜合指標的檢測方面，不斷有新儀器（如齒輪整體誤差檢查儀，單嚙儀等）研制出來。這些儀器多數都是在傳統雙嚙儀的基礎上進行單片機、數字化、智能化改造，擴大了檢測功能，提高了檢測精度，但是價格也非常高。檢具對環境條件要求嚴格，操作復雜，故障率高，不易維修，適合在環境較好的檢驗室使用。隨著直齒錐齒輪的精鍛技術的提高，為保證直齒錐齒輪精鍛加工的成品率，在線檢測勢在必行。雙嚙法尤其適用于技術能力及生產規模一般的工廠批量生產時作為現場測量與工藝監控。這種檢測更接近實際使用狀態，能夠比較全面地反映出齒輪的加工質量。在齒輪制造加工現場，主要還是用傳統的雙嚙儀進行齒輪質量檢查。

1　開發設計雙嚙儀的意義

（1）經濟性好。外購的雙嚙儀價格一般都在幾萬到幾十萬元之間，而本次研究開發的雙面嚙合儀總體制造成本大約在0.5萬左右，這樣可以大大節約成本。

（2）結構簡單，性能可靠。設計開發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、摩擦阻力小的滾動導軌等結構，這些結構受工廠生產環境的影響非常小。因此，雙面嚙合儀在進行直齒圓錐齒輪參數檢測時，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測量；它能夠測出中心距的變化量；能讀出單齒跳動和全齒跳動兩個參數；它能夠連續反映整個齒輪嚙合點誤差。因此，雙面嚙合儀對直齒圓錐齒輪參數進行綜合檢測時能夠更方便、準確。

2　雙嚙儀的設計

2.1設計要求與設計方案

齒輪的雙面嚙合綜合測量是指被測齒輪與理想精確的測量齒輪作無側隙的雙面嚙合轉動時中心距的變動量。雙嚙儀應該具備定位準確、讀數精確的特點。另外，由于這種檢測基本上是百分之百檢測，雙嚙儀還應裝夾迅速、具有檢測效率高的特點。

本款雙嚙儀的基本結構及工作原理。底座上裝有本體8用于裝配半軸齒輪，底座上1還裝有可調滑座2用于裝配行星齒輪，這兩個件的孔中心線是垂直相交的。當雙嚙儀調整到合適尺寸并安裝上標準齒輪和被測齒輪后，可調滑座2借助彈簧7的作用保證被測齒輪與測量齒輪實現無側隙嚙合，安裝在底座尾部的百分表會顯示出中心距的變化量。底座上安裝的凸輪裝置15，能夠檢測齒輪在標準安裝距下的嚙合情況。

2.2雙嚙儀開發設計的幾個關鍵技術

（1）導軌。雙嚙儀所用的導軌采用滾動導軌，導軌上的運動件兩個V形槽與本體V形槽和一個平面配合，采用三個滾珠作為定位支承，拉簧布置在三個滾珠支承點所構成的三角形重心上。運動件的重量和負載之和較小，且保證運動件靈活、平穩。由于該檢具運動件和本體的尺寸較大，在滾珠滑動面上安裝了淬硬鋼墊，安裝時采用半圓柱形壓板壓住鋼墊，這種結構工藝性好，以后的修理也比較方便。這種導軌除了具有摩擦系數小、定位精確等優點之外，還能自動消除間隙，更適用于雙嚙檢測。

（2）半軸輪的定位及裝卸。半軸齒輪（含標準齒輪）采用外圓和端面定位。右側有兩個手柄，小手柄9用于夾緊工件，通過螺紋與它連接在一起的拉桿上有一個槽，由固定在本體8上的螺釘控制它的行程，通過裝卸開口墊圈實現工件的裝卸；大手柄10與主軸6連接為一體用于旋轉工件以實現嚙合轉動，是綜合測量中的動力元件。為了保證主軸轉動靈活，設計中徑向間隙和軸向間隙都要合理，間隙大了會出現竄動不能保證測量精度，間隙小了會出現主軸轉動卡滯的情況。無論當工件旋轉到什么位置，半軸輪的定位端面相對于行星輪的位置應保持不動。

（3）行星輪的定位及裝卸。行星齒輪（含標準齒輪）是以球面和內孔定位。可以使用數控工藝加工高質量的球面，配合表面氮化工藝，使用三坐標測量機驗證。裝卸行星輪時由于軸要旋轉，連接用的法蘭5可當作擋塵圈使用，要求磨削端面并減小孔的徑向間隙，保證了法蘭內部的清潔。

（4）偏心輪機構。雙嚙儀要解決的問題是測量和裝卸，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構4，使滑板在水平面上相對于半軸輪可以移動足夠遠的距離，這個距離是導軌的行程和偏心輪機構的行程共同決定的。偏心機構的行程取決于偏心距，與滾動導軌的行程也有密切的關系，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軌行程和偏心機構行程有足夠的重合長度，給予工件足夠的裝卸空間。這三個行程和角板位置的計算涉及到的零件比較多且復雜。偏心輪與長手柄16相連，檢具的本體上還有兩個銷，限制了長手柄的極限位置，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，使用起來很方便。

（5）安裝距的調整。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的調整則要依靠通過螺釘19調節銷14的位置來完成。銷14與凸輪機構15的圓柱部分接觸將滑板固定在相應的位置上。位置確認后，擰緊螺釘11，從而將擰緊力矩傳給兩個帶豁品的襯套將銷14抱住，達到固定安裝距的目的。

3　結束語

自行設計開發雙嚙儀在齒輪生產企業已經加工并裝配完成，可以滿足留傳齒輪雙嚙檢測的各項要求，保證了產品質量。證明了本次開發設計的雙嚙儀理論及結構設計的正確性，制造成本的經濟性。當然，該檢具還有一些工作需要在以后的工作中逐步完成——首先應對該檢具進行誤差分析、測量系統分析；另外，在生產實踐中應利用所得數據繪制雙嚙誤差曲線，分析產生誤差的原因；可以通過這種檢具的檢測數據判斷模具的使用狀態；還可以將SPC技術應用在雙嚙儀中，對直齒錐齒輪的生產進行監控。

［1］謝誠.檢驗夾具設計.2010（10）.

［2］齒輪手冊編委會.齒輪手冊.2014（06）.

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