弧齒錐齒輪接觸斑點的試驗研究

龔學全

（廣西柳工機械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

弧齒錐齒輪接觸斑點的試驗研究

龔學全

（廣西柳工機械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

本文介紹了弧齒錐齒輪接觸斑點的應用研究的過程，通過對某型號裝載機驅動橋的弧齒錐齒輪副的接觸斑點的分析研究，實施小齒輪的加工參數的調整，經整機試驗達到了預期要求。重新確認制造過程接觸斑點的標準，據此進行制造過程的控制，確保批量生產的齒輪滿足使用要求，取得了很好的效果，質量外反饋率大幅改善。

工程機械；弧齒輪錐齒輪；主傳動；接觸斑點

弧齒錐齒輪和準雙曲面齒輪統稱為弧齒錐齒輪，具有重疊系數大、承載能力強、運轉平穩、噪聲低的特點，因此它被廣泛應用于工程機械傳動系統中。接觸區就是當齒輪旋轉進入嚙合直至脫離嚙合期間，輪齒相互接觸的區域，它與齒輪的平穩運轉、使用壽命和噪聲有直接的影響，是齒輪設計的一個關鍵特性。接觸區的質量要求一般來自齒輪的零件圖，但實際上很多零件圖是沒有齒面接觸區具體要求的，即便是有要求，有些也是與具體齒輪的使用特性不一定完全吻合，因此直接選用某個標準中的接觸區質量要求也不一定合適，這就需要在標準框架范圍內，結合產品使用特性和實踐驗證綜合設計新的合適的接觸區質量要求。這個框架就是：“齒輪滿負荷時接觸區應基本布滿整個工作齒面但不出現邊緣接觸”。這就是判斷接觸區質量的基本原則。

1 現狀分析

某型輪式裝載機的弧齒輪錐齒輪副，在保質期內出現了異常的反饋率。從失效件分析中發現，其接觸區存在有嚴重不符合，為了改進這一狀況，展開了對接觸區的改善研究。

從產品失效件中，對現狀接觸區進行測量。從測量結果來看 ,滿負荷時的斑點 ,無論是接觸區的高度值還是長度值都太大,滿負荷時接觸區均出現邊緣接觸。

2 改進方案

根據目前該齒輪副的強度情況，小輪的強度較強，決定對小輪進行修形，使接觸區優化達到要求。改進試驗流程，結合修正方法，分別對齒高方向、齒面節線曲率、齒形曲率、對角接觸等進行反復修正，直至接觸區及其 V/H檢驗，均達到滿意效果。最終滿足強度及噪音的要求。

3 接觸區域尺寸及 V/H檢驗的約定

接觸區域尺寸約定：為了描述的方便，無論是凸面還是凹面的接觸區域尺寸，進行統一的定義為A、B、C、D。對 V/H檢驗的約定：V及 H的取值正負符號進行了定義，在滾動檢驗機上，令大齒輪改變垂直移動，使接觸區由正常位置移向齒小端，其垂直移動量記為 V1;為使接觸區位于齒高中部，小齒輪的水平位移應相應地改為 H1；再使大齒輪作垂直移動，使接觸區移向齒的大端，其垂直位移量為 V2；伴隨改變水平位移量為 H2，接觸區由小端移向大端所必須的垂直總位移量 ΣV=|V2-V1|，水平總位移量ΣH=|H2-H1|。

4 改進過程

根據上述的斑點測量及 V-H檢驗方法，進行持續改進，大輪無負荷時接觸區數據、大輪滿負荷后接觸區數據、V/H檢驗數據、凸凹面加工參數 3次改進調整數據分別如表1、表2、表3及表4。

（1）第 1次改進及問題分析。從表3的 V/H檢驗數據看出，V、H移動值都比較小，說明斑點在齒長、齒高方向都比較長，斑點位置凹面偏小端，凸面在中部偏小端。改進目標為：凹面：熱后齒長斑點由 70%縮短至 35%～ 45%；凸面：熱后齒長斑點由 70%縮短至 35%～ 45%左右，齒高 斑點縮短距齒頂 為 2.5～ 3mm。改進方案為第 1次改進的刀盤直徑、滾比、偏心角參數值見表4。從試驗數據可以看出：第 1次改進后的 V、H移動值明顯比現狀的大，說明第 1次改進后斑點縮短很多，斑點位置凹面偏小端，凸面在中間。

（2）第 2次改進及存在問題分析。改進目標：熱處理后凹面齒高斑點距齒頂 3～ 4mm，凸面齒長 斑 點 縮 短 至 30%左 右， 齒 高 斑 點 距 齒 頂 3.5～4.5mm；改進方案：加工參數改進方案如表4。從第二次改進情況可以看出：凹面對角值較上次試驗相同，凸面由于熱前內對角較明顯，熱后內對角較上次試驗就更明顯。

表1 大輪無負荷時接觸區數據

（3）第 3次改進及問題分析。凹面：齒長方向調往小端 2mm，齒高方向往齒底挪 0.5mm；凸面：齒長方向調往大端 3mm，齒高方向往齒底挪 0.5mm。改進方案：加工參數改進方案如表4；第 3次改進后 V/H檢驗數據如表3。

通過3次改進及試驗，滿負荷時齒面接觸斑點達到設計標準要求，其在載荷情況下的接觸區及 V/H值作為成品驗收的標準。

5 結語

通過3次弧齒錐齒輪接觸區改進及試驗，接觸區域已達到標準要求，取得預期效果。目前已通過超過3年的市場驗證 ,外反饋率降至 0.4%以下，接觸區完全滿足使用要求，試驗改進方法有效。

[1]李普華 .對格里森齒錐齒輪接觸區的認識與修正 [J].機電工程技術，2010年第 39卷第 08期 .

表3 V/H檢驗數據

表4 凹、凸面加工參數調整

TH132.41

A

1671-0711（2017）07（下）-0147-02