一種直齒錐齒輪嚙合檢測工裝設(shè)計以及嚙合分析

趙亞洲，彭友泉，劉冰

( 益陽橡膠塑料機械集團有限公司，湖南 益陽 413000)

直齒錐齒輪是重要的機械零部件，它的主要作用和一般圓柱齒輪一樣，都是通過齒輪齒形輪廓的相互嚙合來傳遞扭矩。相比直齒圓柱齒輪，錐齒輪有以下幾個方面的優(yōu)點：①錐齒輪安裝軸可以是任意0°～90°夾角；②錐齒輪相比于圓柱直齒輪運行更平穩(wěn)且傳遞扭矩也更大；③直齒錐齒輪的模數(shù)從全齒寬的一端到另一端是變化的。直齒錐齒輪也是成對使用的，在針對齒輪零部件進行檢測時，有一些檢測參數(shù)要求是針對齒輪單件進行檢測的，像齒高、公法線長度、弦齒厚等等，而有另外一些參數(shù)我們必須在齒輪配對相互嚙合時才能進行檢測，像分錐角檢測、軸交角檢測，接觸斑點檢測、齒面?zhèn)认稒z測以及齒頂間隙檢測等等。配對的齒輪如果沒有經(jīng)過配對檢查就裝配在產(chǎn)品上的話，一旦發(fā)現(xiàn)齒面嚙合有問題的話，拆卸就比較繁瑣了，因為一般直齒錐齒輪和相配套的傳動軸都是過盈配合或者過渡配合通過熱裝或者冷裝裝配在一起的,配合比較緊湊，二次拆卸比較麻煩。所以這就要求我們設(shè)計一種用于錐齒輪嚙合的工裝，來對齒輪嚙合情況下的檢測要素提前進行檢查。

1 產(chǎn)品介紹

我公司是國內(nèi)主要的橡膠塑料機械生產(chǎn)廠家之一，包含密煉機、雙螺桿擠出機、平板硫化機、輪胎硫化機等等。這里我們研究的對象就是雙螺桿擠出機上的主要傳動零部件，同步錐齒輪, 具體型號為416單掛雙錐雙螺桿擠出機。如圖1 所示，它屬于等頂隙直齒錐齒輪，齒數(shù)48 個，壓力角20°，分錐角7°，大端模數(shù)為20 mm，設(shè)計公法線長度338.14 mm，裝配側(cè)隙0.5 mm。我們在實際的裝配過程中經(jīng)常會出現(xiàn)這樣的情況，兩個配合的錐齒輪在裝配以后，用塞尺檢查嚙合面與非嚙合面?zhèn)认稌r，發(fā)現(xiàn)錐齒輪大端的側(cè)隙和錐齒輪小端的側(cè)隙不一樣，而且差異比較大。因此當(dāng)齒輪嚙合傳動時，在齒寬方向上不能充分接觸，接觸斑點比設(shè)計要求的要小。這就會造成配合錐齒輪齒面磨損會不一樣，接觸部分磨損會加劇，而沒有接觸的地方則不會磨損或者輕微磨損，嚴重影響錐齒輪傳動效果和工作壽命。而對于這種影響裝配質(zhì)量的問題，我們單靠單件的錐齒輪質(zhì)量檢查是不能把所有不合格項排除在裝配環(huán)節(jié)之外的，而且一旦不合格的錐齒輪裝在產(chǎn)品上的話，想要把錐齒輪拆卸下來對裝配工人來說是比較費時費力的，而且容易損傷調(diào)心滾子軸承或者傳動軸，這就是我們設(shè)計錐齒輪嚙合工裝的緣由。

圖1 錐齒輪示意圖

2 工裝結(jié)構(gòu)

文中設(shè)計錐齒輪嚙合工裝如圖2、圖3 所示：

圖2 工裝三維設(shè)計示意圖

圖3 工裝平面設(shè)計示意圖

3 工裝操作步驟

（1）安裝錐齒輪前先把固定塊恢復(fù)至水平狀態(tài)。

（2）安裝錐齒輪( 序號16)。這里需要注意，安裝前錐齒輪內(nèi)孔配合面需要涂抹潤滑油；另外，作為檢測工裝，這里我們要把安裝軸外徑與錐齒輪內(nèi)孔配合尺寸由圖紙設(shè)計的過盈或者過渡配合修改為間隙配合，要適當(dāng)減小安裝軸外徑尺寸。這些步驟都有助于我們順利安裝、拆卸錐齒輪。

（3）安裝鍵（序號15），以便固定錐齒輪與安裝軸，防止單個錐齒輪繞安裝軸自由轉(zhuǎn)動。

（4）檢查預(yù)緊安裝軸尾部的圓螺母（序號10）防止工裝下面定位用的調(diào)心滾子軸承內(nèi)外圈裝配松動。

（5）按照錐齒輪圖紙設(shè)計的分錐角，通過調(diào)節(jié)支撐螺栓（序號9）帶動固定塊（序號7）繞銷軸（序號5）轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)分錐角。當(dāng)分錐角為0° 時，就可以配對檢查直齒圓柱齒輪。

（6）沿導(dǎo)軌移動支架（序號6）使兩個錐齒輪順利嚙合在一起。

（7）鎖死鎖緊滑塊（序號3），使支架固定，防止出現(xiàn)支架沿導(dǎo)軌（2）橫向進行位移。

（8）通過安裝軸（序號14）端面的六角扳手內(nèi)孔，兩個嚙合的齒輪可以輕松實現(xiàn)手動繞軸嚙合轉(zhuǎn)動。

4 主要參數(shù)以及應(yīng)用范圍

（1）整機尺寸：2 000 mm×1 020 mm×1 300 mm

（2）工裝應(yīng)用范圍：直齒圓柱齒輪、直齒錐齒輪

（3）工裝可調(diào)節(jié)的分錐角范圍：0～20°

（4）齒輪直徑范圍：Ф800～Ф1 200

（5）承受最大齒輪重量：5 t/ 件

5 錐齒輪嚙合檢測分析

直齒錐齒輪嚙合，除去齒形這個因素以外，它主要受兩個參數(shù)的影響一個是錐距，另一個重要參數(shù)就是分錐角。錐距決定了嚙合的一對錐齒輪在轉(zhuǎn)動軸上的位置，它就像是圓柱齒輪的中心距參數(shù)一樣，所不一樣的是圓柱齒輪中心相互平行，而錐齒輪中心形成一定夾角。錐距是設(shè)計賦予的參數(shù)值，我們可以通過調(diào)整錐距來實現(xiàn)調(diào)整嚙合齒面的側(cè)隙，往錐齒輪小端方向移動，側(cè)隙變小，反之則側(cè)隙變大，但是這僅僅實在兩個錐齒輪分錐角一致的情況下才可以起到調(diào)節(jié)齒輪嚙合側(cè)隙的作用，如果配對的錐齒輪分錐角不一致，那通過調(diào)整錐距來調(diào)節(jié)齒面?zhèn)认兜淖饔脤⑾А７皱F角就是反應(yīng)錐齒輪中心與分度圓直線夾角的參數(shù)，它直接決定了兩個已知錐齒輪齒面接觸斑點面積的大小，從而決定了嚙合面?zhèn)鬟f動力的好壞。實踐表明，分錐角在錐齒輪裝配過程中會出現(xiàn)以下四種情況；

第一種，理想狀態(tài)下的錐齒輪嚙合，如圖4 所示兩個錐齒輪分度圓直線會重合，齒面?zhèn)认锻耆X面嚙合面和非嚙合面?zhèn)认抖际橇恪＿@一種情況在實際應(yīng)用中，考慮到加工誤差的存在以及嚙合齒在零側(cè)隙情況下容易卡死的情況，基本不會采用這種情況。

圖4 理想狀態(tài)下錐齒輪嚙合示意圖

第二種，平行狀態(tài)下錐齒輪嚙合，如圖5 所示。它指的是齒輪嚙合面?zhèn)认肚昂蠖紴榱悖菄Ш厦媪粲幸欢▊?cè)隙值且錐齒輪沿齒寬方向前后位置側(cè)隙值相等。具體側(cè)隙值是由設(shè)計者根據(jù)齒輪自身的加工精度等級以及使用工況決定。如果錐齒輪實際配對測出的側(cè)隙值比設(shè)計要求的大，那就說明兩個齒輪需要沿軸向項里移動一定距離；反之如果測出的側(cè)隙值比設(shè)計要求的小，那兩個齒輪需要沿軸向位置向外移動一定距離。這種距離調(diào)整一般我們都是通過調(diào)整錐齒輪前后位置安裝的兩個定距套寬度來實現(xiàn)的。

圖5 平行狀態(tài)下錐齒輪嚙合狀態(tài)示意圖

第三種，分錐角偏大情況下錐齒輪嚙合狀態(tài)，如圖6 所示。此種狀態(tài)下，我們用塞尺測量的錐齒輪小端側(cè)隙值要小于錐齒輪大端的側(cè)隙值，且大端齒側(cè)嚙合面和非嚙合面?zhèn)认吨刀疾粸榱恪＿@就說明了這樣的配對錐齒輪嚙合情況根本就不理想，只有錐齒輪小端一部分齒面能有效傳遞動力，這必將導(dǎo)致接觸部分齒面磨損加劇，大大降低錐齒輪使用壽命，且運行過程中會出現(xiàn)不規(guī)律的錐齒輪嚙合異響。一旦出現(xiàn)這種情況，錐齒輪只能直接報廢處理，或?qū)τ诓糠謧?cè)隙值偏差不大的可以人為進行修配，然后作為次品進行降級使用。

圖6 分錐角偏大狀態(tài)下錐齒輪嚙合狀態(tài)示意圖

第四種，分錐角偏小情況下錐齒輪嚙合狀態(tài)，如圖7 所示。此種狀態(tài)剛好和前面一種情況相反，我們用塞尺測量的錐齒輪小端側(cè)隙值要大于錐齒輪大端側(cè)隙值，且小端齒側(cè)嚙合面和非嚙合面?zhèn)认吨刀疾粸榱恪＿@就說明只有錐齒輪大端一部分齒面是正常接觸的，這同樣會造成和圖6 所示情況一樣的問題，處理方式也可參照第三種進行處理。

圖7 分錐角偏小狀態(tài)下錐齒輪嚙合狀態(tài)示意圖

6 總結(jié)

齒輪配對嚙合檢查是非常有必要的，它的結(jié)果不能直接反映齒輪加工過程中某一單項質(zhì)量要求合格與否，它只是對齒輪嚙合的裝配質(zhì)量的檢驗。錐齒輪嚙合檢測除去受齒形本身直接影響之外，主要就是受錐距和分錐角的影響。齒形我們可以通過齒形樣板進行單件檢查排除；錐距是設(shè)計賦予的定值，一旦確定就不對錐齒輪本身產(chǎn)生任何影響；剩下的只有分錐角這一個決定決定因素了。我們分度圓是一個虛擬的圓，在實踐當(dāng)中很難測出其具體尺寸，更不要說是建立在分度圓基礎(chǔ)上的分錐角了。這個工裝不但能幫助我們在正式裝配前檢測出兩個錐齒輪嚙合的齒面?zhèn)认洞笮。€可以根據(jù)實際測得側(cè)面間隙值大小計算并調(diào)整錐齒輪截距，以達到理想的齒輪嚙合狀態(tài)。