齒輪傳動機構在裝調維修應該注意的問題

　　摘 要： 齒輪傳動是近代機器中傳遞運動和動力的最主要形式之一。在金屬切削機床、工程機械、冶金機械，以及人們常見的汽車、機械鐘表中都有齒輪傳動。齒輪成為許多機械設備中不可缺少的傳動零件，齒輪傳動也是機器中所占比重最大的傳動形式。因此齒輪傳動裝配的技術直接影響了機器的質量和性能。在裝配調試維修過程中應該注意哪些問題，就是我們要研究的內容。
　　關鍵詞： 齒輪傳動 裝配 調試 維修
　　
　　一、齒輪傳動的發展
　　齒輪傳動是近代機器中傳遞運動和動力的最主要形式之一。遠在公元前400-200年的中國古代就已開始使用齒輪，在我國山西出土的青銅齒輪是迄今已發現的最古老齒輪，其出現時間不晚于西漢，西漢時作為反映古代科學技術成就的指南車就是以齒輪機構為核心的機械裝置。另外記載鼓車，東漢張衡發明的水力天文儀器上，都使用了相當復雜的齒輪傳動系統。這些齒輪只用來傳遞運動，強度要求不高。至于生產上所采用的齒輪，要傳遞較大的動力，受力一般較大，強度要求較高。古代在利用畜力、水力和風力進行提水、糧食加工等工作時，都要應用此類齒輪。例如在翻車上，須應用一級齒輪傳動機構，以改變運動的方位和傳遞，適應翻車的工作要求。古代的齒輪機構是基于經驗的制作，沒有相應的設計理論，沒有批量生產的技術。現今的齒輪傳動機構用于傳遞任意兩軸間的運動和動力。其傳遞功率大、速度范圍廣、效率高、結構緊湊、工作可靠、壽命長，傳動準確可靠，且能實現恒定的傳動比，是現代機械中應用最廣泛的一種機械傳動。其缺點是傳動噪音大，傳動平穩性比帶傳動差，制造和安裝精度要求高、成本高，且不宜用于中心距較大的傳動。齒輪傳動的一般分為圓柱齒輪傳動、圓錐齒輪傳動、齒條傳動。
　　二、齒輪傳動機構
　　齒輪傳動機構的安裝首先是對齒輪的制造精度有一定的要求，齒輪的制造精度應達到以下幾方面的要求：（1）接觸精度是用齒輪傳動中的齒面接觸斑點和接觸位置來評定的。（2）運動精度是指齒輪在轉動一周中最大轉角誤差。（3）工作平穩性是指瞬間的傳動比變化。（4）齒側間隙是指相互合的一對齒輪在非工作齒面所留出的一定間隙。其次是對齒輪傳動機構的裝配要求：（1）齒輪孔與軸配合要適當，無偏心或歪斜等現象。（2）中心距和齒側隙要正確。側隙過小，齒輪傳動不靈活，熱脹時會卡齒，從而加劇齒面磨損；側隙過大，換向時空行程大，易產生沖擊和振動。（3）相嚙合的兩齒有一定的接觸面積和正確的接觸部位。（4）高速傳動的齒輪，在軸上裝配后應作平衡試驗。（5）滑動齒輪不應有啃住和阻滯現象。（6）在變換機構中應保證齒輪準確的定位，其錯位量不得超過規定值。齒輪裝在軸上常會出現偏心、歪斜和端末緊貼軸肩等誤差（如圖1所示）。
　　 圖1 齒輪裝在軸上的安裝誤差?搖?搖?搖?搖 圖2 齒輪與軸為錐面結合
　　這時當軸旋轉時，齒輪就可能產生徑向圓跳動或端面圓跳動。齒輪的圓跳動會直接影響機器的轉動性能和工作平穩性能，所以要對裝在軸上的齒輪進行圓跳動檢查。一般采用將齒輪軸支持在等高的V形架或兩頂尖上，把圓柱規放在齒輪的輪齒間，并將百分表的測頭抵在圓柱規上測得一個讀數，再將齒輪轉動，每隔3—4個齒又重復進行一次檢查，百分表最大與最小讀數之差就是齒輪的徑向圓跳動誤差。端面圓跳動的檢查方法是用頂尖將軸頂起，將百分表的測頭抵在齒輪的端面上，轉動軸就可以測出齒輪端面圓跳動誤差。如果齒輪與軸為錐面結合的，裝配前，用涂色法檢查內外錐面的接觸情況，貼合不良的可用三角刮刀對齒輪內孔進行修正;裝配后，軸端與齒輪端應有一定的間隙，如圖2所示。對不同的齒輪傳動系統裝配要求有所不同。
　　1.圓柱齒輪的裝配
　　裝配圓柱齒輪傳動機構時，一般是先把齒輪裝在軸上，再把齒輪軸部件裝入箱體中。裝配前的檢查，檢查齒輪表面質量，檢查齒輪表面毛刺是否除干凈，倒角是否良好，測量齒輪內孔與軸的配合是否適當，檢查鍵與鍵槽的配合是否適當。裝配后用涂色法檢查齒輪的嚙合情況和。檢查時轉動主動輪，被動輪加載使其輕微制動。雙向工作的齒輪正反方向都應進行檢查。正常接觸印痕應在齒面中部。如果接觸點偏上，表明中心距偏大；接觸偏下，表明中心距偏小；接觸點偏在一端，表明中心距歪斜，如圖3所示。
　　
　　圖3 齒輪的嚙合情況
　　（a）正確的（b）中心距太大（c）中心距太小（d）中心距歪斜
　　出現以上狀況必須進行調整。調整修正接觸面積時，可采用齒輪相互研磨的方法。如果是齒輪軸孔的中心距不對和歪斜，應進行修正。
　　側隙的檢查方法，如圖4所示。
　　 圖4側隙的檢查?搖?搖?搖?搖圖5齒輪在軸上結合方法
　　齒輪在軸上結合方法，可以是空轉、滑移或固定連接。常見的幾種結合方法，如圖5所示。在軸上空轉或滑移的齒輪，與軸為間隙配合，裝配后的精度主要取決于零件本身的加工精度。這類齒輪的裝配比較方便，裝配后齒輪在軸上不得有晃動現象。在軸上固定的齒輪，通常與軸為過渡配合或少量過盈的配合，裝配時需加一定外力。在裝配過程中要避免齒輪歪斜和產生形變等。若裝配的過盈量較小，可用手工工具敲擊壓裝，過盈量較大的，可用壓力機壓裝或采用熱裝法進行裝配。將齒輪軸部件裝入箱體，這是一個極為重要的工序。裝配方法應該根據軸在箱體中的結構特點而定。為了保證質量，裝配前應檢驗箱體的主要部件是否達到規定的即使要求。檢驗內容主要有：孔和平面的尺寸精度及幾何形狀精度；孔和面的表面粗糙度及外觀質量；孔和面的相互位置精度。另外非剖分式箱體內的齒輪安裝，對于安裝在非剖分式箱體內的傳動齒輪，將齒輪先裝在軸上后，不能安裝進箱體時，齒輪與軸的裝配是在裝入箱體的過程中同時進行的。
　　2.直齒錐齒輪的裝配
　　裝配直齒錐齒輪傳動機構的順序與裝配圓柱齒輪相似。裝配時還應做到如下幾點。
　　（1）應保證兩個節錐的頂點重合在一起，安裝孔的交角一定要達到圖樣要求。裝配時要適當調整軸向位置，以保證得到正確的齒側隙，如圖6所示。
　　圖6 小齒輪的軸向定位
　　a）小齒輪安裝距離的測量?搖?搖?搖?搖b）小齒輪偏置時安裝距離的測量
　　（2）直齒錐齒輪裝配后的檢查。側隙的檢查方法和圓柱齒輪基本相同，如圖6所示。接觸斑點的檢查，直齒錐齒輪接觸斑點位置，應在齒寬的中部稍偏小端。目的是防止齒輪重載時，接觸斑點移向大端，使大端應力集中，造成齒輪過早磨損。一般情況下，在齒輪的高度上接觸斑點應不小于30%—50%；在齒輪的寬度上應不小于40%—70%（具體隨齒輪的精度而定）。
　　3.齒輪齒條傳動的裝配
　　齒輪齒條傳動的裝配順序與裝配圓柱齒輪相似，由于另外一個是齒條，因此裝配比圓柱齒輪容易多了，這里就不重復了。
　　4.齒輪傳動機構的修理
　　齒輪傳動機構的修理主要有輪齒失效和輪緣斷裂兩種。齒輪傳動過程中，在載荷的作用下，如果輪齒發生折斷，齒面損壞等現象，則輪齒就失去了正常的工作能力，稱為失效。由于齒輪傳動的工作條件和應用范圍各不相同，影響失效的原因很多，主要都發生在輪齒上，常見的輪齒失效形式有：輪齒折斷、齒面點蝕、齒面膠合、齒面磨損、齒面塑性變形，等等。齒輪磨損嚴重或輪齒斷裂時，一般應更換新的齒輪。新的齒輪要選擇適當的模數和齒寬，采用合適的材料及熱處理方法，降低表面粗糙度，降低齒根彎曲應力。如果是小齒輪與大齒輪嚙合一般是小齒輪磨損快，發現磨損后應及時更換小齒輪，以免加速大齒輪的磨損。同時應該提高小齒面硬度，降低表面粗糙度，改善潤滑條件，加大模數，盡可能用閉式齒輪傳動結構代替開式齒輪傳動結構。出現齒面膠合現象時，要更換大小齒輪，并且要提高齒面硬度，降低表面粗糙度，采用黏度大和抗膠合性能好的潤滑油。對于大模數，低速運轉的齒輪，個別齒輪斷裂時，可用鑲齒或更換輪緣的方法進行修復。錐齒輪使用一段時間后，會因輪齒和調整墊圈磨損而造成側隙加大，應及時進行調整。調整時，將兩個錐齒輪沿軸向移動，使側隙減小，調整后，再選配墊圈的厚度來固定兩齒輪的位置。齒輪輪緣斷裂修理的方法。當齒輪的輪緣裂斷時，可以在斷裂處開出坡口，進行補焊，但要保證齒形、齒距和形狀公差，防止焊接變形，這種方法用在對齒輪傳動要求不高的地方，可以使用。一般可以用螺釘與夾板固定，或者在輪緣兩側靠近裂縫的兩邊各鉆一孔，裝入銷釘，另外制備兩片帶孔的拉緊板，其孔間距比銷釘間距略小。將拉緊板加熱到250—300℃后套在銷釘上，待冷卻后即可拉緊輪緣，并將斷裂處加固。圓錐齒輪使用一定時間后，因齒輪或調整墊磨損造成側隙增加，應進行調整。調整時將圓錐齒輪沿軸向移動，使側隙減小。調整好后，以適當厚度的調整墊圈做軸向定位。
　　5.齒輪傳動機構裝配及維修后的跑合及方法
　　因為跑合可以消除加工或熱處理后的變形，所以能進一步提高齒輪的接觸精度和減少噪聲。對于高轉速重載荷的齒輪傳動副，跑合就顯得更為重要。跑合的方法有：（1）加載跑合，在齒輪副的輸出軸上加一力矩，使齒輪接觸表面相互磨合（需要時加磨料）。用這種方法跑合需要時間較長。（2）電火花跑合，在接觸區域內通過脈沖放電，把先接觸的部分金屬去掉，以后使接觸面積擴大，達到要求的接觸精度。但要注意，無論是用哪一種方法跑合，跑合合格后，應將箱體進行徹底清洗，以防磨料、鐵屑等雜質殘留在軸承等處。對于個別齒輪傳動副，若跑合時間太長，則需進一步重新調整間隙。
　　三、結語
　　齒輪傳動機構的裝配調試維修的質量直接對機器的質量和性能產生影響。因此，雖然齒輪機構使用得已經比較普遍了，但是我們工作中仍然要十分重視。
　　
　　參考文獻：
　　［1］朱仁盛.機械基礎［M］.北京：機械工業出版社.
　　［2］王華書.常見齒輪傳動機構的修理方法.中國設備工程.
　　［3］樂為.機械設備裝調與維護技術基礎.機械工業出版社.