圓弧圓柱齒輪與弧齒錐齒輪加工質量檢測方法的研究

曹 娟，陳國陽

（1.太原城市職業技術學院，山西太原030027；2.山西省電力公司檢修分公司，山西 太原030032）

齒輪的加工質量檢測方法主要是從加工精度與表面質量兩方面進行考慮。主要是發掘適用于圓弧圓柱齒輪的加工質量檢測方法是否能夠適用于弧齒錐齒輪的加工質量檢測；反之，適用于弧齒錐齒輪的加工質量檢測方法是否適用于圓弧圓柱齒輪的加工質量檢測方法。

一、圓弧圓柱齒輪的加工質量檢測方法

（一）加工精度檢測

在圓弧圓柱齒輪加工中，加工誤差是造成齒輪基本輪廓位移的主要原因。它直接影響齒輪的嚙合傳動質量和承載能力。加工現場通常用控制齒根圓直徑（或斜徑）、凸齒公法線長度、凸齒齒厚和弦齒深極限偏差的方法來間接地控制齒輪基本輪廓的位移量。一般只測量其中一項尺寸的誤差來控制加工精度。

1.弦齒厚（法向）和測量弦齒高

輪齒左右齒面上，兩條理論接觸跡線（空間螺旋線）之間的最短距離，即為法向弦齒厚。測量弦齒厚尺寸用齒厚卡尺。在加工中多用于大模數或大尺寸或寬窄齒寬齒輪的測量（雙圓弧圓柱齒輪值測量凸齒弦測量齒厚尺寸）。

2.凸齒公法線長度和測量跨越齒距

對于圓弧圓柱齒輪，一般只測量凸齒公法線長度，要求用公法線卡尺進行測量。

3.弦齒深（法向）

圓弧齒輪的弦齒深直接反映齒廓的徑向位置。用弦齒深千分尺進行測量，是常用的測量方法之一。測量時，以齒頂圓柱面和齒面的交線為基準，因此，對弦齒深的計算值要按齒頂圓的實測值進行修正，在加工中多用于大模數或者大尺寸齒輪的測量。

4.奇數齒齒輪的根斜徑

加工時，測量齒根圓直徑是最常用的檢測方法。測量時，用帶球形的齒根圓千分尺進行測量。當齒數為偶數時，因為齒數對稱可直接測量齒根圓直徑df。當齒數為奇數時，一種方法是測量齒輪的根頂徑。根頂徑與齒頂圓的最終加工尺寸有關，實測根頂徑要考慮齒頂圓加工誤差的影響。另一種方法是測量根斜徑。長期以來根斜徑的計算都是采用近似計算公式。當齒數較少、螺旋角較大時，計算值與測量值的誤差較大。實際上，真正的根斜徑應是齒根圓柱面上，兩條被測齒底螺旋線之間的最短距離。

（二）表面質量檢測

齒輪表面質量的檢測主要是指表面粗糙度的檢測。表面粗糙度受設備和刀具的影響較大。一般采用比較法進行檢驗，即用標準塊與被測齒輪齒面表面粗糙度比較，憑目測來評定表面粗糙度等級。此外，也可以用粗糙度測量儀測量。

二、弧齒錐齒輪加工質量檢測方法

（一）弧齒錐齒輪加工精度檢測

1.齒距誤差的測量

齒距誤差包括齒距的偏差、齒距累積誤差。齒距偏差影響被測齒輪的輪齒相對回轉軸分布的不均勻性，而齒距最大累積誤差反映了齒輪傳遞運動的準確性。齒距誤差的測量是在齒寬中部靠近節錐的位置，以齒輪旋轉軸為軸心的圓周上測量的。

2.齒圈跳動的測量

齒圈跳動是指位于節錐面上的齒寬中點處齒廓表面相對于齒輪軸線的最大變動量。測量時，采用齒圈跳動測量儀，測頭在節錐上與齒面中部接觸，且垂直于節錐母線。

3.齒厚的測量

齒厚誤差直接影響齒輪中嚙合的齒側間隙。錐齒輪齒厚的測量最常用的是齒厚卡尺，直接測量在給定弦齒高處的弦齒厚。

（二）弧齒錐齒輪表面質量的檢測

弧齒錐齒輪表面質量的檢測主要是指齒面表面粗糙度的測量。進行表面粗糙度檢測時，可以采用粗糙度量塊目測比較法，也可用便攜式粗糙度度量儀和通用輪廓儀對表面粗糙度進行定量評價。

三、圓弧圓柱齒輪與弧齒錐齒輪的加工質量檢測方法比較

1.圓弧圓柱齒輪加工質量檢測方法適用于弧齒錐齒輪加工質量的檢測。例如，測量齒距與測量齒圈圓跳動。在測量齒距時，由于圓弧圓柱齒輪齒距的測量既不能在分度圓柱上測量，也不能在分度圓附近的圓柱上測量。圓弧齒輪是點接觸并沿著螺旋線傳動，傳動過程中的每一瞬時，兩齒廓僅有一點參加接觸。該接觸點的絕對軌跡與瞬時軸平行的嚙合線，相對軌跡即為兩齒輪接觸圓柱上的接觸線。因此，在測量圓弧圓柱齒輪的齒距偏差時，應當是在接觸圓柱母線上測量。而弧齒錐齒輪可以采用與之相同的方法。在測量齒圈跳動時，也可以選用與圓弧圓柱齒輪相同的齒圈跳動測量儀器和方法。

2.圓弧圓柱齒輪加工質量檢測時卻不能采用弧齒錐齒輪加工質量檢測方法。這主要是由以下的因素影響的：

（1）根切現象的影響。圓弧圓柱齒輪在嚙合過程中不會出現根切的現象，而弧齒錐齒輪在嚙合中會出現根切，一般弧齒錐齒輪的最少齒數是13。

（2）螺旋角的影響。圓弧圓柱齒輪對螺旋角的誤差很敏感，它直接影響瞬時角速度比的變化。也會影響齒距誤差，所以要求螺旋角誤差盡可能小。這是由于螺旋角在齒面相對曲率半徑中起主要作用，直接影響齒面瞬時接觸跡寬度，增大螺旋角，則接觸跡寬度減小，每個接觸跡上的應力增大，對齒面接觸強度不利，但是當齒寬一定時，選擇用螺旋角可以增大縱向重合度，從而增加接觸跡數目，每個接觸跡上分擔的載荷會減小，能改善齒面接觸強度。并且增大螺旋角對提高齒輪抗彎強度有利。對于弧齒錐齒輪而言，螺旋角越大傳動越平穩，但是與之相應的軸向力也越大。由于弧齒錐齒輪齒面節線上每點螺旋角都不一樣，離齒面節線中點愈遠，誤差越大。因此，適用于弧齒錐齒輪的加工質量檢測方法并不能夠適用于弧齒錐齒輪的加工質量檢測。

由上文可以得知，圓弧圓柱齒輪加工質量檢測方法適用于弧齒錐齒輪加工質量的檢測。但是，圓弧圓柱齒輪加工質量檢測時卻不能采用弧齒錐齒輪加工質量檢測方法，其主要的影響因素包括根切現象的影響、螺旋角的影響。

[1]曹雪梅.弧齒錐齒輪齒面誤差檢測與實驗驗證[J].中國機械工程,2009，（15）：1799-1801.

[2]錢揖聰.單圓弧齒輪孔面齒根距測量[J].機械工程師，2004，（19）.