一種新型測量齒輪單鍵對稱度檢具

康建勃，王睿超（寶雞法士特齒輪有限責(zé)任公司計量室，陜西 寶雞 722409）

一種新型測量齒輪單鍵對稱度檢具

康建勃，王睿超
（寶雞法士特齒輪有限責(zé)任公司計量室，陜西 寶雞 722409）

本文探討的是設(shè)計一種齒輪內(nèi)孔鍵槽對稱度的檢測裝置，相比傳統(tǒng)的測量方法該檢測裝置具有精度高、結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便快捷。該檢具適宜在加工現(xiàn)場使用，用之可以大大減少測量時間、提高加工精度、減少廢品率，具有很強的實用性。

齒輪內(nèi)孔鍵槽對稱度；游標(biāo)卡尺；基準(zhǔn)互換

0　引言

我公司是生產(chǎn)重型汽車變速箱的專業(yè)廠家，在變速箱結(jié)構(gòu)中鍵連接是傳動軸與齒輪固定連接的最基本形式。鍵槽對稱度是影響鍵連接的最重要參數(shù)，它直接影響傳動元件對扭矩和運動的傳遞，進(jìn)而會影響整臺變速箱的精度和壽命。傳動軸工作時，扭矩的傳遞是靠鍵與鍵槽側(cè)面的接觸來實現(xiàn)的，鍵的側(cè)面與鍵槽側(cè)面的接觸質(zhì)量直接影響到扭矩傳遞效果和軸與鍵的壽命。因此保證齒輪內(nèi)孔單鍵對稱度尤為重要，本文就是設(shè)計一套能夠快速準(zhǔn)確測量內(nèi)孔單鍵對稱度的檢測裝置。［1］

1　鍵槽對稱度的定義

在GB/T1958—2004《產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范》中對稱度誤差的定義：對稱度誤差是指被測表面的對稱平面與基準(zhǔn)表面的對稱平面間的最大偏移距離。對稱度公差帶的定義：對稱度公差帶是指相對基準(zhǔn)中心平面對稱配置的兩個平行平面之間區(qū)域，兩平行面間的距離。對稱度誤差是定位誤差中的一類，而定位誤差是指關(guān)聯(lián)被測提取要素對一具有確定位置的擬合要素變動量，擬合要素的位置由基準(zhǔn)和理論正確尺寸確定。對于對稱度誤差，其理論正確尺寸為零。根據(jù)形位公差原理，鍵槽對稱度由不同分量按下述關(guān)系組成:鍵槽對稱度誤差包含形狀誤差和方向誤差。形狀誤差即鍵槽面的平面度誤差即f□，方向誤差包含徑向向心誤差f截和軸向平行誤差f長。在一般加工方法中平面度誤差影響較小，主要是方向誤差。簡而言之，鍵槽的對稱度公差主要指軸鍵槽的實際中心平面相對于基準(zhǔn)孔的軸線的對稱度誤差。［2］ ［3］

2　傳統(tǒng)測量方法

2.1采用三坐標(biāo)測量機測量

圖1　三坐標(biāo)法測量單鍵對稱度示意圖

本公司使用海克斯康三坐標(biāo)PC-DMIS軟件測量，如圖1示在測量時首先測量圓柱，并把圓柱軸線設(shè)置成Z軸；在鍵槽的兩個側(cè)面各測量平面，構(gòu)造兩點的對稱中點； 把上面的中點垂射到圓柱軸線上。兩點連線設(shè)置為X軸。并把投影點設(shè)為坐標(biāo)系零點。把坐標(biāo)系的Y+平面（即XZ平面）構(gòu)造成一個面元素（先把工作平面選擇Y+，進(jìn)入構(gòu)造平面功能，選擇坐標(biāo)軸，創(chuàng)建即可）。在鍵槽的兩個被測側(cè)面，各至少測量四個點。然后對應(yīng)順序（即：左邊一個，右邊一個），構(gòu)造特征組。以構(gòu)造的特征組為被測元素，構(gòu)造的平面元素為基準(zhǔn)元素，評價對稱度。［4］

2.2采用影像法測量

影像法本公司采用萬能工具顯微鏡或影像測量儀測量，測量時由于形狀誤差分量f□的測量與合成均不方便，且大多比重較小，所以一般不單獨測量，但應(yīng)在方向分量測量過程中，或用其它方法估計形狀分量是否可以忽略。本文的分量單獨測量法，僅指在形狀分量可以忽略或?qū)Ψ较蚍至縡截和f長有單獨要求時，對f截和f長兩個方向分量的單獨測量。f截通常是通過如圖2所示先測量齒輪的內(nèi)孔將x=0、y=0置于齒輪內(nèi)孔，然后在鍵槽的左側(cè)測量一條線l1，右側(cè)測量一條線l2。分別套用兩條線的質(zhì)心記為A1與A2，構(gòu)造兩點的中點A，將齒輪內(nèi)孔的圓心和中點A構(gòu)成一條直線，用這條直線來找y+方向，用齒輪的端面來找z+方向。建完坐標(biāo)系后，分別在鍵槽左、右側(cè)兩邊的頂端與底部各采一點，且分別構(gòu)造頂端與底部的中點，比較兩中點的x坐標(biāo)，選擇其坐標(biāo)絕對值較大的點的值作為該鍵槽的對稱度。［5］

圖2　投影法測量鍵槽對稱度示意圖

3　設(shè)計一種新型檢具快速檢測對稱度

采用三坐標(biāo)或者光學(xué)投影法來測量對稱度雖然準(zhǔn)確但是過程過于繁瑣，不利于車間批量生產(chǎn)。參考傳統(tǒng)的檢測方式及本公司產(chǎn)品的實際情況，筆者設(shè)計了一組新型檢具，結(jié)合帶表游標(biāo)卡尺的使用可以快速準(zhǔn)確的檢測各種齒輪單鍵對稱度。如圖3示該檢具設(shè)計為外凸鍵，凸鍵的尺寸根據(jù)產(chǎn)品鍵槽的尺寸進(jìn)行系列設(shè)計，經(jīng)過多次對比實驗，確定檢具的外圓直徑尺寸一般比產(chǎn)品內(nèi)孔直徑小1mm即可，凸鍵相對于外圓的對稱度設(shè)計為0.010mm。外圓兩側(cè)分別用慢走絲加工槽寬為4.5mm的鍵槽，凸鍵對兩鍵槽底部的對稱度要根據(jù)產(chǎn)品的精度要嚴(yán)格保證。設(shè)計對稱度為0.005mm，而且測量時應(yīng)選擇測頭為圓形的帶表游標(biāo)卡尺。

圖3　新型檢具原理示意圖

檢具設(shè)計中，由于綜合檢具制造公差比較復(fù)雜，目前尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，一般都是憑生產(chǎn)過程中的統(tǒng)計資料確定。檢具定位要素的制造公差W和測量要素的制造公差V（均包含磨損極限在內(nèi)）由被測工件基準(zhǔn)要素和測量要素的尺寸公差等級來確定，常分別按比被測工件位置公差的1/10～1/5選取。表1確定了量具各項制造公差等級。

表1　量具測量要素的位置公差

圖4　檢具使用示意圖

使用時如圖4示由于檢具與齒輪單鍵槽接觸，所以盡量選擇間隙最小的檢具進(jìn)行測量。先使用代表卡尺在左側(cè)鍵槽測得一值，且將該值調(diào)整為0；然后在右側(cè)鍵槽測得一值，將該值記為a。然后直接將a值代入GB/T1958—2004中所提供的公式易求得對稱度，公式可以簡化為，期中h為鍵槽深度，d為齒輪內(nèi)孔直徑。

4　小結(jié)

該種新型綜合檢具的設(shè)計完成了齒輪大批量生產(chǎn)過程中內(nèi)單鍵對稱度的首件檢測和過程檢測，將擺脫使用測量儀器的復(fù)雜檢測過程，提高了檢測精度和檢測效率，且經(jīng)過車間長期試驗論證值得大力推廣。

［1］周文玲.互換性與測量技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2013. ［2］GB/T1958—2004產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范［S］.北京.機械工業(yè)出版社，2004.

［3］傅成昌，傅曉燕.形位公差應(yīng)用技術(shù)問答［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2009.

［4］PC-DMIS初級培訓(xùn)手冊.青島：海克斯康三坐標(biāo)，2014.

［5］任維良.孔類零件鍵槽對稱度的測量［J］.機械工程師，2010.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.019

康建勃（1978-），男，陜西乾縣人，本科，助理工程師，主要從事：長度測量。