直齒圓錐齒輪檢測項目及常用檢測方法

楊引鋒，許利利，宋 丹

（中國航發(fā)西安動力控制科技有限公司，陜西 西安 710077）

齒輪傳動是機械傳動中最常見的一種，直齒圓錐齒輪傳動一般用于輕載、低速場合，用來傳遞兩相交軸之間的運動和動力的，它的輪齒是沿著圓錐表面的素線切出的[1]。直齒圓錐齒輪與圓柱齒輪相比，能夠改變傳動方向，被應用于航空發(fā)動機燃油泵及其附件中，然而直齒圓錐齒輪的制造精度及其檢測項目成為我們關注的問題，本文就此進行了歸納與總結。

1 圓錐齒輪的概念及基本參數(shù)

圓錐齒輪又叫傘齒輪，用于傳遞兩個相交軸（常用的軸交角為90°）或不平行和不相交軸線直徑的回轉運動，從輪齒形狀上可分為直齒、斜齒和螺旋齒等圓錐齒輪。與圓柱齒輪相比，能夠改變傳動方向，單級傳動比可達到6 級，主要用于相交軸間的傳動，但噪聲較大，用于低速傳動。直齒圓錐齒輪的輪齒是做在圓錐面上的，這樣每個輪齒兩端的大小就不一樣，越靠近錐頂輪齒越小，越遠離錐頂輪齒越大。目前，我們接觸到的圓錐齒輪均為直齒圓錐齒輪，如圖1 所示。然而工藝過程對加工參數(shù)及檢測項目如果沒有統(tǒng)一規(guī)范要求，工作中需要反復查詢，造成不便及資源浪費[2]。

在圓錐齒輪的設計、制造和檢測過程中，通常把圓錐齒輪按背錐展開所得的齒扇，近似地看做漸開線圓柱齒輪，稱為圓錐齒輪的當量圓柱齒輪。當齒輪的齒數(shù)較多時，其背錐上的理論齒形接近于當量圓柱齒輪的漸開線齒形。

圖1 直齒圓錐齒輪

表1 圓錐齒輪基本參數(shù)

當量齒頂圓半徑Ra＇—背錐頂點至大端齒頂端點的距離；當量分度圓半徑r＇—背錐頂點至大端齒形中部分度圓的交點間的距離；當量基圓半徑rb＇—當量齒輪的基圓半徑；安裝距K—分度圓錐頂點至支撐端面的距離；分度圓錐母線長L—分度圓錐頂點到背錐面的垂直距離；齒頂角ra—軸向截面上，分度圓錐母線與齒頂圓錐母線的夾角；齒根角rf—軸向截面上，分度圓錐母線與齒根圓錐母線的夾角；背錐角—垂直于分度圓錐母線的另一圓錐母線與軸線的夾角;頂圓錐角a—軸線與頂圓錐母線的夾角;分度圓錐角f—軸線與分度圓錐母線的夾角。

2 直齒圓錐齒輪的測量項目

測量要素的選擇取決于測量目的。在生產過程中，測量工作有兩類目的，一是為了判定齒輪的精度和使用質量，分辨合格與否或進行精度分類，這類測量稱作最終測量或驗收測量。二是為了查明工藝過程中誤差產生的原因，通過測量齒輪某些要求的誤差值來調整工藝過程，或通過測量切齒工具和設備評定它們的精度，以改進加工方法、固化工藝過程及參數(shù)，這類測量稱為工藝測量。根據(jù)直齒圓錐齒輪的精度要求來選擇測量的項目，我單位用的直齒圓錐齒輪精度等級一般選用7 級精度，根據(jù)7 級精度的要求，歸納了需要測量的項目分別為齒距累積偏差及齒距偏差（Fp、fpt）、齒圈跳動的測量（Fr）、齒形的測量（Ff）、齒向的測量（Fβ）。

2.1 齒距累積偏差及齒距偏差（Fp、fpt）

圓錐齒輪的齒距累積偏差是評定其運動準確性的主要項目，它是在通過齒長與齒高中部附近，以齒輪旋轉軸心線為圓心的圓周上，任意兩個同側齒廓相互位置的最大誤差。而齒距偏差是在通過齒長與齒高中部以齒輪旋轉軸線為圓心的圓周上，齒距的實際值與平均值之差。用以評定圓錐齒輪的工作平穩(wěn)性精度。

齒距偏差的測量方法有相對法和絕對法，相對法測量時，有萬能測齒儀、齒輪測量儀等；絕對法測量時有光學分度頭、萬能工具顯微鏡等，我們比較常用的就是萬能工具顯微鏡（如圖2所示）。

被測齒輪安置于帶有分度筒的頂尖1 件，靈敏杠桿測頭2 在齒長中部插入齒槽內大致接觸于分度圓處的齒面上。調整目鏡4 使水平虛線位于雙刻線3 中間，記下縱橫讀數(shù)（L、b1），然后縱向退出測頭，按360°/Z 的度數(shù)轉一角度，使測頭縱向移至L 值，橫向調整雙刻線居中得橫向讀數(shù)b2，按同樣方法逐齒測得b3,b4,…，bn，所b 值中的最大、最小之差即為齒距累積偏差。

圖2 萬能工具顯微鏡結構

2.2 齒圈跳動的測量（Fr）

齒圈跳動是由齒輪工作軸線上任意點到節(jié)圓錐表面距離的最大差值。可用萬能測齒儀，徑向跳動儀測量。我們較常用的方法是用徑向跳動儀進行測量（如圖3），測量時必須將被測齒輪或測頭傾斜一個節(jié)錐角，使測頭垂直于節(jié)圓錐的母線。

2.3 齒形的測量（Ff）

圓錐齒輪的齒廓也是漸開線的一部分，這是它和圓柱齒輪相同的地方，其不同地方是它為一球面漸開線。其齒廓可近似地認為是背錐面展成的圓的漸開線，可在其大端背錐面上測量。

圖3 圓錐齒輪測量

齒形的測量方法有用錐齒輪球面漸開線檢查儀測量、用專用芯軸在漸開線檢查儀上測量、在投影儀上用影像比較法測量，在萬能工具顯微鏡上用坐標法測量。

我們較常用的是在萬能工具顯微鏡上用坐標法測量，即測量弦齒高和弦齒厚來確定齒形誤差，測量時必須用專用夾具或者正弦夾具（如圖4）將背錐面的母線之一調整在水平平面內，并轉動齒輪，使被測齒輪輪齒對稱地位于在垂直平面內齒輪軸線的兩側，這時，可以按相鄰相對兩齒的齒面或齒頂來調整。為了測量輪齒左右齒面的齒形誤差，可采用以齒頂圓和在垂直平面內齒輪軸線為測量起點，測量相應于弦齒高hx 及弦齒厚Sx 的坐標尺寸yx 及xx。測量結果Xa＇與理論計算出的Xa 之差即a 點的齒形誤差。整個齒面上的齒形誤差為各點齒形誤差正負最大值之和。

圖4 a 專用夾具圖

圖4 b 正弦夾具

2.4 齒向的測量（Fβ）

圓錐齒輪的齒向誤差是指在齒全長上形成齒側表面實際方向與公稱方向的最大偏差。通常在萬能工具顯微鏡上進行測量，方法有兩種。

圖5 回轉夾具測量齒向

（1）回轉夾具測量法。測量前將（如圖5）專用夾具安裝在儀器工作臺上，校正夾具的中心位置，使夾具上安置圓錐齒輪軸的中心線與儀器目鏡分劃板的水平或垂直虛線平行，并記下中心位置的坐標值。然后將錐齒輪裝在夾具上，按其外錐面調整夾具的回轉角度，使齒頂面與顯微鏡光軸垂直，調整物鏡焦距直至齒頂面呈現(xiàn)清晰影像。測量時用于轉動齒輪，使齒頂面一邊與目鏡顯微鏡中的虛刻線重合，其不重合度即為齒向偏差。測量時應在齒輪上相隔90°方向對不少于四個輪齒的左右兩面進行測量，取最大值作為該齒輪的齒向偏差。

（2）反射光測量法。測量時將被測圓錐齒輪置于兩頂尖間（如圖6）。先將物鏡調整在頂尖中心線上，固定橫向托架。轉動齒輪使輪齒頂邊一側的A1 點與目鏡分劃板中水平虛線相切，移動縱向托架使輪齒大端處于物鏡視野內。然后轉動物鏡升降微調裝置使物鏡上升，直至使B1 點影像清晰為止。若B1 點與目鏡中水平虛線相切，則齒向是正確的。若不相切，則要橫向移動托架使其相切。橫向移動的數(shù)值即為該側齒面的齒向偏差。用同樣方法側的另一側面的齒向偏差。一般應在不少于齒輪圓周相隔90°方向的四個位置進行測量，從中選取最大值為齒向偏差。

圖6 反射光測量齒向

3 結語

通過對直齒圓錐齒輪的測量目的及測量項目的分析及檢測方法的歸納總結，針對不同的目的確定了檢測項目，為工程技術人員在編制工藝規(guī)范時提供了方便，特別是以工藝測量為目的時，為查明工藝過程中誤差產生的原因，通過測量齒輪某些要求的誤差值來調整工藝過程，或通過測量切齒工具和設備評定它們的精度，以改進加工方法、固化工藝過程及參數(shù)提供了數(shù)據(jù)支持。