平行軸傳動齒面接觸調整及創新設計研究

柴 希

（太原重工股份有限公司齒輪傳動分公司， 山西 太原 030024）

為了保證齒輪箱運轉過程均載、平穩，對齒輪嚙合精度提出比較高的要求，嚙合印痕是衡量齒輪加工、裝配質量檢驗的重要依據。齒輪箱裝配過程中，在相互嚙合的主動齒輪齒面涂軟膜嚙合油（見圖1），盤動主動輪轉動，觀察從動輪齒面的接觸狀況。根據接觸狀況確定齒輪箱嚙合狀態是否符合要求。羅太景[1-3]在其系列文章《齒輪傳動中的齒面接觸斑點分析及質量控制》、《齒輪表面波紋度的質量控制》、《齒輪齒廓形狀偏差的質量控制》中對齒輪接觸情況進行歸納總結并對各種現象產生的原因進行了分析，且從質量控制角度提出相應的控制措施，但對于已經生產制造到達裝配現場的產品未提出具體的解決措施，特別對于單件小仳生產的大、重型齒輪箱。

平行軸傳動是齒輪箱傳動的主要組成形式，通過現場實踐研究解決已進入裝配現場但嚙合接觸不符合要求狀況，應用創新設計對齒輪箱的結構進行局部優化。

圖1 齒輪嚙合接觸交檢

1 嚙合不良的常見形式及因果分析

齒輪嚙合精度不良常見的形式有游離接觸、對角接觸、扇形接觸、齒根齒頂局部接觸等四種接觸。

造成齒輪嚙合出現游離接觸（見圖2[1]）的根本原因是齒輪磨齒定位基位與齒輪裝配后的實際回轉軸線不垂直。一種原因是磨齒工藝規范不合理，另一種原因由裝配累積誤差產生。

圖2 游離接觸

造成齒輪嚙合對角接觸（見圖3）的根本原因是齒輪的齒向傾斜偏差超差，一種原因是齒輪磨齒過程中由于機床原因造成，另一種原因是由于箱體平行級軸線不平行所致。

圖3 對角接觸實例

扇形接觸（見圖4）是對角接觸的輕型表現。根本原因也是齒輪的齒向傾斜偏差超差（如下頁圖5齒向齒檢報告）。

圖4 扇形接觸

齒頂或齒根局部接觸（見下頁圖6）產生的根本原因是齒輪的齒形精度不滿足要求（如下頁圖7 齒形齒檢報告），根據圖7 齒形報告所示，與之嚙合的齒輪將產生齒根局部接觸現象出現。

圖5 齒向齒檢報告

圖6 齒頂或齒根局部接觸

圖7 齒形齒檢報告

分析可知，造成齒輪嚙合不良的形式及產生原因如下因果分析圖8 所示，主要有三大類：第一類齒形精度差，第二類齒輪磨齒基準端面與回轉軸線不垂直，第三類軸可歸納為齒向精度差包括線不平行、軸承游隙不一致、齒向傾斜偏差大。第二類和第三類均屬于形位公差范疇，均可在裝配過程中采用措施，進行調整。

圖8 齒輪嚙合不良因果分析圖

2 解決方案

第一類齒形精度差必須嚴格控制磨齒質量，否則裝配過程中產生的齒輪嚙合不良僅能通過返修消除。

第二類除了規范裝配操作確保齒輪磨齒基面與回轉軸徑垂直外，對于已經進入裝配現場的齒輪組件，在齒輪箱內打表檢測齒輪磨削定位基面的跳動，并作好記錄，然后對齒輪組件進行磨齒返修，返修過程中只能以圖9 打表記錄的實際值進行找正，此種方法比較適用于單件小批生產的齒輪箱。

圖9 齒輪基面跳動打表記錄

第三類除了嚴格控制箱體的的形位公差和齒輪的齒向精度外，對于已經進入裝配現場的齒輪箱，出現該種接觸的處理方法是通過測量，找出箱體軸線不平行的程度，比如應用三坐標檢，對于普通車間，可采用在軸承處墊紙的方法，將齒輪嚙合接觸調整至合理范圍內，然后通過測量所墊紙尺寸，換算為齒輪螺旋角的修角量（θ），修角量的計算方法見公式（1）。墊紙方法是解決該種接觸不良比較實用的方法，其綜合考慮了箱體軸線不平行、齒輪齒向傾斜精度差以及軸承游隙不一致，但是會增加二次磨齒，特別是對于已經裝配軸承或對磨齒有影響的其余組件會比較麻煩。該種裝配方法比較適用于單件小批生產的齒輪箱。

式中：a為墊紙的厚度；b為兩支撐軸承的中心距。

解決方案雖然可以解決齒輪箱裝配過程中出現的齒輪嚙合不良，但是均需要對相關齒輪進行返修，適應于單件小批生產方式，對于批量產品，從精益生產的角度看，造成極大的浪費。但是實現裝配過程的順利進行，如果無限提高齒輪和箱體的制造精度并加強質量控制，這樣操作一方面造成生產效率低下，另一方面經濟性差。如果可以從產品結構設計角度和制造工藝流程方面進行優化找出更合理的改善方案是比較理想的思路。

2.1 工藝流程創新

將傳統的齒輪箱制造工藝流程見下頁圖10，齒輪在磨齒后進入裝配，在總裝時會發生嚙合不良的情況。結合本文的因果分析，優化后的齒輪箱制造流程見圖11 所示，齒輪與軸進行裝配以后，再進行磨齒加工，完成后進入裝配，這樣就解決了因齒形和齒向精度差影響裝配質量的問題。

圖10 齒輪箱制造流程優化

圖11 優化后的齒輪箱制造流程

2.2 設計創新

設計創新的思路是自適應性，齒輪箱裝配時對箱體軸向不平行、齒向傾斜偏差具有比較靈活的調整量，調心是創新設計的出發點，因此得出初步方案一是軸承選型可以采用調心滾子軸承，方案二是增加偏心套（見圖12）。

3 結語

在齒輪箱內對齒輪磨齒基面打表找正返修齒輪和采用墊紙方法返修齒輪從實際操作的角度看，均可以改善齒面嚙合接觸不良現象，但從精益生產的思路采用制造工藝流程改進及采用選用調心滾子軸承或增加偏心套的方案，在不增加單個零件的制造精度要求下，同樣可以滿足齒輪箱的裝配精度要求，更具有實際的工程意義。

圖12 齒輪箱創新設計方案