楊引鋒，許利利，宋 丹

（中國(guó)航發(fā)西安動(dòng)力控制科技有限公司，陜西 西安 710077）

齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最常見的一種，直齒圓錐齒輪傳動(dòng)一般用于輕載、低速場(chǎng)合，用來傳遞兩相交軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)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(dòng)方向，被應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(cè)項(xiàng)目成為我們關(guān)注的問題，本文就此進(jìn)行了歸納與總結(jié)。

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(gè)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(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，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(dòng)方向，單級(jí)傳動(dòng)比可達(dá)到6 級(jí)，主要用于相交軸間的傳動(dòng)，但噪聲較大，用于低速傳動(dòng)。直齒圓錐齒輪的輪齒是做在圓錐面上的，這樣每個(gè)輪齒兩端的大小就不一樣，越靠近錐頂輪齒越小，越遠(yuǎn)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(duì)加工參數(shù)及檢測(cè)項(xiàng)目如果沒有統(tǒng)一規(guī)范要求，工作中需要反復(fù)查詢，造成不便及資源浪費(fèi)[2]。

在圓錐齒輪的設(shè)計(jì)、制造和檢測(cè)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(dāng)量圓柱齒輪。當(dāng)齒輪的齒數(shù)較多時(shí)，其背錐上的理論齒形接近于當(dāng)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(dāng)量齒頂圓半徑Ra＇—背錐頂點(diǎn)至大端齒頂端點(diǎn)的距離；當(dāng)量分度圓半徑r＇—背錐頂點(diǎn)至大端齒形中部分度圓的交點(diǎn)間的距離；當(dāng)量基圓半徑rb＇—當(dāng)量齒輪的基圓半徑；安裝距K—分度圓錐頂點(diǎn)至支撐端面的距離；分度圓錐母線長(zhǎng)L—分度圓錐頂點(diǎn)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(cè)量項(xiàng)目

測(cè)量要素的選擇取決于測(cè)量目的。在生產(chǎn)過程中，測(cè)量工作有兩類目的，一是為了判定齒輪的精度和使用質(zhì)量，分辨合格與否或進(jìn)行精度分類，這類測(cè)量稱作最終測(cè)量或驗(yàn)收測(cè)量。二是為了查明工藝過程中誤差產(chǎn)生的原因，通過測(cè)量齒輪某些要求的誤差值來調(diào)整工藝過程，或通過測(cè)量切齒工具和設(shè)備評(píng)定它們的精度，以改進(jìn)加工方法、固化工藝過程及參數(shù)，這類測(cè)量稱為工藝測(cè)量。根據(jù)直齒圓錐齒輪的精度要求來選擇測(cè)量的項(xiàng)目，我單位用的直齒圓錐齒輪精度等級(jí)一般選用7 級(jí)精度，根據(jù)7 級(jí)精度的要求，歸納了需要測(cè)量的項(xiàng)目分別為齒距累積偏差及齒距偏差（Fp、fpt）、齒圈跳動(dòng)的測(cè)量（Fr）、齒形的測(cè)量（Ff）、齒向的測(cè)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(píng)定其運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性的主要項(xiàng)目，它是在通過齒長(zhǎng)與齒高中部附近，以齒輪旋轉(zhuǎn)軸心線為圓心的圓周上，任意兩個(gè)同側(cè)齒廓相互位置的最大誤差。而齒距偏差是在通過齒長(zhǎng)與齒高中部以齒輪旋轉(zhuǎn)軸線為圓心的圓周上，齒距的實(shí)際值與平均值之差。用以評(píng)定圓錐齒輪的工作平穩(wěn)性精度。

齒距偏差的測(cè)量方法有相對(duì)法和絕對(duì)法，相對(duì)法測(cè)量時(shí)，有萬能測(cè)齒儀、齒輪測(cè)量?jī)x等；絕對(duì)法測(cè)量時(shí)有光學(xué)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(cè)齒輪安置于帶有分度筒的頂尖1 件，靈敏杠桿測(cè)頭2 在齒長(zhǎng)中部插入齒槽內(nèi)大致接觸于分度圓處的齒面上。調(diào)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(cè)頭，按360°/Z 的度數(shù)轉(zhuǎn)一角度，使測(cè)頭縱向移至L 值，橫向調(diào)整雙刻線居中得橫向讀數(shù)b2，按同樣方法逐齒測(cè)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(jié)構(gòu)

2.2 齒圈跳動(dòng)的測(cè)量（Fr）

齒圈跳動(dòng)是由齒輪工作軸線上任意點(diǎn)到節(jié)圓錐表面距離的最大差值?？捎萌f能測(cè)齒儀，徑向跳動(dòng)儀測(cè)量。我們較常用的方法是用徑向跳動(dòng)儀進(jìn)行測(cè)量（如圖3），測(cè)量時(shí)必須將被測(cè)齒輪或測(cè)頭傾斜一個(gè)節(jié)錐角，使測(cè)頭垂直于節(jié)圓錐的母線。

2.3 齒形的測(cè)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(rèn)為是背錐面展成的圓的漸開線，可在其大端背錐面上測(cè)量。

圖3 圓錐齒輪測(cè)量

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

我們較常用的是在萬能工具顯微鏡上用坐標(biāo)法測(cè)量，即測(cè)量弦齒高和弦齒厚來確定齒形誤差，測(cè)量時(shí)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(diào)整在水平平面內(nèi)，并轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪，使被測(cè)齒輪輪齒對(duì)稱地位于在垂直平面內(nèi)齒輪軸線的兩側(cè)，這時(shí)，可以按相鄰相對(duì)兩齒的齒面或齒頂來調(diào)整。為了測(cè)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(nèi)齒輪軸線為測(cè)量起點(diǎn)，測(cè)量相應(yīng)于弦齒高h(yuǎn)x 及弦齒厚Sx 的坐標(biāo)尺寸yx 及xx。測(cè)量結(jié)果Xa＇與理論計(jì)算出的Xa 之差即a 點(diǎn)的齒形誤差。整個(gè)齒面上的齒形誤差為各點(diǎn)齒形誤差正負(fù)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(cè)量（Fβ）

圓錐齒輪的齒向誤差是指在齒全長(zhǎng)上形成齒側(cè)表面實(shí)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(jìn)行測(cè)量，方法有兩種。

圖5 回轉(zhuǎn)夾具測(cè)量齒向

（1）回轉(zhuǎn)夾具測(cè)量法。測(cè)量前將（如圖5）專用夾具安裝在儀器工作臺(tái)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(biāo)值。然后將錐齒輪裝在夾具上，按其外錐面調(diào)整夾具的回轉(zhuǎn)角度，使齒頂面與顯微鏡光軸垂直，調(diào)整物鏡焦距直至齒頂面呈現(xiàn)清晰影像。測(cè)量時(shí)用于轉(zhuǎn)動(dòng)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(cè)量時(shí)應(yīng)在齒輪上相隔90°方向?qū)Σ簧儆谒膫€(gè)輪齒的左右兩面進(jìn)行測(cè)量，取最大值作為該齒輪的齒向偏差。

（2）反射光測(cè)量法。測(cè)量時(shí)將被測(cè)圓錐齒輪置于兩頂尖間（如圖6）。先將物鏡調(diào)整在頂尖中心線上，固定橫向托架。轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪使輪齒頂邊一側(cè)的A1 點(diǎn)與目鏡分劃板中水平虛線相切，移動(dòng)縱向托架使輪齒大端處于物鏡視野內(nèi)。然后轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡升降微調(diào)裝置使物鏡上升，直至使B1 點(diǎn)影像清晰為止。若B1 點(diǎn)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(dòng)托架使其相切。橫向移動(dòng)的數(shù)值即為該側(cè)齒面的齒向偏差。用同樣方法側(cè)的另一側(cè)面的齒向偏差。一般應(yīng)在不少于齒輪圓周相隔90°方向的四個(gè)位置進(jìn)行測(cè)量，從中選取最大值為齒向偏差。

圖6 反射光測(cè)量齒向

3 結(jié)語

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