趙亞洲，彭友泉，劉冰

( 益陽(yáng)橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司，湖南 益陽(yáng) 413000)

直齒錐齒輪是重要的機(jī)械零部件，它的主要作用和一般圓柱齒輪一樣，都是通過(guò)齒輪齒形輪廓的相互嚙合來(lái)傳遞扭矩。相比直齒圓柱齒輪，錐齒輪有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：①錐齒輪安裝軸可以是任意0°～90°夾角；②錐齒輪相比于圓柱直齒輪運(yùn)行更平穩(wěn)且傳遞扭矩也更大；③直齒錐齒輪的模數(shù)從全齒寬的一端到另一端是變化的。直齒錐齒輪也是成對(duì)使用的，在針對(duì)齒輪零部件進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，有一些檢測(cè)參數(shù)要求是針對(duì)齒輪單件進(jìn)行檢測(cè)的，像齒高、公法線(xiàn)長(zhǎng)度、弦齒厚等等，而有另外一些參數(shù)我們必須在齒輪配對(duì)相互嚙合時(shí)才能進(jìn)行檢測(cè)，像分錐角檢測(cè)、軸交角檢測(cè)，接觸斑點(diǎn)檢測(cè)、齒面?zhèn)认稒z測(cè)以及齒頂間隙檢測(cè)等等。配對(duì)的齒輪如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)配對(duì)檢查就裝配在產(chǎn)品上的話(huà)，一旦發(fā)現(xiàn)齒面嚙合有問(wèn)題的話(huà)，拆卸就比較繁瑣了，因?yàn)橐话阒饼X錐齒輪和相配套的傳動(dòng)軸都是過(guò)盈配合或者過(guò)渡配合通過(guò)熱裝或者冷裝裝配在一起的,配合比較緊湊，二次拆卸比較麻煩。所以這就要求我們?cè)O(shè)計(jì)一種用于錐齒輪嚙合的工裝，來(lái)對(duì)齒輪嚙合情況下的檢測(cè)要素提前進(jìn)行檢查。

1 產(chǎn)品介紹

我公司是國(guó)內(nèi)主要的橡膠塑料機(jī)械生產(chǎn)廠(chǎng)家之一，包含密煉機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)、平板硫化機(jī)、輪胎硫化機(jī)等等。這里我們研究的對(duì)象就是雙螺桿擠出機(jī)上的主要傳動(dòng)零部件，同步錐齒輪, 具體型號(hào)為416單掛雙錐雙螺桿擠出機(jī)。如圖1 所示，它屬于等頂隙直齒錐齒輪，齒數(shù)48 個(gè)，壓力角20°，分錐角7°，大端模數(shù)為20 mm，設(shè)計(jì)公法線(xiàn)長(zhǎng)度338.14 mm，裝配側(cè)隙0.5 mm。我們?cè)趯?shí)際的裝配過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)這樣的情況，兩個(gè)配合的錐齒輪在裝配以后，用塞尺檢查嚙合面與非嚙合面?zhèn)认稌r(shí)，發(fā)現(xiàn)錐齒輪大端的側(cè)隙和錐齒輪小端的側(cè)隙不一樣，而且差異比較大。因此當(dāng)齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)，在齒寬方向上不能充分接觸，接觸斑點(diǎn)比設(shè)計(jì)要求的要小。這就會(huì)造成配合錐齒輪齒面磨損會(huì)不一樣，接觸部分磨損會(huì)加劇，而沒(méi)有接觸的地方則不會(huì)磨損或者輕微磨損，嚴(yán)重影響錐齒輪傳動(dòng)效果和工作壽命。而對(duì)于這種影響裝配質(zhì)量的問(wèn)題，我們單靠單件的錐齒輪質(zhì)量檢查是不能把所有不合格項(xiàng)排除在裝配環(huán)節(jié)之外的，而且一旦不合格的錐齒輪裝在產(chǎn)品上的話(huà)，想要把錐齒輪拆卸下來(lái)對(duì)裝配工人來(lái)說(shuō)是比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力的，而且容易損傷調(diào)心滾子軸承或者傳動(dòng)軸，這就是我們?cè)O(shè)計(jì)錐齒輪嚙合工裝的緣由。

圖1 錐齒輪示意圖

2 工裝結(jié)構(gòu)

文中設(shè)計(jì)錐齒輪嚙合工裝如圖2、圖3 所示：

圖2 工裝三維設(shè)計(jì)示意圖

圖3 工裝平面設(shè)計(jì)示意圖

3 工裝操作步驟

（1）安裝錐齒輪前先把固定塊恢復(fù)至水平狀態(tài)。

（2）安裝錐齒輪( 序號(hào)16)。這里需要注意，安裝前錐齒輪內(nèi)孔配合面需要涂抹潤(rùn)滑油；另外，作為檢測(cè)工裝，這里我們要把安裝軸外徑與錐齒輪內(nèi)孔配合尺寸由圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的過(guò)盈或者過(guò)渡配合修改為間隙配合，要適當(dāng)減小安裝軸外徑尺寸。這些步驟都有助于我們順利安裝、拆卸錐齒輪。

（3）安裝鍵（序號(hào)15），以便固定錐齒輪與安裝軸，防止單個(gè)錐齒輪繞安裝軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。

（4）檢查預(yù)緊安裝軸尾部的圓螺母（序號(hào)10）防止工裝下面定位用的調(diào)心滾子軸承內(nèi)外圈裝配松動(dòng)。

（5）按照錐齒輪圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的分錐角，通過(guò)調(diào)節(jié)支撐螺栓（序號(hào)9）帶動(dòng)固定塊（序號(hào)7）繞銷(xiāo)軸（序號(hào)5）轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)分錐角。當(dāng)分錐角為0° 時(shí)，就可以配對(duì)檢查直齒圓柱齒輪。

（6）沿導(dǎo)軌移動(dòng)支架（序號(hào)6）使兩個(gè)錐齒輪順利嚙合在一起。

（7）鎖死鎖緊滑塊（序號(hào)3），使支架固定，防止出現(xiàn)支架沿導(dǎo)軌（2）橫向進(jìn)行位移。

（8）通過(guò)安裝軸（序號(hào)14）端面的六角扳手內(nèi)孔，兩個(gè)嚙合的齒輪可以輕松實(shí)現(xiàn)手動(dòng)繞軸嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)。

4 主要參數(shù)以及應(yīng)用范圍

（1）整機(jī)尺寸：2 000 mm×1 020 mm×1 300 mm

（2）工裝應(yīng)用范圍：直齒圓柱齒輪、直齒錐齒輪

（3）工裝可調(diào)節(jié)的分錐角范圍：0～20°

（4）齒輪直徑范圍：Ф800～Ф1 200

（5）承受最大齒輪重量：5 t/ 件

5 錐齒輪嚙合檢測(cè)分析

直齒錐齒輪嚙合，除去齒形這個(gè)因素以外，它主要受兩個(gè)參數(shù)的影響一個(gè)是錐距，另一個(gè)重要參數(shù)就是分錐角。錐距決定了嚙合的一對(duì)錐齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的位置，它就像是圓柱齒輪的中心距參數(shù)一樣，所不一樣的是圓柱齒輪中心相互平行，而錐齒輪中心形成一定夾角。錐距是設(shè)計(jì)賦予的參數(shù)值，我們可以通過(guò)調(diào)整錐距來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)整嚙合齒面的側(cè)隙，往錐齒輪小端方向移動(dòng)，側(cè)隙變小，反之則側(cè)隙變大，但是這僅僅實(shí)在兩個(gè)錐齒輪分錐角一致的情況下才可以起到調(diào)節(jié)齒輪嚙合側(cè)隙的作用，如果配對(duì)的錐齒輪分錐角不一致，那通過(guò)調(diào)整錐距來(lái)調(diào)節(jié)齒面?zhèn)认兜淖饔脤⑾?。分錐角就是反應(yīng)錐齒輪中心與分度圓直線(xiàn)夾角的參數(shù)，它直接決定了兩個(gè)已知錐齒輪齒面接觸斑點(diǎn)面積的大小，從而決定了嚙合面?zhèn)鬟f動(dòng)力的好壞。實(shí)踐表明，分錐角在錐齒輪裝配過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)以下四種情況；

第一種，理想狀態(tài)下的錐齒輪嚙合，如圖4 所示兩個(gè)錐齒輪分度圓直線(xiàn)會(huì)重合，齒面?zhèn)认锻耆?，齒面嚙合面和非嚙合面?zhèn)认抖际橇?。這一種情況在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到加工誤差的存在以及嚙合齒在零側(cè)隙情況下容易卡死的情況，基本不會(huì)采用這種情況。

圖4 理想狀態(tài)下錐齒輪嚙合示意圖

第二種，平行狀態(tài)下錐齒輪嚙合，如圖5 所示。它指的是齒輪嚙合面?zhèn)认肚昂蠖紴榱?，而非嚙合面留有一定?cè)隙值且錐齒輪沿齒寬方向前后位置側(cè)隙值相等。具體側(cè)隙值是由設(shè)計(jì)者根據(jù)齒輪自身的加工精度等級(jí)以及使用工況決定。如果錐齒輪實(shí)際配對(duì)測(cè)出的側(cè)隙值比設(shè)計(jì)要求的大，那就說(shuō)明兩個(gè)齒輪需要沿軸向項(xiàng)里移動(dòng)一定距離；反之如果測(cè)出的側(cè)隙值比設(shè)計(jì)要求的小，那兩個(gè)齒輪需要沿軸向位置向外移動(dòng)一定距離。這種距離調(diào)整一般我們都是通過(guò)調(diào)整錐齒輪前后位置安裝的兩個(gè)定距套寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

圖5 平行狀態(tài)下錐齒輪嚙合狀態(tài)示意圖

第三種，分錐角偏大情況下錐齒輪嚙合狀態(tài)，如圖6 所示。此種狀態(tài)下，我們用塞尺測(cè)量的錐齒輪小端側(cè)隙值要小于錐齒輪大端的側(cè)隙值，且大端齒側(cè)嚙合面和非嚙合面?zhèn)认吨刀疾粸榱恪＿@就說(shuō)明了這樣的配對(duì)錐齒輪嚙合情況根本就不理想，只有錐齒輪小端一部分齒面能有效傳遞動(dòng)力，這必將導(dǎo)致接觸部分齒面磨損加劇，大大降低錐齒輪使用壽命，且運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)不規(guī)律的錐齒輪嚙合異響。一旦出現(xiàn)這種情況，錐齒輪只能直接報(bào)廢處理，或?qū)τ诓糠謧?cè)隙值偏差不大的可以人為進(jìn)行修配，然后作為次品進(jìn)行降級(jí)使用。

圖6 分錐角偏大狀態(tài)下錐齒輪嚙合狀態(tài)示意圖

第四種，分錐角偏小情況下錐齒輪嚙合狀態(tài)，如圖7 所示。此種狀態(tài)剛好和前面一種情況相反，我們用塞尺測(cè)量的錐齒輪小端側(cè)隙值要大于錐齒輪大端側(cè)隙值，且小端齒側(cè)嚙合面和非嚙合面?zhèn)认吨刀疾粸榱?。這就說(shuō)明只有錐齒輪大端一部分齒面是正常接觸的，這同樣會(huì)造成和圖6 所示情況一樣的問(wèn)題，處理方式也可參照第三種進(jìn)行處理。

圖7 分錐角偏小狀態(tài)下錐齒輪嚙合狀態(tài)示意圖

6 總結(jié)

齒輪配對(duì)嚙合檢查是非常有必要的，它的結(jié)果不能直接反映齒輪加工過(guò)程中某一單項(xiàng)質(zhì)量要求合格與否，它只是對(duì)齒輪嚙合的裝配質(zhì)量的檢驗(yàn)。錐齒輪嚙合檢測(cè)除去受齒形本身直接影響之外，主要就是受錐距和分錐角的影響。齒形我們可以通過(guò)齒形樣板進(jìn)行單件檢查排除；錐距是設(shè)計(jì)賦予的定值，一旦確定就不對(duì)錐齒輪本身產(chǎn)生任何影響；剩下的只有分錐角這一個(gè)決定決定因素了。我們分度圓是一個(gè)虛擬的圓，在實(shí)踐當(dāng)中很難測(cè)出其具體尺寸，更不要說(shuō)是建立在分度圓基礎(chǔ)上的分錐角了。這個(gè)工裝不但能幫助我們?cè)谡窖b配前檢測(cè)出兩個(gè)錐齒輪嚙合的齒面?zhèn)认洞笮?，還可以根據(jù)實(shí)際測(cè)得側(cè)面間隙值大小計(jì)算并調(diào)整錐齒輪截距，以達(dá)到理想的齒輪嚙合狀態(tài)。