直齿圆锥齿轮加工误差分析与齿向的折尺检测法

摘要：圆锥齿轮是圆锥破碎机的重要部件，传动功率大，轮齿受到大的抗弯力矩。因此，加工中有效的控制造成齿形误差、齿厚公差、周节差及齿向等误差，是减少齿轮失效的保证，从而提高齿轮啮合过程中的平稳性及接触精度。

关键词：直齿圆锥齿轮；轮齿失效；齿向；折尺；检测

前言

我公司承制生产的直齿圆锥齿轮，主要应用于圆锥破碎机设备。锥齿轮副按一定的传动比传递功率，带动圆锥破碎机中的竖轴、偏心套旋转，形成曲体对矿石物料的挤压作用，使矿石被破碎成规定要求的粒度。因此圆锥齿轮副是圆锥破碎机中重要的工件。在实际工作运行中，圆锥破碎机有时会发生一些不正常的现象：如设备噪音较大、齿面点蚀、齿面交合现象，严重情况会造成应力集中将轮齿折断，出现产品质量问题。上述情况，都是齿轮轮齿失效的形式。为了避免这些失效形式的发生，在加工锥齿轮时完善加工工艺手段及提供科学的检测工具和方法，做好生产过程加工误差控制是保证圆锥齿轮质量的关键。

1.直齿圆锥齿轮加工中的技术测量

圆锥齿轮在加工中，要满足图纸技术要求，采用有效的技术测量手段与标准的量具，有效的减少齿轮的各项加工误差。下面以一心直齿圆锥齿轮为例，对齿轮加工误差产生的原因进行分析。

1.1.直齿圆锥齿轮的结构简图

直齿圆锥齿轮由顶锥角δa，节锥角δ，根锥角δi，顶锥面A和背锥面B，节锥距L及大端直径，齿长L1等构成。

1.2.直齿圆锥齿轮的质量分析与检测

1.2.1.在车床上加工锥齿轮时，保证节锥距L的准确性是不容忽视的，经分析节锥距误差是由顶锥角和背锥角的误差产生的。从几何关系可知，背锥角应等于节锥角，当背锥角产生误差扩大时，制齿时节锥距会发生改变，加工的齿形会出现齿形误差。当顶锥角出现误差时，顶锥面母线不能与节锥距相交与一点，会使齿轮的大端或小端齿顶高产生误差，加工出的齿厚因测量位置的改变而造成齿形误差。

我们知道，齿轮的齿形误差对齿轮副啮合过程中会产生瞬时传动比变化，即齿轮的平稳性较差。因而有效的控制锥齿轮的顶锥角和背锥角是减小齿形误差的重要方面。

顶锥角和背锥角的测量应通过顶锥面和背锥面的夹角α、β进行测量的，由几何关系式得：α=90o-（δa-δ）；β=90o+（δa-δ）。

α角的测量工具可以用万能角度尺测量或专用的锥齿轮角度样板测量，是保证锥齿轮顶锥角和背锥角正确的方法。

1.2.2.制齿过程中，保证轮齿的等分性是非常重要的问题。如果轮齿出现不等分的现象，锥齿轮的周节就会超差。齿轮的周节差值越大，既是轮齿出现了大小牙，锥齿轮副工作的平稳性就越差，轮齿啮合忽快忽慢，形成运动瞬时冲击，从而轮齿表面极易产生点蚀和胶合现象。

控制锥齿轮的周节公差，通常我们使用切线式基节仪，以锥齿轮大端为基准逐齿的进行检测，满足基节的公差要求，保证轮齿等分精度。

1.2.3.锥齿轮制齿时，对齿厚的检测是必不可少的。因为齿厚的公差是根据制齿要求及装配关系和工作中产生高温等综合因素制定的，齿厚超差较大，齿轮副啮合过程中，轮齿间会产生冲击，噪音较大；齿厚没有进差，工作中有可能齿轮出现卡死现象。所有控制齿厚公差也是一项重要的检测内容。

齿厚公差测量，都是采用专用的齿轮游标卡尺，卡尺精度高及测量简单方便。

1.2.4.制齿过程中，锥齿轮的齿向的调整与检测是一项不容忽视的问题。如果齿向偏斜过大，可想而知，接触面积达不到要求，锥齿轮啮合时将形成轮齿的点接触，造成轮齿应力集中，工作时极易产生断齿现象。

由于实际生产对齿轮的齿向没有专用的检测工具，加之设备普遍没有对刀装置，通常情况下采用的是圆规划线法。

2.齿向检测方法

2.1.圆规划线法

划线步骤：

2.1.1.在伞轮大端（或小端）任选相邻三个阳牙，取适当长度a在两侧阳牙划线，交阳牙边线A、B和C、D；

2.1.2.确定⌒AB 、⌒CD 中点01和02，（划圆和阳牙边线相切）；

2.1.3.分别以01和02，适当长为半径划弧，交中间阳牙点为03；

2.1.4.以03为圆心，与一边相切圆半径长划图。

从以上划法可知，如果⊙3与两边都相切，说明齿向正确；如果⊙3与另一边相交或相离，说明齿向偏。

实际生产中齿轮用划线法检测齿向一般需要取2～4处，故繁琐、耗时。

为了解决齿向检测繁琐问题，根据顶锥面和背锥面均由两个正圆锥构成的特点，我们采用一副折尺检测直齿伞轮齿向，既方便、快捷，又准确，使用效果很好。

2.2.直齿伞轮齿向折尺检测法

2.2.1.折尺构造

折尺由长边直尺和短边直尺铆合而成，采用45号淬火（HRC32～42，经平磨，线切割等工序制成，工艺要求长、短直尺20尺寸对贴合面要保证垂直，粗糙度不低于Ra3.2；铆合适度，折叠自如（折尺长短边的长度根据加工产品确定）。

2.2.2.检测原理

我们知道当圆锥轴截面通过圆锥轴线时，其截面为等腰三角形，两腰即是圆锥母线；当圆锥轴向截面不通过圆锥轴线时，有两种情况：

2.2.2.1.轴截面与轴线平行时，其截面是抛物线；

2.2.2.2.轴截面与轴线不平行时，其截面是椭圆。

根据圆锥体这一特点，检测原理如下所示：

将折尺的长边直尺贴合面侧与顶锥的阳牙顶线对齐，即AB重合，轻轻转折短边直尺与背锥贴合，这时透过光隙有两种情况发生。

2.2.2.3.若短折尺与背锥接触无光隙，说明齿向正确，即AC重合。

2.2.2.4.若短折尺与背锥接触的上端和下端有光隙，说明齿向偏差过大，即AC未重合。3.结束语

通过对锥齿轮加工中的问题分析得出结论，降低齿轮副三个精度等级的原因，主要产生于生产制造过程，而齿轮检测工具与手段是非常重要的，对于锥齿轮加工单分齿这一特点，用基节仪控制齿距积累公差，用万能角度尺或样板间接控制顶锥角和节锥角；用折尺控制齿向。实践证明通过这些检测工具在生产锥齿轮过程中，有效地减少了各项误差，保证齿轮的精度。

参考文献：

[1]唐敬修. 渐开线圆柱齿轮的测量[M]. 机械工业出版社. 1984.2

[2]张鸿源. 圆锥齿轮的测量[M]. 中国计量出版社. 1983.1

[3]铣工技术[M]. 国防工业出版社. 铣工技术编写组. 1973.2

[4]机械检查工必读[M]. 机械工业出版社. 天津市第一工业局主编.

作者简介：

薛世奎（1955-），男，汉族，工程师，长期从事机械施工方面工作。