浅谈蜗杆参数的测量及应用

汪长春

【摘要】本文简要阐述了蜗杆参数的一些测量方法，其中侧重论述利用Leitz三坐标测量机进行三坐标测量的方法，实现对蜗杆参数的测量应用，其中包括蜗杆压力角、齿厚、跳动等参数的测量，以及将测量数据应用于蜗杆实际加工过程中，提升了蜗杆的加工装配质量。

【关键词】三坐标测量机测量；蜗杆；压力角齿厚

中图分类号：TH124，文献标识码：A

一、前 言

蜗杆和蜗轮作为蜗轮箱的关键零件，其加工和装配精度直接影响到蜗轮箱的工作性能。蜗轮箱在平地机上是用于驱动工作装置回转，以达到调整刀板在水平面上的角度。当平地机工作时刀板会受到地面的冲击，地面产生的冲击力将传递至蜗轮箱，由于蜗轮和蜗杆的自锁特性会使蜗轮和蜗杆承受较大冲击力，从而容易出现蜗杆等零件损坏。因此，研发及质量部门对其加工和测量均有较高的要求。

二、测量方法

目前我公司蜗轮箱产品所使用蜗杆是最常用的阿基米德圆柱蜗杆（ZA型），在生产过程中需要对其参数进行精确测量。为了准确地测量蜗杆压力角、齿厚以及跳动等参数，检验人员曾经实验了多种的测量方法，在测量过程中使用了包括卡板、厚度卡尺、万能角度尺、偏摆仪、影像仪以及三坐标测量机等测量工具。经过反复的测试和分析比对，最终确定利用三坐标测量机，通过编写测量程序实现了对蜗杆参数的测量。

2.1卡板法

该测量方法分为两种：即多齿法和单齿法，用相应角度的齿形卡板进行直接测量，测量时可通过肉眼观察卡板测量面与齿面接触的光隙情况，作出简单的定性判断。由于受导程角及卡板自身结构等的影响，经现场试测，其中多齿法测量基本不可靠；单齿法，对于不同的测量位置，可观察到的光隙情况也不稳定，仅能用于现场简单控制，其应用意义不大。

2.2卡尺法

该方法通过使用万能角度尺及测厚卡尺等实现对压力角和齿厚的测量。测量压力角时，

使用万能角度尺的一边顺着轴截面与蜗杆面接触，保持刀口尺与齿面紧密贴合。由于受蜗杆的导程角及曲面等因素的影响，其测量结果不稳定。用齿厚卡尺测量蜗杆法向齿厚时，首先根据图纸要求调整卡尺的测量高度，然后用测厚卡尺在蜗杆的齿顶圆柱上沿轴向分别测量单齿和相邻两齿的长度，单齿的长度即为齿厚，再用相邻两齿轮的长度减去单齿的长度可得到齿距。为了精确测量，建议多测几个齿，将所测得的数据计算平均值。

2.3影像法

该方法通过使用影像仪将蜗杆的齿面轮廓、外圆柱边缘进行投影，利用测量软件计算出轮廓投影线与外圆柱边缘投影线的夹角，同时通过软件将轴线按分度圆半径值平行偏移构造一条虚线，该虚线与各齿的齿廓投影线相交，计算单齿两侧相交点的距离即为齿厚，进一步再计算出齿厚。该测量方法由于受蜗杆装夹及轮廓成像质量等因素影响，其测量的重复性较差。

2.4三坐标法

通过对以上几种测量方法的实验分析，发现测量不准确的原因，主要是由于蜗杆复杂螺旋空间曲面的特殊结构，加上测量方法自身的局限性，导致以上几种测量方法均不能满足蜗杆参数的测量要求。为了真实准确地测量蜗杆的参数，对蜗杆的设计、加工及装配进行了详细的分析，最终确定采用三坐标测量方法，较好地解决了蜗杆参数的测量问题。具体的测量思路方案：利用德国leitz三坐标测量机的QUINDOS软件，编写专用的测量程序实现测量。由于蜗杆导程角及曲面等特殊性，为了保证测量及计算评价的准确性，在程序设计过程中主要做了以下一些特殊处理：1）以蜗杆两端圆柱的轴线作为Y轴建立工件坐标，将该工件坐标系Y轴旋转相应的导程角，建立新的工件坐标系；2）在确保机器采点沿着ZX面采点的同时，为了准确测量压力角、齿厚等参数，根据理论压力角及测针直径等参数计算出准确的采点位置；3）根据先前计算的理论位置自动采点，计算采点实际位置；4）采点位置修正：即测量压力角时，各点X坐标值保持一致为0。测量齿厚时，X坐标值为0，Z坐标值为齿厚的理论高度；5）开始精确自动测量，根据检测要求自动计算评价打印出压力角、齿厚（也可计算出法向齿厚）、齿距以及跳动等蜗杆参数。整个测量过程在零件装夹好后，可实现全程自动测量，保证了测量结果的精确可靠。

三、加工调整

3.1数据分析

依据三坐标检测数据分析，其中齿厚、压力角的测量数据有一定的线性差，认为机床的加工可能有一定的误差。现场用Φ40*350mm芯轴测量Z、X轴方向的直线度，Z轴方向为0.090mm，X轴为0.040mm。随后对机床进行调整，调整后两轴方向的直线度误差均控制在0.020mm以内。同时通过配合调整刀具等，使得调整后蜗杆加工质量得到了一定的改善。

3.2调整效果

对调整后加工的蜗杆进行测量及装配验证，其尺寸精度和装配均有一定的改善。尤其是装配啮合接触斑点的改善明显，已基本能满足蜗杆蜗轮的装配要求。

四、结束语

通过使用三坐标测量机检测方法，对测量数据进行了比对分析，该测量方法得到了研发部门、合作方等认可，目前已应用于产品的设计、加工及装配等方面。该测量程序亦可根据不同规格蜗杆理论参数，进行相应的测量程序修改，即可用于该规格蜗杆参数测量。同时，对于蜗轮参数的测量，主要不同是在测针配置上，其测量方案与蜗杆测量方案基本一致，同样可实现压力角、齿厚及跳动等参数的测量。以上仅是我公司在蜗杆参数测量方面的一些简单实践，会有不足甚至错误之处，特别是在蜗杆齿形等参数的测量方面还有待探索实践。

参考文献

[1]《圆柱蜗杆、蜗轮精度》GB 10089-88