齒厚表征新指標在雙麵齧合測量中的實現

2022-04-05    click: 4572

齒（chǐ）厚表征新指標在雙麵齧合測量中的實現

周（zhōu）廣才 劉麗雪 趙時磊

（哈爾濱香蕉91视频測量儀器（qì）有限公司（sī），哈爾濱（bīn）市150078）

摘要（yào）：控製（zhì）齒（chǐ）輪齒厚以保證齒輪副間隙，是提高傳（chuán）動性能的重要環節之一（yī）。齒輪齒厚的表征通常采用徑向跳動  、“公法線”、“跨棒（球）距”等間接項目去實現。傳統指標使用量具手動測（cè）量存在測量效率低（dī）、精度（dù）難保證、評價指標不（bú）科學等問題；同時（shí），由（yóu）於各指標定義不同、延（yán）續（xù）曆史應用習慣、測量手段製約等原因（yīn），造成大家認知不統一，應用（yòng）混亂（luàn），成（chéng）為提高齒輪傳（chuán）動質量的（de）一個軟肋。本文基於齒輪（lún）雙（shuāng）齧測量，引出   和檢測（cè）半徑兩項（xiàng）新指標，提出新的觀點（diǎn），並論述了新的表征指標（biāo）在齒輪配對（duì）、注塑齒輪、諧波齒輪、組線等（děng）方麵的應用，以期（qī）起到拋磚引玉的效（xiào）果（guǒ）。

關鍵字：雙麵齧合； ；檢測半徑

0.引言

 齒輪作為傳遞（dì）運動和動力（lì）的關鍵零部件，在機械設備中得到了廣泛應用，齒輪製造精度決定了齒輪傳動的噪聲、平穩性和準確性[1~2]。

 近年來，由於（yú）齒輪測量中心的普及，齒輪的主要誤差項目（mù）齒形、齒向及齒距得到更好的控製，齒輪加工、測量精（jīng）度（dù）得到較大的提高。但是隨著齒輪精度的提高，很多人認識到齒輪除了以上主要（yào）幾項精度指標外，齒（chǐ）輪（lún）的“齒（chǐ）厚”更是（shì）影響齒輪（lún）傳動質量的（de）一（yī）項重要的指標。也就是（shì）說齒形、齒向、齒（chǐ）距加工精度提高，並（bìng）不能完全保證齒輪傳動（dòng）質量（傳動的平穩、噪聲、壽命等）的提高。這一（yī）點最新（xīn）齒輪標（biāo）準GB/T10095.1中明確指出“不能直接使用未裝配（pèi）（散（sàn）件）齒輪的公差值（精（jīng）度）判斷裝配後齒輪的使用性能”。

 “齒厚”是齒輪的重要參數但並不是齒輪的（de）精度指標，齒厚是針對單一（yī）齒輪的幾何尺（chǐ）寸（cùn）概（gài）念，相應的是配對齒輪齧合表現出來的是“側隙”，側隙大小和一（yī）致性當然是直接影響齒輪傳動的重要因素（sù）。從齒輪（lún）測量角度來說，徑向跳動  、雙齧中心距變化、公法（fǎ）線、“”值（  ）等這些誤差項目都是用於間接控製（zhì）齒（chǐ）厚的評（píng）價指標。

 目前行業重視齒形齒向等單項精度提高（gāo）而忽視或回避齒厚的控製（zhì），本文（wén）認（rèn）為是（shì）受到測量手段的（de）限（xiàn）製，主要問題如下：

1）徑向跳動  、公（gōng）法線、“ ”值（  ），這些誤差項目應用比較廣泛，也是最早用於齒輪齒厚控製評定的指標（biāo），這是和（hé）早期齒輪（lún）檢測手段（duàn）相對應的。這裏有兩個方麵的問題，一是（shì）這些（xiē）誤差項目定義都是通過簡（jiǎn）單的量具手工進行測量的，比如公法線千分尺、齒輪徑跳儀等，在測（cè）量（liàng）效率和（hé）測量精度方麵受（shòu）到比較大的製約。二是誤差項目不科學，徑向跳動是一個相（xiàng）對值，反應的僅是一圈（quān）齒厚變化情況。而（ér）公法線、“  ”值（  ）雖然測量簡單，但（dàn）不能真實的反應齒厚或側隙情況（kuàng），因（yīn）為齒輪作為一個回轉體基礎（chǔ）零件，無論加工、測量（liàng）、還是使用都是以回轉中心作（zuò）為基準的，顯然這些誤差項目（mù）定義和中心不相關。

2）齒輪測量中心可以（yǐ）通過測量和（hé）計算得到描述齒厚的誤差項目（mù），但遺憾的是，以單測頭方式（shì）測量絕對尺寸從測量原理上就決定了（le）這種（zhǒng）測量方法並（bìng）不適合（hé）解決評價齒厚的幾項誤差項目的測量（與定義不（bú）符，影響因素太多），即使徑向跳（tiào）動可以（yǐ）以左（zuǒ）右齒距計算，進而（ér）計算出“公法線”，“  ”值，但得到的結果往往甚（shèn）至（zhì）沒有以量具測量的準確，數據（jù）隻能參（cān）考，不得不回溯（sù）到（dào）手動測量的結果進行標定（dìng），並不能很好（hǎo）的比對應用。

3)“齒輪雙麵齧合（hé）綜合測（cè）量”方法測量齒輪精度，以其具（jù）有儀器結構簡單、測量效率（lǜ）高、測量結果直觀反映（yìng）齒輪齧合質量等優點（diǎn），在國內外（wài）的齒輪生產中得到上百年的應用（yòng）。隨著儀器采用電機驅（qū）動、光柵（shān）（帶絕對零位）及計（jì）算機控製、數據采集處理等硬件升級的智能（néng）齒輪雙麵齧合測量儀，測量功能在傳（chuán）統徑向綜（zōng）合誤差  、  的基礎上得到很大擴展，可（kě）以（yǐ）比較直接的評價由於齒輪齒厚反映出來側隙的情況，從而有效控製齒厚。但是（shì），眾所（suǒ）周知（zhī），雙齧儀由於受（shòu）到結構、測量速度、測（cè）量力等因素影響，造成測量結果不一致而缺（quē）少比（bǐ）對性。同時，雖然雙齧測量規定“標準齒輪”比被（bèi）測齒輪高兩個精度等級，但是標準齒輪仍存在誤差，這樣在雙齧測量時，標準齒輪與被測齒輪（lún）存在峰-穀、穀-峰、穀（gǔ）-穀、峰-峰等各種情況，造成徑向雙齧（niè）曲線首尾（wěi）不封閉，每次測量結果相（xiàng）位不同，測量結果分散性很大。這也是雖然lSO及各國齒輪（lún）標準（zhǔn）中都規（guī）定了齒輪徑向綜合誤差的（de）精（jīng）度等級，但在實際應用中除注塑齒輪行業（yè）外（wài），大部分金屬齒輪很少以徑向綜合誤差評價齒輪精度等級的原因。以雙麵齧合測（cè）量（liàng）方式評價（jià）齒厚首先需要解決的是提高（gāo）儀（yí）器測量（liàng）的示值重複精（jīng）度。

 綜上所（suǒ）述，解決（jué）控製齒厚的測量問題的思路，是以實用的測量手段，結（jié）合引進（jìn）更為科（kē）學的誤差表征新指標，以提高（gāo）測量的有效性。

 哈爾濱香蕉91视频測量儀器有限公司發明（míng）專利（lì） “一種消除齒輪雙麵齧合測量儀中標準齒輪（lún）引入誤差的方法”[5]（專利號：201610888031 .4）試圖改變這（zhè）種現狀，該方法利用計（jì）算機數控智能雙齧儀（yí）的特點，遵循齒輪共軛原理，在不特殊（shū）增加高精度（dù）標準元件的基礎上，有效的提高了雙麵齧（niè）合測（cè）量（liàng）的重複精度，為（wéi）利用雙齧儀進行齒輪（lún）齒厚表征參數測量奠定了基礎。

 本文認為，隨著科技進步，測（cè）量（liàng）手段的提高，控製齒厚的表（biǎo）征（zhēng）參數（shù）應（yīng）逐（zhú）步摒棄公法線、“  ”值（  ）等一些落後、手動量具測量、不（bú）科學的表征指標。本文重點引出並討（tǎo）論（lùn）討論  值、檢測半徑  與齒圈徑向跳動  基於雙麵齧合測量（liàng）方法應用。

1． 、檢測半徑 與齒圈徑向跳動 

1）齒厚表征新指（zhǐ）標的定義及說明

    最早見（jiàn）於國外汽車行業齒輪的應用，是以（yǐ）半徑方向定義的絕（jué）對尺寸，我們注意（yì）到在標（biāo）準ISO21771中明確給出了定義和計算公式，這樣  值分解為   和   兩個概念，  等同於原來（lái）的“  ”值，本文認為以  作為“  ”值的評價（jià）相比   更為（wéi）科學（xué），因為（wéi）定義為半徑的新指標與齒輪的回轉中心相關，是齒（chǐ）厚表征參數的一個巨大（dà）進（jìn）步。  定義為直徑為  的測球在被測齒輪齒槽內接觸相鄰兩個輪齒的異側齒麵時，最（zuì）大測球外徑點與被測齒輪軸線的（de）距離。如圖1所（suǒ）示（shì），  計算表達式（shì）如下：



 檢測半徑  是在注塑（sù）齒輪標準GB/T8192-2019中新引出的概念，在該標準附錄C中也明確給出“檢（jiǎn）測半徑（jìng）”相關（guān）定義及檢測方法，即規定用徑向綜（zōng）合（hé）測量法（雙齧法）測量時，被測（cè）量齒輪轉過一整（zhěng）圈時，得出的實際節圓的半徑。我們注（zhù）意到，檢測半徑   相對   定義單個（gè）齒（chǐ）槽（cáo）的量值不同（tóng），強調的是測量一周的實際節圓的平均值，類似於螺紋的“作用中徑”的概念，這樣定義更（gèng）能（néng）宏觀直接反映齒輪的綜合性能，對齒輪分組裝配、諧波齒輪的柔輪評價等情形更（gèng）有意義。

 徑向跳動  為以（yǐ）量球在每（měi）個齒槽測量，球（qiú）心在半徑測量距（jù）離最大值與最小（xiǎo）值的差的變（biàn）化量，同時我們還注（zhù）意到，在齒輪檢驗規範中出（chū）現的    這個誤差代號，允許以齒輪雙齧測量的方式測量和代替齒圈徑向跳動  。

2） 、檢測半徑  與齒圈徑向跳動  的理解和關聯

  、檢測半徑   與齒圈（quān）徑向跳動   均用（yòng）於表征齒厚或配對齒輪的側隙（xì），它們之間關聯但在定義、量（liàng）值及對應的測量（liàng）手段有區別。

（1）齒圈徑向跳動  是相對值，  與檢測半徑 是絕對（duì）值；

（2）  值與檢測半徑值  表征齒厚作用一（yī）致。如圖2所示，單點（diǎn）檢測半徑（jìng）與單點  之間在量值大小上差一個常數量，表達式如下：



（3）在注（zhù）塑齒輪標準GB/T8192-2019中規定了檢測半徑（jìng）  和檢測半徑的上下偏差  和（hé）  ，本文重（chóng）點討論（lùn）  ,以示與  在應用方麵的（de）區別，當然（rán），這裏僅為理解方便（biàn）暫提出一個平均（jun1）   的概念，就（jiù）可與   達（dá）到統（tǒng）一，但由於測（cè）量方法（fǎ）不同，量值上會有微（wēi）小差距；

（4）齒圈徑向跳動  是相對值，  和檢（jiǎn）測半徑   的變（biàn）化量等同於徑向（xiàng）跳動  。

2.齒厚表征新指標在雙齧測量中的典型應用

1）通過“檢測半徑   （或   ）分組配（pèi）對”提高側隙一致性可有效控製齒輪齧合質量

 通過加工控製齒厚一致性，進而保證配對齒輪的側隙大小適合並具有一致性，是齒輪質量控製的手段和目（mù）標。但是隨（suí）著高精度（dù）磨齒工藝的普及，齒輪單項精度得到顯著提高，但不利的一麵是，為了保證齒輪（lún）單（dān）項精度，反而增大了齒厚加工的分散度，加大配對齒輪側隙的分散性，同樣影響了齒輪傳動的質量。   

 本文提出（chū）的對配對齒輪分（fèn）別檢測，根據檢測半徑（jìng）分別進行分組，分選配對的做法，是（shì）經過實踐（jiàn）證明的一種行之有效的做法。新（xīn）一代的齒輪智能雙麵齧（niè）合測量儀采用精密密珠軸係，通用微機數控，電機測量驅動，數字光（guāng）柵係統徑向誤差指示等新技（jì）術。具有高效率、高精度、高可靠性特點，軟件采用香蕉91视频標準齒輪修正技術。可比較容易的加大齒輪雙麵齧合的檢（jiǎn）測（cè）密（mì）度，為（wéi）分組配對創造條件。



 對配對齒輪A和B分別進（jìn）行雙齧測量，將各自（zì）齒輪的測量半徑（jìng）  （或  、或經過絕對零（líng）位標定的儀器中心距平均值）進行分組,按圖（tú）進行交叉裝配。實踐證明，這種分（fèn）選配對的方法可以（yǐ）大大（dà）提高配對齒輪側隙的一致（zhì）性。該項（xiàng）技術在香蕉91视频十幾年前生產的智能雙齧儀軟件中就提供了分組的功能（néng），最早在國內高端摩托車行業（yè）得到廣泛應用（yòng），取得了滿意效果。

2）檢測（cè）半徑 在注塑齒輪檢測中應用可更好發揮齒輪（lún）雙麵（miàn）齧（niè）合測量的作用（yòng）

 檢測半徑  在（zài）最新發布的“GB/T 38192-2019注塑成型塑料圓柱齒輪精度製”中提（tí）出，之所以說檢測半徑（jìng）的概念在注塑齒輪檢測中，可更好的發揮齒（chǐ）輪雙麵齧（niè）合測量的（de）作用，是因為塑料齒輪相對於金屬齒輪精度低，而（ér）作為標準齒輪的金屬齒輪依據現行（háng）加（jiā）工手段，可以達到比較高的（de）精度（dù）等級，這樣在雙齧（niè）測量係統中，被測齒輪與（yǔ）標準齒（chǐ）輪可以拉大精度等級的級數，也可以說，在塑料齒（chǐ）輪雙齧測量中，標準齒輪的精（jīng）度影響可以忽略不（bú）計，這樣得到的檢測半徑就（jiù）非常簡單，與儀（yí）器經過中心距零位標（biāo）定的中心距等同，對塑料齒輪來說，檢測半徑更具實際意義（yì），同理，在相同前提下（xià），無（wú）論齒厚表征的（de）絕對指（zhǐ）標，還是  這樣的（de）相對指（zhǐ）標，都可（kě）以進行有效的（de）統一。





3）檢測半徑    （或（huò）   ）應用於小模數、多齒數的諧波齒輪（lún）檢測具有特殊重（chóng）要意義

 諧波齒輪傳（chuán）動是一種依靠彈性變形運動來實現傳動的新（xīn）型機構（gòu），諧波齒輪傳動主要以波發（fā）生器、鋼輪和柔輪組成，其中鋼輪和柔輪典型特點是（shì）齒數（shù）多（duō），模數小。特別是柔輪其使用過程基圓半徑是變化的，已經不符合齒輪漸開線齧合規則，所以很（hěn）多諧波齒輪（lún）的齒廓設計（jì）已經不（bú）是（shì）漸開線，多采用雙圓弧設計。

 諧波（bō）齒輪作為目前行業的熱（rè）點受到大家的關注，而微小模數齒輪在齒輪測量中心上實現測量也是2020年小模數會議的一個熱點，作為我國齒輪測量中心對微（wēi）小模數齒輪（lún）測量難點的研究和突破，當（dāng）然（rán）具有很大意義，是齒（chǐ）輪測量技術的提升和進步。但是，針對諧波齒輪的質量控製的測量，其單項（xiàng）精度測量僅（jǐn）僅是控製工藝層麵的一種手（shǒu）段。本文認為提高諧波齒輪工作性能，保證力的傳遞，回差（chà）的減小，甚至工作的平穩性等各（gè）個方麵，以綜合指標評價更（gèng）為重要合（hé）理，以雙麵（miàn）齧合測量得到的檢測半徑（jìng）更能反映單個齒輪的性能和（hé）質量。檢測半徑作為齒（chǐ）輪一轉的測（cè）量平均值，對柔輪來說更具有特殊重要的意義。

4）以齒輪雙齧測量技術為基礎的組（zǔ）線具有廣泛發展前景

 為提高齒輪雙麵齧合的實用性，香蕉91视频多年來致力於綜合測量的研究，除以（yǐ）發明專利標準齒輪誤差修正技術為基礎，提高測量結果的一致性外，還在以下方麵做了有益嚐（cháng）試：

（1）選（xuǎn）用標準齒輪齒數盡量與被測（cè）齒輪一致或是整數倍。由於從齒輪加工方麵考慮，其（qí）最大（dà）影響（xiǎng）齒厚的（de）表現是徑（jìng）向的一次誤差，整數倍齒數的選擇，最大限（xiàn）度（dù）的消除（chú）了標準（zhǔn）齒輪的影響，對像檢測半徑這樣的平均值的測量更有意義。

（2）為減小齒輪齒向方向齧（niè）合的影響，測量檢測半徑   、   、   時選（xuǎn）擇（zé）“薄片”齒輪。如圖6所（suǒ）示， 是香蕉91视频（dá）為二汽提供的齒輪檢測線中，雙（shuāng）麵齧合測量標準齒輪的設置，左邊是用於測量    設置的“薄片”齒輪（lún），右邊是正常雙麵齧合的標準齒輪。



 隨著我們齒輪行業的產業升（shēng）級，齒輪製（zhì）造過程自動化、數字（zì）化、智能（néng）化是（shì）產（chǎn）業發展方向，齒輪測量作為齒輪製造的一個重要環節，越來越受到（dào）大家的重（chóng）視，齒（chǐ）厚表征早期（qī）指標很難符（fú）合產業升級要求，應於逐步摒棄和替代。齒輪雙麵齧合測量儀結構簡單、測量效率高，通過硬件升級，已（yǐ）遠遠（yuǎn）超（chāo）越（yuè）齒輪雙麵齧合測量儀的基（jī）本  、 功能的範疇，克（kè）服雙麵齧合測量儀本（běn）身缺（quē）陷，以齒輪雙齧測量技（jì）術為基礎的組線（xiàn）具有廣泛（fàn）發展前景（jǐng）。

3.總結

 控製齒輪齒厚是提高齒輪傳動質（zhì）量的一個重要（yào）方麵（miàn），表征齒輪齒厚的指標和應用由於受到本（běn）身指標過多、指標定（dìng）義不同、曆史延續的習慣影響、測量（liàng）手段的（de）製約等因素的影響，造成大家在認知方麵不統一，在（zài）指標測（cè）量和應用方麵更是難於統一，不同指標之（zhī）間，不同測量（liàng）方法之間不能進行比對，成為行業齒輪質（zhì）量提升的一個軟肋。本文試圖對表征齒厚的指標進行（háng）一（yī）個梳理，結合測量手（shǒu）段（duàn）提出自己的見解和認知，所述觀點（diǎn）不一定正（zhèng）確並得到大（dà）家認可，拋磚引玉，歡迎大（dà）家討論（lùn）指正（zhèng）。