圆弧圆柱齿轮与弧齿锥齿轮加工质量检测方法的研究

曹 娟，陈国阳

（1.太原城市职业技术学院，山西太原030027；2.山西省电力公司检修分公司，山西 太原030032）

齿轮的加工质量检测方法主要是从加工精度与表面质量两方面进行考虑。主要是发掘适用于圆弧圆柱齿轮的加工质量检测方法是否能够适用于弧齿锥齿轮的加工质量检测；反之，适用于弧齿锥齿轮的加工质量检测方法是否适用于圆弧圆柱齿轮的加工质量检测方法。

一、圆弧圆柱齿轮的加工质量检测方法

（一）加工精度检测

在圆弧圆柱齿轮加工中，加工误差是造成齿轮基本轮廓位移的主要原因。它直接影响齿轮的啮合传动质量和承载能力。加工现场通常用控制齿根圆直径（或斜径）、凸齿公法线长度、凸齿齿厚和弦齿深极限偏差的方法来间接地控制齿轮基本轮廓的位移量。一般只测量其中一项尺寸的误差来控制加工精度。

1.弦齿厚（法向）和测量弦齿高

轮齿左右齿面上，两条理论接触迹线（空间螺旋线）之间的最短距离，即为法向弦齿厚。测量弦齿厚尺寸用齿厚卡尺。在加工中多用于大模数或大尺寸或宽窄齿宽齿轮的测量（双圆弧圆柱齿轮值测量凸齿弦测量齿厚尺寸）。

2.凸齿公法线长度和测量跨越齿距

对于圆弧圆柱齿轮，一般只测量凸齿公法线长度，要求用公法线卡尺进行测量。

3.弦齿深（法向）

圆弧齿轮的弦齿深直接反映齿廓的径向位置。用弦齿深千分尺进行测量，是常用的测量方法之一。测量时，以齿顶圆柱面和齿面的交线为基准，因此，对弦齿深的计算值要按齿顶圆的实测值进行修正，在加工中多用于大模数或者大尺寸齿轮的测量。

4.奇数齿齿轮的根斜径

加工时，测量齿根圆直径是最常用的检测方法。测量时，用带球形的齿根圆千分尺进行测量。当齿数为偶数时，因为齿数对称可直接测量齿根圆直径df。当齿数为奇数时，一种方法是测量齿轮的根顶径。根顶径与齿顶圆的最终加工尺寸有关，实测根顶径要考虑齿顶圆加工误差的影响。另一种方法是测量根斜径。长期以来根斜径的计算都是采用近似计算公式。当齿数较少、螺旋角较大时，计算值与测量值的误差较大。实际上，真正的根斜径应是齿根圆柱面上，两条被测齿底螺旋线之间的最短距离。

（二）表面质量检测

齿轮表面质量的检测主要是指表面粗糙度的检测。表面粗糙度受设备和刀具的影响较大。一般采用比较法进行检验，即用标准块与被测齿轮齿面表面粗糙度比较，凭目测来评定表面粗糙度等级。此外，也可以用粗糙度测量仪测量。

二、弧齿锥齿轮加工质量检测方法

（一）弧齿锥齿轮加工精度检测

1.齿距误差的测量

齿距误差包括齿距的偏差、齿距累积误差。齿距偏差影响被测齿轮的轮齿相对回转轴分布的不均匀性，而齿距最大累积误差反映了齿轮传递运动的准确性。齿距误差的测量是在齿宽中部靠近节锥的位置，以齿轮旋转轴为轴心的圆周上测量的。

2.齿圈跳动的测量

齿圈跳动是指位于节锥面上的齿宽中点处齿廓表面相对于齿轮轴线的最大变动量。测量时，采用齿圈跳动测量仪，测头在节锥上与齿面中部接触，且垂直于节锥母线。

3.齿厚的测量

齿厚误差直接影响齿轮中啮合的齿侧间隙。锥齿轮齿厚的测量最常用的是齿厚卡尺，直接测量在给定弦齿高处的弦齿厚。

（二）弧齿锥齿轮表面质量的检测

弧齿锥齿轮表面质量的检测主要是指齿面表面粗糙度的测量。进行表面粗糙度检测时，可以采用粗糙度量块目测比较法，也可用便携式粗糙度度量仪和通用轮廓仪对表面粗糙度进行定量评价。

三、圆弧圆柱齿轮与弧齿锥齿轮的加工质量检测方法比较

1.圆弧圆柱齿轮加工质量检测方法适用于弧齿锥齿轮加工质量的检测。例如，测量齿距与测量齿圈圆跳动。在测量齿距时，由于圆弧圆柱齿轮齿距的测量既不能在分度圆柱上测量，也不能在分度圆附近的圆柱上测量。圆弧齿轮是点接触并沿着螺旋线传动，传动过程中的每一瞬时，两齿廓仅有一点参加接触。该接触点的绝对轨迹与瞬时轴平行的啮合线，相对轨迹即为两齿轮接触圆柱上的接触线。因此，在测量圆弧圆柱齿轮的齿距偏差时，应当是在接触圆柱母线上测量。而弧齿锥齿轮可以采用与之相同的方法。在测量齿圈跳动时，也可以选用与圆弧圆柱齿轮相同的齿圈跳动测量仪器和方法。

2.圆弧圆柱齿轮加工质量检测时却不能采用弧齿锥齿轮加工质量检测方法。这主要是由以下的因素影响的：

（1）根切现象的影响。圆弧圆柱齿轮在啮合过程中不会出现根切的现象，而弧齿锥齿轮在啮合中会出现根切，一般弧齿锥齿轮的最少齿数是13。

（2）螺旋角的影响。圆弧圆柱齿轮对螺旋角的误差很敏感，它直接影响瞬时角速度比的变化。也会影响齿距误差，所以要求螺旋角误差尽可能小。这是由于螺旋角在齿面相对曲率半径中起主要作用，直接影响齿面瞬时接触迹宽度，增大螺旋角，则接触迹宽度减小，每个接触迹上的应力增大，对齿面接触强度不利，但是当齿宽一定时，选择用螺旋角可以增大纵向重合度，从而增加接触迹数目，每个接触迹上分担的载荷会减小，能改善齿面接触强度。并且增大螺旋角对提高齿轮抗弯强度有利。对于弧齿锥齿轮而言，螺旋角越大传动越平稳，但是与之相应的轴向力也越大。由于弧齿锥齿轮齿面节线上每点螺旋角都不一样，离齿面节线中点愈远，误差越大。因此，适用于弧齿锥齿轮的加工质量检测方法并不能够适用于弧齿锥齿轮的加工质量检测。

由上文可以得知，圆弧圆柱齿轮加工质量检测方法适用于弧齿锥齿轮加工质量的检测。但是，圆弧圆柱齿轮加工质量检测时却不能采用弧齿锥齿轮加工质量检测方法，其主要的影响因素包括根切现象的影响、螺旋角的影响。

[1]曹雪梅.弧齿锥齿轮齿面误差检测与实验验证[J].中国机械工程,2009，（15）：1799-1801.

[2]钱揖聪.单圆弧齿轮孔面齿根距测量[J].机械工程师，2004，（19）.