直齿圆锥齿轮节圆锥角测量装置的研制与应用*

2013-09-27郭新玲田俊成

制造技术与机床 2013年12期

郭新玲田俊成王晓

(①陕西工业职业技术学院科研处，陕西咸阳 712000;②陕西工业职业技术学院校办工厂(咸阳机床厂)，陕西咸阳 712000)

锥齿轮是机床、汽车等各种机械中常用的零件之一，在工具磨床上有着重要的应用。锥齿轮的分度圆锥角(两锥齿轮啮合时，又称节圆锥角，以下称节圆锥角)的准确与否直接影响齿轮啮合时的平稳性、噪声、强度以及齿面接触面积的大小，因此是一个影响锥齿轮质量最重要的参数。锥齿轮的结构及各主要参数名称如图1所示。

节圆锥角是一个锥齿轮与另一锥齿轮啮合时，只有纯滚动而无滑动时产生的接触圆锥角，它是一个空间角度，该角度的直接测量一直困扰着检测人员。但在生产中却需要知道该角度的大小，从而指导锥齿轮加工时机床的调整、检验以及外协验收时参数所用。为此设计制作了节圆锥角的专用测量装置，配合辅助检验棒(以下简称检验棒)，可在生产现场快速准确地测量出锥齿轮节圆锥角的实际数值，解决了工厂实际中的测量难题。

1 测量装置的结构

测量装置的结构由外购的正弦规、量块组合体、V型铁、自制的辅助检验棒、齿轮顶尖架和量块保护筒等零部件组合而成。如图2所示，其中图2a为采用顶尖结构固定被检锥齿轮，图2b为采用V型铁固定被检锥齿轮。

2 测量装置的设计与分析

2.1 正弦规与量块的选用

测量装置中的正弦规选用中心距L=200 mm的窄型规格，这是正弦规中精度最高的一种。量块的等级则根据锥齿轮精度选用，推荐选用4等即可。V型铁则根据锥齿轮的大小选购。

2.2 量块保护套筒的设计

量块保护套筒是为了防止量块组合体过高，在生产现场测量时倒塌，其保护套筒内孔的直径应大于量块宽度3～5 mm，以免内孔与量块接触影响测量精度。量块的宽度一般为35 mm，因此推荐保护套筒直径D为40 mm。

2.3 锥齿轮顶尖架的设计

锥齿轮顶尖架的尺寸和精度，依据被检测锥齿轮的尺寸和精度，由设计者自定。

2.4 辅助检验棒的设计

辅助检验棒是本测量装置中最重要的自制件，其设计原则是当检验棒放入锥齿轮的齿槽中时，检验棒上两条母线与齿轮的切点应落在齿面的分度圆锥线之上。

2.4.1 检验棒的结构设计

检验棒结构如图3所示，主要由测量圆柱体、接触锥体和轴向定位等3部分组成，其中中间的锥体部分称为检验棒与齿槽的接触锥体，两端的圆柱体d1称为测量圆柱体，轴向定位面的主要作用是保证检验棒与被检锥齿轮外辅圆锥面可靠定位。

2.4.2 检验棒的尺寸设计

(1)大端直径d的设计

由图4的几何关系可以看出，直径d与齿轮分度圆上两切点AC的距离近似等于半个周节P/2，即P/2=πm/2≈AC。

由直齿圆锥齿轮的通用计算公式［1］已知P=πm，则P/4=πm/4≈AO'，分度圆上压力角方向线与分度圆速度方向线形成的分度圆压力角αf=20°，所以在OAO'中d的近似值为

d的精确计算式为

式中:P为齿轮的周节;m为齿轮的摸数;Z为齿轮的齿数;αf为齿轮分度圆压力角。

(2)接触锥体长度t的设计

检验棒的接触锥体长度t应按齿宽b设计，但应大于齿宽3 mm以上，主要是为了方便将检验棒的加工和检测时放入齿槽中。可由齿轮通用计算公式求得［1］，即:

式中:L为锥齿轮锥距;φ为分度圆锥角;b为齿轮的齿宽;t为检验棒接触锥体长度。

(3)接触锥体的锥度α的计算

由图1可知，检验棒接触的锥度α是锥齿轮齿顶角φ1的2倍，即:

式中:φd为齿顶圆锥角。

(4)测量圆柱直径d1、轴向定位直径d2以及长度尺寸的确定

检验棒全长t1由设计者自定，一般经验取t1=2 t，小端测量圆柱长度为0.3t，主要考虑到测量时与顶尖不发生干涉，接触锥体的长度取0.4t+0.3t=0.7t是为了减小接触锥体母线直线度、圆柱度以及齿轮齿面形位误差对测量精度的影响。

3 装置的测量原理与方法

3.1 测量原理

从图2可看出，本装置的测量链由正弦规、平板、量块组合体和杠杆千分表组成。由于正弦规两圆柱直径相等，两圆柱中心连线又与工作面平行，量块组合体的高度h由被检锥齿轮图纸上给定的理论节圆锥角φ(见图1)的大小计算得出。其计算公式为

因此正弦规两圆柱中心距L1与量块组合体h和平板测量面，就组成了图纸给定的理论节圆锥角φ。测量原理就是将被测齿轮的实际节圆锥角，与测量链组成的理论节圆锥角进行比较测量，从而得出被测锥齿轮的实际节圆锥角φS(见图2)，与理论节圆锥角φ的差值。

3.2 测量方法

测量时将检验棒用工业橡皮泥固定在锥齿轮的齿槽中，同时将检验棒大端的轴向定位面紧靠在锥齿轮大端外辅圆锥面上。旋转锥齿轮，利用杠杆千分表首先找到检验棒测量圆柱上的最高点，然后分别测量出检验棒上a、b两点(见图2)圆柱体的高度差。若高度差为零，说明被测齿轮的节圆锥角与理论节圆锥角相等，即φ=φS;若a、b两点高度差不等于零，说明被测齿轮的节圆锥角与理论节圆锥角不相等，即φ≠φS，其角度偏差Δφ=φS－φ可由下式计算。