第32卷 第4期 齿轮齿廓形状偏差的质量控制 97
文章编号:1004-2539(2008) 04-0097-02
齿轮齿廓形状偏差的质量控制
(徐州工业职业技术学院, 江苏徐州 221140)
罗太景
摘要 介绍齿面质量评定方法和齿面齿廓形状偏差的定义, 指出齿面齿廓形状偏差评价存在的问
题, 提出齿面齿廓形状偏差的评价方法, 列举加工形成齿面齿廓形状偏差的5种形式, 分析其形成的原因及控制方法。
关键词 齿轮质量 齿面粗糙度 齿面波纹度 齿面齿廓形状偏差的评定
:R a 、R z 、R y
、剖齿测量法、齿轮仪器测量。齿面形状偏差也有专门测量仪器。这里不再赘述, 本文着重讨论齿面的齿廓形状偏差产生的原因及控制方法。
引言
机械传动是将一根轴的动力均匀地到另一根轴上, 法。, 递转速、。齿轮在加工制造过程中, 由于机床本身误差、刀具安装误差的存在, 使齿轮各部分几何尺寸不能完全达到设计标准的要求, 影响到齿轮的制造精度。如机床的齿轮箱, 汽轮机的减速器, 内燃机的传动齿轮。这些齿轮传动都是在较高转速下运转, 有的圆周速度能达到20米/秒, 传送的功率可达到40000kW (50000hp ) 甚至更大。这种高速运转下的齿轮, 工作时应避免产生噪声、冲击、振动等现象。但在实际使用中, 由于齿轮加工存在的误差, 使齿轮啮合时瞬时速比发生变化, 运转忽快忽慢, 噪声、振动的产生难以避免。为确保传动齿轮在额定功率下能减小齿轮传动的噪声、冲击、振动等不利因素影响, 保证齿轮传动有较高的工作平稳性, 要求齿轮传动的瞬时速比变化要小, 就必须对齿轮的齿廓形状制造质量加以严格控制。在实际齿轮传动中, 齿面的齿廓形状偏差对齿轮的质量影响较大, 长期以来, 人们对此项偏差的
评定、分析, 见仁见智, 对国家标准的理解也很不一致。本文对齿面齿廓形状偏差的评定、成因及解决的措施, 提出了自己的观点, 期望对此问题的统一有一定的参考价值[1]。
图1 加工表面误差示意图
2 关于齿轮表面齿廓形状偏差
通常情况下, 齿面齿廓形状偏差是齿轮加工中形
成的。由于齿面齿廓形状偏差存在, 直接影响齿面接触质量, 使齿面局部过载,
局部齿面严重磨损, 甚至造成轮齿断裂; 尤其是主传动系统中的大型齿轮如汽轮机用齿轮、船用减速齿轮、重型设备传动齿轮, 因齿面齿廓形状偏差存在, 影响齿面接触质量, 造成齿轮不能正确啮合, 耽误设备正常运行。因此, 对于大型齿轮的加工尤其是直径在(1000—2000) mm 的精密齿轮, 为确保设备的正常安全运转, 必须考虑齿面的齿廓形状偏差。下面着重探讨表面齿廓形状偏差含义及存在形式和产生的原因。2. 1 齿面齿廓形状偏差f f α(齿廓形状公差) 的定义
原国家标准G B/T 10095-1988标准中规定评定齿面齿廓形状偏差是指在齿轮的端截面上, 齿廓形状工作部分内(齿顶倒棱部分除外) , 包容实际齿廓形状的两条最近的设计齿廓形状间的法向距离, 如图2所示。齿形误差以误差的数值大小确定精度等级, 没有充分考虑其形状和位置的作用, 同时公差值也定得偏紧, 不仅制造困难, 有时会出现误差数值小比误差数值大的传动性能要差的结果。现G B/T 10095. 1-2001标准中, 在齿廓(齿形) 偏差的定义中, 充分考虑了形状
1 关于齿轮表面质量的评定规定
齿轮的加工方法很多, 不同加工方法形成了轮齿表面不同种类的加工纹理。加工纹理的多样性和表面形状的复杂性, 给齿面质量的控制带来了很多困难。齿轮表面质量按表现的形式和影响产品质量的不同, 可分为微观形状误差(粗糙度) 、中间形状误差(波纹度) 、宏观形状误差。如图1所示。
和位置的作用, 偏差规定有计值范围, 齿顶和齿根有小部分要求负偏差, 可以避免顶刃啮合和中凹现象, 达到不修形而有修形的效果
。
下面对以滚铣削齿轮加工中形成的这5种齿面齿廓形状偏差逐一进行分析[3]
图2 齿廓形状偏差示意图
设计齿廓形状可以是理论渐开线, 也可以是修正
的齿廓形状如修缘齿廓形状、凸齿廓形状等, 见图2所示。图2实线表示实际齿廓形状, 顶刃啮合, , 形状偏差f f α。:齿廓形状公差≥齿廓形状偏差f f α[2]。2. 2 对齿面齿廓形状偏差评价存在问题的看法
齿面齿廓形状偏差主要是由于滚齿机传动件的误差形成周期性的转速变化造成的, 尤其是工作台运动不均匀形成齿面齿廓形状的偏差。齿面齿廓形状偏差常用齿廓形状检查仪进行测量。由于齿面加工纹理的特殊性, 一般都不能严格执行定义, 而是按其近似定义测量即以齿面被测的线轮廓替代齿面实际面轮廓。这个近似定义测量没有统一规定, 自己掌握, 因此存在较大差别。齿轮轮齿表面缺陷与齿廓形状偏差区分界限不统一。长期以来各单位都是按自己的理解去区分, 有的单位极端地把各种粗大加工痕迹一律剔除不计, 只评定所谓的齿廓形状偏差; 有的单位则把齿廓形状偏差的评定理解为对各种粗大加工痕迹的评定, 显然两者差别很大, 这也是造成评定结果不一致的原因之一。为解决以上问题,
我认为在正常工艺条件下, 齿面出现的裂纹、锈蚀、磕碰伤、烧伤不计入齿面齿廓形状偏差, 应由相应的质量标准加以控制; 而可能产生的个别粗大加工痕迹如齿面出棱、齿廓形状不对称、齿廓形状角误差、齿廓形状周期误差、齿根圆角误差都应计入齿面齿廓形状偏差的评定结果。
2. 3 齿轮加工齿廓形状偏差形成的5种主要形式
图3 齿面加工齿廓形状偏差5种形式
1) 齿面出棱 在齿面上有一条明显的棱, 常出
现在齿的中部。产生的原因是:滚刀刃磨后刀齿等分性不好; 滚齿时滚刀有轴向窜动; 滚刀安装后有径向跳动。
2) 齿廓形状不对称 即齿廓形状产生歪曲。
产生的原因是:滚刀安装后, 其中间的一个刀齿或刀槽
(相当于近似齿条的齿或齿槽) 的对称线没有通过齿坯
的中心即对中不好; 滚刀刃磨后径向性不好(滚刀前角不等于零度) , 形成滚刀前面的螺旋槽(容屑槽) 升角或导程误差大
, 影响近似齿条齿廓形状位置; 滚刀的安装角有误差。
3) 齿廓形状角误差 即不是标准压力角的齿
廓形状, 而是压力角大于或小于标准值的齿廓形状。产生的原因:滚刀刀齿本身齿廓形状角有误差; 滚刀磨后前角不等于零度; 滚刀的安装角有误差。
4) 齿廓形状周期误差 即齿面对于渐开线凹
凸不平周期性的变化。产生的原因:滚刀安装后有径向跳动或轴向窜动; 机床工作台回转不均匀, 主要有分度蜗杆轴向窜动或安装偏心、分齿交换齿轮安装偏心或齿面有磕碰等引起。
5) 齿根圆角误差 即齿根过渡曲线部分圆角
太大。产生的原因:由于滚刀刀刃磨钝后圆角加大或刀齿两刀尖磨钝不均匀, 滚切时造成工件齿根部过渡曲线不对称(这时渐开线齿廓形状不一定是对称) 。
以上是针对滚铣削齿轮的加工分析, 提高齿廓形状精度的主要措施是:提高滚刀的刃磨精度和安装精度以及分齿运动的回转精度; 消除机床分度蜗杆的轴向窜动和分度蜗轮的偏心误差等。
(下转第102页)
齿轮加工主要有滚铣削和插齿, 加工齿面齿廓形状偏差常表现为:齿面出棱、齿廓形状不对称、齿廓形状角误差、齿廓形状周期误差、齿根圆角误差。以上5种情况如图3所示, 图中虚线表示正确的齿廓形状。
轮轮齿和中心键槽。在电子图板的主视图中选取一个完整的轮齿齿形并向外作一封闭图形, 同时选取中心的键槽主剖面图如图10所示, 同步骤2. 2输出到另一C AD 中, 创建出两个封闭的面域, 再在命令行输入EXT 命令将二维面域拉伸成三维实体。为了使生成的三维实体能和2. 3. 2中的三维实体中心对正, 生成三维实体时两个面域的相对位置要和电子图板中的原来位置一致, 在指定拉伸高度时要输入大于链轮宽度122mm 的任一值如200mm 作为拉伸高度, 拉伸斜度选择0°, 然后把轮齿和键槽的三维实体图复制(
用带基点复制, 选基点为键槽的中心点) 到2. 3. 2生成的三维实体上。注意粘贴时要垂直于轮齿平面, 若不垂直时可用左视图或俯视图等改变2. 3. 2向。在命令行输入3A 命令, 实体, 15, , , 阵列后生成向外的15S U 命令, 先选择在2. 3. 2, 然后选择要减去的三维实体:15个轮齿实体和键槽实体, 确定后生成链轮的最终实体图如图11所示。
在建立了链轮的三维实体模型后, 就可以用查询命令得到链轮的体积。在命令行输入M ASSPROP (MP ) 命令, 从弹出的文本对话框中得到该链轮的体积为:2503553. 6904mm 3, 由此计算出链轮的精确重量为19. 65kg 。查询链轮体积的对话框如图12所示。以上建模过程利用了电子图板中绘制出的二维平面图形, 又是在常用的C AD 软件中通过几个简单的步骤完成的, 因此较之用专业的S olidw orks 、3ds Max 或Maya , 能法, , , 也能很快地。
结论
本文针对使用电子图板绘图过程中的重量问题, 从标准件和一般零件两个方面给出了解决的方法。绘图实践说明上述方法具有一定的实用性, 是解决重量显示与计算的一种较为理想的方法。
参
考
文
献
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京:机械工业出版社,2000:6-8.
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图12 CAD 实体查询对话框
京:中国电力出版社,2001:636-637. 收稿日期:20080112
作者简介:孙艳敏(1971-) , 河北丰润人, 讲师
2. 4 查询链轮三维模型的体积以求出链轮的实际重
量
(上接第98页)
3 结束语
影响齿轮齿面齿廓形状偏差的因素有:1) 机床主
轴和刀轴径向跳动过大。2) 机床主轴的轴向窜动量过大。3) 刀具的刃磨精度和安装精度。在实际齿轮加工
中, 可以结合以上的分析, 找出齿面齿廓形状偏差产生的原因, 并进行改善, 以提高齿轮齿面的质量。不过齿轮表面质量包含齿轮表面粗糙度、齿面波纹度和齿面的齿廓形状偏差, 严格意义上来说, 齿面齿廓形状偏差很难从以上两种误差中区分开, 评定齿面质量时要综合考虑, 齿轮齿廓形状偏差应包括形状和位置的作用,
找出其中影响大的误差, 加以改进。
参
考
文
献
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(1) :84-85.
收稿日期:20070920
作者简介:罗太景(1965-) , 男, 安徽省肥东人, 工学、经济学双学士, 副
教授
英文摘要 2008年
velopment toolkit Pro/T OO LKIT is used to program in order to imple 2ment search and m odification of design parameters and relations , and then a new design scheme is created in line with new parameter value. The results show that it is feasible to accomplish automatic design and update of robot under different w orking conditions. By this method the automatic assembly and design update of product can be accomplished easily , and this method has been applied to design process of m ove -in -mud robot. The results show that it is feasible to accomplish automat 2ic design and update of m ove -in -mud robot under different w orking conditions.
K ey w ords : :Layout Secondary development Pro/T OO LKIT M ove -in -mud robot
Wear Stage Monitoring on Line
Dynamic analysis
Control Method of the G ear Tooth Profile Deviations
…………
………………………………………………Luo T aijing (97)
Abstract The evaluation method of the gear tooth sueface quality and the definition of the tooth surface profile deviations are introduced. The evaluation method of the gear tooth surface profile deviations is pro 2posed. F orming reas on for five kinds of the tooth profile deviations is analyzed ,and control method is given.
K ey w ords : G ear quality T ooth T ooth surface waviness T profile The the p anel turnover m a 2Cheng Peixiang ,Wang C ong (105)
……G uan Lina , K ang Jing tooth shape of the tooth profile and tooth direc 2of pair , the impact of meshing which is caused by manu facture error and deformation of loaded tooth can be lessen , s o increasing the a 2bility of loading and capability of meshing. The main parameters of the main reducer of panel turnover machine are given , and the elastic de 2formation of the tooth profile and tooth direction of the first order gear pair is calculated , the profiling quantity of the tooth profile and tooth di 2rection is determined. By detecting the live practical application datum of the reducer , the g ood effect of the gear m odification is verified. K ey w ords : G ear m odification G ear deformation Reducer Panel turnover machine
Dimension P arametrization Mark of Machine P arts Dra wing b ased on Visu
al Lisp …………………Su Y anping , Wang H ongjun (107) Abstract Based on Visual Lisp in the AutoC AD , dialog box type mark system of size tolerance , shape and position tolerance and roughness is developed , automatic mark of the tolerance and roughness is realized. A kind of simple mark method of the tolerance and roughness is provid 2ed.
K ey w ords : AutoC AD S ize tolerance Shape and position toler 2ance R oughness Visual Lisp
Abstract T o judge wear state of the machine in of wear is acquired by collecting in shows the am ount of wear in stage directly. T o collect abradant in oil , the sens or was designed and tested. The means of the abradant detection and hardware/s oftware of m onitor 2ing system of wear state are discussed. T est and usage indicate that , in oil machine wear stage can be decided by acquiring am ount and rate of abradant in oil.
K ey w ords : Sens or Wear stage Abradant M onitoring on line R esearch on the T raction Drive Ch aracteristic of the T est App ara 2tus under U nsteady State …………………………………………
………………Niu Y ongsheng , Chen Huitao ,T ian Weihua (94)
Abstract The traction drive characteristic of the test apparatus under unsteady state has been studied , and its static forces have been ana 2lyzed dynamically by PRO/E 、M AT LAB etc. Meanwhile , the balance of mechanism has been researched through the result of balance of mass replacement , and the dynamic characteristics of the actual swing force after completely balanced have been forecasted.
K ey w ords : T raction drive T raction force Balancing of mechanism