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齿轮测量

文章出处:admin 人气:发表时间:2018-09-28 19:05

一、    齿轮的测量:
渐开线直齿圆柱齿轮的测量:
1.    齿形:对电动工具而言,为影响噪音的次要指标;齿形严重超标时,会导致早期磨损加剧;
该指标超标到0.03以上时,会导致音量的明显增加,但其仍属于连续及平滑的噪音,虽音调较高,但不会导致杂音。齿形超标到0.05以上时,会导致早期磨损加剧;
电钻,曲线锯等小型机器的噪音指标,对齿形的敏感程度,不如电圆锯等重载机器敏感;
齿形评定的时候,要根据啮合关系,确定合理的评定长度,不能从最开始的点,一直评定到最结束的点。
齿形评定的分辨率要设定在0.002MM,太低的分辨率,将失去意义;
齿形评定时,会分解为“形状误差”和“角度误差”,那是做工艺分析用的。验收时,看总的数值就可以了。在汽车等其他领域,在做验收时,不仅要看总的数值,还要看形状误差,通常齿面“中凹”是不允许的。
我们目前还没有用到“修形齿形”。

2.    齿向:影响齿轮配合的侧隙;
通常不导致“载荷沿齿宽方向分布不均”,而引起轮齿折断;
齿向超标严重时,如>0.04时,将导致啮合的齿轮没有侧向间隙,而导致剧烈连续性的尖叫。
  判断齿向超标的简单方法是,如果齿向超标,则在同一轮齿上,磨合的光亮面,将分别侧重于两个齿面的两端。精确的测量方法,是用万能齿轮测量机进行测量。
  检查齿向时,要注意“有效齿宽”,凡是“齿向曲线”突变方向的点,就是“有效齿宽”结束的位置。  
  齿向误差同样也可以分离为“形状误差”和“角度误差”,同样,其更多的也是指导工艺只有精密行业与场合,才需要分别要求这两点,对电动工具而言,更多的关注“角度误差”就可以了。

3.    齿距:导致电动工具噪音的主要源头。
该项指标的超差,会引起明显杂音(可以表现为连续性的,也可以表现为不连续性的,主要取决于超标的程度,超标越重,越表现为不连续性噪音,且伴随强烈振动)。
衡量齿轮的指标有两个,一是“齿距误差”,另一个是“齿距累积误差”,其实两者是“正相关”的,通常我们以“齿距累积误差”为仲裁指标;

大小齿轮的“齿距误差/齿距累积误差”,如果能够控制在国标7级,则绝不会产生杂音;8级的“齿距/齿距累积”可以勉强使用,9级以上的精度,则杂音状况就很糟糕了。
小齿轮对“齿距误差/齿距累积误差”的噪音敏感程度,要远高于大齿轮的敏感程度;
利用齿轮测量机,我们可以很准确地评判该项指标,如果没有齿轮测量机,则可以用“单
啮仪”,“双啮仪”,“齿跳仪”来间接评判。
一般而言,对于轴齿等小齿轮,Fr的指标应该按照如下原则控制:
电钻/冲击钻/电圆锯:Fr<0.03;(这类机器的小轮转速在20000-30000RPN);
曲线锯:Fr<0.045;(因为曲线锯对噪音不敏感);
砂带机:Fr<0.05(其转速在10000RPN以下);
  对于大齿轮,Fr控制在7级以下,就很好了,8级勉强使用。9级以上就很糟糕了。
1.    齿顶圆,齿根圆:

因为电动工具的齿轮都是大变位的齿轮,所以必须控制这两个参数。但是因为制造的问题和齿轮设计齿顶间隙的问题,这两个尺寸,存在(+-0.03MM)的误差,也是可以接受得的。超得更多,就要予以注意了。
2.     侧隙:为了储存润滑油和补偿由于温度、弹性变形、制造误差及安装误差引起的尺寸变动,防止齿轮在长期工作过程中不被卡死,轮齿啮合必须有一定的间隙。一般控制在0.15-0.20之间。
侧隙偏大,通常不会导致噪音,也不会明显降低啮合强度;
通常检验时,靠控制“公法线长度”来间接控制侧隙。公法线的偏差通常在 左右,以保证合理的齿轮配合侧隙(0.12-0.20)。
齿轮的安装精度越高,侧隙可以相应越小。
公法线超大时,会导致轮齿偏胖,侧隙减小,会增加导致尖叫噪音的风险,和齿轮“抱死”的风险,当然0.02MM以内的偏差,还不至于风险很大;
公法线偏小时,不会有很多不良影响,但如果超标到0.10MM,则会降低轮齿寿命。

3.    齿轮的安装:
6.1中心距:
  对于渐开线圆柱齿轮,中心距稍微偏大,不会导致噪音,也不会导致齿面滑移,增加磨损。   通常偏大0.05MM不会有问题,但是不适合偏大0.10MM;
  中心距不适合片小,否则会导致轮齿干涉,导致剧烈噪音和传动破坏。对于侧隙较大的电动工具来说,中心距偏小0.02MM,不至于带来明显破坏,但是如果超小0.05MM,则可以产生恶劣后果了。
6.2平行度:
两根轴线交错,将会最显著影响侧隙,容易导致挤齿尖叫;
两根轴线不平行,会在一定程度上影响侧隙,引起载荷沿齿款方向不均匀;
就侧隙而言,前者的影响程度为后者的2倍。
7 磕伤:
轮齿不能有磕伤,否则将导致剧烈的有节奏的,伴随强烈振动的杂音。
一般用“双啮仪”来进行“磕伤”的挑选。

二、    圆锥齿的测量:

1.工业界的两种测量方法:
1.1运用计量级三坐标测量机,CNC齿轮测量中心进行测量;
  用三坐标测量机进行锥齿轮的测量,仅局限于航空航天等单件小批量生产领域,在精度上能够满足要求的也只有德国ZEISS,其他三坐标测量机也声称可以测量锥齿轮,但其只能测量大模数(模数2以上,以利于测头回退),低精度的场合(8,9级精度);
  三坐标测量可以完成“齿形”,“齿向”,“齿距”等所有指标的测量,但是其测量过程非常缓慢,30颗轮齿,通常要花10来小时才能够扫描完成;
  CNC齿轮测量中心主要应用于汽车等大批量生产领域,其测量精度高,效率高,能测量“齿形”,“齿向”,“齿距”等所有指标,其价格较贵,通常在300-400万RMB;
1.2常规测量方法:
  象电动工具,缝纫机等民用领域,通常采取以下常规的测量方法进行检查验收:
  齿圈跳动(Fr):更多地反映齿距精度;测量仪器:齿圈跳动测量仪;
啮合区着色检查:以查核安装距,轴交角,偏置等指标;测量仪器:啮合仪;
单啮合仪:测量切向综合误差或一齿切向综合误差;测量仪器:啮合仪(带传感器)
双啮合仪:径向综合误差或一齿径向综合误差;测量仪器:啮合仪
实际测量时,可以根据需要在以上测量方法中进行组合,我司推荐的测量方法是:
1.    运用啮合仪进行“啮合区着色检查”;(必选)
2.    运用齿圈跳动测量仪进行“齿圈跳动(Fr)检查”;(可选)
3.    运用TTI-120E测量仪,进行“齿距检查”;(必选)
1.    齿圈跳动Fr测量:
在齿圈跳动测量仪上进行Fr测量时,要注意侧头应垂直于“节锥”方向,测量点位于齿宽中部;
Fr值超大,只会带来冲击类杂音,且伴随明显齿轮箱振动;
Fr的限度值,可以参考圆柱齿轮部分,7级以下精度的跳动值,无论大,小轮,都不会带来冲击类噪音;
Fr值在很大程度上反映了“齿距精度”。所以在没有条件的场合,可以用更仔细的齿圈跳动来间接反映“齿距”精度。所谓“更仔细的齿圈跳动”是指:在测量齿圈跳动的过程中,除了观察总的跳动变化幅值以外,还要仔细观察:是否有突变的“跳动”及其“突变的幅度”。
2.    啮合区着色检查:
4.1接触区的形成过程:将被测齿轮的各个齿面,用湿润的红丹粉涂抹均匀,然后与“标准齿轮”在正确的安装距下安装,用大齿轮驱动小齿轮,分别按照顺时针和逆时针旋转后,则在啮合的部位形成黑色的区域,其为啮合区。
4.2良好的接触区包含2个方面的要求:接触区位置,接触区大小。
4.3啮合区的位置又包含2方面的要求:
沿齿宽方向的位置:斑点中心应位于齿宽中心略偏向小端的地方,即位于齿宽60%的位置(从大端量向小端);
沿齿高方向的位置:位于齿高中心略偏上的位置,位于齿高60%的位置(从齿根量向齿顶);
4.4啮合区大小:
沿齿宽方向的啮合区大小:约占全齿宽的60%;
沿齿高方向的啮合区大小:约占全齿高的40%-60%
4.5轮齿的两个齿面的啮合区都应满足以上要求,否则无法照顾“开机”与“停机”两方面的噪音;
4.6对锥齿轮来讲,连续运转时,总是小齿轮的凹面去驱动大齿轮的凸面;
对电动工具而言,啮合区的位置严重影响齿轮副的寿命和噪音,啮合区的大小只次要影响噪音和寿命。
4.7配对运转的齿轮,在以下情况下,有以下结果。
啮合区偏向齿顶,容易导致齿轮早期实效,负载寿命将降为额定寿命的30%-10%;
啮合区偏向大端,将导致齿轮啮合干涉,出现轮齿边沿被啃碎的现象;这种情况下的噪音为打齿噪音,已经无法讨论其寿命了,因为机器声音恐怖,一刻也不能继续运转。
4.8啮合区往齿根或者小端偏移,通常导致噪音。
4.9啮合区除了往上下,左右偏离以外,有时还会沿齿面对角线发展,其常会导致噪音,并使寿命降低为额定寿命的70%-80%(已经不属于早期失效的范畴)。
4.10啮合区偏大,运转噪音的音量会较小(不导致杂音),但其对安装精度依赖性较高,否则不仅不会带来较小噪音,还会导致轮齿啮合时,在边沿干涉,导致“打齿”噪音和齿轮早期失效;
4.11啮合区偏小,常导致噪音音量偏大(不导致杂音),但其对安装精度依赖性不高,在噪音和寿命方面的风险较小。
5.齿距:和圆柱齿轮一样,齿距超标,也会导致杂音,也是噪音的主要来源;
其影响程度与原理与圆柱齿轮一致,不再重复。
1.    EPG影响接触区位置的直接原因:
E是指大、小齿轮的轴线空间交错的距离;也即工程用语“正交”一词中的“交”字。
P是PINION的首字母缩写,自然代表“小齿轮位置”;
G是GEAR的首字母缩写, 代表“大齿轮位置”
E,通常导致接触区斜向发展,最终导致杂音;E控制在0.01以内是极好的,0.02以内可以接受,超大到0.05以上时,就不太能够使用了;
P, 通常显著影响啮合区位置,多导致啮合区沿齿高方向变化;P的变化极限通常为MINUS-PLUS0.1MM,
G,会不显著地影响啮合区,主要用来调配齿轮啮合“侧隙”;锥齿轮的侧隙也应控制在0.15-0.20MM左右。
锥齿轮还有一个安装角度的问题,也即工程用语“轴交角”,“轴交角”的变化,会导致啮合区往大端或者小端偏移,影响噪音,和寿命。其影响程度有待探索。
锥齿轮的安装,远比圆柱齿轮复杂和敏感,安装不对,常导致早期失效。绝大多数的早期失效均源自于安装不正确,而非热处理问题,即便是不经过热处理的齿轮,也不会发生30%额定寿

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