1 引言

　　拖拉機(jī)變速箱是拖拉機(jī)的核心部件，拖拉機(jī)變速箱經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)異響、噪聲大、齒輪打齒等故障，根據(jù)目前的經(jīng)驗(yàn)判斷，與變速箱內(nèi)的齒輪及齒輪軸等的質(zhì)量有很大的關(guān)系。齒輪類(lèi)零件是由專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)齒輪的廠家提供的，齒輪從毛坯到加工為成品再到裝配到齒輪箱中，中間有很多的流通環(huán)節(jié)，會(huì)對(duì)齒輪的齒面質(zhì)量造成影響，因此在將齒輪裝配到變速箱前，快速挑出有質(zhì)量隱患的齒輪類(lèi)零件變得尤為重要?，F(xiàn)狀是只能對(duì)齒輪的齒形、齒向、齒圈徑向跳動(dòng)、齒距累積總偏差進(jìn)行檢測(cè)，而沒(méi)有檢測(cè)手段可以檢測(cè)齒輪徑向綜合總偏差 F″i 和一齒徑向綜合偏差 f″i 等。為了提高齒輪類(lèi)零件的檢測(cè)手段，快速挑出齒面有毛刺或有劃痕的齒輪以及檢驗(yàn)齒輪嚙合后的接觸印跡情況，作者采取齒輪雙面嚙合綜合測(cè)量?jī)x配合標(biāo)準(zhǔn)齒輪來(lái)進(jìn)行齒輪徑向綜合總偏差 F″i 和一齒徑向綜合偏差 f ″i 的快速檢測(cè)。文中主要從雙嚙儀的設(shè)計(jì)以及標(biāo)準(zhǔn)配對(duì)齒輪兩個(gè)方面闡述了齒輪徑向綜合偏差檢測(cè)。

　　2 雙面嚙合綜合測(cè)量?jī)x

　　徑向綜合偏差屬于綜合參數(shù)偏差，它主要影響齒輪傳遞運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性和傳動(dòng)的平穩(wěn)性。從齒輪旋轉(zhuǎn)一周記錄下的曲線 ( 如圖 1 所示) 可以看出: 誤差曲線中包含明顯的一次諧波曲線，其中 F″i 為齒輪徑向綜合總偏差，f″i 為一齒徑向綜合偏差。此外，從圖中還可揭示出齒廓偏差，一個(gè)較大的齒距偏差或受損傷的輪齒。目前，由于齒輪徑向綜合偏差檢測(cè)儀器 ( 如雙嚙儀) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作維護(hù)方便，測(cè)量效率高，能適應(yīng)相對(duì)惡劣的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境以及實(shí)現(xiàn)被加工齒輪 100% 檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)中廣泛采用。

　　圖 1 徑向綜合偏差

　　文中采用的雙面嚙合綜合測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)如圖 2 所示，檢測(cè)齒輪徑向綜合偏差的方法主要是: 基于齒輪雙面嚙合原理，將被測(cè)齒輪安裝在固定軸上，測(cè)量齒輪安裝在帶有滑道的浮動(dòng)軸上，該滑道帶一彈簧裝置，從而使兩個(gè)齒輪在徑向緊密地嚙合，轉(zhuǎn)動(dòng)被測(cè)齒輪一周，其中心距的最大變化量即為徑向綜合總偏差 F″i，轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角時(shí)中心距的最大變動(dòng)量即為一齒徑向綜合總偏差 f″i。其測(cè)量原理如圖 2 所示。

　　圖 2 雙面嚙合綜合測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)示意圖

　　3 標(biāo)準(zhǔn)齒輪設(shè)計(jì)

　　檢測(cè)用標(biāo)準(zhǔn)齒輪 ( 后簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)齒輪) 主要用于齒輪的雙面嚙合檢查。在齒輪的加工過(guò)程中，熱處理前、后齒形部分及熱處理等加工和運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)殘留毛刺和磕碰現(xiàn)象。檢測(cè)用標(biāo)準(zhǔn)齒輪就是根據(jù)齒輪的無(wú)側(cè)隙嚙合原理，通過(guò)待檢齒輪與標(biāo)準(zhǔn)齒輪緊密?chē)Ш限D(zhuǎn)動(dòng)一周，從嚙合過(guò)程中的震動(dòng)或雙嚙儀上百分表讀數(shù)的變動(dòng)量，來(lái)判斷整個(gè)齒面上是否有磕碰、未去除的毛刺。

　　標(biāo)準(zhǔn)齒輪與待檢齒輪的嚙合屬于平行軸的圓柱齒輪的嚙合范疇，按照?qǐng)A柱齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)即可，因不傳遞扭矩，強(qiáng)度、硬度要求不高，故此類(lèi)齒輪只做齒形及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不做強(qiáng)度校核。標(biāo)準(zhǔn)齒輪具體設(shè)計(jì)方法如下:

　　(1) 標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒數(shù)的要求

　　根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)齒輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)確定。機(jī)床的結(jié)構(gòu)決定嚙合中心距，根據(jù)中心距計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒數(shù)，圓整，要求與待檢齒輪齒數(shù)互質(zhì)，并盡可能地取多齒數(shù)，這樣會(huì)提高標(biāo)準(zhǔn)齒輪的壽命。

　　(2) 標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒厚的要求

　　盡量滿足兩齒輪嚙合時(shí)，節(jié)圓與分度圓一致。標(biāo)準(zhǔn)齒輪的使用目的不一樣，設(shè)計(jì)方式也不同。如綜合檢查用標(biāo)準(zhǔn)齒輪，是真實(shí)模擬配對(duì)齒輪嚙合狀態(tài)中的誤差，這樣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪時(shí)要盡量保證標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒厚和待檢齒輪的配對(duì)齒輪相同，使其嚙合狀態(tài)與使用狀態(tài)一致; 而嚙合檢查用標(biāo)準(zhǔn)齒輪則只是檢查齒輪的毛刺、磕碰等，故只需有效齒面內(nèi)全接觸皆可，齒厚不做嚴(yán)格要求。變速器齒輪多為非標(biāo)準(zhǔn)齒輪，采用細(xì)長(zhǎng)齒，且根據(jù)強(qiáng)度的要求，有一定的變位系數(shù) x1，標(biāo)準(zhǔn)齒輪的變位系數(shù)取x0 = - x1，即標(biāo)準(zhǔn)齒輪和待檢齒輪的齒厚之和等于其分度圓齒厚，僅以此作為一個(gè)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，可調(diào)整。

　　(3) 標(biāo)準(zhǔn)齒輪漸開(kāi)線起始圓直徑的要求

　　漸開(kāi)線有效齒形要覆蓋待檢齒輪的齒頂圓，因目前生產(chǎn)的變速箱齒輪在齒頂有徑向 0. 2 ～ 0. 4 mm 的倒角，實(shí)際漸開(kāi)線不能到達(dá)齒頂外圓位置，0. 2 ～ 0. 4 mm 的徑向尺寸可以當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)齒輪設(shè)計(jì)時(shí)漸開(kāi)線起始圓位置的安全系數(shù)，不用再另增長(zhǎng)漸開(kāi)線的有效長(zhǎng)度，只需按照待檢齒輪外圓尺寸設(shè)計(jì)即可。

　　(4) 標(biāo)準(zhǔn)齒輪漸開(kāi)線終止圓直徑的要求 (外徑)

　　要保證待檢齒輪齒形全長(zhǎng)被檢測(cè)，標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒形要覆蓋待檢齒輪的漸開(kāi)線起始圓直徑并有一定的安全系數(shù)，即標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒頂圓直徑要達(dá)到待檢齒輪的漸開(kāi)線起始圓并要求一個(gè)超越量，參照剃齒刀設(shè)計(jì)時(shí)的超越量標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)要保證與待檢齒輪齒根圓間的徑向間隙不小于 0. 25 mn，并驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒頂是否變尖。

　　(5) 標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒根圓直徑的要求

　　保證與待檢齒輪齒頂圓間的徑向間隙，在齒輪副設(shè)計(jì)過(guò)程中徑向間隙一般取 0. 25 mn，標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒根圓直徑按照徑向間隙系數(shù)為 0. 25 設(shè)計(jì)。

　　(6) 標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒寬的要求

　　作為檢查用標(biāo)準(zhǔn)齒輪，標(biāo)準(zhǔn)齒輪在齒寬方向要將待檢齒輪全部覆蓋，通常比待檢齒輪寬 2 ～ 4 mm。

　　(7) 精度等級(jí)的要求

　　標(biāo)準(zhǔn)齒輪用于生產(chǎn)齒輪的檢驗(yàn)，其精度等級(jí)要在待檢齒輪的精度等級(jí)上提高 2 ～ 3 個(gè)等級(jí)，齒輪精度一般為 7 級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)齒輪多定為 5 級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與待檢齒輪的標(biāo)準(zhǔn)一致，文中按 GB/T 877標(biāo)準(zhǔn)。作者按照上面的規(guī)則選取了生產(chǎn)中經(jīng)常接觸的幾十種齒輪進(jìn)行了齒輪的標(biāo)準(zhǔn)配對(duì)。

　　4 測(cè)量結(jié)果

　　齒輪的雙面嚙合儀加上配對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)齒輪制作完畢，如圖 3、 圖 4 所示。

　　圖 3 齒輪雙面嚙合儀

　　圖 4 齒輪雙面嚙合儀的標(biāo)準(zhǔn)配對(duì)齒輪和被測(cè)齒輪

　　通過(guò)使用雙面嚙合綜合測(cè)量?jī)x，圓柱齒輪徑向綜合總偏差 F″i 和一齒徑向綜合偏差 f″i 以及齒圈徑向跳動(dòng) F″r 都可以被檢測(cè)，如圖 5 所示。

　　圖 5 齒輪雙面嚙合儀的測(cè)量結(jié)果

　　此次測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表 1，徑向綜合總偏差 F″i、一齒徑向綜合偏差 f″i、齒圈徑向跳動(dòng) F″r 均超差，測(cè)量結(jié)果不合格。拆下被測(cè)齒輪發(fā)現(xiàn)齒面有磕碰傷、毛刺。用雙嚙儀初步檢測(cè)齒輪的 3 個(gè)參數(shù)可以迅速地檢出齒面上的磕碰傷、毛刺，在被測(cè)齒輪齒面上涂一層紅丹粉，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)齒輪進(jìn)行無(wú)間隙嚙合后，觀察齒面嚙合情況，檢查齒輪的實(shí)際嚙合情況，可以判斷出齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)中是否會(huì)出現(xiàn)異響、打齒、偏磨等故障，為齒輪的快速檢測(cè)提供了有力的手段。

　　5 結(jié)論

　　經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，使用雙面嚙合綜合測(cè)量?jī)x，可以檢測(cè)圓柱齒輪徑向綜合總偏差 F″i、一齒徑向綜合偏差 f″i 以及齒圈徑向跳動(dòng) F″r，特別是齒面上的磕碰傷、毛刺這些引起齒輪異響主要原因的項(xiàng)目，用雙嚙儀能夠自動(dòng)準(zhǔn)確地找到; 另外在被測(cè)齒輪齒面上涂一層紅丹粉，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)齒輪進(jìn)行無(wú)間隙嚙合后，觀察齒面嚙合情況，可以判斷出齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)中是否會(huì)出現(xiàn)異響、打齒、偏磨等故障，為解決變速箱異響提供有效的手段。