修形齒輪齒部精度評定及控制方法

齒輪的齒部加工質(zhì)量直接影響到齒輪傳動的有效性及齒輪自身壽命，然而齒部精度的評定一直受到諸多因素的影響。隨著齒輪檢測儀器的進步，檢測數(shù)據(jù)越來越清晰地反映出齒部的微觀情況，齒輪精度理論也從齒輪誤差幾何學理論、運動學理論一路發(fā)展到現(xiàn)今的動力學理論。齒輪誤差動力學理論考慮到齒輪在傳動過程中的彈性形變對齒廓進行修形，有意地引入誤差，從而補償齒輪承載后的彈性形變來獲得最佳動態(tài)性能。由于齒輪設(shè)計時普遍引入齒輪修形，在此情況下沿用傳統(tǒng)齒輪精度評定中的主要項目對齒輪加工情況進行評定，已經(jīng)不能夠真實反應(yīng)齒輪質(zhì)量，對齒輪精度的測量及評定都提出了新的要求。

齒部精度評定的主要項目

現(xiàn)今我國使用的齒輪精度國家標準為GB/T 10095.1-2008，其中齒輪齒部質(zhì)量精度評定的多個項目可大致分為單個齒面的評定項目（齒廓偏差、螺旋線偏差）及對多個齒分析的評定項目（齒距累積偏差）。單個齒面評定的項目影響齒輪嚙合時的接觸情況；多個齒分析項目則影響齒輪的傳動性能。

齒輪測量中心的大量應(yīng)用，使齒輪評定項目這類微觀的參數(shù)形象清楚地展現(xiàn)出來，并對數(shù)值進行評測。而對于有特殊要求的，如齒廓有K形、凸度和螺旋線有鼓度特定公差帶的齒輪，也可以進行評估，使齒輪質(zhì)量評估工作更清晰和直觀。但是由于特殊修形齒輪刻意引入誤差，原來單獨通過誤差大小評定齒輪加工質(zhì)量的方式便不適用此類齒輪。本文介紹了修形齒輪精度評定時遇到的問題及處理方法。

齒廓修形齒輪精度評定

為了緩和齒輪嚙合時由于齒數(shù)變化引起的嚙合剛度急劇變化，減小嚙合初始沖擊，降低齒輪傳動系統(tǒng)的振動和噪聲，齒廓修形被廣泛應(yīng)用于大扭矩傳動齒輪設(shè)計中。圖1描述了修形中常見的齒頂去量處理。

圖1 齒頂去量修形齒輪嚙合示意

圖中C和L為齒頂修形的寬度和長度，修形之后單齒嚙合點便集中在齒廓中部平滑且強度高的位置。為了控制嚙合點的位置設(shè)計齒輪時還經(jīng)常需要在齒根處減量修形。這類對齒廓進行修形的齒輪，原有齒廓質(zhì)量評定項目：齒廓總偏差已經(jīng)不能用來評定，而是需要設(shè)計者給出修形允許的最大量和最小量；而對齒輪質(zhì)量的評定方式則是通過齒輪測量中心測量齒輪齒廓外形，在修形量范圍內(nèi)視為合格，反之不合格；而原齒廓質(zhì)量評定項目中的形狀偏差和傾斜偏差仍可以用來指導齒輪加工。雖然這兩個項目在國標中為推薦項目，可以不做強制性控制，但是對于修形齒輪，要通過這兩個項目綜合評定才能確定齒廓質(zhì)量。

形狀偏差主要由機床精度和刀具決定，當形狀偏差超差時一般通過更換刀具和刀具刃磨來解決，但是形狀偏差不超差的情況下，有些齒廓依然屬于不可接受的不合格品范圍。對于這部分齒廓，齒輪測量儀會評定為合格，所以只有通過人為判定來避免此類產(chǎn)品的產(chǎn)生。圖2所示為此類不合格品舉例。

圖2 不合格齒廓類型舉例

圖2中的a類齒廓為齒頂過于突出，b類齒廓為中部有凹陷，c類齒廓為齒根有突出。3張圖片夸張地體現(xiàn)出齒廓加工過程中最不能容忍的三類齒廓。而在加工中常遇見的齒廓一般不會如此明顯，這就需要人為判定時準確把握齒廓整體平滑、齒頂和齒根相對齒中部的縮進以及主要嚙合接觸位置無凹陷三項準則，來判斷齒廓是否合格。

傾斜偏差可通過對機床的調(diào)整進行修正，如調(diào)整齒輪回轉(zhuǎn)中心與加工機床回轉(zhuǎn)中心的重合度，調(diào)整刀具安裝精度等。對于修形齒輪齒廓整體在修形量允許范圍內(nèi)、傾斜偏差合格、齒廓形狀為可接受的形狀且形狀偏差數(shù)值合格，則可視為齒廓質(zhì)量合格。

螺旋線修形齒輪精度評定

為了使齒輪嚙合接觸位置居于齒面中部，齒輪設(shè)計中經(jīng)常對齒輪螺旋線進行修形，即螺旋線兩端縮進，中部鼓起，也就是常說的螺旋線有鼓形。對于有鼓形的齒輪，齒部精度評定項目中的螺旋線總偏差不能用來決定齒輪質(zhì)量，而是需要設(shè)計者給出鼓形量的最大和最小范圍，螺旋線在此范圍內(nèi)即為合格。

與齒廓的評定方式相同，對于有螺旋線修形的齒輪，螺旋線精度的評定也同樣必須結(jié)合螺旋線形狀偏差及傾斜偏差，即此三項皆合格則視為齒輪螺旋線精度合格。

修形齒輪加工

工業(yè)傳動系統(tǒng)中使用的齒輪由于對齒面強度的要求，必須是強化齒面。現(xiàn)今最常用的齒面表面強化技術(shù)為表面滲碳或滲氮。滲氮處理溫度低，材料基本無相變，所以滲氮處理的齒輪齒面變形較??；而滲碳處理溫度高，處理后齒面變形較大。   

對于需要滲碳處理的修形齒輪，加工時需考慮修形在熱處理中的變化。而此變化量取決于齒輪材料，齒輪結(jié)構(gòu)及模數(shù)等因素。經(jīng)驗可知，熱處理后的齒輪，齒廓方向齒頂及齒根會有部分塌陷，螺旋線方向鼓形量會有部分縮小。具體數(shù)值則需要對指定類型齒輪多次加工記錄經(jīng)驗數(shù)值，熱前加工時需根據(jù)經(jīng)驗值對修形量進行補償性調(diào)整。在無經(jīng)驗指導初次加工時，可以按照齒廓及螺旋線變化方向適當壓縮設(shè)計給出的偏差值，從而得到合格的修形齒輪。

結(jié)語

得益于現(xiàn)今先進的齒輪測量技術(shù)，通過計算機可形象體現(xiàn)出修形后齒輪的齒部情況，從而對修形齒輪齒部精度進行評定。而齒輪在熱處理過程后齒部情況的變化也可以通過修形補償性消除。