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。齒輪類零件是由專業(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)量隱患的齒輪類零件變得尤為重要。現(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)齒輪緊密嚙合轉(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)齒輪漸開線起始圓直徑的要求
漸開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)漸開線起始圓位置的安全系數(shù)，不用再另增長(zhǎng)漸開線的有效長(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。