淺析雙面齧合檢查標準齒對檢測結果的影響

淺析雙面齧合檢查標準齒對檢測結果的影響

摘要：汽車變速器齒輪屬高速精密齒輪，在滿足傳動功能之餘，更重要的還需滿足齧合的準確性與平穩性。徑向綜合總偏差Fi’’與一齒徑向綜合偏差fi’’作為評判齒輪精度的兩個重要參數，其評判手段的準確有效，也就顯得尤為重要。在批量生產過程中，齒輪雙面齧合檢查是檢測齒輪徑向誤差最簡單有效的手段之一。但是由於齧合標準齒本身存在製造以及安裝的誤差，會導致檢測過程中出現標準齒與被測齒輪誤差相互疊加或抵消的現象，從而導致零件的誤判或漏判。本文針對此情況進行了定性的分析，並初步提供了檢測時的關注點與解決方案。

關鍵詞：雙面齧合標準齒檢測

1. 概述

在汽車製造行業中，齒輪大多數採用滾齒加工（也包含插齒/銑齒等）。滾齒過程中定位孔是重要的定位基準之一，裝夾過程中，零件定位孔與漲套往往會存在同軸度誤差，導致加工出來的零件存在偏心。這樣加工的齒輪，通過檢測齒輪徑向綜合偏差Fi’’和一齒徑向綜合偏差fi’’便會體現出來。

2. 雙面齧合檢查原理

大批量生產中，雙面齧合檢查對齒輪兩項徑向誤差因檢測效率高而廣泛採用。其檢測原理如圖1所示：

該儀器將標準齒輪（精度一般比被測齒輪高3級）安裝在測量滑架4上，被測齒輪1安裝在可通過絲槓螺母傳動，並可因其齒輪大小而作移動的固定芯軸上。標準齒輪3與被測齒輪1與他們各自的安裝芯軸無間隙。測量前，將浮動滑架調在受推力氣時可左右移動的位置。測量時，標準齒輪3與被測齒輪1雙面齧合（無齒側間隙）轉動。在轉動過程中，若被測齒輪存在偏心，則使標準齒輪連同所在的浮動滑架在兩中心距連線上產生位移，該位移量之差則為改齒輪的徑向綜合總偏差Fi’’；轉一齒最大位移量與最小位移量之差則為該齒輪的一齒徑向綜合偏差fi’’。齒輪的兩項誤差產生的規律及誤差曲線如圖2所示：

從測量原理和誤差曲線可以看出，兩齒輪的徑向綜合偏差Fi’’和一齒徑向綜合偏差fi’’反映的是他們齧合中心矩的變化。其實質反映的是齒輪加工過程中齒輪在夾具的定位中心（漲套中心）與齒輪的理論中心（齒輪自身定位孔中心）不重合的偏心量的變化。這樣的測量原理與測量方式實質就是模擬了齒輪加工時的旋轉中心與自身定位孔的偏心量逐漸變化的過程。其變化量被記錄而得到了誤差曲線。

3. 齒輪徑向誤差分析

在測量過程中，一般是將標準齒輪看作一個不存在的誤差的理想齒輪，這樣測得的誤差誤差曲線反映的是被測齒輪的誤差曲線。若不考慮標準齒輪存在誤差，則兩齒輪在一圈範圍內的位移量被認為是被測齒輪的徑向綜合總偏差。兩齒輪轉一齒範圍內的最大位移量被認為是被測齒輪的一齒徑向綜合偏差。當測得的誤差值小於等於允許值，該齒輪此兩參數合格。反之則不合格。

但實際情況是標準齒輪比被測齒輪高3~4個等級。從常用精度齒輪誤差表1可以看出，當標準齒輪比被測齒輪高3級時，標準齒輪徑向綜合總誤差的允許值，即徑向綜合公差可達被測齒輪徑向綜合總公差的1/3以上；一齒徑向綜合誤差的允許值，即一齒徑向綜合公差與被測齒輪一齒徑向綜合公差值的比值也接近1/3。當標準齒輪比被測齒輪高4級時，同理。這樣的誤差不可小視。

若以上兩參數略大於允許值，理論上該齒輪此項參數不合格。但是考慮該兩項參數測量原理，可以分析得知，當略大於允許值時，可能的情況是應考慮標準齒輪的這兩項誤差的實際值，因標準齒輪與被測齒輪未被限制迴轉自由度，隨機位置齧合的情況下，有可能兩齒輪偏心兩最大時相互疊加，如圖3所示。此時測得的徑向綜合總偏差Fi’’和一齒徑向綜合偏差fi’’便是兩齒輪偏心量的疊加。其測得值大於被測齒輪該兩項誤差的實際值。因此，被測齒輪的該項參數不一定超差。故檢查是可能產生誤判而帶來經濟損失。

如若該兩項誤差略小於允許值，但不能肯定該齒輪兩項參數值一定合格。從檢測原理份分析，考慮標準齒輪的該兩項參數的實際偏差，且兩齒輪同樣是隨機安裝，隨機位置齧合的情況下，有可能標準齒輪處於偏心量最小，而被測齒輪處在偏心量最大的位置齧合，此時，標準齒的偏心抵消了被測齒輪的部分偏心量，如圖4所示。用此時測得的但數值去判斷齒輪的合格性便存在誤收的可能，這將影響產品的質量，這是檢測是不允許出現的情況。

考慮到大批量生產中，產品尺寸呈正態分佈，齒輪的允許誤差也呈正態分佈，如果標準齒輪的允許公差佔被測齒輪公差的1/3~1/4的話，那麼，將會出現3%的合格齒輪被誤判，也會有3%的不合格齒輪被漏判。

4. 結論

綜上所述，根據測量原理和判斷依據説明，因標準齒輪與被測齒輪在隨機安裝，隨機位置齧合的情況下，其測量所得值是兩個齒輪此項參數的綜合反映，兩項誤差在測量過程中可能出現疊加或抵消。因此：

1） 應注意在標準齒輪安裝完成後，測量該齒輪兩項參數的誤差，並在最大值處做標記；

2） 被測齒輪在檢測過程中，第一次測得值後，無論其測得值是否在允許值範圍內，都應該改變其齧合位置重新測量。

3） 由於本身測量儀器存在很大不確定性，所以，過程工藝尺寸應適當加嚴控制；

使用雙面齧合儀對被測齒輪的徑向誤差進行評定時，應考慮標準齒輪的誤差和測量方法，儘量減少誤判帶來的經濟損失，同時更應避免漏判引發的不良後果，確保產品質量。