如何测量齿轮？
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发布时间：2022-04-21 07:02
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时间：2022-05-13 03:46
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；- U0 h% S( U- n) ]5 C8 S3 l
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。1 ?1 v6 P, l; j
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。% f! T4 B" x1 d8 o, j4 q
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：5 j) j; u. W4 Z, Z+ b4 H
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）；1 V; e# i/ s, q2 H( l3 g; N
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：$ w! k1 L I; e- [$ ^8 z2 l: H. T
; I' b9 f4 i x# ]( @0 C
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。- a# L) q, O" t6 L ?: V0 l
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）。7 l' k; W1 E8 Y2 c! y) B7 {0 z
齿轮的安装精度越高，侧隙可以相应越小。9 F6 g; N( y) ]' K
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；% u5 T5 e& D3 k# m5 P5 d2 Y+ ?, B
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。/ E1 i/ F; T8 S3 r# t4 j9 g
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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;0 G e0 O/ Z% E6 c8 Z7 c( T
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。" X3 N+ R7 V! ~% z/ \# y& z9 g' P, ?
6.2平行度：" v; F6 f( U6 s' M8 f/ R! V
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。5 S4 W* f1 b8 D( X3 L; n
7 磕伤：* v% @8 c+ G% u8 \: k5 ?3 { ]! A2 d) t
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。( V8 ^: M k3 w# F
二、 圆锥齿的测量：0 f! A# E& P% T7 r4 t; w
6 r" B# W6 s- Y/ v- D
1．工业界的两种测量方法：- H0 ^: j, I$ T; P# ]' k9 x
1．1运用计量级三坐标测量机，CNC齿轮测量中心进行测量；$ w' {. W8 C' P( ]
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；6 f1 _9 I" l _! v" Q, @: m7 w+ _
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;4 e6 q+ K* Z8 C0 {& Q
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；( I# T) ~9 d$ d" x. w3 M
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4 Y, C5 a! G) | J( b/ B# u% s
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）5 B$ o7 W8 T) a+ |1 W
1． 齿圈跳动Fr测量：6 S' ]* p5 `$ q1 P
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；; p' I9 o/ d& }5 t8 w) R8 j
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：3 u& R6 c: `3 m5 o% {7 r/ a$ L2 Y8 A
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：4 l F8 z& V( _8 e) X
沿齿宽方向的啮合区大小：约占全齿宽的60%；6 {# T0 b; T# W& u [
沿齿高方向的啮合区大小：约占全齿高的40%-60%) o: |7 u' c7 g% h3 G- x, u
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。/ t1 i) S6 K2 J' V0 q2 k
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。- I# Q" C9 ^, x/ m' G4 r! h
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
