除了检查零件尺寸和质量外,齿轮检查还可以深入了解制造过程本身,确保您自己的程序得到适当控制。

齿轮检查从车间的日常任务开始,延伸到制造实验室,用于复杂的分析齿轮评估。这些程序中的部分或全部对于维持过程控制和生产达到所需质量的零件是必要的。特别是,检查有助于控制以下方面:

•齿轮尺寸
•齿轮质量
•机器上的夹具安装
机器设置
零件毛坯质量
刀具的精度
刀具的安装
刀具的正确锐化
热处理工艺

生产设备状况

以下信息总结了齿轮检查的基本要素,从最简单的要素开始,到更复杂的要素。

尺寸检查

检查齿轮尺寸是否正确的传统方法是用千分尺测量销或球。销测量提供了一种精确且方便的方法,可以在可用千分尺的能力范围内确定任何直径齿轮的齿厚。对于较大直径的齿轮,可使用跨距测量或轮齿卡尺。复合测试还可以测量轮齿尺寸。当齿轮与其配合齿轮安装在工作中心距离时,尺寸测量用于提供正确的齿隙。

用千分尺和销或球测量尺寸(图1)。

图1:使用千分尺和
销或球。

用齿卡尺测量尺寸(图2)。

图2:使用齿卡尺测量尺寸。

跳动检查

跳动是旋转面和基准面之间距离的最大变化,垂直于该基准面测量。齿轮的跳动可以用千分表在连续齿隙中放置的销或球上测量。在现代CNC齿轮测量机上,可在全自动循环中进行此检查。跳动测量用于确保正确的齿隙和最小的旋转运动变化。

图3:使用钢球、销或铁砧进行跳动检查。

用钢球、销或铁砧进行跳动检查(图3)。

综合检验

齿轮综合试验是一种检查方法,其中工作齿轮在与主齿轮紧密的双面接触中滚动。AGMA将此类检验定义为“径向综合偏差”无齿隙,因为工作齿轮在检查机上对参考齿轮进行弹簧加载。复合作用试验在允许轧制过程中中心距离变化的检验仪器上进行。中心距的这种变化将产生一个“齿到齿”和一个“总复合”指示,可以在一个简单的千分表上读取或以图形方式记录。

综合检查是一种非常有用的车间友好工具,用于确定齿轮的一般质量,包括尺寸、跳动、齿间滚动动作,以及检测划痕。这不是确定单个齿面误差的合适方法。

齿轮滚动装置的原理图(图4)。

图4:齿轮滚动装置的示意图。

综合检验的图形记录(图5)。

图5:复合检验的图形记录。

外形检查

轮廓是齿轮齿曲线的形状,从齿轮齿根到齿尖测量。轮廓的功能或操作部分是齿啮合期间实际接触的区域。通常,该区域从齿根圆角正上方到齿尖。在大多数平行轴齿轮上,齿廓曲线的形状为渐开线。实际上,适当的测量机将测量探针对准齿轮表面中间的测试齿轮。大多数齿轮测量机使用生成原理创建参考轮廓,以与齿轮的实际轮廓进行比较。轮廓以图形方式进行跟踪和记录,正确的未修改轮廓在图表上表示为一条直线。

使用滚动度、滚动角度进行轮廓检查(图6)。

图6:轧制角度、轧制角度的轮廓检查。

不正确的齿廓将导致齿轮的滚动不均匀,这可能导致较大的齿间误差、负载不均和噪音问题。在极端情况下,可能会发生齿轮过早损坏。

螺旋线检查

AGMA当前的检查手册将“螺旋偏差”(以前称为齿向偏差和导程偏差)定义为测量螺旋与设计螺旋之间的差异。在实践中,适当的测量机将测量探针对准试验齿轮上的节圆直径,并以图形方式跟踪和记录“引线”,在图表上以直线表示正确的未修改螺旋线。螺旋测量用于确定啮合齿轮之间的正确面接触。不正确的螺旋将产生不均匀的负载和噪音。

螺旋线偏差图表(图7)。

图7:螺旋线偏差图表。

螺距或指数检查

间距是每个齿在齿轮圆周上的理论真实位置。节距偏差是每个齿的理论位置和实际位置之间的差值。这些值可以是正或负。指数变化是指任何齿相对于基准齿的理论位置的位移。

总节距变化和总指数变化是相同的值,通常称为“累计间距”总指数变化是指数变化极值之间的最大代数差。

有两种不同的方法可以达到齿“间距”一种是使用带有精密分度系统的单探头测量装置。这种分度系统可以是电子的,就像在数控测量机上一样,带有编码器控制的旋转轴。它也可以使用机械装置,如分度盘、圆形分隔器或光学刻度。第二个系统利用两个探针在齿轮旋转时从相邻齿面获取连续数据。必须对从双探头系统获得的数据进行数学校正,以获得间距值。今天人们认识到,单探头系统是最精确和首选的系统。

使用节距比较器和角度索引进行节距测量(图8)。

图8:使用节距比较器和角度索引进行节距测量。

指数测量用于确定轮齿的正确间距。由于总齿距变化或累积齿距,齿距误差是齿轮噪声的主要来源。尽管总节距变化的主要成分来自零件跳动,但在所有情况下,可能无法通过简单的跳动或综合检查来检测。

单面检查

单面检验似乎与复合或双面检验技术相同。事实上,这是完全不同的,因为试验齿轮是在其设计中心距离和与主齿轮或参考齿轮的齿隙处滚动的。这与实际档位的操作非常接近。

双侧面和单侧面检查之间的差异(图9)。

图9:双面和单面检查之间的差异。

单侧检查仪器在两个旋转轴上使用编码器作为固定或便携式装置。然后对来自每个编码器的旋转数据进行电子处理,并将所得相位相互比较,以产生相位差。这将表明理想共轭齿轮理想恒定角速度的旋转运动误差。该相位差的结果以图形形式记录为模拟波形,类似于复合检验图。

单侧面检查最重要的方面是其测量轮廓共轭度的能力。数据还与外形变化、节距变化、跳动和累计节距变化有关。单齿面试验不能消除对螺旋线偏差进行分析检查的需要,也不能有效地应用于接触比增大的齿轮组,如斜齿轮。

总结

本文引用的AGMA标准是目前世界上最先进的齿轮规格。AGMA与ANSI和ISO合作以实现这一目标,目前担任ISO齿轮委员会主席。AGMA标准是一个有价值的规范,不仅用于规定齿轮精度水平,还用于在供应商和供应商之间建立标准,测量齿轮生产设备的精度能力,或作为机床验收标准。还有其他规范,如德国标准、DIN、英国标准、BS和日本标准JIS。独立标准也基于单个制造商的经验而存在。

Wenzel GearTec、M&M Precision Systems、Klingelnberg和其他制造商提供现代CNC控制的齿轮检验机,用于测量和记录齿轮误差。这些公司的每台机器都是CNC控制的,因此提供了额外的能力来测量其他零件参数以及生产齿轮齿的切削和精加工工具。CNC机器还提供将测量数据连接到计算机系统以进行自动解释的能力。目前的一项发展是为CMM型检验机提供齿轮检验能力。

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是Jos北美业务总裁。德国富特旺根Koepfer&Sohne股份有限公司。他拥有密歇根理工大学(Michigan Technology University)的学士学位,曾担任巴伯·科尔曼(Barber Colman)机床部门的应用工程师,并担任美国Pfauter公司的营销副总裁。Gimpert活跃于美国齿轮制造商协会,AGMA董事会成员,商业管理执行委员会主席。