齿轮接触斑点的有效控制
齿轮接触斑点的有效控制
南京高特齿轮箱制造有限公司 彭艳
[摘要]本文通过对齿轮接触斑点的有效控制，来控制齿轮箱的质量，从而保证齿轮箱质量的稳定。
[关键词]齿轮 接触斑点 有效控制
齿轮接触斑点检验的目的
检验产品齿轮副在其箱体内所产生的接触斑点，可以帮助我们对齿轮副轮齿间载荷分布进行评估，并可用于齿轮装配后对齿轮螺旋线和齿廓精度的评估。
齿轮接触斑点的有效控制
GB3480-83提出了各个精度等级的齿轮副对接触斑点的要求，见表1。
表1 各个精度等级的齿轮副接触斑点
目前我们装配图装配要求中所使用的接触斑点要求正是以此为依据的。齿轮接触斑点的大小直接影响着齿轮强度，因为齿轮强度计算中“齿轮加工、安装误差的啮合齿向误差分量” fma 与“空载下接触斑点长度”bco有如下的关系:
fma=b.Sc/bco
b:齿宽
Sc:涂色层厚度
而fma与KFβ(弯曲强度计算的齿向载荷分布系数)和KHβ(接触强度计算的齿向载荷分布系数)有直接的函数关系，故而直接影响齿轮的接触强度和齿根弯曲强度。
另外，ISO/TR10064-4:1998对齿轮各个精度下接触斑点提出了不同的检验标准,见图1及表2、表3。
图1齿轮副接触斑点分布示意图
表2 斜齿轮各个精度等级的齿轮副接触斑点
表3 直齿轮各个精度等级的齿轮副接触斑点
从表1、表2、表3的比较来看，ISO/TR10064-4:1998在齿宽方向的接触要求与GB3480-83比有明显的提高（从70%提高到80%），而在齿高方向的要求则明显降低（从50%降低到40%），表3显示的直齿齿高的要求相应的提的更高，主要考虑的是直齿没有轴向重合度εβ。
目前，由于齿轮磨齿设备一般自动化程度和精度都比较高，因此齿廓偏差基本可以得到有效的控制，即齿高方向问题不大，齿长方向才是我们努力的方向。
图2所示的是几种常见的齿轮接触斑点形状，A视图所示的是理想状况；B视图接触斑点齿长方向足够，但齿高方向偏齿跟且高度不足，属于齿廓偏差；C视图明显的有螺旋线偏差，齿廓正确。D视图有波纹度，齿廓有些问题。
图2几种常见的齿轮副接触斑点形状
齿轮副接触斑点通常也作为用户验收齿轮箱产品的重要指标。鉴于齿轮副接触斑点检验的重要性，装配时必须进行检验，同时，通过检验能够更好地对轮副接触斑点进行有效的控制。装配时，齿轮副接触斑点的有效控制主要是通过齿轮配磨来解决的，这可从GB10095-88中找到理论依据，在这个标准文本中指出：若接触斑点的分布位置和大小确有保证时，则此齿轮副中单个齿轮的ΔFβ(齿向误差)可不予考虑。需要强调的是：虽然齿轮精度能通过接触斑点得到很好的反映，但接触斑点不可以作为直接证明齿轮精度等级的替代方法。
解决齿轮接触斑点问题的一些措施
齿轮配磨是解决齿轮接触斑点问题的常用方法，但绝不是唯一方法，更不是最经济的方法，一般来说，齿轮箱通过磨齿来解决问题的方法都不是最经济的方法，因为相比其他方法，磨削的加工方法效率是最低的，反过来说，磨削的加工方法的加工成本却是最高的。当然我们可考虑用其他的途径来有效的控制齿轮接触斑点问题。
1.通过严格控制ΔFβ
曾经有人提出通过严格控制ΔFβ来达到减少配磨的目的，比如说把单个齿轮的齿向误差严格控制在1/2ΔFβ范围内，当然从理论上分析这种做法是完全正确的，的确能通过这种控制来减少配磨，但这种做法实际的结果是人为地提高了齿轮的精度要求，从而大大增加了磨齿时间，提高了齿轮的加工费用，从而严重影响企业的经济效益及生产周期。事实上这是非常不经济的做法。
2.通过偏向套补偿齿向误差ΔFβ
补偿齿向误差ΔFβ是偏心机构最经典、最广泛的用途。
为解决齿向误差补偿问题，使用偏向套将是非常合适的方法，在轴两端的轴承外圈上加上偏心套，通过调节偏心套的偏心位置就可以补偿齿向误差ΔFβ，见图2、图3，这样做既简单又方便，缩短了生产周期和加工成本。
图2 齿向误差ΔFβ
图3 偏心套补偿齿向误差Δfβ的过程
3.通过控制箱体的加工精度来控制fma （齿轮加工、安装误差的啮合齿向误差分量）。
事实上我们真正要控制的是fma，而不是ΔFβ。我们可以通过控制齿轮箱箱体的加工精度，特别是提高轴心线平行度来提高fma。这样做是有理论依据的，因为齿轮箱箱体平行度正是以Fβ来作为衡量指标的，一般水平方向的平行度要求=Fβ，垂直方向的平行度要求=1/2Fβ，而提高箱体的加工精度相对来说要容易一些，也更经济一些。
另外更深层次的意义是：减少齿轮配磨就更容易控制齿轮齿侧间隙，更容易控制齿面硬度和齿面渗碳层深，那么也就控制了齿轮箱的质量，能够保证齿轮箱质量的稳定。
综上所述，提高齿轮箱箱体加工质量是减少齿轮配磨、提高齿轮箱质量最直接、最经济的手段。
参考文献
[1]YB/T050-93（冶金设备用YNK齿轮减速器）
[2]GB3480-83（渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法）
[3]ISO/TR10064-4：1998（圆柱齿轮实用检验规程第四部分表面结构和齿轮接触斑点检验的建议）
齿轮接触斑点的有效控制.doc
