渐开线圆柱齿轮检验实施规范及测量方法

时间：2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：指导性技术文件GB/Z 18620.1—2008是渐开线圆柱齿轮轮齿同侧齿面的检验实施规范，即齿距、齿廓、螺旋线等偏差和切向综合偏差的检验实施规范，作为GB/T 10095.1—2008的补充，它提供了齿轮检测方法和测量结果分析方面的建议。齿轮各项偏差的检验，需要多种测量仪器。齿轮设计者应确保适用的齿廓计值范围。

渐开线圆柱齿轮检验实施规范及测量方法

指导性技术文件GB/Z 18620.1—2008是渐开线圆柱齿轮轮齿同侧齿面的检验实施规范，即齿距、齿廓、螺旋线等偏差和切向综合偏差的检验实施规范，作为GB/T 10095.1—2008的补充，它提供了齿轮检测方法和测量结果分析方面的建议。

指导性技术文件GB/Z 18620.2—2008是渐开线圆柱齿轮的径向综合编差、径向圆跳动、齿厚和侧隙的检验实施规范，即涉及双面接触的测量方法和测量结果的分析并补充了GB/T 10095.2—2008。

齿轮各项偏差的检验，需要多种测量仪器。首先必须保证齿轮实际工作的轴线与测量过程中的回转轴线重合。

测量齿轮所有偏差项目，如单个齿距、齿距累积、齿廓、螺旋线、切向和径向综合偏差、径向跳动、表面粗糙度等，既没有必要，同时也不经济。因为其中有些偏差对于特定齿轮的功能并没有明显影响。另外，有些测量项目可以代替别的一些项目，例如切向综合偏差检验能代替齿距偏差的检验，径向综合偏差检验能代替径向跳动的检验等。

（1）齿距偏差（f_pt、F_pk、F_p）的检验

1）除另有规定外，齿距偏差均在接近齿高和齿宽中部的位置测量。f_pt需对每个轮齿的两侧齿面都进行测量。当齿宽大于250mm时，应增加两个测量部位，即在各距齿宽每侧约15%的齿宽处测量。

2）除另有规定外，F_pk值被限定在不大于1/8的圆周上评定。F_pk适用于齿距k为2到小于z/8的范围。通常，检验F_pz/8值就足够了。对于特殊的应用场合（如高速齿轮）还需检验较小的弧段并规定相应的齿距数k。

（2）齿廓偏差（F_α、f_fα、f_Hα）的检验

1）有关定义的说明：

①齿廓偏差。应在齿轮端面内沿垂直于渐开线齿廓的方向计值。如果在齿面的法向测量，应将测量值除以cosβ_b后再与公差值进行比较。

②设计齿廓。是指符合设计规定的端面齿廓，可以是修正的理论渐开线，包括修缘齿廓、凸齿廓等。

③平均齿廓。被测齿面的平均齿廓是设计齿廓迹线的纵坐标减去一条斜直线的纵坐标后得到的一条迹线。这条斜直线使得在计值范围（L_α）内实际齿廓迹线偏差对平均齿廓迹线偏差的平方和为最小。因此，需要用“最小二乘法”确定平均齿廓迹线的位置和倾斜。

平均齿廓是用于确定f_fα（见图10-2b）和f_Hα（见图10-2c）的一条辅助齿廓迹线。

④可用长度（L_AF）。等于两条端面基圆切线长度之差。一条从基圆到可用齿廓的外界限点，另一条是从基圆到可用齿廓的内界限点。

依据设计，可用长度外界限点被齿顶、齿顶倒棱或齿顶倒圆的起始点（点A）限定，在朝齿根方向，可用长度的内界限点被齿根圆角或挖根的起始点（点F）所限定。

⑤有效长度（L_AE）。可用长度对应于有效齿廓的那部分。对于齿顶，L_AE有与可用长度同样的限定（A点）。对于齿根，有效长度延伸到与之配对齿轮有效啮合的终止点E（即有效齿廓的起始点）。如不知道配对齿轮，则E点为与基本齿条相啮合的有效齿廓的起始点。

⑥齿廓计值范围（L_α）。可用长度中的一部分，在L_α内应遵照规定精度等级的公差。除另有规定外，其长度等于从E点开始延伸到有效长度L_AE的92%（见图10-3）。

对于L_AE剩余的8%，即靠近齿顶处的L_AE与L_α之差的区段。齿廓总偏差和齿廓形状偏差按下列规则计算：

a.使偏差量增加的偏向齿体外的正偏差，必须计入偏差值。

b.除另有规定外，对于负偏差，其公差为计值范围L_α规定公差的3倍。

齿轮设计者应确保适用的齿廓计值范围。

2）检验要求

①齿廓偏差。应在齿宽中部位置测量。当齿宽大于250mm时，应增加两个测量部位。即在各距齿宽每侧约15%的齿宽处测量。除另有规定外，应至少测三个轮齿的两侧齿面。这三个轮齿应取在沿齿轮圆周近似三等分位置处。

②f_fα、f_Hα不是标准的必检项目，但它是十分有用的参数。需要时，应在供需协议中予以规定。

（3）螺旋线偏差（F_β、f_tβ、f_Hβ）的检验

1）有关定义的说明

①螺旋线偏差。是在端面基圆切线方向测量的实际螺旋线与设计螺旋线之间的差值。如果偏差是在齿面的法向测量，则应除以cosβ_b换算成端面的偏差量，然后才能与公差值比较。

②迹线长度。与齿轮的齿宽成正比的长度，不包括轮齿倒角或圆角。

③螺旋线计值范围（L_β）。除另有规定外，L_β等于迹线长度在其两端各减去齿宽的5%或一个模数的长度。取两个数值中较小的值。

齿轮设计者应确保适用的螺旋线计值范围。

在两端缩减的区段中，按下述规则评定螺旋线总偏差和螺旋线形状偏差：

a.使偏差量增加的偏向齿体外的正偏差，必须计入偏差值。

b.除另有规定外，对于负偏差，其公差为计值范围L_β规定公差的3倍。

④设计螺旋线。与设计规定一致的螺旋线。它可以是修正的圆柱螺旋线，包括鼓形线、齿端修薄及其他修形曲线。

⑤被测齿面的平均螺旋线。它是从设计螺旋线迹线的纵坐标减去一条斜直线的纵坐标后得到的一条迹线，这条斜直线使得在计值范围内实际螺旋线迹线对平均螺旋线迹线之偏差的平方和为最小。因此，需用“最小二乘法”确定平均螺旋线迹线的位置和倾斜。

平均螺旋线是用来确定f_fβ（见图10-3b）和f_Hβ（见图10-3c）的一条辅助螺旋线。

2）检验要求

①螺旋线偏差。应在沿齿轮圆周均布的不少于三个轮齿的两侧面的齿高中部测量。

②f_fβ、f_Hβ不是标准的必检项目，但它是十分有用的参数。需要时，应在供需协议中予以规定。

（4）切向综合偏差（F_i′、f_i′）的检验

1）F_i′、f_i′是标准的检验项目，但不是必须检验的项目。

2）“测量齿轮”的精度影响测量结果，其精度至少比被测齿轮的精度高4级。否则，需考虑测量齿轮的制造精度所带来的影响。

检验时，可用齿条、蜗杆、测头等测量元件代替“测量齿轮”，但应在协议中予以规定。

3）检验时，被测齿轮与测量齿轮处于公称中心距，并施予很轻的载荷，以较低的速度保证齿面接触保持单面啮合状态，直到获得一整圈的偏差曲线图为止。

4）总重合度ε_γ影响f_i′的测量。当被测齿轮和测量齿轮的齿宽不同时，按较小的齿宽计算ε_γ。

如果对轮齿的齿廓和螺旋线进行了较大的修形，检测时ε_γ和系数k会受到较大的影响。在评定测量结果时，需考虑这些因素。在这种情况下，需对检验条件和记录曲线的评定规定专门的协议。

（5）径向综合偏差（F″_i、f_i″）的检验

1）检验时，测量齿轮应在“有效长度L_AE”上与产品齿轮（被测齿轮）保持双面啮合。应特别注意测量齿轮的精度和参数设计，如应有足够的啮合深度，使其与产品齿轮的整个实际有效齿廓接触，而不应与非有效部分或齿根部接触。

2）当检验精密齿轮时，供需双方应协商所用测量齿轮的精度和测量步骤。

3）标准在其附录中给出的公差值，可直接用于直齿轮。对于斜齿轮，因纵向重合度ε_β影响径向测量结果，故按供需双方的协议来使用。当用于斜齿轮时，其测量齿轮的齿宽应使与产品齿轮啮合时的ε_β≤0.5。

（6）径向跳动（F_r）的检验检验时，应按定义将测头（球形、圆柱形及砧形）在齿轮旋转时逐齿放置在齿槽中，并与齿的两侧齿面接触。测量时，测头的直径应选择得使其接触到齿深的中间部位，并应置于齿宽中部。砧形测头的尺寸应选择得使其在齿槽中大致在分度圆的位置接触两齿面。

（7）检验项目的确定标准没有规定齿轮的公差组和检验组。对产品齿轮可采用两种不同的检验形式来评趸和验收其制造质量。一种检验形式是综合检验，另一种是单项检验，但两种检验形式不能同时采用。

1）综合检验：其检验项目有F″_i与f_i″。

2）单项检验：按照齿轮的使用要求，可选择下列检验组中的一组来评定和验收齿轮精度。

①f_pt、F_p、F_α、F_β、F_r。

②f_pt、F_pk、F_p、F_a、F_β、F_r。

③f_pt与F_r（仅用于10～12级）。

（8）齿轮的公差与极限偏差齿轮的单个齿距偏差±f_pt、齿距累积总偏差F_p、齿廓总偏差F_α、齿廓形状偏差f_fα、齿廓倾斜极限偏差±f_Hα、螺旋线总偏差F_β、螺旋线形状偏差f_tβ、螺旋线倾斜偏差±f_Hβ、一齿切向综合偏差f_i′（测量一齿切向综合偏差时，其值受总重合度ε_γ影响，故标准给出了f_i′/k比值）、径向综合总偏差F″_i、一齿径向综合偏差f_i″、径向跳动公差F_r等数值，见表10-5～表10-15。