浅析双面啮合检查标准齿对检测结果的影响

浅析双面啮合检查标准齿对检测结果的影响

摘要：汽车变速器齿轮属高速精密齿轮，在满足传动功能之余，更重要的还需满足啮合的准确性与平稳性。径向综合总偏差Fi’’与一齿径向综合偏差fi’’作为评判齿轮精度的两个重要参数，其评判手段的准确有效，也就显得尤为重要。在批量生产过程中，齿轮双面啮合检查是检测齿轮径向误差最简单有效的手段之一。但是由于啮合标准齿本身存在制造以及安装的误差，会导致检测过程中出现标准齿与被测齿轮误差相互叠加或抵消的现象，从而导致零件的误判或漏判。本文针对此情况进行了定性的分析，并初步提供了检测时的关注点与解决方案。

关键词：双面啮合标准齿检测

1. 概述

在汽车制造行业中，齿轮大多数采用滚齿加工（也包含插齿/铣齿等）。滚齿过程中定位孔是重要的定位基准之一，装夹过程中，零件定位孔与涨套往往会存在同轴度误差，导致加工出来的零件存在偏心。这样加工的齿轮，通过检测齿轮径向综合偏差Fi’’和一齿径向综合偏差fi’’便会体现出来。

2. 双面啮合检查原理

大批量生产中，双面啮合检查对齿轮两项径向误差因检测效率高而广泛采用。其检测原理如图1所示：

该仪器将标准齿轮（精度一般比被测齿轮高3级）安装在测量滑架4上，被测齿轮1安装在可通过丝杠螺母传动，并可因其齿轮大小而作移动的固定芯轴上。标准齿轮3与被测齿轮1与他们各自的安装芯轴无间隙。测量前，将浮动滑架调在受推力气时可左右移动的位置。测量时，标准齿轮3与被测齿轮1双面啮合（无齿侧间隙）转动。在转动过程中，若被测齿轮存在偏心，则使标准齿轮连同所在的浮动滑架在两中心距连线上产生位移，该位移量之差则为改齿轮的径向综合总偏差Fi’’；转一齿最大位移量与最小位移量之差则为该齿轮的一齿径向综合偏差fi’’。齿轮的两项误差产生的规律及误差曲线如图2所示：

从测量原理和误差曲线可以看出，两齿轮的径向综合偏差Fi’’和一齿径向综合偏差fi’’反映的是他们啮合中心矩的变化。其实质反映的是齿轮加工过程中齿轮在夹具的定位中心（涨套中心）与齿轮的理论中心（齿轮自身定位孔中心）不重合的偏心量的变化。这样的测量原理与测量方式实质就是模拟了齿轮加工时的旋转中心与自身定位孔的偏心量逐渐变化的过程。其变化量被记录而得到了误差曲线。

3. 齿轮径向误差分析

在测量过程中，一般是将标准齿轮看作一个不存在的误差的理想齿轮，这样测得的误差误差曲线反映的是被测齿轮的误差曲线。若不考虑标准齿轮存在误差，则两齿轮在一圈范围内的位移量被认为是被测齿轮的径向综合总偏差。两齿轮转一齿范围内的最大位移量被认为是被测齿轮的一齿径向综合偏差。当测得的误差值小于等于允许值，该齿轮此两参数合格。反之则不合格。

但实际情况是标准齿轮比被测齿轮高3~4个等级。从常用精度齿轮误差表1可以看出，当标准齿轮比被测齿轮高3级时，标准齿轮径向综合总误差的允许值，即径向综合公差可达被测齿轮径向综合总公差的1/3以上；一齿径向综合误差的允许值，即一齿径向综合公差与被测齿轮一齿径向综合公差值的比值也接近1/3。当标准齿轮比被测齿轮高4级时，同理。这样的误差不可小视。

若以上两参数略大于允许值，理论上该齿轮此项参数不合格。但是考虑该两项参数测量原理，可以分析得知，当略大于允许值时，可能的情况是应考虑标准齿轮的这两项误差的实际值，因标准齿轮与被测齿轮未被限制回转自由度，随机位置啮合的情况下，有可能两齿轮偏心两最大时相互叠加，如图3所示。此时测得的径向综合总偏差Fi’’和一齿径向综合偏差fi’’便是两齿轮偏心量的叠加。其测得值大于被测齿轮该两项误差的实际值。因此，被测齿轮的该项参数不一定超差。故检查是可能产生误判而带来经济损失。

如若该两项误差略小于允许值，但不能肯定该齿轮两项参数值一定合格。从检测原理份分析，考虑标准齿轮的该两项参数的实际偏差，且两齿轮同样是随机安装，随机位置啮合的情况下，有可能标准齿轮处于偏心量最小，而被测齿轮处在偏心量最大的位置啮合，此时，标准齿的偏心抵消了被测齿轮的部分偏心量，如图4所示。用此时测得的但数值去判断齿轮的合格性便存在误收的可能，这将影响产品的质量，这是检测是不允许出现的情况。

考虑到大批量生产中，产品尺寸呈正态分布，齿轮的允许误差也呈正态分布，如果标准齿轮的允许公差占被测齿轮公差的1/3~1/4的话，那么，将会出现3%的合格齿轮被误判，也会有3%的不合格齿轮被漏判。

4. 结论

综上所述，根据测量原理和判断依据说明，因标准齿轮与被测齿轮在随机安装，随机位置啮合的情况下，其测量所得值是两个齿轮此项参数的综合反映，两项误差在测量过程中可能出现叠加或抵消。因此：

1） 应注意在标准齿轮安装完成后，测量该齿轮两项参数的误差，并在最大值处做标记；

2） 被测齿轮在检测过程中，第一次测得值后，无论其测得值是否在允许值范围内，都应该改变其啮合位置重新测量。

3） 由于本身测量仪器存在很大不确定性，所以，过程工艺尺寸应适当加严控制；

使用双面啮合仪对被测齿轮的径向误差进行评定时，应考虑标准齿轮的误差和测量方法，尽量减少误判带来的经济损失，同时更应避免漏判引发的不良后果，确保产品质量。