法兰克福大学山德曼教授
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減速機網 圓柱齒輪檢驗實施規范(表面結構和輪齒接觸斑點的檢驗) 減速機網
來源:減速機信息網    時間:2010-5-6 11:51:59  責任編輯:jiajing  
圓柱齒輪 檢驗實施規范 第4部分:
表面結構和輪齒接觸斑點的檢驗
1范圍
GB/Z18620的這一部分提供了關于齒輪齒面表面粗糙度和輪齒接觸斑點檢測方法的推薦文件。
本指導性技術文件所提供的數值不應作為嚴格的精度判據,而作為共同協議的關于鋼或鐵制齒輪的指南來使用。
2 引用標準
   下列標準所包含的條文,通過在本指導性技術文件中引用而構成為本指導性技術文件的條文。本指導性技術文件出版時,所示版本均為有效。所有標準都會被修訂,使用本指導性技術文件的各方應探討使用下列標準最新版本的可能性。
GB/T 131-1993 機械制圖  表面粗糙度符號、代號及其注法(eqv ISO 1302:1992)
GB/T1356-2001通用機械和重型機械用圓柱齒輪 標準基本齒條齒廓(idt ISO 53:1998)
GB/T3505-2000產品幾何技術規范 表面結構 輪廓法 表面結構的術語、定義及參數(eqv ISO 4287:1997)
GB/T 6062-1985 輪廓法觸針式表面粗糙度測量儀 輪廓記錄儀及中線制輪廓計(neq ISO 1880:1979)
GB/T 10095.1-2001漸開線圓柱齒輪 精度 第1部分:輪齒同側齒面偏差的定義和允許值(idt ISO 1328-2:1997)
GB/T 10095.1-2001漸開線圓柱齒輪 精度第2部分:徑向綜合偏差與徑向跳動的定義和允許值(idt ISO 1328-2:1997)
GB/T10610-1998 產品幾何技術規范 表面結構 輪廓法評定表面結構的規則和方法(eqv ISO 4288:1996)
ISO11562:1996 產品幾何技術規范(GPS) 表面結構:輪廓方法 相位校正濾波器的計量特征
ISO 13565-1:1996 產品幾何技術規范(GPS) 表面結構:輪廓方法 分層功能性質的表面 第1部分:濾波和一般測量條件
ISO13565-2:1996產品幾何技術規范(GPS) 表面結構:輪廓方法 分層功能性質的表面 第2部分:使用等效直線的實體比率曲線的高度特征
3 符號和定義
3.1符號
單項要素測量所用的偏差符號,用小寫字母(如f)加上相應的下標組成;而表示若干單項要素偏差組合的“總”偏差所用的符號,采用大寫字母(如F)加上相應的下標組成。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

fwβ
齒面波度的波幅
μm
bc1
接觸斑點的較大長度
%
bc2
接觸斑點的較小長度
%
hc1
接觸斑點的較大高度
%
hc2
接觸斑點的較小高度
%
lr
精糙度輪廓的取樣長度
mm
ln
評定長度(不注明規定ln=5×lr見
GB/T3505-2000中表C2和GB/T10610-1998中4.4)
mm
Wr
實體長度
%
Mr1,Mr2
實體(粗糙度核心輪廓)分段點
%
Ra
粗糙度輪廓的算術平均偏差
μm
Rk
粗糙度核心輪廓深度
μm
Rpk
減去的峰高
μm
Rυk
減去的谷深
μm
RZ
粗糙度輪廓的最大高度(見GB/T3505)
μm
Z(x)
縱坐標值
μm
λ
波長
mm
λc
截止波長(波紋度的截止短波長)
mm
λs
粗糙度的截止短波長
mm

3.2 術語和定義
3.2.1 通用術語
3.2.1.1 表面加工紋理
表面主要加工痕跡的方向(見圖1a)。
注:表面加工紋理通常是由所用的加工方法決定的。
3.2.1.2 粗糙度
粗糙度輪廓的微觀不平度(見3.2.2.1)。它是在加工過程中所形成的表面結構(微觀幾何形狀特性)的一種組成成分,不包括波紋度和形狀偏差。
3.2.1.3波紋度
波紋度輪廓的不平度(見3.2.2.2)。它是表面形狀特性的一種組成成分,粗糙度是疊加在它的上面的(見圖1a,b,c)。通常,加工的齒輪輪齒表面的波紋度間距顯著大于粗糙度間距。
 
圖1
3.2.2 與評定表面輪廓有關的術語
3.2.2.1 粗糙度輪廓
粗糙度輪廓的通過波段是由λc與λs輪廓濾波器限定的(見ISO 11562:1996第3章),見圖1。
1 粗糙度輪廓是評定粗糙度輪廓參數的基礎
2理論在ISO 11562:1996的3.2中給出了λc和λs之間的聯系數。
3.2.2.2 波紋度輪廓
   波紋度輪廓是在用輪廓濾波器λc后留下的長波成分的周期性部分
3.2.2.3 粗糙度輪廓的中線
粗糙度輪廓的中線是被輪廓濾波器λc所壓縮后的長波輪廓成分(見ISO 11562:1996的3.2.1)。
注:粗糙度輪廓的中線是測量粗糙度輪廓縱坐標Z(x)的其準線,見圖2。
3.2.2.4 縱坐標值
所評定輪廓在任一位置x的高度。
3.2.2.5 粗糙度的取樣長度lr
用于識別所評定輪廓不平度特征的x軸方向的長度。粗糙度的取樣長度lr在數值上同輪廓濾波器λc的特性波長相等(見GB/T3505)。
圖2 測量長度
3.2.2.6 評定長度ln
用于評定被測定輪廓的x軸方向的長度,評定長度可以包括一個或幾個取樣長度(見GB/T3505-2000中4.4)。
3.2.2.7 輪廓濾波器的截止波長λc
正弦波輪廓的波長,在這一波長的幅值的50%被輪廓濾波器通過(見ISO 11562)。
3.2.2.8截止比
給定通過波段的長波截止波長與短波截止波長之比(見ISO11562)。
3.2.3 與表面粗糙度參數有關的術語
3.2.3.1粗糙度輪廓的最大高度RZ
在取樣長度內最大的輪廓峰高Zp與最大的輪廓谷深Zυ之和(見GB/T3505-2000中4.1.3和圖8)。
注:通常這個參數是按五個連接的取樣長度的最大高度的平均值來測定的,這評定長度就包含五個取樣長度(見圖3)。
圖3 粗糙度輪廓的最大高度
3.2.3.2 粗糙度輪廓的算術平均Ra
在取樣長度內縱坐標絕對值Z(x)的絕對值的算術平均值(見GB/T3505-2000中4.2.1)。
Ra= ……………………(1)
式中:lr——Ra的取樣長度;
Z(x),Zi——縱坐標值。
注:算術平均Ra是按五個連接的取樣長度組成的評定長度來確定的(見圖4和GB/T10610)。
3.2.4輪齒波度
波度是齒面的周期性波紋度,波度的特殊形狀有以下特征:
——表面加工紋理接近平行于(同相嚙齒輪的)接觸線;
——投影在節圓上(在回轉平面內)的波紋數為整數,見圖5;
——它們是產生噪聲的一個可能原因。
 
圖5 斜齒輪的波度
4表面結構
試驗研究和使用經驗表明,在表面結構等級和齒輪承載能力狀況之間存在某種關系。GB/T3480敘述了表面粗糙度對輪齒點蝕和彎曲強度的影響,在ISO/TR 13989中論述了粗糙度對膠合的影響。
同粗糙度一樣,波紋度和表面結構的其他特征也會影響材料的表面抗疲勞能力,因此,當需要高標準的性能和可靠性時,要細心地記錄未濾波的輪廓來反映輪齒表面結構。
在本指導性技術文件中沒有推薦適用于特定用途的表面粗糙度、波紋度的等級和表面加工紋理的形狀或類型,也未鑒別這種表面不平度的成因。
注意——要強調的是:在規定輪齒現在結構的特征極限值之前,齒輪設計者和齒輪工程師們應熟悉有關的國家標準和這方面的其他文獻,參見第2章的引用標準。
5 功能考慮
受表面結構影響的輪齒功能特性可以分為幾類:
——傳動精度(噪聲和振動);
——表面承載能力(如點蝕=膠合和磨損);
——變曲強度(齒根過渡曲面狀況)。
5.1 傳動精度
表面結構包含兩個主要特征:粗糙度和波紋度。
表面波紋度或齒面波度會引起傳動誤關,這種影響依賴波紋的紋理相對于瞬間接觸線和接觸跡線的方向,如果波紋的紋理平行于瞬時接觸線或接觸區(垂直于接觸跡線),齒輪嚙合時會出現一個高音的刺耳聲(高于嚙合頻率的古怪的諧波成分)。
在少數情況下,表面粗糙度會使齒輪噪聲的特性產生差異(光滑的齒面與粗糙的比較),一般它對齒輪嚙合頻率的噪聲及其諧波成分不產生影響。
5.2承載能力
表面結構可在兩個大致的方面影響輪齒耐久性:齒面劣化和輪齒折斷。
5.2.1 齒面劣化
齒面劣化有磨損、膠合中擦傷和點蝕等。齒廓上的表面粗糙度和波紋度與此有關。表面結構、溫度和潤滑劑決定影響齒面耐久性的彈性流體動力(EHD)膜的厚度。
5.2.2 彎曲強度
輪齒折斷可能是疲勞(高循環應力)的結果,表面結構是影響齒根過渡區應力的一個因素。
5.3測量方法的影響
測量方法的儀器、定位、方向和分析(濾波器等)必須選擇得使其能體現輪齒的功能區域和接觸跡線。
6圖樣上應標注的數據
當用戶已規定時,或當設計和運行要求必需時,在圖樣上應標出完工狀態表面粗糙度的適當的數值。如圖6a和b所示。
圖6
7測量儀器
觸針式測量儀器通常用來測量粗糙度。可采用以下幾種類型的儀器來進行測量,不同的測量方法對測量不確定度的影響有不同的特性(見圖7)。
a)       在被測表面上滑行的一個或一對導頭的儀器(儀器有一平直的基準平面);
b)       一個在具有名義表面形狀的基準平面上滑行的導頭;
c)       一個具有可調整的或可編程的導頭組合一起的基準線生成器,例如,可由一個坐標測量機來實現基準線;
d)       用一個無導頭的傳感器和一個具有較大測量范圍的平直基準對形狀、波紋度和粗糙度進行評定。
 
圖7 儀器特性以及與制造方法相半的測量行程方向
根據國家標準,觸針的針尖半徑應為2μm或5μm或10μm,觸針的圓錐角可為60°或90°。此外,有關儀器特性的詳細資料見GB/T 6062,在表面測量的報告中應注明針尖半徑和觸針角度。
在對粗糙度或波紋度進行測量時,需要有無導頭傳感器和一個被限定截止的濾波器,它壓縮表面輪廓的長波成分或短波成分。測量儀器僅適用于某些特定的截止波長,表1給出了適當的截止波長的參考值。必須要認真選擇合適的觸針針尖徑、取樣長度和截止濾波器,見GB/T6062、GB/T10610和ISO11562,否則測量中就會出現系統誤差。
根據波紋度、加工紋理方向和測量議器的影響的考慮,可能要選擇一種不同的載止值。
表1濾波和截止波長

模數/mm
標準工作齒高/mm
標準截止波長/mm
工作齒高內的截止波數
1.5
3.0
0.2500
12
2.0
4.0
0.2500
16
2.5
5.0
0.2500
20
3.0
6.0
0.2500
24
4.0
8.0
0.8000
10
5.0
10.0
0.8000
12
6.0
12.0
0.8000
15
7.0
14.0
0.8000
17
8.0
16.0
0.8000
20
9.0
18.0
0.8000
22
10.0
20.0
0.8000
25
11.0
22.0
0.8000
27
12.0
24.0
2.5000
30
16.0
32.0
2.5000
13
20.0
40.0
2.5000
16
25.0
50.0
2.5000
20
50.0
100.0
8.0000
12

8 齒輪齒面表面粗糙度的測量
本章論述了各參數的優先值、截止波長和評定長度以及漸開線圓柱齒輪輪齒和齒根過渡區表面結構的測量方法。
在測量表面粗糙度時,觸針的軌跡應與表面加工紋理的方向相垂直,見圖7和圖8中所示方向。測量還應垂直于表面,因此,觸針應盡可能緊跟齒面的變曲的變化。
在對輪齒齒根的過渡區表面粗數度測量時,整個方向應與螺旋線正交,因此,需要使作一些特殊的方法,圖8中表示了一種適用的測量方法,傳感器的頭部,在觸針前面,有一半徑為r(小于齒根過渡曲線的半徑R)的導頭,安裝在一根可旋轉的軸上,當該軸轉過角度約100°時,觸針的針尖描繪出一條同齒根過渡區接近的圓弧。當齒根據過渡區足夠大,并且該裝置仔細的定位時方可進行粗糙度測量。
注:導頭直接作用于表面,應使半徑r>50λc,以避免因導頭引起的測量不確定度。
 
圖8 齒根過渡曲面粗糙度的測量
使用導頭形式的測量儀器進行測量還有另一種辦法,選擇一種適當的注塑材料(如樹脂等)制作一個相反的復制器。當對較小模數齒輪的齒根過渡部分的粗糙度進行測量時,這種方法是特別有用的。在使用這種方法時,應記住在評定過程中齒廓的記錄曲線的凹凸是相反的。
8.1評定測量結果
直接測得的粗糙度參數值,可直接與規定的允許值比較。
參數值通常是按沿齒廓取的幾個接邊的取樣長度上的平均值確定的,但是應考慮到表面粗糙度會高測量行程有規律地變化,因此,確定單個取樣長度的粗糙度值,可能是有益的。為了改進測量數值的統計上的準確定性,可從幾個平行的測量跡線計算其算術平均值。
如不用相對于基準有關的導頭測量輪廓可望獲得最好的結果,這就是第7章中7b和7d所提到的那種設備情況。
參見第7章中粗糙度、波紋度、形狀和形狀偏差同時被評定的情況。
在此情況下,為了將粗糙度從輪廓的較長波長的組成中分離出來,在按ISO11562和GB/T10610用相位校正濾波器進行濾波之前,首先必須將名義的形狀成分消除。
當齒輪齒廓太小,以致無法在5個接連的取樣長度進行測量時,允許在分離的齒上取單個取樣長度進行測量(見GB/T10610-1998第7章),但必須在參數符號后面附注取樣長度的個數,例如:RZ1、RZ3
為了避免使用濾波器時評定長度的部分損失,可以在沒有標準濾波過程的情況下,在單個取樣長度評定粗糙度。圖9說明為消除形狀成分等,將(沒有濾波器)軌跡輪廓細分為短的取樣長度l1、l2、l3等所產生的濾波效果。為了同標準方法的濾波結果相比較,取樣長度應與截止值λc為同樣的值。
 
圖9取樣長度和濾波的影響
8.2參數值
從對數得出的值應該與規定值進行比較,規定的參數值應優先從表2和表3中所給出的范圍中選擇,無論是Ra還是RZ 均可作為一種判斷依據,但是,兩者不應在同一部分使用。
在GB/T10095.1中規定的齒輪精度等級和表2和表3中粗糙度等級之間沒有直接的關系。
注:在關于Ra和RZ 的表中,相同的表面狀況等級并不與特定的制造工藝對相應,這一點尤其適用表中1級到4級的表列值。
表2 算術平均偏差Ra的推薦極限值

等級
Ra
模數/mm
m>6
6≤m≤25
m>25
1
 
0.04
 
2
 
0.08
 
3
 
0.16
 
4
 
0.32
 
5
0.5
0.63
0.80
6
0.8
1.00
1.25
7
1.25
1.6
2.0
8
2.0
2.5
3.2
9
3.2
4.0
5.0
10
5.0
6.3
8.0
11
10.0
12.5
16
12
20
25
32

表3微觀不平度十點高度R 的推薦極限值

等級
R
模數/mm
m>6
6≤m≤25
m>25
1
 
0.25
 
2
 
0.50
 
3
 
1.0
 
4
 
2.0
 
5
3.2
4.0
5.0
6
5.0
6.3
8.0
7
8.0
10.0
12.5
8
12.5
16
20
9
20
25
32
10
32
40
50
11
63
80
100
12
125
160
200

8.3粗糙度輪廓的實體比率曲線
本章的以下各條對與高應力接觸表面相關的表面粗糙度的功能特性的各參數用實體比率曲線作了規定(見GB/T3505)。
對于高應力接觸表面,將其形狀偏差和波紋度偏差的規定極限值保持在一個很小值的范圍內是很重要的。
這些參數描述了實體比率曲線的形狀,從而說明粗糙度廓的高度和特性。首先要有一張全面有代表性的、無誤差的,經過濾波的粗糙度輪廓圖。才能進行下文中敘述的表面結構的評定過程。
8.3.1實體比率曲線的有關術語
a)截止線:一條平行于中線切割粗糙度輪廓的線(見圖10a);
b)實體長度;截線所截位于輪廓峰內各段截線長度之和,用它與評定長度之比的百分數表示(見GB/T3505-2000中3.2.14的輪廓的實體長度)。
8.3.2實體比率曲線的結構
     在粗糙度輪廓的實體比率曲線上每點的坐標:
a)       在x軸:用評定長度的百分數表示的五個接連的取樣長度的實體長度;
b)       在 軸:粗糙度輪廓截線的縱坐標(見圖10a)。
8.3.3 實體比率曲線的參數
a)粗糙度核心輪廓:粗糙度核心輪廓是不包含有突出的峰點和深谷的粗糙度輪廓(見ISO13565-2:1996中3.1);
b)核心粗糙度深度Rk(μm):核心粗糙度深度是粗糙核心輪廓的深度(圖10b)(見ISO 13565-2:1996中3.1.1);
 
圖10按ISO13565-2規定的實體比率曲線的特性值
c)       實體區段Mr1(%):是為突峰從粗糙度核心輪廓分開的截線而確定的實體區段Mr1(見ISO 13565-2:1996中3.1.2);
d)       實體區段Mr2(%):是為深谷從粗糙度核心輪廓分開的截線而確定的實體區段Mr2(見ISO 13565-2:1996中3.1.2)
e)       削減的峰高Rpk(μm):是粗糙度核心輪廓之上的突出的峰的平均高度(見ISO 13565-2:1669中3.28);
f)        削減的谷深Rυk(μm):穿過粗糙度核心輪廓的谷底的平均深度值(見ISO13565-2:1996中3.3)。
注:8.3.5中的平均方法減少了界外值對Rpk和Rυk的影響。
8.3.4 實體比率曲線的測量條件
a)實體比率曲線的測量儀器:使用觸針式儀器來測定實體比率曲線的參數,此儀器用幾何表面或基準線生成器對觸針軌跡進行控制。
b)測量方向:應選擇給出粗糙度最大值的測量路程。
8.3.5實體比率曲線的參數的確定
8.3.5.1 Rk、Mr1、Mr2的確定
在橫坐標Mr1和Mr2之間取間距40%的分段,貫穿實體比率曲線,畫一條相對于x軸斜率最小的平均直線,見圖11。假如有兩個或多個斜率相同的線段,則選定較接近曲線較高端的線段,此直線在0%和100%處兩點縱坐標之間的差值等于Rk
 
圖11 Rk、Mr1和Mr2特性值的確定與測量
8.3.5.2 Rpk和Rυk的確定
從0%和100%處的Z軸上交點畫切向粗糙度輪廓的橫截線A和B,見圖11和12,確定線A以上的粗糙度輪廓所圍面積AA和線B以下的谷部輪郭所圍的面積BA。
在0%處的 軸方向與在線段c1—a1以上構造出一個面積等于BA的直角三角形a2b2c2
邊上c1—b1與Rpk相等,邊長c1—b2與Rυk相等。
對不同粗糙度輪廓的實體比率曲線的對比,說明了如何利用實體比率曲線來估計給定表面對表面損傷的相對抵抗能力。
8.3.6實體比率曲線的參數Rk、Rpk、Rυk的應用
圖11闡明Rk不能僅以輪廓深度值來表示,還要有實體比率的主要部分的斜率值。
實體比率曲線的斜率是十分重要的,它的值表明了在更深地進入核心輪廓時實體比率的增加趨勢,因此Rk對表面的承載能力有重要意義。
 
 
圖12 Rpk和Rυk的測定
ISO13565-2借助于3條直線的參數描述了實體比率曲線的形狀,它將輪廓總深度細分為:
——突峰區域(與初始運轉狀況有關,例如磨合和磨損);
——核心區域(與承載能力、使用特性有關);
——深谷區域(與潤滑=保存油有關)。
圖13說明把突出的峰和谷從核心輪廓中分離出來的方法。假如Rk等于0時(見圖13a),圖中清楚地表明了峰和谷的明顯分離。圖13b表明了Rk值的擴展(向中間的直線兩邊),除去表面很突出的峰和谷,具有接近高斯分布的縱坐標。
雖然計量學上確定實體比率曲線的參數,并不比確定齒輪的Ra或R 11Beyer,Eckolt,Hillmann,Witteklpf用掃描電子顯微鏡和觸針式測量表面儀器研究輪齒齒面PTB報告PTB-F-2(1987年11月)。)更困難,但實體比率曲線的參數所能提供的信息,對當前要使用來說研究得還不夠充分。因此,目前還不能給出那些參數的推薦值。
 
圖13 粗糙度核心區域對突峰和深谷的量值的影響及其特性
9能輪齒接觸斑點的檢驗
本章將對獲得與分析接觸斑點的方法進行解釋,還給出對齒輪精度估計的指導。
檢測產品齒輪副在其箱體內所產生的接觸斑點,可以幫助我們對輪齒間載荷分布進行評估。
產品齒輪與測量齒輪的接觸斑點,可用于裝配后的齒輪的螺旋線和齒廓精度的評估。
9.1 檢測條件
9.1.1精度
產品齒輪與測量齒輪副輕載下的接觸斑點,可以從安裝在機架上的齒輪相嚙合得到。為此,重要的是,齒輪軸線的不平行度,在等于產品齒輪齒寬的長度上的數值,盡可能在接近的位置上測定,不得超過0.005mm。同時也要保證測量齒輪的齒寬不小于產品齒輪的齒寬,通常這意味著對于斜面齒輪需要一個專用的測量齒輪,對于大齒輪來說,這樣的測量齒輪可以是一個特制的產品齒輪的樣品,并保留它,便于作為備件替換損壞了的齒輪。
相配的產品齒輪副的接觸斑點也可以在相嚙合的機架上獲得。
9.1.2載荷分布
產品齒輪副在其箱體內的輕載接觸斑點,有助于評估載荷的可能分布,在其檢測過程中,齒輪的軸頸應當位于他們的工作位置,這可以通過對軸承軸頸加墊片調整來達到。
9.1.3印痕涂料
適用的印痕涂料有:裝配工的藍色印痕涂料和其他專用涂料。應選擇那些能確保油膜層厚度在0.006~0.012mm的應用方法。
9.1.4 印痕涂料層厚度的標定
這對判明接觸斑點的檢查結果是很重要的,操作者掌握了穩定的工藝后,就可來確立印痕涂料層的厚度,在垂直于切平面的方向上以一個已知小角度移動齒輪的軸線,即在軸承座上加墊片并觀察接觸斑點的變化,這標定工作應該有規范地進行以確保印痕涂料、測試載荷和操作工人的技術都不改變。
9.1.5測試載荷
用于獲得輕載接觸斑點所施加的載荷,應能恰好保證被測齒面保持穩定的接觸。
9.1.6記錄測試結果
接觸斑點通常以畫草圖、照片、錄像記錄下來,或用透明膠帶覆蓋在接觸斑點上,再把粘住接觸斑點的涂料的膠帶撕下來,貼在優質的白卡片上。
9.2操作者的培訓
要完成以上操作的人員,應訓練正確地操作,并定期檢查他們的效果,以確保操作效能的一致性。
9.3接觸斑點的判斷
接觸斑點可以給出齒長方向配合不準確的程度,包括齒長方向的不準確配合和波紋度,也可以給出齒廓不準確性的程度,必須強調的是作出的任何結論都帶有主觀性,只能是近似的并且依賴于有關人員的經驗。
9.3.1與測量齒輪相嚙的接觸斑點
圖14到圖17所示的是產品齒輪與測量齒輪對滾產生的典型的接觸斑點示意圖。
9.3.2齒輪精度的接觸斑點
圖18和表4、表5給出了在齒輪裝配后(空載)檢測時,我們所預計的在齒輪精度等級和接觸斑點分布之間關系的一般指示,必須記住實際的接觸斑點不一定同圖18中所示的一致,在嚙合機架上所獲得的齒輪檢查結果應當是相似的。
注:圖18、表4和表5對齒廓和螺旋線修形的齒面是不適用的。
注意:這些表格試圖描述那些從通過直接的測量,證明符號表列精度的齒輪副中獲得的最好接觸斑點,不要把它們理解為證明齒輪精度等級的可替代方法。
 
圖18接觸斑點分布的示意圖
表4 斜齒輪裝配后的接觸斑點

精度等級按GB/T10095
bc1
占齒寬的百分比
hc1
占有效齒面高度的百分比
bc2
占齒寬的百分比
hc2
占有效齒面高度的百分比
4級及更高
5和6
7和8
9至12
50%
45%
35%
25%
50%
40%
40%
40%
40%
35%
35%
25%
30%
20%
20%
20%

表5直齒輪裝配后的接觸斑點

精度等級按GB/T10095
bc1
占齒寬的百分比
hc1
占有效齒面高度的百分比
bc2
占齒寬的百分比
hc2
占有效齒面高度的百分比
4級及更高
5和6
7和8
9至12
50%
45%
35%
25%
70%
50%
50%
50%
40%
35%
35%
25%
50%
30%
30%
30%

 
附錄A
(標準的附錄)
用接觸斑點控制齒輪輪齒的齒長方向配合精度
A1目的
本附錄敘述用接觸斑點來規定和控制齒輪輪齒的齒長方向配合精度。
論述接觸斑點的兩種產生辦法:
——靜態方法,通過軟涂層的轉移;
——動態方法,通過硬涂層的磨損。
A2應用
A2.1典型用途
用接觸斑點作定量和定性控制齒輪的齒長方向配合精度的方法,經常用于以下場合:大齒輪不能裝在現成的檢查儀上及工作現場沒有檢查儀可用。其優點是:
——測試工具的便于攜帶;
——可以測試其他方法不能測試的大型和復雜的表面;
——測試簡單和快捷;
——如果通過適當的標定,測試結果具用可再現性;
——對裝配狀況的敏感性,例如軸承配合不良和齒輪箱變形;
——可以探測微小的齒長方向配合誤差和系統差的能力,例如齒面波度,這在導程和齒廓檢測曲線圖里并不表現;
——能夠評定輪齒的配合性,包括大齒輪和小齒輪的疊加或累積偏差的作用,這在導程和齒廓檢測曲線圖里并不表現;
——能評定整個齒面,而不是單單一條表示齒廓或齒長方向配合的曲線。
A2.2特定應用領域
一些使用接觸斑點測試方式的例子:
——船艦用大型齒輪;
——高速齒輪;
——船艦和高速齒輪箱的現場組裝;
——起重機、提升機、橋、微波天線等的開式末級傳動齒輪的裝配;
——圓錐齒輪;
——航天齒輪。
A2.3使用方法
靜態方法:通過小齒輪和大齒輪之間一層薄薄的涂層轉移來完成,不加載荷,一般用手轉動。
動態方法:需要可控制的遞增適當的載荷并按設計規定的動轉速度來完成。
A3 使用說明
A3.1靜態方法
接觸斑點檢測,使一個齒輪的齒上的規定厚度的印痕涂料轉移到相配齒輪的齒上。將接觸斑點檢測的結果與規定的斑點作比較。這規定斑點是分析想要的無載荷接觸狀況得出的,或按類似齒輪副的經驗得出的。這技術與精密儀器和精密機床的接觸表面的手工配合或刮研相類似。
A3.2動態方法
接觸斑點是靠受載區域的嚙合面涂層被磨掉來顯示的,觀察和記錄隨著載荷增加短期轉動后的斑點。典型載荷遞增最為5%,25%,50%,75%和100%用所得到的接觸斑點進行比較,以保證在規定工作條件下,觀察到輪齒逐漸發展的接觸面積達到設計的接觸面大小。
A4測試器具和材料
a)       清洗劑
b)       印痕的涂料
c)——紅丹;
——專用涂料;
——基礎顏料和油的混合物;
——普魯士藍軟膏;
——染料滲透顯示劑,噴霧器包裝的白色粉劑,作為裂紋探傷檢測滲秀顯示劑套件之一(有銷售);
——劃線用藍油。
c)記錄手段:
——照相;
——和輪齒一樣大小的透明膠帶和白紙;
——畫草圖。
d)標定用量具:
——精密墊片或塞尺;
——千分表。
A5靜態方法
A5.1測試
A5.1.1軸線的校正
當沒有現成的齒輪箱體可用或齒輪在車間測試,以便以后在現場裝配,車間使用試驗臺架和轉動夾具把齒輪定位在正確的相互位置上。必須保證齒輪軸線在同一平面上并且相互平行,即使0.00010rad微小的軸線對準誤差,對測試結果的再現性將產生有害影響。典型的測試程序,是把一個精密直尺橫置于齒輪軸上,將精密塊墊于直徑較小的軸和直尺之間,以補償軸半徑之差。把精密的水平儀放在精密直尺的上面,然后調速齒輪軸的高度,直至精密直尺水平為止。在每對支承軸頸中間重復這個操作程序,用精密測量來檢測支撐所測齒輪的兩軸之間的中心距和軸線平行度。在作接觸試驗的車間常能找到帶易調整支承座的轉動夾具(嚙合臺架)。
如果在未裝配的齒輪箱內做接觸試驗時,則必須先保證齒輪箱以盡量高的精度放置水平,以避免齒輪軸線的不對準,齒輪軸線偏移使接觸斑點測試結果受到影響,其影響的程度與在轉動夾具內測試是一樣的。
當裝配后齒輪箱重新做接觸測試,其接觸斑點如果和調好水平而未裝配齒輪箱的測試結果有差別,這反映出安裝時由于箱體變形而引起齒輪軸線產生了歪斜。
A5.1.2 測試程序
將準備測試的齒輪用清洗劑徹底清洗,清除任何污染和殘油。然后將小齒輪的三個或更多輪齒上涂一層薄的印痕涂料,使用硬毛刷操作,可以將普通25mm寬度油漆刷子的硬毛修剪成大約10mm長度,做成一把合適刷子。涂層要薄而均勻,沒有必要除掉所有的毛刷痕跡,因為測試時這些痕跡會被抹平,涂層厚度應該在5~15μm之間(見A5.2標定)。
小齒輪的輪齒涂完后應蓋起來,以免過于濺散,并在大齒輪的和跟小齒輪涂了涂料的齒嚙合的輪齒上噴一層薄薄的顯像液膜。噴顯像液是為了消除齒面反光,以便觀察接觸斑點的試驗結果,而不要制作一層會影響接觸斑點真實性的厚膜。
完成涂料涂刷后,操作者轉動小齒輪,使其涂有涂料的輪齒和大齒輪相嚙合,由助手在大齒輪上施加一個足夠反力矩以保證接觸,然后把齒輪反轉回到原來位置,在輪齒的背面做上記號,以便對接觸斑點進行觀察。這個操作程序至少要在大齒輪三個等距離的位置上重復地做,以顯示由于擺動或其他周期性誤差所產生接觸斑點的變異。
A5.1.3 記錄結果
得到的接觸斑點要用照相、畫草圖或透明膠帶記錄下來。一步成像照相和透明膠帶紙是最常用的方法。使用膠帶時把透明膠帶小心壓在接觸區域上,然后再小心地把它撕取下來,貼在白紙上,這樣接觸斑點就被保存在膠帶和白紙之間。接觸斑點還可用黑白或彩色的靜電復印來復制。膠帶上應編號以指明使用了哪一個輪齒,同時在接觸斑點上注明方向,齒的一哪一側齒面,哪是齒頂,哪是齒根。
接觸斑點的記錄紙帶可隨現場裝配的齒輪備件一起提供。與現場裝配后的測試接觸斑點作比較,驗證裝配是否正確。
A5.2標定
為了使測試結果有意義和可再現性,印痕涂料層的厚度必須控制且前后一致。
印痕涂料層厚度可以很容易地通過以下任意一種技術測定。
A5.2.1 作為接觸試驗的一部分,小心地抬起小齒輪軸的一端軸承,其抬高量應足以使小齒輪軸傾斜面0.00010rad,記錄下接觸斑點,并使軸承在正常(水平)位置時在同一輪齒上重復試驗,涂層厚度由接觸斑點的飄移量和角度為100mm,則涂層厚度應為0.010mm。
A5.2.2 另一個類似的考證操作員技術的方法是,用一塊標準平板和精密直尺,在直尺的邊上涂以印痕涂料,然后將直尺一端落在平板上,另一端放在平板上已知厚度的墊片上,則涂層厚度等于墊片厚度乘以接觸斑點長度和直尺長度的比值。
A5.2.3應該進行標定試驗并用為測試試驗記錄的一部分,印痕涂層厚度取決于操作者的技巧和技術,如果是一個正規操作接觸斑點的操作人員,則不必對其每一次試驗的技術進行重新標定。可隨時使用以上標定方法標定涂層厚度并記錄其結果作為評判試驗或審查用。
A6 動態方法
A6.1試驗程序
每次試驗前,都要把待測試的輪齒用清洗液徹底洗凈,以除去任何污染和殘油,將小齒輪和大齒輪至少三個以上的輪齒噴上劃線用藍油,產生的膜應光滑和薄。千萬不能造成過厚的膜,所以,每次做完試驗,應徹底用清洗液洗凈任何殘留在輪齒上的藍油、污垢或油。
當輪齒被涂層后,給齒輪副一個載荷增量作短時間運行,然后停止,將其接觸斑點記錄下來,徹底清洗干凈輪齒后在下一個載荷增量下重復運行以上程序。整個操作過程應至少在三個不同載荷上重復進行。
A6.2記錄結果
接觸斑點的結果應照相或畫草圖加以記錄。
附錄B
(提示的附錄)
文獻目錄
1)  GB/T 1357-1987 漸開線圓柱齒輪模數
2)  GB/T1800.1-1997極限與配合  基礎  第1部分:詞匯
3)  GB/T2821-1992 齒輪幾何要素代號
4)  GB/T3374-1992 齒輪基本術語
5)  GB/T3480-1997 漸開線圓柱齒輪承載能力計算方法
6)  GB/Z18620.1-2002 圓柱齒輪 檢驗實施規范 第1部分:輪齒同側齒輪的檢驗
7)  GB/Z18620.2-2002圓柱齒輪 檢驗實施規范 第2部分:徑向綜合偏差、徑向跳動、齒厚和側隙的檢驗
8)  GB/Z1860.3-2002 圓柱齒輪 檢驗實施規范 第3部分:齒輪坯、軸中心距和軸線平行度
9)  ISO/TR13989-1:2000齒輪 圓柱齒輪、圓錐齒輪和次雙曲面齒輪膠合承載能力的計算方法 第1部分:閃溫法
10) ISO/RT13989-2:2000 齒輪 圓柱齒輪、圓錐齒輪和準雙曲面齒輪膠合承載能力的計算方法 第2部分:積分溫度法
11) ANSI/AGMA 2000-A88齒輪分級和檢測手冊 未安裝的直齒輪和斜齒輪的公差和測量方法(1992修訂版附錄D)
12) Beyer,Eckolt,Hillmann,Wittekopf,用掃描電子顯微鏡和觸針式測量表面儀器研究輪齒齒面PTB報告PTB-F-2(1987年11月)
 

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