一种齿轮箱体中齿轮副轴向平行度检测方法

李孝忠

（ 南京腾亚精工科技股份有限公司，江苏 南京 211103 ）

0 引言

齿轮传动是指由齿轮副传递运动和动力的装置，是现代各种设备中应用最广泛的机械传动方式，其传动准确，效率高，结构紧凑，使用寿命长，在大多电动工具产品中得到应用。

1 概述

电动工具作业时，内部齿轮产生振动和噪声。当齿面出现偏载或非正常接触（偏磨）时，振动和噪声则更加明显。此时，齿轮油润滑环境欠佳，偏磨过载的齿啮合处产生热量积聚，继而破坏齿面油膜，致使齿轮加速磨损，严重时可致“剃齿”现象发生。齿轮偏磨现象见图1。

2 原因分析

1）加工工艺

加工过程中，齿轮齿坯轴线与齿坯端面未保持垂直，或齿坯在机床上的装夹与机床加工轴线间存在偏斜，加工后的齿轮则出现一定程度的锥度，即使后期能正常装配，齿轮也会产生偏磨现象。

2）安装歪斜

齿轮工装发生歪斜，或齿轮内孔材料硬度偏低，压装后的齿轮产生偏磨现象；轴端面与齿轮轴心线不垂直，或轴端面存在毛刺，压装后的齿轮发生歪斜，产生偏磨现象。

3）轴定位、固定方面

用于圆柱齿轮间啮合的齿轮轴，齿轮箱体的同心度欠缺，齿轮轴两端轴承定位孔相对错位，造成齿轮副轴线平行度偏差大，齿轮产生偏磨现象。

2 概述

相对于单个圆柱齿轮或安装在对应轴上的齿轮，进行齿轮平行度偏差值测量较简单；对装配在齿轮箱体内齿轮副的轴向平行度检测较困难。其原因在于电动工具的齿轮箱体以压铸件或塑料件居多，外形复杂(机壳本身)、变形量较大，且齿轮箱体较小、测量空间狭小等特点。

本文依据《齿轮手册》中提及的圆柱齿轮副两条轴线之间平行度误差的确定方式，介绍一种圆柱齿轮啮合的齿轮箱体轴线平行度实际测量操作方法。

3 公差确定

齿轮副两条轴线间的平行度公差值，应按其使用要求确保相啮合轮齿间的侧隙和齿长方向正确接触。

以圆柱齿轮为例，轴线平行度与齿轮向量的方向有关，对“轴线平面偏差”f和“垂直平面偏差”f有不同规定。“轴线平面偏差”f在两轴线的公共平面上测量，该公共平面采用两轴承跨距中较长的L 和另一轴上的轴承确定。如两轴承跨距相同，则采用小齿轮轴和大齿轮轴的轴承。垂直平面偏差f 在与轴线公共平面相垂直的“交错轴平面”上测量。每项平行度偏差以与有关轴承间距离L(“轴承中间距”L）相关联的值表示。见图2。

垂直平面轴线平行度公差最大推荐值取：

轴线平面内的轴线平行度公差的最大推荐值取：

4 计算

以某款链锯产品的圆柱齿轮传动的齿轮箱体为例，见图3。

图3 中，上下塑胶机壳互相配合，组合成一个齿轮箱体，G、H 为转子轴线与对应球轴承中线交点，M、N 为输出轴轴线与对应球轴承中线交点，基准面A 为齿轮箱外一垂直于输出轴线的平面。已知：HG=130 mm；MN=30 mm；AM=6 mm；大齿轮分度圆直径d=71.25 mm；齿宽b=8 mm；两轴线间理论中心距46.6 mm。

依据《齿轮手册》中齿轮副两条轴线之间的平行度误差的确定方法，可知: L=130 mm

齿轮为8 级精度，通过《齿轮手册》查知，螺旋线公差：Fᵝ=0.019 mm。

垂直平面偏差推荐最大值为：

轴线平面偏差推荐最大值为：

5 测量准备

本例中机壳的一部分作为齿轮箱体，装配后定位齿轮副轴线，实际测量较为困难，需要做以下准备工作：

1）确认齿轮箱体符合设计尺寸要求

尤其是机壳球轴承孔与对应轴承的配合尺寸，以及上、下机壳间的装配尺寸；

2）提前准备标称转子和标称输出轴

要求标称转子和标称输出轴的轴承位置与工具的实际轴承位置相同，轴径与轴承内孔间采用过度公差配合；齿轮箱体的同方向面（基准面A 一侧），标称转子、标称输出轴的轴端需伸出机壳外至少30 mm(依据标称输出轴的刚性确定，伸出的轴越长越好）。本例中，标称转子、标称输出轴伸出机壳外的轴端直径为10 mm。

3）加长轴端与机壳避免干涉

标称输出轴与标称转子装配入机壳时，被加长的轴端常与机壳干涉。在尽量不影响机壳变形的情况下，去除机壳上与标称转子、标称输出轴的干涉部分。

4）设定标记线

将标称转子与标称输出轴装入机壳的齿轮箱体内，锁紧机壳螺钉。在伸出壳体部分划出平行于轴线的标记线；在距离基准面A 的相同高度，作四条垂直于轴线的标记线,与标称转子、标称输出轴标记线相交于B、C、D、E 四点。此时，AB=AD=6 mm, BC=DE=20 mm。见图4。

6 测量实施

6.1 轴线平面测量

将标称转子和标称输出轴的标记线处于两轴间最远距离位置（即标记点处在轴线平面内的轴外侧），测量B、D 和C、E 间距三次，取平均值扣除轴径d=10 mm，计算中心距（见表1）。由于本例求算轴线平行度误差，而轴径偏差在计算中可最终消除，在表1 中通过代入轴径d=10 mm 便于计算轴间中心距。

表1 中心距数值 单位：mm

此时，计算BC=20 mm 段的轴线平面内轴线平行度误差为：

负值表示输出轴与转子轴轴线偏离方向。

取绝对值，得f∑ᵟ=0.06 mm

利用等比例原理，计算L=130 mm 轴线平面平行度误差：

测算值0.39 mm 大于轴线平面内偏差推荐最大值0.308 mm，结论为：两轴线平面内的轴线平行度超差。

另外，利用表1 以及等比例原理，可推算大小齿轮啮合处的实际中心距,以及输出轴的前、后轴承孔轴线与转子轴线间的实际中心距。

6.2 垂直平面测量

设定大理石平台面为基准面F, 将标称转子和标称输出轴的B、D、C、E 标记点调整至距大理石平面最远距离的上方(见图5），采用高度尺测量并调整B、D 两点至基准面F 距离，确认BF=DF，测量C、E 至基准面F 间距三次，取平均值扣除标称转子和标称输出轴在C、E点处的轴半径（r=5 mm)，得到C、E 点处的轴心至基准面F 间距。（见表2）

表2 轴心处至F面间距 单位：mm

计算BC=20 mm 时垂直平面平行度误差为：

同理，取绝对值，得 ƒ∑ᵝ=0.074 mm

利用等比例原理，计算L=130 mm 垂直平面平行度误差：

测算值0.299 mm 大于垂直平面偏差的推荐最大值0.154 mm，结论为：该垂直平面上的轴线平行度超差。

7 结语

经过测量与计算，两轴线平面内的轴线平行度误差和垂直平面上的轴线平行度误差均超差。实际测试也证明齿轮啮合后存在较严重的偏磨现象。依据测量计算值，可以适当调整轴承孔位置，减小齿轮副间的轴线平行度误差，以此提高齿轮使用寿命，提升工具整机的性能水平。