郭星，鄒雪雪

贛州群星機械有限公司 江西贛州 341000

行星齒輪機構(gòu)具備結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力強、傳動比范圍大等優(yōu)點，被廣泛運用于以汽車變速器和工業(yè)減速機為典型代表的各類傳動裝置中。內(nèi)齒圈作為行星齒輪機構(gòu)的重要組成零件，其齒輪精度的優(yōu)劣對行星傳動機構(gòu)的性能、壽命及工作噪聲等方面都有極其關(guān)鍵的影響。而進(jìn)行大直徑齒圈內(nèi)齒輪精度的測量時，如何安全、快速、有效地實現(xiàn)待測齒圈零件在齒輪檢測中心上的預(yù)定心，是贛州群星機械有限公司開始大型內(nèi)齒圈零件加工業(yè)務(wù)后，一直亟待解決的問題。

齒輪檢測中心可實現(xiàn)對齒輪的齒廓誤差、螺旋線誤差、齒距偏差、齒圈徑跳、實際齒厚及徑向尺寸等方面的測量分析，是實現(xiàn)齒輪精度準(zhǔn)確、高效測量的最常用設(shè)備。小直徑外圓柱齒輪通常使用錐度心軸串裝后，通過錐度心軸兩端的中心孔，由齒輪檢測中心的上下頂尖進(jìn)行定位；內(nèi)齒輪則可以使用預(yù)安裝在工作臺中心的三爪卡盤，夾緊其外圓來實現(xiàn)預(yù)定心；但對直徑300mm以上的大型內(nèi)齒圈零件，如使用大規(guī)格自定心卡盤來對其進(jìn)行預(yù)定心的話，由于零件自重和卡盤質(zhì)量都較大，往往在20kg以上，頻繁裝卸過程中，除勞動強度大、工作效率低以外，對檢測人員及檢測設(shè)備本身還存在較大的安全隱患。因此，亟需設(shè)計一套輕便簡潔且可滿足預(yù)定心要求的輔助裝置，來提高大型內(nèi)齒圈零件的檢測效率和安全性。

同軸誤差對齒輪檢測結(jié)果的影響分析

在進(jìn)行輔助定心裝置的設(shè)計之前，需要先確認(rèn)齒圈零件相對檢測工作臺回轉(zhuǎn)中心的同軸誤差對齒輪各項精度檢測結(jié)果的影響關(guān)系，以確定預(yù)定心裝置的設(shè)計目標(biāo)，即使用該裝置對齒圈零件進(jìn)行預(yù)定心時的重復(fù)定位精度的要求。

首先，使用三坐標(biāo)測量儀和齒輪檢測中心挑選一件形狀精度和齒輪精度都較為理想的內(nèi)齒圈零件做為檢測樣件，其外形規(guī)格及各項齒輪精度值見表1。

表1 檢測樣件規(guī)格及各項精度值

該樣件的齒輪精度要求為6級（G B/T 10095－2008），各項精度的允許偏差值見表2。

表2 檢測樣件的各項精度允許值

然后，在該樣件的內(nèi)齒輪中選取一個齒，用油性筆畫上標(biāo)記線，做為檢測起始齒。再將其放在齒輪檢測中心的工作臺上，把千分表壓在零件外圓上，手動開起工作臺旋轉(zhuǎn)，移動零件位置至千分表顯示圓跳動（近似于同軸度）分別為0.01mm、0.025mm、0.05mm、0.1mm、0.2mm和0.3mm時，從標(biāo)記齒開始進(jìn)行6次齒輪精度測量（測量前在齒根圓找圓柱基準(zhǔn)）。其左、右齒面的齒廓誤差Fα、螺旋線誤差Fβ、齒距累積誤差FP及齒圈徑跳Fr、球間距Mdk的檢測結(jié)果見表3。

表3 不同圓跳動誤差下的齒輪精度檢測結(jié)果對比

從表3數(shù)據(jù)可以看出：

1）當(dāng)待測零件在齒輪檢測中心工作臺上的圓跳動誤差在0.3mm以內(nèi)的任意值時，其齒廓、螺旋線精度的檢測結(jié)果波動為0.2～0.4μm，齒距累積總偏差及齒圈徑跳的檢測結(jié)果波動為2.0～2.6μm，球間距檢測結(jié)果的波動為5.6μm。

2）各項精度檢測結(jié)果波動的極差值占其總偏差允許值的比例均在10%以下，可以接受。

綜上，在待測零件的形狀精度得到保證的情況下，將零件與齒輪檢測中心工作臺的同軸度誤差轉(zhuǎn)換為圓跳動誤差進(jìn)行測量，保證圓跳動誤差在0.3mm以內(nèi)的任意值時，對精度在GB6級或以上的內(nèi)齒輪，其檢測結(jié)果是可靠的。

預(yù)定心裝置設(shè)計

結(jié)合內(nèi)齒圈零件的結(jié)構(gòu)特征，根據(jù)兩個切點加半徑可確定圓心的幾何原理，設(shè)計了一套預(yù)定心裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 預(yù)定心裝置結(jié)構(gòu)

在圖1中，齒輪檢測中心的回轉(zhuǎn)工作臺1，中心設(shè)置有頂尖，在圓周方向有三條均布的T形槽；下支撐桿5設(shè)置有7組定位孔；上支撐桿設(shè)置有與下支撐桿相同的7組定位孔。

該裝置的使用方法是：

1）定位座內(nèi)孔與齒輪檢測中心工作臺的頂尖配合后，由鎖緊螺栓和T形螺母固定在工作臺上。

2）上、下支撐桿呈十字形交叉安裝在定位座上。

3）將2個定位桿分別插入上、下支撐塊的同組定位孔中。

4）把待測內(nèi)齒圈放在支撐桿上，移動至其外圓與2個定位桿同時接觸后，開始測量。

定位誤差分析

按圖1結(jié)構(gòu)所制做的齒圈預(yù)定心裝置，其在實際使用中，對齒圈零件的定位誤差主要來源于以下幾處：

1）定位座內(nèi)孔與齒輪檢測中心頂尖外圓的間隙δ1。

2）支撐桿上定位孔與定位座內(nèi)孔的位置誤差δ2。

3）定位桿小外圓與支撐桿定位孔的間隙δ3。

4）定位桿大外圓的實際尺寸與設(shè)計尺寸偏差及形狀誤差δ4。

5）待測齒圈實際外圓尺寸與設(shè)計尺寸偏差δ5。

在以上五類誤差中，δ1～δ4可通過零件精磨與精鏜孔配制，控制累積誤差可在0.03mm以內(nèi)，而δ5來源于待測齒圈零件在精車外圓時的過程變差，可從滿足檢測定位誤差的方向反推齒圈精車外圓工序的尺制要求，誤差分析如圖2所示。

圖2 預(yù)定心裝置結(jié)構(gòu)示意

在圖2中：圓O1為齒圈設(shè)計外圓，其半徑為R0；圓O4為齒圈實際外圓，其半徑為R；圓O2、O3分別是兩個定位桿的大外圓，兩圓半徑相等為r；線段O1O2、O1O3、O2O3、O4O2、O4O3為各圓心連線，點P為O1、O4在線段O2O3上的垂點，Δ為O4偏離O1的距離。由于兩根支撐桿為相互垂直交叉，知∠O2O1O3為直角，故可根據(jù)直角三角形的特征，得出以下公式：

在直角△Q1PQ2中有

在直角△O4PO2中有

又因點O1、O4、P在同一條線段上，有

將O1O2=R0+r、O2O4=R+r代入上述公式中，可得：

按現(xiàn)有試驗數(shù)據(jù)，假設(shè)待測齒圈零件與齒輪中心工作臺的最大允許同軸偏差為0.3mm，減去δ1～4的累積誤差0.03mm，根據(jù)圓跳動誤差的特性，忽略齒圈外圓形狀誤差的前提下，可得：

公司生產(chǎn)的某型號內(nèi)齒圈外圓設(shè)計尺寸為φ300m m，配制的定位桿大外圓直徑為20m m，根據(jù)式（4），可算得該齒圈實際半徑允許范圍為149.905mm≤R≤150.095mm，即控制該齒圈的外圓直徑尺寸在300±0.19mm，即可保證其在預(yù)定心裝置上按要求擺放后，對齒輪檢測中心工作臺的圓跳動誤差在0.3mm以內(nèi)。

結(jié)語

本文設(shè)計的內(nèi)齒圈檢測用快速定心裝置，裝配后總質(zhì)量約為4.8kg，通過孔、軸間隙配合及T形螺栓實現(xiàn)快速安裝，借助齒輪檢測中心對零件偏心的自動校正功能，實現(xiàn)了在使用齒輪檢測中心進(jìn)行大直徑內(nèi)齒圈測量時即裝即檢，大大提高了內(nèi)齒圈檢測前的預(yù)定心效率。既避免了搬卸大直徑三爪卡盤帶來的強力勞動，又保證了檢測人員的人身安全及檢測設(shè)備安全。