齿轮接触区的调整原理及方法

1、 一对锥齿轮在正常啮合运转条件下，齿面上实际接触的部 分，习惯叫做“接触区”，又叫“接触斑点”。 因为齿面接触区的形状、大小和位置，对齿轮的平稳运转、 使用寿命和噪音有直接影响。所以，齿面接触区是衡量锥齿轮 啮合质量的重要标志之一。为此，锥齿轮的切齿和热处理后的 配对工序，应严格控制齿面接触区。 常见的不正确接触区、不良接触区的出现，主要是由于切 齿计算的近似性、机床精度状态、刀具以及装置等各方面误差 的影响。初步切齿后的接触区，一般地总是与图纸及相应工艺 要求的规定有偏差。因此，要改变机床的调整以修正接触区。 一般按切齿计算数据切出一对锥齿轮，在滚动检验机上检 查接触区。其接触区的修正工作，

2、通常都是在小轮上进行，这 是因为小轮齿数少，切齿时间少的关系。个别情况，也有修正 大轮的。 接触区的调整原理接触区的调整原理 返回返回 接触区调整工作，要有一个基本的顺序。下面的顺序可 做为参考。 接触区修正的一般顺序： I、螺旋角的修正：使接触区位于齿长的中部附近(此点要 根据技术要求及热处理变形情况而定)。 II、压力角的修正：控制接触区位于要求的齿高部位。 III、齿面节线曲率的修正：控制沿齿长方向的接触区长度。 IV、齿形曲率的修正：调整接触区的宽度。 V、对角接触的修正：消除沿对角线方向的接触，使之变 为沿齿面节线方向的接触。 实际生产中，根据出现的不良接触区进行具体的修正， 可能是

3、单项的修正，也可能是两种或更多的误差交织在一起 的综合多项修正。调整中，往往是压力角与螺旋角误差同时 出现，有时是对角接触与齿面节线曲率混在一起。 接触区的调整原理接触区的调整原理 返回返回 其中刀位E=V2 + H2 V=Ru cos H=L- Ru sin 极角q，tgq=V/H 图7-3 接触区的调整原理接触区的调整原理 （1）螺旋角的修正-调整接触区在沿齿长方向上的位置。 接触区位于齿长方向的大端或小端，是由于螺旋角的误差造 成的。一般用改变刀位的办法来改变齿轮的螺旋角，以达到此 种接触区的修正。 刀盘中心和摇台中心的距离叫刀位。刀位是保证在给定的刀 盘半径Ru和中点锥距L的条件下得到

4、相应的螺旋角。刀位与螺 旋角的关系如图7-3所示。 返回返回 通过上面公式分析说明：在Ru 和L一定时，刀位E增加， 螺旋角变小、刀位减小、螺旋角变大。 而在机床调整中刀位的大小是由机床的偏心角控制的。 既偏心角变大则刀位变大，偏心角减小则刀位减小。见图7- 4 图7-4 接触区的调整原理接触区的调整原理 返回返回 （2）压力角的修正调整接触区在齿高方向上的位置 接触区靠齿根或齿顶是由于压力角误差造成的。改变压力角的方法有下面 几种： 改变切齿时的水平轮位修正压力角 此法为修正压力角误差最简便和最常用的方法之一。其修正压力角的根据 为，使被切齿轮以一个新的节锥切齿，从而使原节锥处的压力角发生变

5、化，此 时，刀片的压力角并不改变。 如图7-5所示，被切齿轮的原始位置为coe，ocf为原工作节锥母线。当水平 轮位减小Xp后(前进)，原轮齿的中点c移到coe位置上。为保持齿的切深不 变，要后退床位，即使齿轮沿摇台轴线方向退出一段距离。 图7-5 接触区的调整原理接触区的调整原理 返回返回 由于滚比挂轮没有改变，摇台上对应于齿面中点c”处的速度比 齿轮在c”点的速度减慢，即节锥面向齿轮的根锥方向移动了，也就 是齿轮与产形齿轮具有相等圆周速度的锥面，向根锥移动了。由此， 造成在原节锥上压力角的增大，使接触区移向齿根。 若增大切齿时的水平轮位，使原节锥上的压力角减小，接触区 向齿顶方向移动。 水

6、平轮位的改变也将影响到床位及螺旋角的变化（图7-6）。 （当刀盘中心位于2、 3象限时，刀位变化方 向与表中相反） 图7-6 接触区的调整原理接触区的调整原理 返回返回 改变滚切传动比修正压力角 此法也是常用的修正压力角方法之一。当它用于压力角修正值 较大时，方显出其优越性。 用滚切法切齿，改变滚比就相当于改变了滚动节锥，也就改变 了原工作节锥上的压力角，利用此原理，可以达到修正压力角的目的。 切齿中，滚比是实现被切齿轮和产形齿轮相对滚动的关键，又 是实现两者间相对迥转速度的可调环节(如图7-7所示）。 图7-7 接触区的调整原理接触区的调整原理 返回返回 改变滚比后，相应的齿轮压力角及螺旋角

7、都有所改变，但压力角的变 化最为明显。改变滚比相当于改变了铲形齿轮的齿数，也就是改变了摇台 和被切齿轮间的速比。 图7-7中C为原工作节锥上的一点，滚比改变后，切齿时的节锥不通过 C点而通过C点，CC为平行于摇台轴线的直线。此时C点与铲形齿轮 的压力角相等，而C点处的压力角改变了。两个节锥母线相交成一定角度， 其间距离自小端至大端成比例的变化。 所以，改变滚比即改变了压力角。当滚比变大即使摇台的摆动速度相 对于被切齿轮是减慢了，则使工件的压力角加大，如图7-8中的虚线所示， 亦即使接触区移向齿根。反之则使工件的压力角变小，使接触区移向齿顶。 图7-8 接触区的调整原理接触区的调整原理 返回返回

8、 （3）齿面节线曲率的修正调整沿齿长方向接触区的长度 接触区长短主要决定于两共轭齿面节线曲率半径的差，一般 都用改变铣刀盘直径实现曲率半径差。一般改变刀盘直径是 用更换刀盘的平行垫片的办法，有时要更换刀盘体。 对于双面法加工的齿轮可以通过修正刀具的错刀量W的 大小进行修正。即错刀量增大则接触区变短，错刀量减小则 接触区变长。 接触区的调整原理接触区的调整原理 返回返回 （4）齿形曲率的修正调整接触区的宽度 接触区的宽窄主要决定于两啮合齿面的齿形曲率。增大齿形曲率会使 接触宽度变窄，反之会变宽。 接触区宽度常会出现下面（图7-9）所示的情况。（a）图为接触区过 窄；（b）图为接触区过宽；（c）图

9、为呈工字形的接触区，一般是由于过 宽所致。 图7-9 接触区的调整原理接触区的调整原理 返回返回 修正接触区的宽度一般常用的方法为改变切齿时的垂直轮位，此法 简便，介绍如下。改变垂直轮位，就是切齿时使齿轮的轴线对摇台轴线 有个偏置量E，如图7-10所示。此时，被切齿轮的齿面宽中点c，在展 成切削过程中与摇台中心OM的距离是个变量，齿面上其他各点也是这 样。轮位由垂直偏置E以前，被切齿轮的中点c的轨迹为ACB，到偏置 E以后，c点的运动轨迹为AC B。 图7-10 接触区的调整原理接触区的调整原理 返回返回 偏置E后，c点自A转至B的切削过程中，由距离摇台中心最近点A，渐渐 变至最远点B，相当于

10、连续改变水平轮位的切齿。相当于展成开始时前进了水平 轮位，经中间位置后，水平轮位又逐渐加大。根据齿轮的螺旋方向和凹凸面的不 同，对于凸面的齿形曲率增大时，对于凹面则为减小。因展成切削过程中齿的一 侧先切根部，而另一侧则先切齿顶部位，相当于水平轮位由近变远时，先切齿顶 的齿面曲率变大，即弯得大些，而另一侧齿面曲率变小。 曲率变大则接触区宽度变窄，反之变宽，对于具体调整垂直位移的方向可见 图7-11。 图7-11 接触区的调整原理接触区的调整原理 返回返回 接触区的宽窄还可以通过变滚比的方式进行修正，因为通过滚比的 改变可以修正齿高方向的曲率。 （5）对角接触的修正 在齿轮初次切齿后的滚动检验时，

11、或在跑合阶段，往往出现沿齿面 对角线方向的接触，简称“对角接触”(如图7-12所示) 实践经验说明：不太严重的内对角接触，对于齿轮的传动质量并无 太大的影响，经过一个阶段载荷下的跑合，对角接触即自行消除。因此， 当被切齿轮的精度要求不高时，可以不修正对角接触。但是，对于那些 精度要求较高的齿轮，应当消除或减小对角接触，以便达到令人满意的 质量要求。 对角接触产生的原因是由于切齿时采用了平顶齿轮原理，刀盘轴线 垂直于齿轮的根锥母线，以及齿长上各点的螺旋角不相等造成了各点压 力角的不等，因而造成了对角接触。 铣刀盘的刀片压力角修正，一般只根据齿面宽中点处的压力角偏差 进行，保证中点处的齿两侧压力角

12、相等。齿长上其他各点压力角此时还 不相等。 接触区的调整原理接触区的调整原理 返回返回 齿面节线上各点的螺旋角是不相等的。一般在齿大端的螺旋角大于齿 面宽中点的螺旋角，而小端的螺旋角则小于中点的螺旋角。 即在齿的凸面上，愈近于大端处的压力角比中点的压力角就愈减小。 愈近于齿的小端处的压力角比中点的压力角就愈增大。 在齿的凹面上，愈近于齿的大端处的压力角比中点的压力角就愈增大。 愈近于齿的小端处的压力角比中点的压力角就愈减小。 由于齿面节线上各点螺旋角的不同，造成各点的压力角不等。凸面和 凹面上压力角增减方向相反。 刀片的刀号是按齿面宽中点的压力角偏差选取的，所以只保证中点处 的压力角相等，接触

13、区的位置通过中点。 齿轮的凹面上，小端的法向压力角小于中点的法向压力角，大端的法 向压力角大于中点的法向压力角，因而形成了由小端齿顶经过中点而走向 大端齿根方向的接触(图7-12)。 齿轮的凸面上，形成了由小端齿根经过中点而走向大端齿顶的接触(图 7-12)。 由于刀号修正后所形成的对角接触，叫做“内对角接触”。这种接触 是生产中经常出现的。 接触区的调整原理接触区的调整原理 返回返回 被切齿轮螺旋角增大，会使对角接触更为显著。 内对角接触区，在齿的凸面上自大端齿顶走向小端的齿根，而在齿 的凹面上为自大端的齿根走向小端的齿顶。一般正常情况出现内对角接 触。如图，外对角接触区，在齿的凸面上自大端

14、的齿根走向小端的齿顶， 而在齿的凹面上自大端的齿顶走向小端的齿根。如图7-12 图7-12 接触区的调整原理接触区的调整原理 返回返回 用改变“滚比一水平轮位”法消除对角接触 用改变切齿机的滚比和水平轮位来修正对角接触的方法，也简称为 “滚比一水平轮位”法，此法比较常用。 修正方法是以改变被加工齿轮的滚动节锥为出发点(改变滚比)，配合 以水平轮位的改变，使接触区位于齿高方向的要求部位，相应的改变床位 以保证齿深。然后再把刀位给以改变，使接触区位于齿长方向上的要求部 位。如图7-13 图7-13 接触区的调整原理接触区的调整原理 返回返回 （6）集中在一端或跛足式接触区的修正 （a）集中在轮齿小

15、端或大端的接触区修正(图7-14) 这种接触区同时集中在齿的小端，或者全部集中在凹凸面的大端，有时 叫单头式接触。这种情况常发生于用双面刀盘同时切出齿槽两侧齿面的加工 工序中。主要是由于沿齿长方向上齿厚不符合收缩比造成的。 改变单头接触的方法主要靠改变切齿时的轮坯安装角。为保持螺旋角不 变，应相应的改变刀位。 增大轮坯安装角后，增加了齿的收缩程度，大端相对的增厚，接触区向 大端移动。减小轮坯安装角时，则接触区向小端移动。但是，此时对两侧压 力角也有影响。因此，修正量不太大时采用此法。 修正量很大时应重新进行调整计算，通过改变齿面宽的方式修正中点锥 距，也就是改变计算点的位置在齿长方向上。 图7

16、-14 接触区的调整原理接触区的调整原理 返回返回 （b）跛足式接触区的修正(图7-15) 跛足式接触为在一侧齿面接触区靠齿顶，在另一侧齿面靠齿根(图7- 15)。这种接触区产生的原因为压力角的误差所造成。此种接触一般可以从 刀具的刀号正确与否，以及内外刀刃的直线性方面检查改正。从机床调整 方面可用改变轮坯安装角的办法。 增大安装角时，凸面接触区移向齿根，凹面接触区移向齿顶，齿长方 向都向大端移动。 减小轮坯安装角时，凸面接触区移向齿顶，凹面接触区移向齿根，齿 长方向则移向小端。一般改变量不大于15分，注意相应改变床位。 图7-15 接触区的调整原理接触区的调整原理 返回返回 （7）变性机构的使用：二阶变性系数2c对接触区的宽窄和方向都有影响， 而且与齿轮的旋向有关。2c的符号对齿面接触区的影响如图7-16。 小轮旋