伞齿轮检测

伞齿轮检测：关键环节与核心方法

伞齿轮作为传递相交轴动力与运动的关键构件，广泛应用于各类传动系统中。其制造与装配质量直接影响着设备的传动效率、运行平稳性、噪声水平及服役寿命。因此，实施严格、系统、科学的伞齿轮检测至关重要。以下从多个维度阐述伞齿轮检测的核心内容。

一、 尺寸精度与几何形状检测

这是伞齿轮检测的基础环节，确保齿轮满足图纸设计的基本要求。

1. 主要尺寸测量：

   • 节锥角： 检验伞齿轮节锥角的准确性，通常使用万能角度尺、正弦规配合精密量块测量，或用专用锥角测量仪。
   • 齿顶圆直径/齿根圆直径： 在指定的测量位置（通常垂直于轴线）测量，使用游标卡尺、千分尺或专用量具。锥齿轮的直径通常朝着锥顶方向缩小。
   • 分度圆弦齿厚/固定弦齿厚： 使用齿厚游标卡尺或专用卡板测量，评估齿厚尺寸是否在公差范围内，保证啮合侧隙。
   • 安装距： 测量从基准面（如大端端面）到节锥顶点（或设计基准点）的轴向距离，对齿轮副的正确装配至关重要。
   • 齿宽： 测量齿轮齿面的有效宽度。

2. 几何公差检测：

   • 跳动（径向跳动、端面跳动）： 使用偏摆仪或三坐标测量机（CMM）检测齿轮安装基准（如内孔、轴颈）的跳动，以及齿圈相对于基准的径向和端面跳动，影响传动平稳性。
   • 同轴度/位置度： 检验齿轮轴孔、节锥顶点等关键特征的位置精度。

二、 齿形（齿廓）与齿向（螺旋角/导程）检测

齿形和齿向精度是决定伞齿轮啮合质量、承载能力和噪声水平的核心要素。

1. 齿形（齿廓）检测：

   • 原理： 使用齿轮测量中心或专用伞齿轮检查机，通过精密测头沿理论渐开线路径扫描单个齿面，记录实际齿廓与理论齿廓的偏差。
   • 关键参数：
     • 齿形总偏差： 在计值范围内，实际齿廓偏离设计齿廓的最大量。
     • 齿廓形状偏差： 剔除了齿廓倾斜偏差后，齿廓的形状误差。
     • 齿廓倾斜偏差： 齿廓在计值范围内平均的倾斜程度偏差。
   • 目的： 确保正确的啮合接触，避免应力集中、噪声和早期点蚀。

2. 齿向（螺旋角/导程）检测：

   • 螺旋伞齿轮： 检测齿线（螺旋线）的形状和方向精度。测量机测头沿齿长方向移动，记录实际螺旋线与理论螺旋线的偏差。
   • 直齿伞齿轮： 主要检测齿向的直线度和方向角精度。
   • 关键参数：
     • 齿向总偏差： 在齿宽工作区域内，实际齿线偏离设计齿线的最大量。
     • 齿向形状偏差： 剔除了齿向倾斜偏差后，齿线的形状误差。
     • 齿向倾斜偏差： 齿线在计值范围内平均的倾斜程度偏差（反映了螺旋角误差）。
   • 目的： 保证沿齿宽方向的载荷分布均匀性，防止一端载荷过重导致早期失效。

3. 齿距（周节）检测：

   • 单个齿距偏差： 相邻两齿同侧齿廓在分度圆上实际弧长与理论弧长之差。
   • 齿距累积总偏差： 任意K个齿距的实际弧长与理论弧长之差的最大绝对值。
   • 目的： 影响齿轮传动的平稳性和噪声，多齿同时参与啮合时尤为重要。通常在齿轮测量中心上自动完成测量。

三、 表面质量检测

齿轮齿面的微观几何特性影响润滑、摩擦磨损和抗疲劳性能。

1. 表面粗糙度：

   • 测量： 使用表面粗糙度轮廓仪在齿面上垂直于加工纹理方向（通常也是受力方向）进行扫描测量。
   • 关键参数： Ra (轮廓算术平均偏差)， Rz (轮廓最大高度) 等。不同精度等级和热处理状态对粗糙度有不同要求。
   • 目的： 过粗的表面会增加摩擦磨损和噪声；过细的表面可能不利于油膜形成（特定工况下）。

2. 表面缺陷检测：

   • 目视检查： 在良好照明下，借助放大镜观察齿面有无磕碰伤、划痕、毛刺、锈蚀、裂纹（宏观）。
   • 渗透检测（PT）： 用于检测齿面及齿根区域的开口型表面缺陷（裂纹、折叠等）。清洁齿面后喷洒渗透剂，去除多余渗透剂后喷洒显像剂，观察缺陷显示。
   • 磁粉检测（MT）： 适用于铁磁性材料的齿轮，检测表面及近表面缺陷。磁化后喷洒磁悬液，缺陷处会形成磁痕显示。
   • 目的： 排除可能导致齿轮早期失效的表面损伤和制造缺陷。

四、 材料与热处理质量检测

确保齿轮具备所需的内在力学性能。

1. 硬度检测：

   • 表面硬度： 通常在齿面或齿顶进行，使用洛氏硬度计（如HRC）或维氏硬度计（HV）。
   • 心部硬度/硬化层深度： 对于硬化齿轮（渗碳淬火、感应淬火等），需检测有效硬化层深度及硬度梯度，维氏硬度法（HV）是常用方法。需制备齿轮的横截面金相试样。
   • 目的： 验证热处理工艺效果，保证齿轮的耐磨性和接触疲劳强度。

2. 金相组织分析：

   • 取样制样： 在齿轮非关键部位或同批试样上取样，经镶嵌、研磨、抛光、腐蚀制成金相试样。
   • 观察： 使用金相显微镜观察齿面硬化层及心部的显微组织（如马氏体、残余奥氏体、碳化物形态和分布、铁素体含量、晶粒度等）。
   • 目的： 评估热处理质量，预测齿轮性能（如韧性、疲劳强度），发现过热、欠热、脱碳等缺陷。

五、 齿轮副综合检测（滚动检查）

在接近实际工况条件下评估配对伞齿轮的啮合质量，是伞齿轮检测中极其重要的一环。

1. 设备： 专用的齿轮滚动检查机（滚动测试台）。齿轮副按设计安装距安装在刚性良好的箱体（夹具）中，由驱动电机带动运转。
2. 核心检测项目：
   • 接触区（啮合斑点）检查：
     • 方法： 在小齿轮（通常是主动轮）的齿面上均匀薄涂一层着色剂（如红丹粉）。在轻微制动负载或无负载状态下啮合运转若干圈后，观察大齿轮齿面上留下的接触印痕。
     • 评估： 接触印痕的位置、形状、大小和连续性。理想状态下，接触区应位于齿面中部，呈椭圆形，大小适中（通常有标准样板参考），连续且无间断、边缘接触或对角接触。接触区的位置（齿高方向、齿长方向）可反映安装距误差、轮齿变形、螺旋角误差等。
   • 传动平稳性（噪音、振动）检测：
     • 方法： 在额定转速下运转，使用声级计测量噪声水平，使用振动传感器测量齿轮箱体的振动加速度/速度。
     • 评估： 噪声和振动水平是否异常增大，是否存在周期性冲击声。异常的噪音和振动往往与齿形/齿向误差、齿距累积误差、安装不良、轴系不对中、轴承问题等有关。
   • 侧隙测量：
     • 方法： 固定一个齿轮，轻微摆动另一个齿轮，使用百分表测量其角位移对应的线位移量，计算得到侧隙值。或使用专用电子侧隙测量仪。
     • 目的： 保证齿轮副在正常啮合条件下有适当的齿侧间隙，避免因热膨胀、弹性变形或加工误差导致卡死，同时保证必要的润滑空间。侧隙过小会导致发热、噪声甚至卡死；侧隙过大会导致冲击、噪声增大和回差。

六、 结论

伞齿轮的检测是一个多维度、系统性的工程。从单体的尺寸几何精度、微观表面质量到内在材料性能，再到齿轮副在模拟工况下的综合啮合表现，每一个环节都不可或缺。生产单位需要建立完善的检测流程和质量控制体系，依据图纸要求、相关国家标准（如GB/T 10095系列）或行业规范，选择合适的检测方法和设备，严格执行各项检测项目。只有通过全面、严谨的检测把关，才能确保伞齿轮产品具备高可靠性、长寿命和优良的传动性能，最终满足主机设备的使用要求。检测数据的积累和分析，也有助于持续改进制造工艺，提升产品质量水平。