齿轮接触区的调整原理及方法

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。
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，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。
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
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（7）变性机构的使用：二阶变性系数Δ2c对接触区的宽窄和方向都有影响， 而且与齿轮的旋向有关。Δ2c的符号对齿面接触区的影响如图7-16。
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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。
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
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改变滚比后，相应的齿轮压力角及螺旋角都有所改变，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。
其中刀位E=√V2 + H2 V=Ru cosβ H=L- Ru sinβ 极角q，tgq=V/H
图7-3
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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β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74
图7-10
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偏置ΔE后，c点自Aˊ转至Bˊ的切削过程中，由距离摇台中心最近点Aˊ，渐渐 变至最远点Bˊ，相当于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。
图7-13
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（6）集中在一端或跛足式接触区的修正 （a）集中在轮齿小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。
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（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）图为呈工字形的接触区，一般是由于过 宽所致。
图7-9
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Cˊ点，CCˊ为平行于摇台轴线的直线。此时Cˊ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。
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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。
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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ΔE，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ΔE以前，被切齿轮的中点c的轨迹为ACB，到偏置 ΔE以后，c点的运动轨迹为AˊC Bˊ。
轮凸面取正值。当我们要修正内端长而窄、外端短而宽的鱼尾形接触时，Δ6cx
的取值刚好与上述的相反。第一次计算时可取Δ6cx=0，然后根据需要 每次改
变0.1。
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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。
小轮旋向
作用
Δ2c
凹面 凸面
左旋
使接触区变窄并产生外对角
+
-
使接触区变宽并产生内对角
-
+
右旋
使接触区变窄并产生外对角 使接触区变宽并产生内对角
-
+
+
-
图7-16
Δ6cx是三阶变性系数6cx的修正量，可以用来修正鱼尾形接触。当我们要
修正内端短而宽、外端长而窄的鱼尾形接触时，Δ6cx对小轮凹面去负值，对小
图7-8
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（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。
图7-12
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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
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
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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，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)．
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（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的条件下得到相应的螺旋角β。刀位与螺 旋角的关系如图7-3所示。
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。
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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
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
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②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
图7-4
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（2）压力角的修正பைடு நூலகம்—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： ①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化，此 时，刀片的压力角并不改变。
图7-14
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（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。
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)。
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相等。齿长上其他各点压力角此时还 不相等。
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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。
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ΔXp后(前进)，原轮齿的中点c移到cˊoˊeˊ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
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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。