齿轮传动机构在装调维修应该注意的问题

摘 要： 齿轮传动是近代机器中传递运动和动力的最主要形式之一。在金属切削机床、工程机械、冶金机械，以及人们常见的汽车、机械钟表中都有齿轮传动。齿轮成为许多机械设备中不可缺少的传动零件，齿轮传动也是机器中所占比重最大的传动形式。因此齿轮传动装配的技术直接影响了机器的质量和性能。在装配调试维修过程中应该注意哪些问题，就是我们要研究的内容。

关键词： 齿轮传动 装配 调试 维修

一、齿轮传动的发展

齿轮传动是近代机器中传递运动和动力的最主要形式之一。远在公元前400-200年的中国古代就已开始使用齿轮，在我国山西出土的青铜齿轮是迄今已发现的最古老齿轮，其出现时间不晚于西汉，西汉时作为反映古代科学技术成就的指南车就是以齿轮机构为核心的机械装置。另外记载鼓车，东汉张衡发明的水力天文仪器上，都使用了相当复杂的齿轮传动系统。这些齿轮只用来传递运动，强度要求不高。至于生产上所采用的齿轮，要传递较大的动力，受力一般较大，强度要求较高。古代在利用畜力、水力和风力进行提水、粮食加工等工作时，都要应用此类齿轮。例如在翻车上，须应用一级齿轮传动机构，以改变运动的方位和传递，适应翻车的工作要求。古代的齿轮机构是基于经验的制作，没有相应的设计理论，没有批量生产的技术。现今的齿轮传动机构用于传递任意两轴间的运动和动力。其传递功率大、速度范围广、效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长，传动准确可靠，且能实现恒定的传动比，是现代机械中应用最广泛的一种机械传动。其缺点是传动噪音大，传动平稳性比带传动差，制造和安装精度要求高、成本高，且不宜用于中心距较大的传动。齿轮传动的一般分为圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动、齿条传动。

二、齿轮传动机构

齿轮传动机构的安装首先是对齿轮的制造精度有一定的要求，齿轮的制造精度应达到以下几方面的要求：（1）接触精度是用齿轮传动中的齿面接触斑点和接触位置来评定的。（2）运动精度是指齿轮在转动一周中最大转角误差。（3）工作平稳性是指瞬间的传动比变化。（4）齿侧间隙是指相互合的一对齿轮在非工作齿面所留出的一定间隙。其次是对齿轮传动机构的装配要求：（1）齿轮孔与轴配合要适当，无偏心或歪斜等现象。（2）中心距和齿侧隙要正确。侧隙过小，齿轮传动不灵活，热胀时会卡齿，从而加剧齿面磨损；侧隙过大，换向时空行程大，易产生冲击和振动。（3）相啮合的两齿有一定的接触面积和正确的接触部位。（4）高速传动的齿轮，在轴上装配后应作平衡试验。（5）滑动齿轮不应有啃住和阻滞现象。（6）在变换机构中应保证齿轮准确的定位，其错位量不得超过规定值。齿轮装在轴上常会出现偏心、歪斜和端末紧贴轴肩等误差（如图1所示）。

图1 齿轮装在轴上的安装误差?摇?摇?摇?摇 图2 齿轮与轴为锥面结合

这时当轴旋转时，齿轮就可能产生径向圆跳动或端面圆跳动。齿轮的圆跳动会直接影响机器的转动性能和工作平稳性能，所以要对装在轴上的齿轮进行圆跳动检查。一般采用将齿轮轴支持在等高的V形架或两顶尖上，把圆柱规放在齿轮的轮齿间，并将百分表的测头抵在圆柱规上测得一个读数，再将齿轮转动，每隔3―4个齿又重复进行一次检查，百分表最大与最小读数之差就是齿轮的径向圆跳动误差。端面圆跳动的检查方法是用顶尖将轴顶起，将百分表的测头抵在齿轮的端面上，转动轴就可以测出齿轮端面圆跳动误差。如果齿轮与轴为锥面结合的，装配前，用涂色法检查内外锥面的接触情况，贴合不良的可用三角刮刀对齿轮内孔进行修正;装配后，轴端与齿轮端应有一定的间隙，如图2所示。对不同的齿轮传动系统装配要求有所不同。

1.圆柱齿轮的装配

装配圆柱齿轮传动机构时，一般是先把齿轮装在轴上，再把齿轮轴部件装入箱体中。装配前的检查，检查齿轮表面质量，检查齿轮表面毛刺是否除干净，倒角是否良好，测量齿轮内孔与轴的配合是否适当，检查键与键槽的配合是否适当。装配后用涂色法检查齿轮的啮合情况和。检查时转动主动轮，被动轮加载使其轻微制动。双向工作的齿轮正反方向都应进行检查。正常接触印痕应在齿面中部。如果接触点偏上，表明中心距偏大；接触偏下，表明中心距偏小；接触点偏在一端，表明中心距歪斜，如图3所示。

图3 齿轮的啮合情况

（a）正确的（b）中心距太大（c）中心距太小（d）中心距歪斜

出现以上状况必须进行调整。调整修正接触面积时，可采用齿轮相互研磨的方法。如果是齿轮轴孔的中心距不对和歪斜，应进行修正。

侧隙的检查方法，如图4所示。

图4侧隙的检查?摇?摇?摇?摇图5齿轮在轴上结合方法

齿轮在轴上结合方法，可以是空转、滑移或固定连接。常见的几种结合方法，如图5所示。在轴上空转或滑移的齿轮，与轴为间隙配合，装配后的精度主要取决于零件本身的加工精度。这类齿轮的装配比较方便，装配后齿轮在轴上不得有晃动现象。在轴上固定的齿轮，通常与轴为过渡配合或少量过盈的配合，装配时需加一定外力。在装配过程中要避免齿轮歪斜和产生形变等。若装配的过盈量较小，可用手工工具敲击压装，过盈量较大的，可用压力机压装或采用热装法进行装配。将齿轮轴部件装入箱体，这是一个极为重要的工序。装配方法应该根据轴在箱体中的结构特点而定。为了保证质量，装配前应检验箱体的主要部件是否达到规定的即使要求。检验内容主要有：孔和平面的尺寸精度及几何形状精度；孔和面的表面粗糙度及外观质量；孔和面的相互位置精度。另外非剖分式箱体内的齿轮安装，对于安装在非剖分式箱体内的传动齿轮，将齿轮先装在轴上后，不能安装进箱体时，齿轮与轴的装配是在装入箱体的过程中同时进行的。

2.直齿锥齿轮的装配

装配直齿锥齿轮传动机构的顺序与装配圆柱齿轮相似。装配时还应做到如下几点。

（1）应保证两个节锥的顶点重合在一起，安装孔的交角一定要达到图样要求。装配时要适当调整轴向位置，以保证得到正确的齿侧隙，如图6所示。

图6 小齿轮的轴向定位

a）小齿轮安装距离的测量?摇?摇?摇?摇b）小齿轮偏置时安装距离的测量

（2）直齿锥齿轮装配后的检查。侧隙的检查方法和圆柱齿轮基本相同，如图6所示。接触斑点的检查，直齿锥齿轮接触斑点位置，应在齿宽的中部稍偏小端。目的是防止齿轮重载时，接触斑点移向大端，使大端应力集中，造成齿轮过早磨损。一般情况下，在齿轮的高度上接触斑点应不小于30%―50%；在齿轮的宽度上应不小于40%―70%（具体随齿轮的精度而定）。

3.齿轮齿条传动的装配

齿轮齿条传动的装配顺序与装配圆柱齿轮相似，由于另外一个是齿条，因此装配比圆柱齿轮容易多了，这里就不重复了。

4.齿轮传动机构的修理

齿轮传动机构的修理主要有轮齿失效和轮缘断裂两种。齿轮传动过程中，在载荷的作用下，如果轮齿发生折断，齿面损坏等现象，则轮齿就失去了正常的工作能力，称为失效。由于齿轮传动的工作条件和应用范围各不相同，影响失效的原因很多，主要都发生在轮齿上，常见的轮齿失效形式有：轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形，等等。齿轮磨损严重或轮齿断裂时，一般应更换新的齿轮。新的齿轮要选择适当的模数和齿宽，采用合适的材料及热处理方法，降低表面粗糙度，降低齿根弯曲应力。如果是小齿轮与大齿轮啮合一般是小齿轮磨损快，发现磨损后应及时更换小齿轮，以免加速大齿轮的磨损。同时应该提高小齿面硬度，降低表面粗糙度，改善条件，加大模数，尽可能用闭式齿轮传动结构代替开式齿轮传动结构。出现齿面胶合现象时，要更换大小齿轮，并且要提高齿面硬度，降低表面粗糙度，采用黏度大和抗胶合性能好的油。对于大模数，低速运转的齿轮，个别齿轮断裂时，可用镶齿或更换轮缘的方法进行修复。锥齿轮使用一段时间后，会因轮齿和调整垫圈磨损而造成侧隙加大，应及时进行调整。调整时，将两个锥齿轮沿轴向移动，使侧隙减小，调整后，再选配垫圈的厚度来固定两齿轮的位置。齿轮轮缘断裂修理的方法。当齿轮的轮缘裂断时，可以在断裂处开出坡口，进行补焊，但要保证齿形、齿距和形状公差，防止焊接变形，这种方法用在对齿轮传动要求不高的地方，可以使用。一般可以用螺钉与夹板固定，或者在轮缘两侧靠近裂缝的两边各钻一孔，装入销钉，另外制备两片带孔的拉紧板，其孔间距比销钉间距略小。将拉紧板加热到250―300℃后套在销钉上，待冷却后即可拉紧轮缘，并将断裂处加固。圆锥齿轮使用一定时间后，因齿轮或调整垫磨损造成侧隙增加，应进行调整。调整时将圆锥齿轮沿轴向移动，使侧隙减小。调整好后，以适当厚度的调整垫圈做轴向定位。

5.齿轮传动机构装配及维修后的跑合及方法

因为跑合可以消除加工或热处理后的变形，所以能进一步提高齿轮的接触精度和减少噪声。对于高转速重载荷的齿轮传动副，跑合就显得更为重要。跑合的方法有：（1）加载跑合，在齿轮副的输出轴上加一力矩，使齿轮接触表面相互磨合（需要时加磨料）。用这种方法跑合需要时间较长。（2）电火花跑合，在接触区域内通过脉冲放电，把先接触的部分金属去掉，以后使接触面积扩大，达到要求的接触精度。但要注意，无论是用哪一种方法跑合，跑合合格后，应将箱体进行彻底清洗，以防磨料、铁屑等杂质残留在轴承等处。对于个别齿轮传动副，若跑合时间太长，则需进一步重新调整间隙。

三、结语

齿轮传动机构的装配调试维修的质量直接对机器的质量和性能产生影响。因此，虽然齿轮机构使用得已经比较普遍了，但是我们工作中仍然要十分重视。

参考文献：

［1］朱仁盛.机械基础［M］.北京：机械工业出版社.

［2］王华书.常见齿轮传动机构的修理方法.中国设备工程.

［3］乐为.机械设备装调与维护技术基础.机械工业出版社.

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