淺談蝸桿參數(shù)的測量及應用

汪長春

【摘要】本文簡要闡述了蝸桿參數(shù)的一些測量方法，其中側重論述利用Leitz三坐標測量機進行三坐標測量的方法，實現(xiàn)對蝸桿參數(shù)的測量應用，其中包括蝸桿壓力角、齒厚、跳動等參數(shù)的測量，以及將測量數(shù)據(jù)應用于蝸桿實際加工過程中，提升了蝸桿的加工裝配質(zhì)量。

【關鍵詞】三坐標測量機測量；蝸桿；壓力角齒厚

中圖分類號：TH124，文獻標識碼：A

一、前 言

蝸桿和蝸輪作為蝸輪箱的關鍵零件，其加工和裝配精度直接影響到蝸輪箱的工作性能。蝸輪箱在平地機上是用于驅(qū)動工作裝置回轉(zhuǎn)，以達到調(diào)整刀板在水平面上的角度。當平地機工作時刀板會受到地面的沖擊，地面產(chǎn)生的沖擊力將傳遞至蝸輪箱，由于蝸輪和蝸桿的自鎖特性會使蝸輪和蝸桿承受較大沖擊力，從而容易出現(xiàn)蝸桿等零件損壞。因此，研發(fā)及質(zhì)量部門對其加工和測量均有較高的要求。

二、測量方法

目前我公司蝸輪箱產(chǎn)品所使用蝸桿是最常用的阿基米德圓柱蝸桿（ZA型），在生產(chǎn)過程中需要對其參數(shù)進行精確測量。為了準確地測量蝸桿壓力角、齒厚以及跳動等參數(shù)，檢驗人員曾經(jīng)實驗了多種的測量方法，在測量過程中使用了包括卡板、厚度卡尺、萬能角度尺、偏擺儀、影像儀以及三坐標測量機等測量工具。經(jīng)過反復的測試和分析比對，最終確定利用三坐標測量機，通過編寫測量程序?qū)崿F(xiàn)了對蝸桿參數(shù)的測量。

2.1卡板法

該測量方法分為兩種：即多齒法和單齒法，用相應角度的齒形卡板進行直接測量，測量時可通過肉眼觀察卡板測量面與齒面接觸的光隙情況，作出簡單的定性判斷。由于受導程角及卡板自身結構等的影響，經(jīng)現(xiàn)場試測，其中多齒法測量基本不可靠；單齒法，對于不同的測量位置，可觀察到的光隙情況也不穩(wěn)定，僅能用于現(xiàn)場簡單控制，其應用意義不大。

2.2卡尺法

該方法通過使用萬能角度尺及測厚卡尺等實現(xiàn)對壓力角和齒厚的測量。測量壓力角時，

使用萬能角度尺的一邊順著軸截面與蝸桿面接觸，保持刀口尺與齒面緊密貼合。由于受蝸桿的導程角及曲面等因素的影響，其測量結果不穩(wěn)定。用齒厚卡尺測量蝸桿法向齒厚時，首先根據(jù)圖紙要求調(diào)整卡尺的測量高度，然后用測厚卡尺在蝸桿的齒頂圓柱上沿軸向分別測量單齒和相鄰兩齒的長度，單齒的長度即為齒厚，再用相鄰兩齒輪的長度減去單齒的長度可得到齒距。為了精確測量，建議多測幾個齒，將所測得的數(shù)據(jù)計算平均值。

2.3影像法

該方法通過使用影像儀將蝸桿的齒面輪廓、外圓柱邊緣進行投影，利用測量軟件計算出輪廓投影線與外圓柱邊緣投影線的夾角，同時通過軟件將軸線按分度圓半徑值平行偏移構造一條虛線，該虛線與各齒的齒廓投影線相交，計算單齒兩側相交點的距離即為齒厚，進一步再計算出齒厚。該測量方法由于受蝸桿裝夾及輪廓成像質(zhì)量等因素影響，其測量的重復性較差。

2.4三坐標法

通過對以上幾種測量方法的實驗分析，發(fā)現(xiàn)測量不準確的原因，主要是由于蝸桿復雜螺旋空間曲面的特殊結構，加上測量方法自身的局限性，導致以上幾種測量方法均不能滿足蝸桿參數(shù)的測量要求。為了真實準確地測量蝸桿的參數(shù)，對蝸桿的設計、加工及裝配進行了詳細的分析，最終確定采用三坐標測量方法，較好地解決了蝸桿參數(shù)的測量問題。具體的測量思路方案：利用德國leitz三坐標測量機的QUINDOS軟件，編寫專用的測量程序?qū)崿F(xiàn)測量。由于蝸桿導程角及曲面等特殊性，為了保證測量及計算評價的準確性，在程序設計過程中主要做了以下一些特殊處理：1）以蝸桿兩端圓柱的軸線作為Y軸建立工件坐標，將該工件坐標系Y軸旋轉(zhuǎn)相應的導程角，建立新的工件坐標系；2）在確保機器采點沿著ZX面采點的同時，為了準確測量壓力角、齒厚等參數(shù)，根據(jù)理論壓力角及測針直徑等參數(shù)計算出準確的采點位置；3）根據(jù)先前計算的理論位置自動采點，計算采點實際位置；4）采點位置修正：即測量壓力角時，各點X坐標值保持一致為0。測量齒厚時，X坐標值為0，Z坐標值為齒厚的理論高度；5）開始精確自動測量，根據(jù)檢測要求自動計算評價打印出壓力角、齒厚（也可計算出法向齒厚）、齒距以及跳動等蝸桿參數(shù)。整個測量過程在零件裝夾好后，可實現(xiàn)全程自動測量，保證了測量結果的精確可靠。

三、加工調(diào)整

3.1數(shù)據(jù)分析

依據(jù)三坐標檢測數(shù)據(jù)分析，其中齒厚、壓力角的測量數(shù)據(jù)有一定的線性差，認為機床的加工可能有一定的誤差。現(xiàn)場用Φ40*350mm芯軸測量Z、X軸方向的直線度，Z軸方向為0.090mm，X軸為0.040mm。隨后對機床進行調(diào)整，調(diào)整后兩軸方向的直線度誤差均控制在0.020mm以內(nèi)。同時通過配合調(diào)整刀具等，使得調(diào)整后蝸桿加工質(zhì)量得到了一定的改善。

3.2調(diào)整效果

對調(diào)整后加工的蝸桿進行測量及裝配驗證，其尺寸精度和裝配均有一定的改善。尤其是裝配嚙合接觸斑點的改善明顯，已基本能滿足蝸桿蝸輪的裝配要求。

四、結束語

通過使用三坐標測量機檢測方法，對測量數(shù)據(jù)進行了比對分析，該測量方法得到了研發(fā)部門、合作方等認可，目前已應用于產(chǎn)品的設計、加工及裝配等方面。該測量程序亦可根據(jù)不同規(guī)格蝸桿理論參數(shù)，進行相應的測量程序修改，即可用于該規(guī)格蝸桿參數(shù)測量。同時，對于蝸輪參數(shù)的測量，主要不同是在測針配置上，其測量方案與蝸桿測量方案基本一致，同樣可實現(xiàn)壓力角、齒厚及跳動等參數(shù)的測量。以上僅是我公司在蝸桿參數(shù)測量方面的一些簡單實踐，會有不足甚至錯誤之處，特別是在蝸桿齒形等參數(shù)的測量方面還有待探索實踐。

參考文獻

[1]《圓柱蝸桿、蝸輪精度》GB 10089-88