圓柱齒輪 檢驗實施規(guī)范 第4部分：
表面結(jié)構(gòu)和輪齒接觸斑點的檢驗
1范圍
GB/Z18620的這一部分提供了關(guān)于齒輪齒面表面粗糙度和輪齒接觸斑點檢測方法的推薦文件。
本指導(dǎo)性技術(shù)文件所提供的數(shù)值不應(yīng)作為嚴(yán)格的精度判據(jù)，而作為共同協(xié)議的關(guān)于鋼或鐵制齒輪的指南來使用。
2 引用標(biāo)準(zhǔn)
下列標(biāo)準(zhǔn)所包含的條文，通過在本指導(dǎo)性技術(shù)文件中引用而構(gòu)成為本指導(dǎo)性技術(shù)文件的條文。本指導(dǎo)性技術(shù)文件出版時，所示版本均為有效。所有標(biāo)準(zhǔn)都會被修訂，使用本指導(dǎo)性技術(shù)文件的各方應(yīng)探討使用下列標(biāo)準(zhǔn)最新版本的可能性。
GB/T 131-1993 機(jī)械制圖 表面粗糙度符號、代號及其注法（eqv ISO 1302:1992）
GB/T1356-2001通用機(jī)械和重型機(jī)械用圓柱齒輪 標(biāo)準(zhǔn)基本齒條齒廓（idt ISO 53:1998）
GB/T3505-2000產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范 表面結(jié)構(gòu) 輪廓法 表面結(jié)構(gòu)的術(shù)語、定義及參數(shù)（eqv ISO 4287:1997）
GB/T 6062-1985 輪廓法觸針式表面粗糙度測量儀 輪廓記錄儀及中線制輪廓計（neq ISO 1880:1979）
GB/T 10095.1-2001漸開線圓柱齒輪 精度 第1部分：輪齒同側(cè)齒面偏差的定義和允許值（idt ISO 1328-2:1997）
GB/T 10095.1-2001漸開線圓柱齒輪 精度第2部分：徑向綜合偏差與徑向跳動的定義和允許值（idt ISO 1328-2:1997）
GB/T10610-1998 產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范 表面結(jié)構(gòu) 輪廓法評定表面結(jié)構(gòu)的規(guī)則和方法（eqv ISO 4288:1996）
ISO11562:1996 產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS） 表面結(jié)構(gòu)：輪廓方法 相位校正濾波器的計量特征
ISO 13565-1：1996 產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS） 表面結(jié)構(gòu)：輪廓方法 分層功能性質(zhì)的表面 第1部分：濾波和一般測量條件
ISO13565-2：1996產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS） 表面結(jié)構(gòu)：輪廓方法 分層功能性質(zhì)的表面 第2部分：使用等效直線的實體比率曲線的高度特征
3 符號和定義
3．1符號
單項要素測量所用的偏差符號，用小寫字母（如f）加上相應(yīng)的下標(biāo)組成；而表示若干單項要素偏差組合的“總”偏差所用的符號，采用大寫字母（如F）加上相應(yīng)的下標(biāo)組成。
|
fwβ |
齒面波度的波幅 |
μm |
|
bc1 |
接觸斑點的較大長度 |
% |
|
bc2 |
接觸斑點的較小長度 |
% |
|
hc1 |
接觸斑點的較大高度 |
% |
|
hc2 |
接觸斑點的較小高度 |
% |
|
lr |
精糙度輪廓的取樣長度 |
mm |
|
ln |
評定長度（不注明規(guī)定ln=5×lr見
GB/T3505-2000中表C2和GB/T10610-1998中4.4） |
mm |
|
Wr |
實體長度 |
% |
|
Mr1,Mr2 |
實體（粗糙度核心輪廓）分段點 |
% |
|
Ra |
粗糙度輪廓的算術(shù)平均偏差 |
μm |
|
Rk |
粗糙度核心輪廓深度 |
μm |
|
Rpk |
減去的峰高 |
μm |
|
Rυk |
減去的谷深 |
μm |
|
RZ |
粗糙度輪廓的最大高度（見GB/T3505） |
μm |
|
Z(x) |
縱坐標(biāo)值 |
μm |
|
λ |
波長 |
mm |
|
λc |
截止波長（波紋度的截止短波長） |
mm |
|
λs |
粗糙度的截止短波長 |
mm |
3.2 術(shù)語和定義
3.2.1 通用術(shù)語
3.2.1.1 表面加工紋理
表面主要加工痕跡的方向（見圖1a）。
注：表面加工紋理通常是由所用的加工方法決定的。
3.2.1.2 粗糙度
粗糙度輪廓的微觀不平度（見3.2.2.1）。它是在加工過程中所形成的表面結(jié)構(gòu)（微觀幾何形狀特性）的一種組成成分，不包括波紋度和形狀偏差。
3.2.1.3波紋度
波紋度輪廓的不平度（見3.2.2.2）。它是表面形狀特性的一種組成成分，粗糙度是疊加在它的上面的（見圖1a,b,c）。通常，加工的齒輪輪齒表面的波紋度間距顯著大于粗糙度間距。
圖1
3.2.2 與評定表面輪廓有關(guān)的術(shù)語
3.2.2.1 粗糙度輪廓
粗糙度輪廓的通過波段是由λc與λs輪廓濾波器限定的（見ISO 11562：1996第3章），見圖1。
注
1 粗糙度輪廓是評定粗糙度輪廓參數(shù)的基礎(chǔ)
2理論在ISO 11562：1996的3.2中給出了λc和λs之間的聯(lián)系數(shù)。
3.2.2.2 波紋度輪廓
波紋度輪廓是在用輪廓濾波器λc后留下的長波成分的周期性部分
3.2.2.3 粗糙度輪廓的中線
粗糙度輪廓的中線是被輪廓濾波器λc所壓縮后的長波輪廓成分（見ISO 11562：1996的3.2.1）。
注：粗糙度輪廓的中線是測量粗糙度輪廓縱坐標(biāo)Z（x）的其準(zhǔn)線，見圖2。
3.2.2.4 縱坐標(biāo)值
所評定輪廓在任一位置x的高度。
3.2.2.5 粗糙度的取樣長度lr
用于識別所評定輪廓不平度特征的x軸方向的長度。粗糙度的取樣長度lr在數(shù)值上同輪廓濾波器λc的特性波長相等（見GB/T3505）。
圖2 測量長度
3.2.2.6 評定長度ln
用于評定被測定輪廓的x軸方向的長度，評定長度可以包括一個或幾個取樣長度（見GB/T3505-2000中4.4）。
3.2.2.7 輪廓濾波器的截止波長λc
正弦波輪廓的波長，在這一波長的幅值的50%被輪廓濾波器通過（見ISO 11562）。
3.2.2.8截止比
給定通過波段的長波截止波長與短波截止波長之比（見ISO11562）。
3.2.3 與表面粗糙度參數(shù)有關(guān)的術(shù)語
3.2.3.1粗糙度輪廓的最大高度RZ
在取樣長度內(nèi)最大的輪廓峰高Zp與最大的輪廓谷深Zυ之和（見GB/T3505-2000中4.1.3和圖8）。
注：通常這個參數(shù)是按五個連接的取樣長度的最大高度的平均值來測定的，這評定長度就包含五個取樣長度（見圖3）。
圖3 粗糙度輪廓的最大高度
3.2.3.2 粗糙度輪廓的算術(shù)平均Ra
在取樣長度內(nèi)縱坐標(biāo)絕對值Z（x）的絕對值的算術(shù)平均值（見GB/T3505-2000中4.2.1）。
Ra=
……………………（1）
式中：lr——Ra的取樣長度；
Z（x），Zi——縱坐標(biāo)值。
注：算術(shù)平均Ra是按五個連接的取樣長度組成的評定長度來確定的（見圖4和GB/T10610）。
3.2.4輪齒波度
波度是齒面的周期性波紋度，波度的特殊形狀有以下特征：
——表面加工紋理接近平行于（同相嚙齒輪的）接觸線；
——投影在節(jié)圓上（在回轉(zhuǎn)平面內(nèi)）的波紋數(shù)為整數(shù)，見圖5；
——它們是產(chǎn)生噪聲的一個可能原因。
圖5 斜齒輪的波度
4表面結(jié)構(gòu)
試驗研究和使用經(jīng)驗表明，在表面結(jié)構(gòu)等級和齒輪承載能力狀況之間存在某種關(guān)系。GB/T3480敘述了表面粗糙度對輪齒點蝕和彎曲強度的影響，在ISO/TR 13989中論述了粗糙度對膠合的影響。
同粗糙度一樣，波紋度和表面結(jié)構(gòu)的其他特征也會影響材料的表面抗疲勞能力，因此，當(dāng)需要高標(biāo)準(zhǔn)的性能和可靠性時，要細(xì)心地記錄未濾波的輪廓來反映輪齒表面結(jié)構(gòu)。
在本指導(dǎo)性技術(shù)文件中沒有推薦適用于特定用途的表面粗糙度、波紋度的等級和表面加工紋理的形狀或類型，也未鑒別這種表面不平度的成因。
注意——要強調(diào)的是：在規(guī)定輪齒現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的特征極限值之前，齒輪設(shè)計者和齒輪工程師們應(yīng)熟悉有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和這方面的其他文獻(xiàn)，參見第2章的引用標(biāo)準(zhǔn)。
5 功能考慮
受表面結(jié)構(gòu)影響的輪齒功能特性可以分為幾類：
——傳動精度（噪聲和振動）；
——表面承載能力（如點蝕=膠合和磨損）；
——變曲強度（齒根過渡曲面狀況）。
5.1 傳動精度
表面結(jié)構(gòu)包含兩個主要特征：粗糙度和波紋度。
表面波紋度或齒面波度會引起傳動誤關(guān)，這種影響依賴波紋的紋理相對于瞬間接觸線和接觸跡線的方向，如果波紋的紋理平行于瞬時接觸線或接觸區(qū)（垂直于接觸跡線），齒輪嚙合時會出現(xiàn)一個高音的刺耳聲（高于嚙合頻率的古怪的諧波成分）。
在少數(shù)情況下，表面粗糙度會使齒輪噪聲的特性產(chǎn)生差異（光滑的齒面與粗糙的比較），一般它對齒輪嚙合頻率的噪聲及其諧波成分不產(chǎn)生影響。
5.2承載能力
表面結(jié)構(gòu)可在兩個大致的方面影響輪齒耐久性：齒面劣化和輪齒折斷。
5.2.1 齒面劣化
齒面劣化有磨損、膠合中擦傷和點蝕等。齒廓上的表面粗糙度和波紋度與此有關(guān)。表面結(jié)構(gòu)、溫度和潤滑劑決定影響齒面耐久性的彈性流體動力（EHD）膜的厚度。
5.2.2 彎曲強度
輪齒折斷可能是疲勞（高循環(huán)應(yīng)力）的結(jié)果，表面結(jié)構(gòu)是影響齒根過渡區(qū)應(yīng)力的一個因素。
5.3測量方法的影響
測量方法的儀器、定位、方向和分析（濾波器等）必須選擇得使其能體現(xiàn)輪齒的功能區(qū)域和接觸跡線。
6圖樣上應(yīng)標(biāo)注的數(shù)據(jù)
當(dāng)用戶已規(guī)定時，或當(dāng)設(shè)計和運行要求必需時，在圖樣上應(yīng)標(biāo)出完工狀態(tài)表面粗糙度的適當(dāng)?shù)臄?shù)值。如圖6a和b所示。
圖6
7測量儀器
觸針式測量儀器通常用來測量粗糙度。可采用以下幾種類型的儀器來進(jìn)行測量，不同的測量方法對測量不確定度的影響有不同的特性（見圖7）。
a) 在被測表面上滑行的一個或一對導(dǎo)頭的儀器（儀器有一平直的基準(zhǔn)平面）；
b) 一個在具有名義表面形狀的基準(zhǔn)平面上滑行的導(dǎo)頭；
c) 一個具有可調(diào)整的或可編程的導(dǎo)頭組合一起的基準(zhǔn)線生成器，例如，可由一個坐標(biāo)測量機(jī)來實現(xiàn)基準(zhǔn)線；
d) 用一個無導(dǎo)頭的傳感器和一個具有較大測量范圍的平直基準(zhǔn)對形狀、波紋度和粗糙度進(jìn)行評定。
圖7 儀器特性以及與制造方法相半的測量行程方向
根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，觸針的針尖半徑應(yīng)為2μm或5μm或10μm，觸針的圓錐角可為60°或90°。此外，有關(guān)儀器特性的詳細(xì)資料見GB/T 6062，在表面測量的報告中應(yīng)注明針尖半徑和觸針角度。
在對粗糙度或波紋度進(jìn)行測量時，需要有無導(dǎo)頭傳感器和一個被限定截止的濾波器，它壓縮表面輪廓的長波成分或短波成分。測量儀器僅適用于某些特定的截止波長，表1給出了適當(dāng)?shù)慕刂共ㄩL的參考值。必須要認(rèn)真選擇合適的觸針針尖徑、取樣長度和截止濾波器，見GB/T6062、GB/T10610和ISO11562，否則測量中就會出現(xiàn)系統(tǒng)誤差。
根據(jù)波紋度、加工紋理方向和測量議器的影響的考慮，可能要選擇一種不同的載止值。
表1濾波和截止波長
|
模數(shù)/mm |
標(biāo)準(zhǔn)工作齒高/mm |
標(biāo)準(zhǔn)截止波長/mm |
工作齒高內(nèi)的截止波數(shù) |
|
1.5 |
3.0 |
0.2500 |
12 |
|
2.0 |
4.0 |
0.2500 |
16 |
|
2.5 |
5.0 |
0.2500 |
20 |
|
3.0 |
6.0 |
0.2500 |
24 |
|
4.0 |
8.0 |
0.8000 |
10 |
|
5.0 |
10.0 |
0.8000 |
12 |
|
6.0 |
12.0 |
0.8000 |
15 |
|
7.0 |
14.0 |
0.8000 |
17 |
|
8.0 |
16.0 |
0.8000 |
20 |
|
9.0 |
18.0 |
0.8000 |
22 |
|
10.0 |
20.0 |
0.8000 |
25 |
|
11.0 |
22.0 |
0.8000 |
27 |
|
12.0 |
24.0 |
2.5000 |
30 |
|
16.0 |
32.0 |
2.5000 |
13 |
|
20.0 |
40.0 |
2.5000 |
16 |
|
25.0 |
50.0 |
2.5000 |
20 |
|
50.0 |
100.0 |
8.0000 |
12 |
8 齒輪齒面表面粗糙度的測量
本章論述了各參數(shù)的優(yōu)先值、截止波長和評定長度以及漸開線圓柱齒輪輪齒和齒根過渡區(qū)表面結(jié)構(gòu)的測量方法。
在測量表面粗糙度時，觸針的軌跡應(yīng)與表面加工紋理的方向相垂直，見圖7和圖8中所示方向。測量還應(yīng)垂直于表面，因此，觸針應(yīng)盡可能緊跟齒面的變曲的變化。
在對輪齒齒根的過渡區(qū)表面粗?jǐn)?shù)度測量時，整個方向應(yīng)與螺旋線正交，因此，需要使作一些特殊的方法，圖8中表示了一種適用的測量方法，傳感器的頭部，在觸針前面，有一半徑為r（小于齒根過渡曲線的半徑R）的導(dǎo)頭，安裝在一根可旋轉(zhuǎn)的軸上，當(dāng)該軸轉(zhuǎn)過角度約100°時，觸針的針尖描繪出一條同齒根過渡區(qū)接近的圓弧。當(dāng)齒根據(jù)過渡區(qū)足夠大，并且該裝置仔細(xì)的定位時方可進(jìn)行粗糙度測量。
注：導(dǎo)頭直接作用于表面，應(yīng)使半徑r>50λc，以避免因?qū)ь^引起的測量不確定度。
圖8 齒根過渡曲面粗糙度的測量
使用導(dǎo)頭形式的測量儀器進(jìn)行測量還有另一種辦法，選擇一種適當(dāng)?shù)淖⑺懿牧希ㄈ鐦渲龋┲谱饕粋�相反的復(fù)制器。當(dāng)對較小模數(shù)齒輪的齒根過渡部分的粗糙度進(jìn)行測量時，這種方法是特別有用的。在使用這種方法時，應(yīng)記住在評定過程中齒廓的記錄曲線的凹凸是相反的。
8.1評定測量結(jié)果
直接測得的粗糙度參數(shù)值，可直接與規(guī)定的允許值比較。
參數(shù)值通常是按沿齒廓取的幾個接邊的取樣長度上的平均值確定的，但是應(yīng)考慮到表面粗糙度會高測量行程有規(guī)律地變化，因此，確定單個取樣長度的粗糙度值，可能是有益的。為了改進(jìn)測量數(shù)值的統(tǒng)計上的準(zhǔn)確定性，可從幾個平行的測量跡線計算其算術(shù)平均值。
如不用相對于基準(zhǔn)有關(guān)的導(dǎo)頭測量輪廓可望獲得最好的結(jié)果，這就是第7章中7b和7d所提到的那種設(shè)備情況。
參見第7章中粗糙度、波紋度、形狀和形狀偏差同時被評定的情況。
在此情況下，為了將粗糙度從輪廓的較長波長的組成中分離出來，在按ISO11562和GB/T10610用相位校正濾波器進(jìn)行濾波之前，首先必須將名義的形狀成分消除。
當(dāng)齒輪齒廓太小，以致無法在5個接連的取樣長度進(jìn)行測量時，允許在分離的齒上取單個取樣長度進(jìn)行測量（見GB/T10610-1998第7章），但必須在參數(shù)符號后面附注取樣長度的個數(shù)，例如：RZ1、RZ3。
為了避免使用濾波器時評定長度的部分損失，可以在沒有標(biāo)準(zhǔn)濾波過程的情況下，在單個取樣長度評定粗糙度。圖9說明為消除形狀成分等，將（沒有濾波器）軌跡輪廓細(xì)分為短的取樣長度l1、l2、l3等所產(chǎn)生的濾波效果。為了同標(biāo)準(zhǔn)方法的濾波結(jié)果相比較，取樣長度應(yīng)與截止值λc為同樣的值。
圖9取樣長度和濾波的影響
8.2參數(shù)值
從對數(shù)得出的值應(yīng)該與規(guī)定值進(jìn)行比較，規(guī)定的參數(shù)值應(yīng)優(yōu)先從表2和表3中所給出的范圍中選擇，無論是Ra還是RZ 均可作為一種判斷依據(jù)，但是，兩者不應(yīng)在同一部分使用。
在GB/T10095.1中規(guī)定的齒輪精度等級和表2和表3中粗糙度等級之間沒有直接的關(guān)系。
注：在關(guān)于Ra和RZ 的表中，相同的表面狀況等級并不與特定的制造工藝對相應(yīng)，這一點尤其適用表中1級到4級的表列值。
表2 算術(shù)平均偏差Ra的推薦極限值
|
等級 |
Ra |
|
模數(shù)/mm |
|
m>6 |
6≤m≤25 |
m>25 |
|
1 |
|
0.04 |
|
|
2 |
|
0.08 |
|
|
3 |
|
0.16 |
|
|
4 |
|
0.32 |
|
|
5 |
0.5 |
0.63 |
0.80 |
|
6 |
0.8 |
1.00 |
1.25 |
|
7 |
1.25 |
1.6 |
2.0 |
|
8 |
2.0 |
2.5 |
3.2 |
|
9 |
3.2 |
4.0 |
5.0 |
|
10 |
5.0 |
6.3 |
8.0 |
|
11 |
10.0 |
12.5 |
16 |
|
12 |
20 |
25 |
32 |
表3微觀不平度十點高度R 的推薦極限值
|
等級 |
R |
|
模數(shù)/mm |
|
m>6 |
6≤m≤25 |
m>25 |
|
1 |
|
0.25 |
|
|
2 |
|
0.50 |
|
|
3 |
|
1.0 |
|
|
4 |
|
2.0 |
|
|
5 |
3.2 |
4.0 |
5.0 |
|
6 |
5.0 |
6.3 |
8.0 |
|
7 |
8.0 |
10.0 |
12.5 |
|
8 |
12.5 |
16 |
20 |
|
9 |
20 |
25 |
32 |
|
10 |
32 |
40 |
50 |
|
11 |
63 |
80 |
100 |
|
12 |
125 |
160 |
200 |
8.3粗糙度輪廓的實體比率曲線
本章的以下各條對與高應(yīng)力接觸表面相關(guān)的表面粗糙度的功能特性的各參數(shù)用實體比率曲線作了規(guī)定（見GB/T3505）。
對于高應(yīng)力接觸表面，將其形狀偏差和波紋度偏差的規(guī)定極限值保持在一個很小值的范圍內(nèi)是很重要的。
這些參數(shù)描述了實體比率曲線的形狀，從而說明粗糙度廓的高度和特性。首先要有一張全面有代表性的、無誤差的，經(jīng)過濾波的粗糙度輪廓圖。才能進(jìn)行下文中敘述的表面結(jié)構(gòu)的評定過程。
8.3.1實體比率曲線的有關(guān)術(shù)語
a)截止線：一條平行于中線切割粗糙度輪廓的線（見圖10a）；
b)實體長度；截線所截位于輪廓峰內(nèi)各段截線長度之和，用它與評定長度之比的百分?jǐn)?shù)表示（見GB/T3505-2000中3.2.14的輪廓的實體長度）。
8.3.2實體比率曲線的結(jié)構(gòu)
在粗糙度輪廓的實體比率曲線上每點的坐標(biāo)：
a) 在x軸：用評定長度的百分?jǐn)?shù)表示的五個接連的取樣長度的實體長度；
b) 在 軸：粗糙度輪廓截線的縱坐標(biāo)（見圖10a）。
8.3.3 實體比率曲線的參數(shù)
a)粗糙度核心輪廓：粗糙度核心輪廓是不包含有突出的峰點和深谷的粗糙度輪廓（見ISO13565-2:1996中3.1）；
b)核心粗糙度深度Rk（μm）:核心粗糙度深度是粗糙核心輪廓的深度（圖10b）（見ISO 13565-2：1996中3.1.1）；
圖10按ISO13565-2規(guī)定的實體比率曲線的特性值
c) 實體區(qū)段Mr1(%):是為突峰從粗糙度核心輪廓分開的截線而確定的實體區(qū)段Mr1（見ISO 13565-2：1996中3.1.2）;
d) 實體區(qū)段Mr2(%):是為深谷從粗糙度核心輪廓分開的截線而確定的實體區(qū)段Mr2（見ISO 13565-2：1996中3.1.2）
e) 削減的峰高Rpk(μm):是粗糙度核心輪廓之上的突出的峰的平均高度（見ISO 13565-2：1669中3.28）;
f) 削減的谷深Rυk(μm):穿過粗糙度核心輪廓的谷底的平均深度值（見ISO13565-2：1996中3.3）。
注：8.3.5中的平均方法減少了界外值對Rpk和Rυk的影響。
8.3.4 實體比率曲線的測量條件
a）實體比率曲線的測量儀器：使用觸針式儀器來測定實體比率曲線的參數(shù)，此儀器用幾何表面或基準(zhǔn)線生成器對觸針軌跡進(jìn)行控制。
b)測量方向：應(yīng)選擇給出粗糙度最大值的測量路程。
8.3.5實體比率曲線的參數(shù)的確定
8.3.5.1 Rk、Mr1、Mr2的確定
在橫坐標(biāo)Mr1和Mr2之間取間距40%的分段，貫穿實體比率曲線，畫一條相對于x軸斜率最小的平均直線，見圖11。假如有兩個或多個斜率相同的線段，則選定較接近曲線較高端的線段，此直線在0%和100%處兩點縱坐標(biāo)之間的差值等于Rk。
圖11 Rk、Mr1和Mr2特性值的確定與測量
8.3.5.2 Rpk和Rυk的確定
從0%和100%處的Z軸上交點畫切向粗糙度輪廓的橫截線A和B，見圖11和12，確定線A以上的粗糙度輪廓所圍面積AA和線B以下的谷部輪郭所圍的面積BA。
在0%處的 軸方向與在線段c1—a1以上構(gòu)造出一個面積等于BA的直角三角形a2b2c2。
邊上c1—b1與Rpk相等，邊長c1—b2與Rυk相等。
對不同粗糙度輪廓的實體比率曲線的對比，說明了如何利用實體比率曲線來估計給定表面對表面損傷的相對抵抗能力。
8.3.6實體比率曲線的參數(shù)Rk、Rpk、Rυk的應(yīng)用
圖11闡明Rk不能僅以輪廓深度值來表示，還要有實體比率的主要部分的斜率值。
實體比率曲線的斜率是十分重要的，它的值表明了在更深地進(jìn)入核心輪廓時實體比率的增加趨勢，因此Rk對表面的承載能力有重要意義。
圖12 Rpk和Rυk的測定
ISO13565-2借助于3條直線的參數(shù)描述了實體比率曲線的形狀，它將輪廓總深度細(xì)分為：
——突峰區(qū)域（與初始運轉(zhuǎn)狀況有關(guān)，例如磨合和磨損）；
——核心區(qū)域（與承載能力、使用特性有關(guān)）；
——深谷區(qū)域（與潤滑=保存油有關(guān)）。
圖13說明把突出的峰和谷從核心輪廓中分離出來的方法。假如Rk等于0時（見圖13a），圖中清楚地表明了峰和谷的明顯分離。圖13b表明了Rk值的擴(kuò)展（向中間的直線兩邊），除去表面很突出的峰和谷，具有接近高斯分布的縱坐標(biāo)。
雖然計量學(xué)上確定實體比率曲線的參數(shù)，并不比確定齒輪的Ra或R 1）（1）Beyer,Eckolt,Hillmann,Witteklpf用掃描電子顯微鏡和觸針式測量表面儀器研究輪齒齒面PTB報告PTB-F-2（1987年11月）。）更困難，但實體比率曲線的參數(shù)所能提供的信息，對當(dāng)前要使用來說研究得還不夠充分。因此，目前還不能給出那些參數(shù)的推薦值。
圖13 粗糙度核心區(qū)域?qū)ν环搴蜕罟鹊牧恐档挠绊懠捌涮匦?/DIV>
9能輪齒接觸斑點的檢驗
本章將對獲得與分析接觸斑點的方法進(jìn)行解釋，還給出對齒輪精度估計的指導(dǎo)。
檢測產(chǎn)品齒輪副在其箱體內(nèi)所產(chǎn)生的接觸斑點，可以幫助我們對輪齒間載荷分布進(jìn)行評估。
產(chǎn)品齒輪與測量齒輪的接觸斑點，可用于裝配后的齒輪的螺旋線和齒廓精度的評估。
9.1 檢測條件
9.1.1精度
產(chǎn)品齒輪與測量齒輪副輕載下的接觸斑點，可以從安裝在機(jī)架上的齒輪相嚙合得到。為此，重要的是，齒輪軸線的不平行度，在等于產(chǎn)品齒輪齒寬的長度上的數(shù)值，盡可能在接近的位置上測定，不得超過0.005mm。同時也要保證測量齒輪的齒寬不小于產(chǎn)品齒輪的齒寬，通常這意味著對于斜面齒輪需要一個專用的測量齒輪，對于大齒輪來說，這樣的測量齒輪可以是一個特制的產(chǎn)品齒輪的樣品，并保留它，便于作為備件替換損壞了的齒輪。
相配的產(chǎn)品齒輪副的接觸斑點也可以在相嚙合的機(jī)架上獲得。
9.1.2載荷分布
產(chǎn)品齒輪副在其箱體內(nèi)的輕載接觸斑點，有助于評估載荷的可能分布，在其檢測過程中，齒輪的軸頸應(yīng)當(dāng)位于他們的工作位置，這可以通過對軸承軸頸加墊片調(diào)整來達(dá)到。
9.1.3印痕涂料
適用的印痕涂料有：裝配工的藍(lán)色印痕涂料和其他專用涂料。應(yīng)選擇那些能確保油膜層厚度在0.006～0.012mm的應(yīng)用方法。
9.1.4 印痕涂料層厚度的標(biāo)定
這對判明接觸斑點的檢查結(jié)果是很重要的，操作者掌握了穩(wěn)定的工藝后，就可來確立印痕涂料層的厚度，在垂直于切平面的方向上以一個已知小角度移動齒輪的軸線，即在軸承座上加墊片并觀察接觸斑點的變化，這標(biāo)定工作應(yīng)該有規(guī)范地進(jìn)行以確保印痕涂料、測試載荷和操作工人的技術(shù)都不改變。
9.1.5測試載荷
用于獲得輕載接觸斑點所施加的載荷，應(yīng)能恰好保證被測齒面保持穩(wěn)定的接觸。
9.1.6記錄測試結(jié)果
接觸斑點通常以畫草圖、照片、錄像記錄下來，或用透明膠帶覆蓋在接觸斑點上，再把粘住接觸斑點的涂料的膠帶撕下來，貼在優(yōu)質(zhì)的白卡片上。
9.2操作者的培訓(xùn)
要完成以上操作的人員，應(yīng)訓(xùn)練正確地操作，并定期檢查他們的效果，以確保操作效能的一致性。
9.3接觸斑點的判斷
接觸斑點可以給出齒長方向配合不準(zhǔn)確的程度，包括齒長方向的不準(zhǔn)確配合和波紋度，也可以給出齒廓不準(zhǔn)確性的程度，必須強調(diào)的是作出的任何結(jié)論都帶有主觀性，只能是近似的并且依賴于有關(guān)人員的經(jīng)驗。
9.3.1與測量齒輪相嚙的接觸斑點
圖14到圖17所示的是產(chǎn)品齒輪與測量齒輪對滾產(chǎn)生的典型的接觸斑點示意圖。
9.3.2齒輪精度的接觸斑點
圖18和表4、表5給出了在齒輪裝配后（空載）檢測時，我們所預(yù)計的在齒輪精度等級和接觸斑點分布之間關(guān)系的一般指示，必須記住實際的接觸斑點不一定同圖18中所示的一致，在嚙合機(jī)架上所獲得的齒輪檢查結(jié)果應(yīng)當(dāng)是相似的。
注：圖18、表4和表5對齒廓和螺旋線修形的齒面是不適用的。
注意：這些表格試圖描述那些從通過直接的測量，證明符號表列精度的齒輪副中獲得的最好接觸斑點，不要把它們理解為證明齒輪精度等級的可替代方法。
圖18接觸斑點分布的示意圖
表4 斜齒輪裝配后的接觸斑點
|
精度等級按GB/T10095 |
bc1
占齒寬的百分比 |
hc1
占有效齒面高度的百分比 |
bc2
占齒寬的百分比 |
hc2
占有效齒面高度的百分比 |
|
4級及更高
5和6
7和8
9至12 |
50%
45%
35%
25% |
50%
40%
40%
40% |
40%
35%
35%
25% |
30%
20%
20%
20% |
表5直齒輪裝配后的接觸斑點
|
精度等級按GB/T10095 |
bc1
占齒寬的百分比 |
hc1
占有效齒面高度的百分比 |
bc2
占齒寬的百分比 |
hc2
占有效齒面高度的百分比 |
|
4級及更高
5和6
7和8
9至12 |
50%
45%
35%
25% |
70%
50%
50%
50% |
40%
35%
35%
25% |
50%
30%
30%
30% |
附錄A
（標(biāo)準(zhǔn)的附錄）
用接觸斑點控制齒輪輪齒的齒長方向配合精度
A1目的
本附錄敘述用接觸斑點來規(guī)定和控制齒輪輪齒的齒長方向配合精度。
論述接觸斑點的兩種產(chǎn)生辦法：
——靜態(tài)方法，通過軟涂層的轉(zhuǎn)移；
——動態(tài)方法，通過硬涂層的磨損。
A2應(yīng)用
A2.1典型用途
用接觸斑點作定量和定性控制齒輪的齒長方向配合精度的方法，經(jīng)常用于以下場合：大齒輪不能裝在現(xiàn)成的檢查儀上及工作現(xiàn)場沒有檢查儀可用。其優(yōu)點是：
——測試工具的便于攜帶；
——可以測試其他方法不能測試的大型和復(fù)雜的表面；
——測試簡單和快捷；
——如果通過適當(dāng)?shù)臉?biāo)定，測試結(jié)果具用可再現(xiàn)性；
——對裝配狀況的敏感性，例如軸承配合不良和齒輪箱變形；
——可以探測微小的齒長方向配合誤差和系統(tǒng)差的能力，例如齒面波度，這在導(dǎo)程和齒廓檢測曲線圖里并不表現(xiàn)；
——能夠評定輪齒的配合性，包括大齒輪和小齒輪的疊加或累積偏差的作用，這在導(dǎo)程和齒廓檢測曲線圖里并不表現(xiàn)；
——能評定整個齒面，而不是單單一條表示齒廓或齒長方向配合的曲線。
A2.2特定應(yīng)用領(lǐng)域
一些使用接觸斑點測試方式的例子：
——船艦用大型齒輪；
——高速齒輪；
——船艦和高速齒輪箱的現(xiàn)場組裝；
——起重機(jī)、提升機(jī)、橋、微波天線等的開式末級傳動齒輪的裝配；
——圓錐齒輪；
——航天齒輪。
A2.3使用方法
靜態(tài)方法：通過小齒輪和大齒輪之間一層薄薄的涂層轉(zhuǎn)移來完成，不加載荷，一般用手轉(zhuǎn)動。
動態(tài)方法：需要可控制的遞增適當(dāng)?shù)妮d荷并按設(shè)計規(guī)定的動轉(zhuǎn)速度來完成。
A3 使用說明
A3.1靜態(tài)方法
接觸斑點檢測，使一個齒輪的齒上的規(guī)定厚度的印痕涂料轉(zhuǎn)移到相配齒輪的齒上。將接觸斑點檢測的結(jié)果與規(guī)定的斑點作比較。這規(guī)定斑點是分析想要的無載荷接觸狀況得出的，或按類似齒輪副的經(jīng)驗得出的。這技術(shù)與精密儀器和精密機(jī)床的接觸表面的手工配合或刮研相類似。
A3.2動態(tài)方法
接觸斑點是靠受載區(qū)域的嚙合面涂層被磨掉來顯示的，觀察和記錄隨著載荷增加短期轉(zhuǎn)動后的斑點。典型載荷遞增最為5%，25%，50%，75%和100%用所得到的接觸斑點進(jìn)行比較，以保證在規(guī)定工作條件下，觀察到輪齒逐漸發(fā)展的接觸面積達(dá)到設(shè)計的接觸面大小。
A4測試器具和材料
a) 清洗劑
b) 印痕的涂料
c)——紅丹；
——專用涂料；
——基礎(chǔ)顏料和油的混合物；
——普魯士藍(lán)軟膏；
——染料滲透顯示劑，噴霧器包裝的白色粉劑，作為裂紋探傷檢測滲秀顯示劑套件之一（有銷售）；
——劃線用藍(lán)油。
c)記錄手段：
——照相；
——和輪齒一樣大小的透明膠帶和白紙；
——畫草圖。
d)標(biāo)定用量具：
——精密墊片或塞尺；
——千分表。
A5靜態(tài)方法
A5.1測試
A5.1.1軸線的校正
當(dāng)沒有現(xiàn)成的齒輪箱體可用或齒輪在車間測試，以便以后在現(xiàn)場裝配，車間使用試驗臺架和轉(zhuǎn)動夾具把齒輪定位在正確的相互位置上。必須保證齒輪軸線在同一平面上并且相互平行，即使0.00010rad微小的軸線對準(zhǔn)誤差，對測試結(jié)果的再現(xiàn)性將產(chǎn)生有害影響。典型的測試程序，是把一個精密直尺橫置于齒輪軸上，將精密塊墊于直徑較小的軸和直尺之間，以補償軸半徑之差。把精密的水平儀放在精密直尺的上面，然后調(diào)速齒輪軸的高度，直至精密直尺水平為止。在每對支承軸頸中間重復(fù)這個操作程序，用精密測量來檢測支撐所測齒輪的兩軸之間的中心距和軸線平行度。在作接觸試驗的車間常能找到帶易調(diào)整支承座的轉(zhuǎn)動夾具（嚙合臺架）。
如果在未裝配的齒輪箱內(nèi)做接觸試驗時，則必須先保證齒輪箱以盡量高的精度放置水平，以避免齒輪軸線的不對準(zhǔn)，齒輪軸線偏移使接觸斑點測試結(jié)果受到影響，其影響的程度與在轉(zhuǎn)動夾具內(nèi)測試是一樣的。
當(dāng)裝配后齒輪箱重新做接觸測試，其接觸斑點如果和調(diào)好水平而未裝配齒輪箱的測試結(jié)果有差別，這反映出安裝時由于箱體變形而引起齒輪軸線產(chǎn)生了歪斜。
A5.1.2 測試程序
將準(zhǔn)備測試的齒輪用清洗劑徹底清洗，清除任何污染和殘油。然后將小齒輪的三個或更多輪齒上涂一層薄的印痕涂料，使用硬毛刷操作，可以將普通25mm寬度油漆刷子的硬毛修剪成大約10mm長度，做成一把合適刷子。涂層要薄而均勻，沒有必要除掉所有的毛刷痕跡，因為測試時這些痕跡會被抹平，涂層厚度應(yīng)該在5～15μm之間（見A5.2標(biāo)定）。
小齒輪的輪齒涂完后應(yīng)蓋起來，以免過于濺散，并在大齒輪的和跟小齒輪涂了涂料的齒嚙合的輪齒上噴一層薄薄的顯像液膜。噴顯像液是為了消除齒面反光，以便觀察接觸斑點的試驗結(jié)果，而不要制作一層會影響接觸斑點真實性的厚膜。
完成涂料涂刷后，操作者轉(zhuǎn)動小齒輪，使其涂有涂料的輪齒和大齒輪相嚙合，由助手在大齒輪上施加一個足夠反力矩以保證接觸，然后把齒輪反轉(zhuǎn)回到原來位置，在輪齒的背面做上記號，以便對接觸斑點進(jìn)行觀察。這個操作程序至少要在大齒輪三個等距離的位置上重復(fù)地做，以顯示由于擺動或其他周期性誤差所產(chǎn)生接觸斑點的變異。
A5.1.3 記錄結(jié)果
得到的接觸斑點要用照相、畫草圖或透明膠帶記錄下來。一步成像照相和透明膠帶紙是最常用的方法。使用膠帶時把透明膠帶小心壓在接觸區(qū)域上，然后再小心地把它撕取下來，貼在白紙上，這樣接觸斑點就被保存在膠帶和白紙之間。接觸斑點還可用黑白或彩色的靜電復(fù)印來復(fù)制。膠帶上應(yīng)編號以指明使用了哪一個輪齒，同時在接觸斑點上注明方向，齒的一哪一側(cè)齒面，哪是齒頂，哪是齒根。
接觸斑點的記錄紙帶可隨現(xiàn)場裝配的齒輪備件一起提供。與現(xiàn)場裝配后的測試接觸斑點作比較，驗證裝配是否正確。
A5.2標(biāo)定
為了使測試結(jié)果有意義和可再現(xiàn)性，印痕涂料層的厚度必須控制且前后一致。
印痕涂料層厚度可以很容易地通過以下任意一種技術(shù)測定。
A5.2.1 作為接觸試驗的一部分，小心地抬起小齒輪軸的一端軸承，其抬高量應(yīng)足以使小齒輪軸傾斜面0.00010rad，記錄下接觸斑點，并使軸承在正常（水平）位置時在同一輪齒上重復(fù)試驗，涂層厚度由接觸斑點的飄移量和角度為100mm，則涂層厚度應(yīng)為0.010mm。
A5.2.2 另一個類似的考證操作員技術(shù)的方法是，用一塊標(biāo)準(zhǔn)平板和精密直尺，在直尺的邊上涂以印痕涂料，然后將直尺一端落在平板上，另一端放在平板上已知厚度的墊片上，則涂層厚度等于墊片厚度乘以接觸斑點長度和直尺長度的比值。
A5.2.3應(yīng)該進(jìn)行標(biāo)定試驗并用為測試試驗記錄的一部分，印痕涂層厚度取決于操作者的技巧和技術(shù)，如果是一個正規(guī)操作接觸斑點的操作人員，則不必對其每一次試驗的技術(shù)進(jìn)行重新標(biāo)定�？呻S時使用以上標(biāo)定方法標(biāo)定涂層厚度并記錄其結(jié)果作為評判試驗或?qū)彶橛谩?/DIV>
A6 動態(tài)方法
A6.1試驗程序
每次試驗前，都要把待測試的輪齒用清洗液徹底洗凈，以除去任何污染和殘油，將小齒輪和大齒輪至少三個以上的輪齒噴上劃線用藍(lán)油，產(chǎn)生的膜應(yīng)光滑和薄。千萬不能造成過厚的膜，所以，每次做完試驗，應(yīng)徹底用清洗液洗凈任何殘留在輪齒上的藍(lán)油、污垢或油。
當(dāng)輪齒被涂層后，給齒輪副一個載荷增量作短時間運行，然后停止，將其接觸斑點記錄下來，徹底清洗干凈輪齒后在下一個載荷增量下重復(fù)運行以上程序。整個操作過程應(yīng)至少在三個不同載荷上重復(fù)進(jìn)行。
A6.2記錄結(jié)果
接觸斑點的結(jié)果應(yīng)照相或畫草圖加以記錄。
附錄B
（提示的附錄）
文獻(xiàn)目錄
1） GB/T 1357-1987 漸開線圓柱齒輪模數(shù)
2） GB/T1800.1-1997極限與配合 基礎(chǔ) 第1部分：詞匯
3） GB/T2821-1992 齒輪幾何要素代號
4） GB/T3374-1992 齒輪基本術(shù)語
5） GB/T3480-1997 漸開線圓柱齒輪承載能力計算方法
6） GB/Z18620.1-2002 圓柱齒輪 檢驗實施規(guī)范 第1部分：輪齒同側(cè)齒輪的檢驗
7） GB/Z18620.2-2002圓柱齒輪 檢驗實施規(guī)范 第2部分：徑向綜合偏差、徑向跳動、齒厚和側(cè)隙的檢驗
8） GB/Z1860.3-2002 圓柱齒輪 檢驗實施規(guī)范 第3部分：齒輪坯、軸中心距和軸線平行度
9） ISO/TR13989-1：2000齒輪 圓柱齒輪、圓錐齒輪和次雙曲面齒輪膠合承載能力的計算方法 第1部分：閃溫法
10） ISO/RT13989-2：2000 齒輪 圓柱齒輪、圓錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪膠合承載能力的計算方法 第2部分：積分溫度法
11） ANSI/AGMA 2000-A88齒輪分級和檢測手冊 未安裝的直齒輪和斜齒輪的公差和測量方法（1992修訂版附錄D）
12） Beyer,Eckolt,Hillmann,Wittekopf,用掃描電子顯微鏡和觸針式測量表面儀器研究輪齒齒面PTB報告PTB-F-2（1987年11月）
