8 齒輪齒面表面粗糙度的測(cè)量
本章論述了各參數(shù)的優(yōu)先值、截止波長(zhǎng)和評(píng)定長(zhǎng)度以及漸開(kāi)線圓柱齒輪輪齒和齒根過(guò)渡區(qū)表面結(jié)構(gòu)的測(cè)量方法。
在測(cè)量表面粗糙度時(shí)，觸針的軌跡應(yīng)與表面加工紋理的方向相垂直，見(jiàn)圖7和圖8中所示方向。測(cè)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(duì)輪齒齒根的過(guò)渡區(qū)表面粗?jǐn)?shù)度測(cè)量時(shí)，整個(gè)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(cè)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(guò)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(guò)角度約100°時(shí)，觸針的針尖描繪出一條同齒根過(guò)渡區(qū)接近的圓弧。當(dāng)齒根據(jù)過(guò)渡區(qū)足夠大，并且該裝置仔細(xì)的定位時(shí)方可進(jìn)行粗糙度測(cè)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(cè)量不確定度。
圖8 齒根過(guò)渡曲面粗糙度的測(cè)量
使用導(dǎo)頭形式的測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量還有另一種辦法，選擇一種適當(dāng)?shù)淖⑺懿牧希ㄈ鐦?shù)脂等）制作一個(gè)相反的復(fù)制器。當(dāng)對(duì)較小模數(shù)齒輪的齒根過(guò)渡部分的粗糙度進(jìn)行測(cè)量時(shí)，這種方法是特別有用的。在使用這種方法時(shí)，應(yīng)記住在評(píng)定過(guò)程中齒廓的記錄曲線的凹凸是相反的。
8.1評(píng)定測(cè)量結(jié)果
直接測(cè)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(gè)接邊的取樣長(zhǎng)度上的平均值確定的，但是應(yīng)考慮到表面粗糙度會(huì)高測(cè)量行程有規(guī)律地變化，因此，確定單個(gè)取樣長(zhǎng)度的粗糙度值，可能是有益的。為了改進(jìn)測(cè)量數(shù)值的統(tǒng)計(jì)上的準(zhǔn)確定性，可從幾個(gè)平行的測(cè)量跡線計(jì)算其算術(shù)平均值。
如不用相對(duì)于基準(zhǔn)有關(guān)的導(dǎo)頭測(cè)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(jiàn)第7章中粗糙度、波紋度、形狀和形狀偏差同時(shí)被評(píng)定的情況。
在此情況下，為了將粗糙度從輪廓的較長(zhǎng)波長(zhǎng)的組成中分離出來(lái)，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(wú)法在5個(gè)接連的取樣長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量時(shí)，允許在分離的齒上取單個(gè)取樣長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量（見(jiàn)GB/T10610-1998第7章），但必須在參數(shù)符號(hào)后面附注取樣長(zhǎng)度的個(gè)數(shù)，例如：Rz1、Rz3。
為了避免使用濾波器時(shí)評(píng)定長(zhǎng)度的部分損失，可以在沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)濾波過(guò)程的情況下，在單個(gè)取樣長(zhǎng)度評(píng)定粗糙度。圖9說(shuō)明為消除形狀成分等，將（沒(méi)有濾波器）軌跡輪廓細(xì)分為短的取樣長(zhǎng)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(zhǎng)度應(yīng)與截止值λc為同樣的值。
圖9取樣長(zhǎng)度和濾波的影響
8.2參數(shù)值
從對(duì)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(wú)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(jí)和表2和表3中粗糙度等級(jí)之間沒(méi)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(jí)并不與特定的制造工藝對(duì)相應(yīng)，這一點(diǎn)尤其適用表中1級(jí)到4級(jí)的表列值。
表2 算術(shù)平均偏差Ra的推薦極限值
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等級(jí) |
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(diǎn)高度Rz的推薦極限值
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等級(jí) |
Rz |
|
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(shí)體比率曲線
本章的以下各條對(duì)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(shí)體比率曲線作了規(guī)定（見(jiàn)GB/T3505）。
對(duì)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(gè)很小值的范圍內(nèi)是很重要的。
這些參數(shù)描述了實(shí)體比率曲線的形狀，從而說(shuō)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(wú)誤差的，經(jīng)過(guò)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(píng)定過(guò)程。
8.3.1實(shí)體比率曲線的有關(guān)術(shù)語(yǔ)
a)截止線：一條平行于中線切割粗糙度輪廓的線（見(jiàn)圖10a）；
b)實(shí)體長(zhǎng)度；截線所截位于輪廓峰內(nèi)各段截線長(zhǎng)度之和，用它與評(píng)定長(zhǎng)度之比的百分?jǐn)?shù)表示（見(jiàn)GB/T3505-2000中3.2.14的輪廓的實(shí)體長(zhǎng)度）。
8.3.2實(shí)體比率曲線的結(jié)構(gòu)
在粗糙度輪廓的實(shí)體比率曲線上每點(diǎn)的坐標(biāo)：
a)在x軸：用評(píng)定長(zhǎng)度的百分?jǐn)?shù)表示的五個(gè)接連的取樣長(zhǎng)度的實(shí)體長(zhǎng)度；
b)在z軸：粗糙度輪廓截線的縱坐標(biāo)（見(jiàn)圖10a）。
8.3.3 實(shí)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(diǎn)和深谷的粗糙度輪廓（見(jiàn)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(jiàn)ISO 13565-2：1996中3.1.1）；
圖10按ISO13565-2規(guī)定的實(shí)體比率曲線的特性值
a)實(shí)體區(qū)段Mr1(%):是為突峰從粗糙度核心輪廓分開(kāi)的截線而確定的實(shí)體區(qū)段Mr1（見(jiàn)ISO 13565-2：1996中3.1.2）；
b)實(shí)體區(qū)段Mr2(%):是為深谷從粗糙度核心輪廓分開(kāi)的截線而確定的實(shí)體區(qū)段Mr2（見(jiàn)ISO 13565-2：1996中3.1.2）
c)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(jiàn)ISO 13565-2：1669中3.28）；
d)削減的谷深Rυk(μm):穿過(guò)粗糙度核心輪廓的谷底的平均深度值（見(jiàn)ISO13565-2：1996中3.3）。
注：8.3.5中的平均方法減少了界外值對(duì)Rpk和Rυk的影響。
8.3.4 實(shí)體比率曲線的測(cè)量條件
a）實(shí)體比率曲線的測(cè)量?jī)x器：使用觸針式儀器來(lái)測(cè)定實(shí)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(duì)觸針軌跡進(jìn)行控制。
b)測(cè)量方向：應(yīng)選擇給出粗糙度最大值的測(cè)量路程。
8.3.5實(shí)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(shí)體比率曲線，畫一條相對(duì)于x軸斜率最小的平均直線，見(jiàn)圖11。假如有兩個(gè)或多個(gè)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(diǎn)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(cè)量
8.3.5.2 Rpk和Rυk的確定
從0%和100%處的z軸上交點(diǎn)畫切向粗糙度輪廓的橫截線A和B，見(jiàn)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z軸方向與在線段c1—a1以上構(gòu)造出一個(gè)面積等于BA的直角三角形a2b2c2。
邊上c1—b1與Rpk相等，邊長(zhǎng)c1—b2與Rυk相等。
對(duì)不同粗糙度輪廓的實(shí)體比率曲線的對(duì)比，說(shuō)明了如何利用實(shí)體比率曲線來(lái)估計(jì)給定表面對(duì)表面損傷的相對(duì)抵抗能力。
8.3.6實(shí)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(lái)表示，還要有實(shí)體比率的主要部分的斜率值。
實(shí)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(shí)實(shí)體比率的增加趨勢(shì)，因此Rk對(duì)表面的承載能力有重要意義。
圖12 Rpk和Rυk的測(cè)定
ISO13565-2借助于3條直線的參數(shù)描述了實(shí)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(yùn)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(rùn)滑=保存油有關(guān)）。
圖13說(shuō)明把突出的峰和谷從核心輪廓中分離出來(lái)的方法。假如Rk等于0時(shí)（見(jiàn)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(jì)量學(xué)上確定實(shí)體比率曲線的參數(shù)，并不比確定齒輪的Ra或Rz1）（1）Beyer,Eckolt,Hillmann,Witteklpf用掃描電子顯微鏡和觸針式測(cè)量表面儀器研究輪齒齒面PTB報(bào)告PTB-F-2（1987年11月）。）更困難，但實(shí)體比率曲線的參數(shù)所能提供的信息，對(duì)當(dāng)前要使用來(lái)說(shuō)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>
