齒輪箱行業對齒輪修形以及修形對齒輪傳動性能的影響做了大量研究，通常齒輪修形需綜合考慮齒輪、軸系的彈性變形以及齒輪制造、安裝誤差等因素，且該技術已為行業成熟技術，數家公司推出了多款專業齒輪箱計算分析軟件，如 ROMAX、KISSSOFT、 MASTA 等，經過各專業方向驗證，分析計算與實際運行基本吻合，大幅降低了齒輪傳動誤差，齒面偏載問題得到了很好改善，但軸承游隙對齒輪接觸的影響方面關注還比較少，本文主要針對軸承游隙對齒輪修形參數的影響進行分析探討。
一、軸承游隙簡介
軸承游隙是軸承內部的一個關鍵參數，指軸承內圈、外圈、滾動體之間的間隙。在齒輪傳動中，軸承游隙的變化會影響齒輪的載荷分布、接觸應力和振動等性能，進而影響齒輪實際接觸效果。因此，研究軸承游隙對齒輪修形的影響具有重要的理論意義和實際應用價值。
軸承游隙的存在主要是因為軸承的制造誤差、安裝誤差、配合誤差以及實際運行發熱出現卡死等多種因素。軸承游隙分為初始游隙、裝配游隙和運行游隙三種類型。初始游隙是指軸承未安裝前的游隙，裝配游隙是指軸承內圈和軸、外圈和孔的配合狀態下的游隙，運行游隙是指在實際運行過程中考慮發熱等因素的影響下的游隙。
軸承游隙的大小對軸承的性能有著重要影響。過大的軸承游隙會導致軸承在運轉過程中產生較大的振動和噪聲，而過小的軸承游隙則會導致軸承運轉困難甚至卡死。因此，合理的軸承游隙對于保證軸承的正常運轉至關重要。
二、齒輪修形簡介
齒輪箱因為多變工況載荷以及制造、安裝誤差等因素，使得齒輪不可避免地產生嚙合沖擊、偏載和振動，尤其隨著轉速的不斷提高，這些問題愈發突顯，從而影響齒輪及齒輪箱的使用性能及壽命。齒輪修形是指通過改變齒輪齒形、齒向等參數，以達到改善齒輪傳動性能的目的。目前行業內有相關標準對齒輪以及修形都有詳細規定，常用的齒輪修形方法有齒廓修形和齒向修形，不同的齒輪修形方法會對齒輪傳動性能產生不同的影響。
齒廓修形
齒廓修形是指有目的的微量修削齒廓，使齒廓形狀偏離理論齒廓的方法，將輪齒的齒頂或齒根去除一部分，以減少齒輪嚙合過程中由于輪齒彈性變形和加工誤差引起的嚙入、嚙出沖擊現象。齒廓修形包括修形量、修形長度、修形曲線三要素，見圖 1。
齒向修形
齒向修形是指沿齒寬方向去除一部分材料，以消除由于系統變形、安裝和制造誤差引起的輪齒偏載現象，獲得均勻的齒面載荷分布，齒向修形通常采用螺旋角修形 + 齒端倒坡的形式，見圖 2、圖 3。
三、軸承游隙對修形影響分析
齒輪嚙合理想工況下，齒面載荷沿齒面均勻分布，考慮受力變形、裝配精度等方面的影響，齒面接觸在實際運行過程中會出現偏載現象，通常采用齒廓 +齒向綜合修形對齒輪接觸進行調整。為防止卡死現象，軸承實際運行游隙需大于零，軸承作為標準系列產品，不同工況不同系列產品理論所需游隙均不同，選用標準產品無法避免出現軸承游隙偏大的可能性，軸承游隙會造成軸出現微量偏斜，最終影響齒輪嚙合，圖 4 為齒輪箱結構中一種典型軸承布置結構，在該結構中高速軸軸承采用圓柱滾子軸承 + 配對圓錐滾子軸承配置形式，圓柱滾子軸承為徑向游隙，配對圓錐滾子軸承為軸向游隙 + 徑向游隙。在案例中，齒輪為斜齒輪，在軸向力作用下，圓錐滾子軸承為軸向受力側，由于圓柱滾子軸承徑向游隙的因素，高速軸會存在微量偏斜，造成實際運行過程中齒面接觸出現偏載，引起運行過程中出現振動噪聲，甚至影響齒輪使用壽命。齒面接觸偏載在齒輪強度計算中主要體現在齒面載荷分布系數，通過對齒面載荷分布系數的計算分析可準確得出對齒輪安全系數的影響。
下文中以具體案例進行分析說明，結構見圖 4，輸入參數見表 1，齒輪軸與齒輪詳細參數見表 2。
案例中齒輪軸以及齒輪材料選用 18CrNiMo7- 6，熱處理均采用滲碳淬火處理，利用齒輪分析軟件 ROMAX 建模(見圖 5)計算，其中高速軸軸承選型圓柱滾子軸承為 NU2240，圓錐滾子軸承為30240+32240組合配置，ROMAX 計算模型。本文中主要考量軸承游隙對齒輪接觸的影響，計算中以高速軸軸承以及齒面接觸情況作為分析對象，本文不對具體修形參數具體計算方法進行研究，將前期分析計算結果代入計算軟件，同時將高速軸圓柱滾子軸承運行游隙分別設置為 0.05 mm、0.1 mm、0.15 mm 三種工況進行分析計算，三種工況下對應齒面接觸應力云圖見圖 6、圖 7、圖 8。
通過圖 6—圖 8 對比可看出，在相同運行工況以及修形參數下，隨著軸承運行游隙的增大，齒面載荷出現偏載，見表 3 為三種游隙工況下對應齒向載荷分布系數以及安全系數。
通過以上計算結果可得出，在相同運行工況以及修形參數下，隨著軸承游隙地增大，齒輪接觸以及彎曲安全系數均呈下降趨勢，軸承游隙的取值一定程度上影響齒輪安全系數。對應不同游隙工況，可考慮通過調整螺旋角修形方式進行修正，保持工況 1 修形參數不動，調整工況 2、工況 3 螺旋角修形量進行分析計算，調整修形量后計算結果見表 4。
通過以上計算可得出以下結論：軸承游隙會對齒輪的實際嚙合產生影響，需根據實際使用工況評估是否影響使用，提出可通過調整螺旋角修形的方法適應不同軸承游隙，從而確保齒輪在理想狀態運行。
四、結語
軸承游隙也同樣是影響齒輪接觸的重要因素。在實際設計和使用中，尤其是齒輪強度富裕度不足的場合，重點考慮軸承游隙的因素，需要根據具體情況合理選擇和調整軸承游隙并采用合適的齒輪修形方法，保證齒輪箱的正常運轉和長期穩定運行。
參考文獻略.