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表面結構
試驗研究和使用經驗表明，在表面結構等級和齒輪承載能力狀況之間存在某種關系。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，波紋度和表面結構的其他特征也會影響材料的表面抗疲勞能力，因此，當需要高標準的性能和可靠性時，
要細心地記錄未濾波的輪廓來反映輪齒表面結構。
在本指導性技術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——要強調的是：在規定輪齒現在結構的特征極限值之前，齒輪設計者和齒輪工程師們應熟悉有關的國家標準和這方
面的其他文獻，參見第2章的引用標準。
5 功能考慮
受表面結構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
表面結構包含兩個主要特征：粗糙度和波紋度。
表面波紋度或齒面波度會引起傳動誤關，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（垂直于接觸跡線），齒輪嚙合時會出現一個高音的刺耳聲（高于嚙合頻率的古怪的諧波成
分）。
在少數情況下，表面粗糙度會使齒輪噪聲的特性產生差異（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
其諧波成分不產生影響。

5.2承載能力
表面結構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。表面結構、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（高循環應力）的結果，表面結構是影響齒根過渡區應力的一個因素。
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輪齒的功能區域和接觸跡線。
6圖樣上應標注的數據
當用戶已規定時，或當設計和運行要求必需時，在圖樣上應標出完工狀態表面粗糙度的適當的數值。如圖6a和b所示。
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頭的儀器（儀器有一平直的基準平面）；
b) 一個在具有名義表面形狀的基準平面上滑行的導頭；
c) 一個具有可調整的或可編程的導頭組合一起的基準線生成器，例如，可由一個坐標測量機來實現基準線；
d) 用一個無導頭的傳感器和一個具有較大測量范圍的平直基準對形狀、波紋度和粗糙度進行評定。
圖7 儀器特性以及與制造方法相半的測量行程方向
根據國家標準，觸針的針尖半徑應為2μm或5μm或10μm，觸針的圓錐角可為60°或90°。此外，有關儀器特性的詳細資料
見GB/T 6062，在表面測量的報告中應注明針尖半徑和觸針角度。
在對粗糙度或波紋度進行測量時，需要有無導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給出了適當的截止波長的參考值。必須要認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系統誤差。
根據波紋度、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/mm 標準工作齒高/mm 標準截止波長/mm 工作齒高內的截止波數
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
本章論述了各參數的優先值、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表面結構的測量方法。
在測量表面粗糙度時，觸針的軌跡應與表面加工紋理的方向相垂直，見圖7和圖8中所示方向。測量還應垂直于表面，因
此，觸針應盡可能緊跟齒面的變曲的變化。
在對輪齒齒根的過渡區表面粗數度測量時，整個方向應與螺旋線正交，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）的導頭，安裝在一根可旋轉的
軸上，當該軸轉過角度約100°時，觸針的針尖描繪出一條同齒根過渡區接近的圓弧。當齒根據過渡區足夠大，并且該裝置
仔細的定位時方可進行粗糙度測量。
注：導頭直接作用于表面，應使半徑r>50λc，以避免因導頭引起的測量不確定度。
圖8 齒根過渡曲面粗糙度的測量
使用導頭形式的測量儀器進行測量還有另一種辦法，選擇一種適當的注塑材料（如樹脂等）制作一個相反的復制器。當對
較小模數齒輪的齒根過渡部分的粗糙度進行測量時，這種方法是特別有用的。在使用這種方法時，應記住在評定過程中齒
廓的記錄曲線的凹凸是相反的。
8.1評定測量結果
直接測得的粗糙度參數值，可直接與規定的允許值比較。
參數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，但是應考慮到表面粗糙度會高測量行程有規律地變
化，因此，確定單個取樣長度的粗糙度值，可能是有益的。為了改進測量數值的統計上的準確定性，可從幾個平行的測量
跡線計算其算術平均值。
如不用相對于基準有關的導頭測量輪廓可望獲得最好的結果，這就是第7章中7b和7d所提到的那種設備情況。
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行濾波之
前，首先必須將名義的形狀成分消除。
當齒輪齒廓太小，以致無法在5個接連的取樣長度進行測量時，允許在分離的齒上取單個取樣長度進行測量（見GB/T10610-
1998第7章），但必須在參數符號后面附注取樣長度的個數，例如：RZ1、RZ3。
為了避免使用濾波器時評定長度的部分損失，可以在沒有標準濾波過程的情況下，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）軌跡輪廓細分為短的取樣長度l1、l2、l3等所產生的濾波效果。為了同標準方法的濾
波結果相比較，取樣長度應與截止值λc為同樣的值。