齿轮箱行业对齿轮修形以及修形对齿轮传动性能的影响做了大量研究，通常齿轮修形需综合考虑齿轮、轴系的弹性变形以及齿轮制造、安装误差等因素，且该技术已为行业成熟技术，数家公司推出了多款专业齿轮箱计算分析软件，如 ROMAX、KISSSOFT、 MASTA 等，经过各专业方向验证，分析计算与实际运行基本吻合，大幅降低了齿轮传动误差，齿面偏载问题得到了很好改善，但轴承游隙对齿轮接触的影响方面关注还比较少，本文主要针对轴承游隙对齿轮修形参数的影响进行分析探讨。
一、轴承游隙简介
轴承游隙是轴承内部的一个关键参数，指轴承内圈、外圈、滚动体之间的间隙。在齿轮传动中，轴承游隙的变化会影响齿轮的载荷分布、接触应力和振动等性能，进而影响齿轮实际接触效果。因此，研究轴承游隙对齿轮修形的影响具有重要的理论意义和实际应用价值。
轴承游隙的存在主要是因为轴承的制造误差、安装误差、配合误差以及实际运行发热出现卡死等多种因素。轴承游隙分为初始游隙、装配游隙和运行游隙三种类型。初始游隙是指轴承未安装前的游隙，装配游隙是指轴承内圈和轴、外圈和孔的配合状态下的游隙，运行游隙是指在实际运行过程中考虑发热等因素的影响下的游隙。
轴承游隙的大小对轴承的性能有着重要影响。过大的轴承游隙会导致轴承在运转过程中产生较大的振动和噪声，而过小的轴承游隙则会导致轴承运转困难甚至卡死。因此，合理的轴承游隙对于保证轴承的正常运转至关重要。
二、齿轮修形简介
齿轮箱因为多变工况载荷以及制造、安装误差等因素，使得齿轮不可避免地产生啮合冲击、偏载和振动，尤其随着转速的不断提高，这些问题愈发突显，从而影响齿轮及齿轮箱的使用性能及寿命。齿轮修形是指通过改变齿轮齿形、齿向等参数，以达到改善齿轮传动性能的目的。目前行业内有相关标准对齿轮以及修形都有详细规定，常用的齿轮修形方法有齿廓修形和齿向修形，不同的齿轮修形方法会对齿轮传动性能产生不同的影响。
齿廓修形
齿廓修形是指有目的的微量修削齿廓，使齿廓形状偏离理论齿廓的方法，将轮齿的齿顶或齿根去除一部分，以减少齿轮啮合过程中由于轮齿弹性变形和加工误差引起的啮入、啮出冲击现象。齿廓修形包括修形量、修形长度、修形曲线三要素，见图 1。
齿向修形
齿向修形是指沿齿宽方向去除一部分材料，以消除由于系统变形、安装和制造误差引起的轮齿偏载现象，获得均匀的齿面载荷分布，齿向修形通常采用螺旋角修形 + 齿端倒坡的形式，见图 2、图 3。
三、轴承游隙对修形影响分析
齿轮啮合理想工况下，齿面载荷沿齿面均匀分布，考虑受力变形、装配精度等方面的影响，齿面接触在实际运行过程中会出现偏载现象，通常采用齿廓 +齿向综合修形对齿轮接触进行调整。为防止卡死现象，轴承实际运行游隙需大于零，轴承作为标准系列产品，不同工况不同系列产品理论所需游隙均不同，选用标准产品无法避免出现轴承游隙偏大的可能性，轴承游隙会造成轴出现微量偏斜，最终影响齿轮啮合，图 4 为齿轮箱结构中一种典型轴承布置结构，在该结构中高速轴轴承采用圆柱滚子轴承 + 配对圆锥滚子轴承配置形式，圆柱滚子轴承为径向游隙，配对圆锥滚子轴承为轴向游隙 + 径向游隙。在案例中，齿轮为斜齿轮，在轴向力作用下，圆锥滚子轴承为轴向受力侧，由于圆柱滚子轴承径向游隙的因素，高速轴会存在微量偏斜，造成实际运行过程中齿面接触出现偏载，引起运行过程中出现振动噪声，甚至影响齿轮使用寿命。齿面接触偏载在齿轮强度计算中主要体现在齿面载荷分布系数，通过对齿面载荷分布系数的计算分析可准确得出对齿轮安全系数的影响。
下文中以具体案例进行分析说明，结构见图 4，输入参数见表 1，齿轮轴与齿轮详细参数见表 2。
案例中齿轮轴以及齿轮材料选用 18CrNiMo7- 6，热处理均采用渗碳淬火处理，利用齿轮分析软件 ROMAX 建模(见图 5)计算，其中高速轴轴承选型圆柱滚子轴承为 NU2240，圆锥滚子轴承为30240+32240组合配置，ROMAX 计算模型。本文中主要考量轴承游隙对齿轮接触的影响，计算中以高速轴轴承以及齿面接触情况作为分析对象，本文不对具体修形参数具体计算方法进行研究，将前期分析计算结果代入计算软件，同时将高速轴圆柱滚子轴承运行游隙分别设置为 0.05 mm、0.1 mm、0.15 mm 三种工况进行分析计算，三种工况下对应齿面接触应力云图见图 6、图 7、图 8。
通过图 6—图 8 对比可看出，在相同运行工况以及修形参数下，随着轴承运行游隙的增大，齿面载荷出现偏载，见表 3 为三种游隙工况下对应齿向载荷分布系数以及安全系数。
通过以上计算结果可得出，在相同运行工况以及修形参数下，随着轴承游隙地增大，齿轮接触以及弯曲安全系数均呈下降趋势，轴承游隙的取值一定程度上影响齿轮安全系数。对应不同游隙工况，可考虑通过调整螺旋角修形方式进行修正，保持工况 1 修形参数不动，调整工况 2、工况 3 螺旋角修形量进行分析计算，调整修形量后计算结果见表 4。
通过以上计算可得出以下结论：轴承游隙会对齿轮的实际啮合产生影响，需根据实际使用工况评估是否影响使用，提出可通过调整螺旋角修形的方法适应不同轴承游隙，从而确保齿轮在理想状态运行。
四、结语
轴承游隙也同样是影响齿轮接触的重要因素。在实际设计和使用中，尤其是齿轮强度富裕度不足的场合，重点考虑轴承游隙的因素，需要根据具体情况合理选择和调整轴承游隙并采用合适的齿轮修形方法，保证齿轮箱的正常运转和长期稳定运行。
参考文献略.