齿轮跨棒距的便捷测量方法

齿轮是传递动力不可或缺的机械元件之一，通过齿轮的啮合可以传递旋转运动。此外，通过改变齿轮的大小，还可以改变主动侧和从动侧的转速，被广泛应用于我们身边的自行车、摩托车，以及发动机、涡轮机、马达、钟表、工具和机床等各种领域。

此外，为了顺畅运行，齿轮不仅要求高精度，还被要求具备作为动力传递部件所必需的耐久性，以及小型化、轻量化等各种要素。特别是齿轮会因使用而发生磨损和变形，因此基于这一点进行设计至关重要。其中一个要素便是“齿厚”，而用于测量齿厚的方法就是“跨棒法”。

在此，我们将介绍齿轮各部位名称及种类等基础知识，以及跨棒法等测量方法，同时还将解说使用跨棒法测量时的课题，以及通过基恩士的高精度三维扫描测量仪“VL 系列”解决课题的方法。

关于齿轮的种类
关于齿轮各部位的名称
关于齿厚的测量方法
通过跨棒法测量齿厚的课题
通过游标卡尺、齿轮千分尺、三坐标测量仪测量的课题
关于跨棒距的便捷测量方法
- 优点1：可无接触地将齿轮形状进行360°完整扫描
- 优点2：各种形状均可测量，比较等操作也十分简单
让齿轮跨棒距的测量变得轻松便捷

关于齿轮的种类

齿轮有最常见的“直齿圆柱齿轮”，以及“斜齿圆柱齿轮”“人字齿轮”“内齿轮”等各种种类。在此，作为基础知识，我们简单介绍一下齿轮的种类。

直齿圆柱齿轮 (Spur Gear): 齿线垂直于轴线的最常见的齿轮。其特点是结构简单、易于制造。直齿圆柱齿轮也称为“Spur Gear”。
斜齿圆柱齿轮 (Helical Gear): 将直齿圆柱齿轮的齿线扭转成螺旋线状的齿轮称为“斜齿圆柱齿轮”。与直齿圆柱齿轮相比，其同时啮合的齿数更多，因此强度更高，振动和噪音也更小。斜齿圆柱齿轮也称为“Helical Gear”。
人字齿轮 (Double Helical Gear): 将两个斜齿圆柱齿轮组合成一体的齿轮称为“人字齿轮”。通过组合齿线倾斜方向相反的齿轮，可以抵消斜齿轮产生的轴向力。人字齿轮也称为“Double Helical Gear”。
内齿轮 (Internal Gear): 齿在内侧的一种直齿圆柱齿轮。直齿轮啮合时两个齿轮转向相反，而内齿轮啮合时两个齿轮转向相同，这是其一大区别。内齿轮也称为“Internal Gear”。
齿条与齿轮 (Rack & Pinion): 齿条是指板状或棒状的齿轮（B部件），齿轮是指小型的圆柱状齿轮（A部件）。将齿条和齿轮组合起来的齿轮机构称为“齿条与齿轮”。它可以将旋转运动转换为直线运动，被用于汽车的转向机构、输送装置和机床等。
直齿锥齿轮 (Straight Bevel Gear): 锥齿轮是指圆台状的齿轮，因形状类似伞而得名。其中齿线为直线的锥齿轮称为“直齿锥齿轮”。它是一种相交轴齿轮，用于改变旋转运动的方向。直齿锥齿轮也称为“Straight Bevel Gear”。
螺旋锥齿轮 (Spiral Bevel Gear): 在圆台形的基体上沿螺旋线切出齿的齿轮称为“螺旋锥齿轮”。螺旋锥齿轮也称为“Spiral Bevel Gear”，是一种用于改变旋转运动方向的相交轴齿轮。
斜齿锥齿轮: 是一种与螺旋锥齿轮相似的锥齿轮，但区别在于螺旋锥齿轮的齿线是曲线，而斜齿锥齿轮的齿线是直线，其啮合率等也有所不同。斜齿锥齿轮也称为“Helical Bevel Gear”。
蜗轮蜗杆 (Worm Gear): 由带螺纹的轴“蜗杆”（A部件）和与之相配的蜗轮（B部件）组成的齿轮机构称为“蜗轮蜗杆”。蜗轮蜗杆被归类为交错轴齿轮，多为交错角90°。此外，由于减速比大，常用于需要在转换旋转方向的同时获得大减速比的场合。
准双曲面齿轮 (Hypoid Gear): 是螺旋锥齿轮的一种，但其主要区别在于主动齿轮和从动齿轮的轴线不相交，属于“交错轴齿轮”。通常用于承受大扭矩的部位，如汽车的驱动系统、机床或机器人的减速器等。

关于齿轮各部位的名称

接下来以直齿圆柱齿轮为例，介绍齿轮各部位的名称。各部位的名称及其含义如下。

【A】齿槽宽：在分度圆上测量的单个齿与相邻齿之间的间隙称为“齿槽宽”。
【B】齿厚：在分度圆上测量的单个齿的厚度（弧齿厚）称为“齿厚”。
【C】齿顶高：齿顶圆半径与分度圆半径之差称为“齿顶高”。
【D】齿根高：分度圆半径与齿根圆半径之差称为“齿根高”。
【E】全齿高：齿顶高与齿根高之和称为“全齿高”。
【F】齿宽：齿轮沿轴向的齿的长度称为“齿宽”。
【G】齿根圆直径：连接齿根的圆的直径称为“齿根圆直径”。
【H】基圆直径：绘制渐开线时所用圆柱的直径称为“基圆直径”。
【I】分度圆直径：连接分度点的圆的直径（基准圆直径）称为“分度圆直径”。
【J】齿顶圆直径：连接齿顶的圆的直径称为“齿顶圆直径”。
【K】齿距：齿与齿之间的间隔称为“齿距”。

关于齿厚的测量方法

从这里开始，我们将说明本次的主题“齿厚”及其测量方法。首先，齿厚是指在分度圆上单个齿的厚度。插图展示了直齿圆柱齿轮的齿厚。此外，齿厚的测量方法有“弦齿厚法”“公法线长度测量法”“跨棒（球）法”等。

弦齿厚法: 弦齿厚是指分度圆上两侧齿廓对称两点间的弦长。在弦齿厚法中，使用齿厚游标卡尺、齿厚千分尺或齿形卡尺来测量相当于齿高（H）部位的厚度。这是一种自古以来沿用的测量方法，但结果会因测头的接触情况而异，因此精度不甚理想。
公法线长度测量法: 使用齿厚千分尺等测量固定齿数范围内的长度。此时所跨的齿数称为“跨齿数”，由于是根据该齿数来测量齿厚，因此被称为“公法线长度测量法”。由于是根据齿数进行测量，无需设定基准面，但与弦齿厚法一样，测量结果会因测头的接触情况而异，且当左右齿廓压力角不同时也会成为误差原因。此外，还会受到齿距和齿形的影响，因此需要对齿轮整个圆周进行数次测量。
跨棒（球）法: 跨棒（球）法是一种测量齿厚的方法，即将量棒或量球放入齿槽中，对于直齿轮和斜齿轮测量量棒的外侧尺寸，对于内齿轮则测量内侧尺寸。由于使用量棒或量球，因此被称为“跨棒法”“跨球法”或“球法”。通过这种方法得到的尺寸，对于外齿轮称为“跨棒尺寸”或“跨棒距”，对于内齿轮则称为“棒间距”。

此外，对于偶数齿，将量棒或量球放入相对的齿槽中；对于奇数齿，则放入偏离180/Z（°）的齿槽中进行测量。关于所用量棒或量球的直径，对于标准齿轮，理想的是与基准分度圆直径相切的尺寸；对于变位齿轮，则是与“{基准分度圆直径+(模数×变位系数×2)}”直径相切的尺寸。但是，通过计算得出的量棒或量球的尺寸往往是特殊数值，因此通常使用市售的标准品中直径相近的。

对于直齿轮和斜齿轮，可以使用两根量棒或量球和千分尺等来测量齿厚。而对于内齿轮，则使用两根量棒或量球和量块等进行测量。

通过跨棒法测量齿厚的课题

跨棒法通常使用游标卡尺、齿轮千分尺或三坐标测量仪等来测量齿厚。但是，每种测量方法都存在课题。在此，我们将说明接触式齿厚测量所面临的课题。

游标卡尺、齿轮千分尺: 最常见的是使用游标卡尺或专用的齿轮千分尺进行测量。使用游标卡尺、齿轮千分尺等手动工具测量跨棒距时，需要将测头直接接触对象物并读取数值，因此容易因测量人员而产生偏差或误差。此外，若要测量整个圆周，需要多次将测头接触对象物，既耗时又费力。
三坐标测量仪: 三坐标测量仪是一种通过将测头接触载物台上的对象物，从长、宽、高三个维度获取三维坐标，从而高精度测量对象物的尺寸、位置关系、轮廓形状、几何公差等的设备。但是，在获取齿厚这类复杂宽度和形状的三维信息时，由于是点测量，测量点数会很多，存在测量耗时的课题。此外，在通过仿形测量获取扫描线时，对于齿轮这类复杂形状，要求测量人员具备高超的技能。

通过游标卡尺、齿轮千分尺、三坐标测量仪测量的课题

使用游标卡尺、齿轮千分尺等手动工具的测量方法，虽然可以轻松且低成本地测量齿厚，但存在因测量人员而产生误差且耗时的课题。另一方面，使用三坐标测量仪虽然可以高精度地测量齿厚，但存在需要固定在夹具上、进行水平校准，以及要求操作人员具备三坐标测量仪的使用经验和技术等课题。此外，为了获得高精度的测量结果，需要增加测量点数，导致测量时间过长。

关于跨棒距的便捷测量方法

接触式的测量方法存在诸多课题。能够解决这些课题，轻松进行跨棒距测量的，便是基恩士的高精度三维扫描测量仪“VL 系列”。

“VL 系列”能够以非接触的方式，通过“面”而非点或线来捕捉对象物的三维形状。放置在载物台上的对象物单次扫描最快只需8秒，并能消除因测量人员造成的偏差和误差。在此，我们将介绍使用基恩士高精度三维扫描测量仪“VL 系列”测量齿轮跨棒距的优点。

优点1：可无接触地将齿轮形状进行360°完整扫描

基恩士的高精度三维扫描测量仪“VL 系列”能够无接触地完整扫描齿轮形状，并利用从数据上切割出的截面图，轻松测量跨棒距。只需一键即可捕捉整体形状，单次扫描最快8秒，可大幅削减齿厚测量的工时。它并非像接触式测量方法那样以点或线，而是以“面”来捕捉对象物，因此即使是齿轮这样复杂的对象物也能准确测量。

此外，接触式测量仪需要根据工件尺寸进行调整，而“VL 系列”能自动识别样品尺寸，从小件到大件均可实现全自动扫描。既不会像游标卡尺、齿轮千分尺那样产生偏差，也无需像三坐标测量仪那样要求操作人员具备经验。能实现无偏差、准确的齿厚测量。

优点2：各种形状均可测量，比较等操作也十分简单

无论是直齿轮、斜齿轮，还是内齿轮，各种形状的齿轮，基恩士的高精度三维扫描测量仪“VL 系列”都能测量其跨棒距。只需一次扫描，即可快速扫描齿轮的各个部位，并立刻得知跨棒距。

此外，采集到的多个测量数据不仅可以列表显示，还可以将相同的分析内容批量应用于各种数据。由此，可以测量多个对象物的形状，并验证数据间的差异。利用此功能，可以与合格品比较，定量分析与不合格品的差异，或者根据测量结果剔除不合格品等作业，都可在短时间内完成。

让齿轮跨棒距的测量变得轻松便捷

使用基恩士的高精度三维扫描测量仪“VL 系列”，困难的齿轮跨棒距测量将变得轻松便捷。

无需定位或准备夹具。只需放置在载物台上进行扫描，即可测量齿厚。
无接触扫描，单次最快8秒完成。可在短时间内采集到准确的跨棒距数据。
360°完整扫描复杂的齿轮形状，可轻松测量跨棒距。
由于是非接触测量，可大幅减少因测量人员造成的偏差和误差，获得稳定的结果。
多个测量数据的定量比较和分析也十分简单，OK/NG的判断也很容易。

接触式测量方式测量齿厚非常耗时，且难以获得准确数据。而使用基恩士的高精度三维扫描测量仪“VL 系列”，无论是直齿轮、斜齿轮，还是人字齿轮、内齿轮、齿条与齿轮、直齿锥齿轮等复杂形状的齿轮，均可进行测量。

索引