齒輪節圓直徑全解析｜行星減速機精度與檢測指南

齒輪的應用一定是兩個以上，且兩兩嚙合，一對嚙合的齒輪，會在節圓(DP)的節點(P)處相接，如下圖所示。另外，節圓與齒根圓和齒頂圓不同，節圓是用眼睛看不到的假想圓。

兩個齒輪連心線上咬合接觸點各齒輪上留下軌跡稱為節圓，它的直徑就是節圓直徑。節圓直徑是齒輪參數中一個很重要的數字，齒輪上的很多資料都是與節圓直徑有關的，比如：齒數*模數=節圓直徑(DP)，也稱為「基準(分度)圓直徑」。齒輪在設計應用時，節圓直徑的正確性，也將嚴重影響齒輪轉動時的順暢與否。

可以想像成圓柱(摩擦)輪，外圈加上齒即為齒輪，節圓相當於圓柱(摩擦)輪外圓，是決定齒距的基準圓，若節圓過大，兩齒輪旋轉時會擠壓干涉；若節圓過小，齒隙便會加大，造成定位精度變差。

若想知道更多的齒輪咬合和各部分名稱，可自行搜尋關鍵字「齒輪」，能得到更多詳細的資訊。

 

加工與檢驗

在了解節圓是什麼之後，接下來介紹一下，實際加工時，如何確保節圓尺寸是在合格的公差範圍呢?

現行一般精度的正齒輪加工，通常使用滾齒刀進行「創成法」加工切削，滾齒刀呈螺旋狀，與齒輪邊嚙合邊旋轉，形成一連續切削的工藝。高精度的齒輪會再多一道齒輪研磨的工序，來提高齒輪精度等級。

 

當加工完成的齒輪，要如何知道是否為合尺寸，概分兩種方式：

1. 齒輪量測儀檢測：
可量測正齒輪與螺旋齒輪的齒形輪廓誤差(PROFILE)、齒向誤差(LEAD)、左、右齒面周節各體誤差(fp)、左、右齒面周節累積誤差(Fp)、周節誤差(fu)、跳動誤差(Fr)、齒厚變化量(Rs)，自動判斷量測所屬DIN齒輪評價，只要按照標準程序，將待測齒輪夾持穩定，即可得到上述各項數據，判斷齒輪是否合格，如下圖。

※齒輪量測儀量測可參考格高網站文章，「精密齒輪量測技術：齒輪量測系統的應用與分析 (以KLINGELNBERG P26為例)」

2. 手工量具檢測：
可使用盤式分厘卡進行量測，外型如下圖，可以看見量測卡點位置有兩個平行的盤型卡爪，就是這個盤型卡爪可深入到齒與齒之間，如此便可量測「跨齒厚」。此款量具適用跨齒厚在25mm以下的量測。用此方法來檢驗齒輪的精度，既簡便又準確。

 

跨齒厚量測介紹

跨齒厚 (W)，跨齒數的選擇，最好能使量測的接觸點，置於節圓處。技術人員手上一定有圖面，可先在圖面上找到齒輪的數據，再檢視是否有跨齒厚的欄位，如下圖。若無標示可使用齒輪專用計算軟體，輸入已知齒輪參數，求出跨齒厚。

如上表標註，跨6齒10.387+0/-0.005。合格公差帶為10.382~10.387mm，量測示意圖如下。

如上圖所示，量測數據為10.381mm超出下限1µm，通常此情況會忽略不計，因為手持量測本就存在一定的誤差。跨齒厚測定部位，需要在齒輪圓周上各差90度的齒寬中央處，避免無法察覺加工時，發生周節異常的情況。此種檢測方式在小齒輪的測定時非常方便。

 

 

小提示：

如何區分螺旋齒輪旋向是右旋或左旋?

將齒輪徑向與地面水平放置，直視齒面順著齒型往上，往右傾斜的為右旋，示意如///，如下右圖。往左傾斜的為左旋，示意如\\\，如下左圖。

結論

如果每次加工的齒輪，為了知道尺寸的合格與否，都要上齒輪量測儀檢驗，才能知道是否有超差，如此一來便會嚴重影響產能。因為一顆正齒輪上量測儀檢驗，一般所需時間約2~5分鐘，視齒數多寡、採樣數不同以及探針移動速度而異。

雖然使用盤式分厘卡，可讓現場操作員快速量測齒輪的跨齒厚，是否超出公差範圍。但是分厘卡的操作，是需要時間與學習經驗的累積，才能正確使用，否則容易因為手法錯誤，造成批量不合格品的產生，不可不重視。所以為了確保完整的齒輪數據，皆符合標準，也需要定時或定量用齒輪量測儀量測，再次確保尺寸的正確性。

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