圆柱齿轮传动的互换性

1,1,12,圆柱齿轮传动的互换性,4,GB/T 10095.12008圆柱齿轮 精度制 第1部分：轮齿同侧齿面偏差的定义和允许值GB/T 10095.22008圆柱齿轮 精度制 第2部分：径向综合偏差和径向跳动的定义和允许值GB/Z 18620.142008圆柱齿轮检验实施规范,齿轮 国家标准,5,5,基本内容：齿轮传动使用要求及互换性特点；齿轮加工误差概述；齿轮公差组与各误差(公差)项目分析；齿轮副误差项目的分析；渐开线圆柱齿轮公差适用范围；精度等级(公差等级)；检验组、齿侧间隙计算；齿坯公差及图样标注；齿轮公差标注应用。重点和难点：重点：齿轮误差项目的含义和作用； 齿轮检验组的选用。难点：误差项目的选择。教学基本要求：了解齿轮公差标注的特点。掌握齿轮公差标准中基本误差项目的意义和作用掌握齿轮公差标准的结构，选用及标注。,第12章 圆柱齿轮传动的互换性,6,6,12.1 齿轮传动及其使用要求,7,7,12.1 齿轮传动及其使用要求,8,8,12.1 齿轮传动及其使用要求,圆柱齿轮各部分名称：,齿厚s,齿距P,齿顶圆da,齿根圆df,分度圆d,齿顶高ha,齿根高hf,9,9,齿顶圆da：通过齿轮各齿顶的圆。齿根圆df：通过齿轮各齿根的圆。分度圆d：在齿顶圆与齿根圆之间的一假想圆，该圆上齿厚S（弧长）和齿槽宽e（弧长）相等。齿顶高ha：齿顶圆和分度圆的半径之差叫齿顶高。齿根高hf：分度圆和齿根圆的半径之差叫齿根高。齿高h：齿顶高与齿根高之和，即：h=ha+hf。齿距P：分度圆上相邻两齿对应点间的弧长叫齿距，齿距等于齿厚与齿槽宽之和，即：P=S+e模数m：如齿数为Z，则分度圆的周长等于齿数乘以齿距，即： ZP=d 即d=ZP/ 是无理数，不便计算，令P/=m，有： d=Zm m称为齿轮的模数，单位是毫米。中心距a：两圆柱齿轮轴线的距离 a=m(z1+z2)/2,12.1 齿轮传动及其使用要求,10,圆柱齿轮的画法,12.1 齿轮传动及其使用要求,11,11,齿轮传动的使用要求：四项传动精度的要求1.传递运动准确性（运动精度）限制转角误差作为传动零件，对齿轮首要的要求是传递运动的准确性，即：使传动比i 恒定或者变化不大。2.传动的平稳性 限制传动比的变化齿轮传动中要求振动，噪音，冲击尽可能的小。要控制的实际上是使齿轮的瞬时传动比i 0。3.载荷分布的均匀性 限制齿面接触状态齿轮要传动力和扭矩，所以，啮合时齿面接触要好，即要求齿轮的接触面积要大。4.齿轮侧隙的合理性齿轮啮合时，非工作面应留有一定的间隙以便补偿制造和安装误差，以及传动时产生的弹性和热变形，并可贮存润滑油，以避免传动时发生卡死、干涉。,12.1 齿轮传动及其使用要求,12,12,不同用途、不同工作条件的齿轮其使用要求有所不同。如： 分度机构、仪器仪表中读数机构的齿轮，一转中转角误差不超过12甚至几秒，此时传递运动准确性是主要的； 高速、大功率传动装置中的齿轮，如汽轮机减速器上的齿轮，圆周速度高，传递功率大，其运动精度、工作平稳性精度及接触精度要求都很高，特别是瞬时传动比的变化要求小，以减少振动和噪声； 轧钢机、起重机、运输机等低速重载机械，传递动力大，但圆周速度不高，故齿轮接触精度要求较高，齿侧间隙也应足够大，而对其运动精度则要求不高。,12.1 齿轮传动及其使用要求,13,13,误差来源：齿轮加工过程中机床、毛坯件和工具的误差。影响齿轮使用要求的误差主要包括齿轮的加工误差和齿轮副的安装误差。,12.2 齿轮加工误差的来源及其特点,成型法 铣齿,展成法 滚齿,展成法 插齿,14,14,齿轮加工误差主要表现在：径向误差：被加工齿轮的几何中心相对于滚刀刀刃的距离的变化。-几何偏心切向误差：刀具和工件间的滚切运动转速不匀或分度的不准确。-运动偏心创成面误差：切齿刀具齿廓误差，刀具本身的误差。轴向误差：刀具沿工件轴向位移的误差。,12.2 齿轮加工误差的来源及其特点,15,15,滚齿加工,1. 几何偏心及运动偏心几何偏心：齿轮齿圈轴线与工作轴线不重合。使齿面位置相对于齿轮基准中心在径向发生了变化，称为径向误差。,12.2 齿轮加工误差的来源及其特点,16,16,运动偏心：滚齿机分度蜗轮加工误差和分度蜗轮轴线与工作台旋转轴线有安装偏心所致。运动偏心使齿坯相对于滚刀的转速不均匀而使被加工齿轮各齿廓产生切向错移。,12.2 齿轮加工误差的来源及其特点,几何偏心和运动偏心原因产生的齿轮误差是以齿轮一转为周期的，称为长周期误差。,17,17,2. 机床传动链的高频误差受传动链分度装置元件误差的影响，尤其是蜗杆安装偏心和轴向窜动的影响，使蜗轮（齿坯）在一周范围内转速出现多次变化，产生被加工齿轮的齿距偏差和齿形误差。3. 滚刀的制造和安装误差滚刀本身的基节、齿形等制造误差，会复映到被加工齿轮的每一齿上，使加工后的齿轮产生基节偏差和齿形误差。滚刀偏心使加工出的齿轮径向误差；滚刀刀架导轨或齿坯轴线相对于工作台旋转轴向的倾斜和轴向窜动，引起被加工齿面沿齿长方向（轴向）的齿向误差。这两项原因产生的齿轮误差在一转内多次重复出现，是短周期误差。,12.2 齿轮加工误差的来源及其特点,18,18,渐开线圆柱齿轮传动误差的评定指标及其代号根据齿轮误差的特性及对齿轮传动使用性能的影响，将齿轮分为三个公差组： 第公差组影响传递运动的准确性 第公差组影响传动的平稳性 第公差组影响载荷分布的均匀性。,12.3 齿轮误差的评定指标和测量,19,一、齿轮传递运动准确性的应检指标及检测传递运动准确性是指：齿轮在一转范围内传动比变化尽量小。,齿轮误差的评定指标和测量,影响传动准确性的误差,切向综合误差Fi,齿距累积误差Fp,径向综合误差Fi”,齿圈径向跳动Fr,公法线长度变动Fw,综合指标,单项指标,径向误差,切向误差,20,第一公差组规定的检验组： 用一个综合性指标或两个单项性指标（径向和切向各取一个）来评定。1）切向综合公差Fi2）齿轮齿距累积公差Fp（Fpk) 3）径向综合误差Fi”和公法线长度变动Fw4）齿圈径向跳动Fr和公法线长度变动Fw5）齿圈径向跳动Fr（仅限于1012级齿轮）,影响传递运动准确性的项目,21,1. 切向综合误差Fi：被测齿轮与理想精确的测量齿轮单面啮合时，在被测齿轮一转内，实际转角与公称转角之差的总幅度值。反映齿轮一转的转角误差。综合性地反映了齿轮加工中的几何偏心、运动偏心及各短周期误差的影响。切向综合误差是在单面啮合综合检查仪（简称单啮仪）上进行测量的，单啮仪结构复杂，价格昂贵，在生产车间很少使用,影响传递运动准确性的项目,22,单面啮合综合检查仪,影响传递运动准确性的项目,23,影响传递运动准确性的项目,2. 齿距累积总偏差Fp(公差为 Fp)和齿距累积偏差Fpk 齿距（周节）偏差：齿轮分度圆上，相邻同侧齿面间实际齿距与理论齿距之差。Fp是指齿轮同侧齿面任意圆弧段（k=1至z）内实际弧长与理论弧长的最大差值。它等于齿距累积偏差的最大偏差与最小偏差的代数差 Fpk是指k个齿距间的实际弧长与理论弧长的最大差值，国标中规定k的取值范围一般为2z/8，对高速齿轮可取更小的值。综合反映齿轮加工中的几何偏心和运动偏心对齿轮转角误差的影响，可用来评定齿轮运动的准确性。但因为只在分度圆上测量，故不如切向综合误差反映的全面。,24,影响传递运动准确性的项目,25,齿距累积总偏差Fp和齿距累积偏差Fpk通常在万能测齿仪、齿距仪和光学分度头上测量。测量方法有绝对法和相对法两种。,影响传递运动准确性的项目,26,绝对法。光学分度头定位,影响传递运动准确性的项目,27,相对法,影响传递运动准确性的项目,28,3.径向综合误差(总偏差）Fi”：被测齿轮与理想精确的测量齿轮双面啮合时，在被测一转内，双啮中心距的最大变动量。反映齿轮几何偏心引起的径向误差，同时也反映齿形误差、基节误差或齿距偏差及齿厚不均匀性等在径向的影响。所用测量仪器比单啮仪简单，操作方便，测量效率高，故在大批量生产中应用很普通。但只能反映径向误差，且测量状况与齿轮实际工作状况不完全相符。,影响传递运动准确性的项目,29,双啮仪器测量,影响传递运动准确性的项目,30,4.齿圈径向跳动Fr： 齿轮一转范围内，测头在齿槽内与齿高中部双面接触，测头相对于齿轮轴线的最大变动量。 是齿轮几何偏心引起的径向误差。 可用齿圈径向跳动检查仪测量，测头可以用球形或锥形。,影响传递运动准确性的项目,31,5.公法线长度变动Fw： 齿轮一周范围内，实际公法线长度最大值与最小值之差， Fw = Wmax Wmin 原因：运动偏心引起的齿轮切向误差，反映了运动准确性的切向误差。,公法线长度变动可用公法线千分尺、公法线卡尺等测量。,影响传递运动准确性的项目,32,影响传动平稳性的误差,一齿切向综合误差fi,一齿径向综合误差fi”,齿廓总偏差F,单个齿距偏差fpt,综合指标,单项指标,二、影响传动平稳性的项目,该检验组中：用一个综合指标或两个单项指标来评定。,33,33,1.单个齿距偏差fpt是指在端平面上，接近齿高中部的一个与齿轮轴线同心的圆上，实际齿距与理论齿距的代数差（在分度圆上，实际齿距与公称齿距之差）公称齿距（理论齿距）：所有实际齿距的平均值。直接反映每齿的转角误差，也是反映综合误差Fp的主要因素。该项偏差主要由机床误差产生。,二、影响传动平稳性的项目,34,2. 齿廓总偏差F 齿廓偏差是实际齿廓对设计齿廓的偏离量。在齿轮端平面内且垂直于渐开线齿廓的方向计量。 F是指在计值范围内，包容实际齿廓迹线的两条设计齿廓迹线间的距离。,二、影响传动平稳性的项目,35,F是影响传动平稳性的主要因素，当齿形有误差时，将破坏齿轮副的正常啮合，使实际啮合点偏离啮合线，从而引起一对齿啮合过程中瞬时速比的变化。 通常用万能渐开线检查仪或单圆盘渐开线检查仪进行测量。,二、影响传动平稳性的项目,36,3. 一齿切向综合偏差（误差）fi： 被测齿轮与理想精确的测量齿轮单面啮合时，在被测齿轮一齿距角内，实际转角与公称转角之差的最大幅度值。,主要反映由刀具和分度蜗杆的安装及制造误差所造成的，齿轮上齿形、齿距等各项短周期综合误差，是综合性指标。,二、影响传动平稳性的项目,37,4.一齿径向综合误差fi”： 被测齿轮与理想精确的测量齿轮双面啮合时，在被测齿轮一齿距角内，双啮中心距的最大变动量。 综合反映了由于刀具安装偏心及制造所产生的基节和齿形误差，属综合性项目。可在测量径向综合误差时得出。测量受左右齿面的共同影响，不如一齿切向综合误差反映那么全面，不宜采用该法验收高精度的齿轮，但在双啮仪上测量简单，操作方便，故该项目适用于大批量生产的场合。,二、影响传动平稳性的项目,38,38,由于齿轮的制造和安装误差，一对齿轮在啮合过程中沿齿长方向和齿高方向都不是全齿接触，实际接触线只是理论接触线的一部分，影响了载荷分布的均匀性。国标规定用螺旋线偏差来评定载荷分布均匀性。螺旋线偏差是指在端面基圆切线方向上，实际螺旋线对设计螺旋线的偏离量。原因：机床导轨的纵、横向的不准确性和齿坯轴线歪斜等,三、影响载荷分布均匀性的评定参数,39,螺旋线总偏差F 在计值范围内，包容实际螺旋线迹线的两条设计螺旋线迹线的距离。,三、影响载荷分布均匀性的评定参数,-基准面 -非基准面b -齿宽或两端倒角之间的距离L-螺旋线计值范围,40,螺旋线形状偏差ff,螺旋线倾斜偏差fH,三、影响载荷分布均匀性的评定参数,41,影响齿轮副侧隙的的误差,齿厚偏差Esn,公法线长度偏差Ew,替代,四、影响齿轮副侧隙的指标及其检测,42,为了保证齿轮副的齿侧间隙，必须控制轮齿的齿厚，齿轮轮齿的减薄量可由齿厚偏差和公法线长度偏差来控制。,四、影响齿轮副侧隙的指标及其检测,1. 齿厚偏差 是指在分度圆柱上，齿厚的实际值与公称值之差 。 （斜齿轮指法向齿厚）,43,齿厚偏差的测量齿厚游标卡尺,分度圆上公称弦齿高：,分度圆上公称弦齿厚：,四、影响齿轮副侧隙的指标及其检测,44,2. 公法线长度偏差 指齿轮一圈内，实际公法线长度Wka与公称公法线长度Wk之差。公法线长度上偏差代号为Ews，下偏差代号为Ewi。,公法线千分尺测量公法线,四、影响齿轮副侧隙的指标及其检测,45,12.5 齿轮精度指标的公差及精度等级,一、渐开线圆柱齿轮的精度标准1. 精度等级国标将齿轮的精度等级分为：0、1、2、3、12个等级， 其中0级最高；12级最低。通常 35 级称为高精度等级，69 级称为中等精度等级，1012 级称为低精度等级 。标准中 5 级是 13 个精度等级中的基础级，是确定齿轮各项偏差的公差计算式的精度等级。 2.齿轮精度等级的选择根据齿轮的用途、使用要求、传递功率及圆周速度及其它技术要求而定，同时考虑切齿工艺及经济性。齿轮3个公差组的精度等级应分别规定，可采用同级，也可以不同级，但同一公差组中的项目必须同级。齿轮副中两齿轮对应公差组的精度可同级，也允许不同级。,46,一般齿轮传动多按齿轮圆周线速度确定第公差组的精度等级。当对传递运动准确性要求高时，采用第公差组和第公差组同级；当对传递运动准确性没有特别要求时，第公差组的精度常比第公差组低一个等级；当所传递的功率不特别大时（中、轻载），第公差组一般采用和第公差组相同的精度等级；重载齿轮传动则第公差组的精度等级宜高于第公差组的精度等级。,12.5 齿轮精度指标的公差及精度等级,47,12.5 齿轮精度指标的公差及精度等级,3. 评定参数的公差值与极限偏差的确定GB/T 100952008规定，各评定参数允许值是以5级精度规定的公式乘以级间公比计算出来的。标准中各公差或极限偏差数值表列出的数值，是用表12-3、12-4中所列出的计算公式，根据尺寸（如法向模数mn、分度圆直径d、齿宽b等）计算出各评定参数的允许值（公差或极限偏差）圆整后得到的。,48,48,图样上齿轮精度等级的标注,齿轮的三个公差组检测项目为同一精度等级时，可直接标注精度等级和标准号。 如：8 GB/T10095.1-2008齿轮检验项目的精度等级不同时，则分别标注。如：7-6-6 GB/T10095.1-2008 9-8-8 GB/T10095.1-2008 6（F）、7（Fp、F）GB/T 10095.1-2008齿廓总偏差F为6级，齿距累积总偏差Fp为7级，螺旋线总偏差F为7级的齿轮,49,7 GB/T 10095.12,50,12.6 齿轮副的误差及公差,1. 齿轮副中心距偏差指齿轮副两轴线之间的实际距离（实际中心距）与公称中心距之差。图样上标注公称中心距及其上下偏差：影响齿轮侧隙,50,51,12.6 齿轮副的误差及公差,2. 轴线平行度偏差轴线平面内的平行度偏差 f垂直平面内的平行度偏差f 影响齿面载荷分布均匀性,51,52,12.6 齿轮副的误差及公差,3. 齿轮副的接触斑点安装好的齿轮副，在轻微制动下，运转后齿面上分布的接触擦亮痕迹。接触痕迹的大小在齿面展开图上用沿齿高方向和齿长方向的百分比计算。沿齿长方向的接触斑点主要影响齿轮副的承载能力，沿齿高方向的接触斑点主要影响工作平稳性。,52,53,12.6 齿轮副的误差及公差,齿轮副的接触斑点,53,54,12.7 齿轮侧隙指标的公差和齿轮坯公差,一、 齿厚极限偏差的确定1. 齿轮副侧隙的规定齿轮副侧隙通常在相互啮合齿轮齿面的法向平面上或沿啮合线测量，称为法向侧隙jbn齿轮副的最小极限侧隙jbnmin应根据齿轮工作时的温度和润滑条件确定，与齿轮的精度等级无关。高温工作的传动齿轮，为保证正常润滑，避免发热卡死，要求有较大的侧隙；而需正反转或读数机构的齿轮，为避免空程，则要求较小的侧隙。最小极限侧隙jbnmin等于补偿温升引起变形所需的最小侧隙量jbn1和保证正常润滑所需的最小侧隙量jbn2之和。,54,55,国标规定了14种齿厚极限偏差的数值，用大写英文字母表示。每一种代号代表的齿厚极限偏差的数值均以齿距极限偏差（fpt）的倍数表示。选取齿厚极限偏差代号前，先根据齿轮副所要求的最小侧隙jbnmin、补偿齿轮和箱体的制造安装误差所引起的侧隙减小量Jbn，计算出齿厚上偏差Esns（式12-10），然后再根据切齿时进刀误差和能引起齿厚变化的齿圈径向跳动等算出齿厚的公差（式12-11），算出齿厚的下偏差Esni 。将算出的齿厚上、下偏差分别除以齿距极限偏差fpt，按所得的商值选取适当的齿厚偏差代号。当计算所得的数值不能正好以14种偏差代号表示时，允许另行规定，可在图样上直接标注齿厚极限偏差的数值。,齿