第十一章-圆柱齿轮的公差..ppt

第九章 圆柱齿轮的互换性及其检测 第一节概述 第三节影响齿轮运动平稳性的误差项目及公差 第四节影响载荷分布均匀性的误差项目及公差 第五节齿轮副误差和检验项目及公差 第六节渐开线圆柱齿轮精度标准 第二节影响齿轮运动准确性的误差项目及公差 齿轮零件图 第一节概述 第一节概述 一齿轮的传动要求 传递运动的准确性 传递运动的平稳性 载荷分布的均匀性 传动侧隙 对不同用途的齿轮 传动要求有 分度机构和读数机构的齿轮 高速动力齿轮 如减速器 汽轮机等 低速动力齿轮 如轧钢 矿山及起重机械等 保证正常润滑 避免因发热而卡死 范成法 利用刀具与被切齿轮的互相啮合运动切出齿形的方法 二齿轮的加工 二齿轮的加工 滚齿加工 分度传动链 滚齿加工示意图 1几何偏心 e几 属于径向性质的长周期误差 2运动偏心 e运 属于切向性质的长周期误差 3机床短周期传动链及刀具的制造 安装误差 属于切向 径向性质的短周期误差 4机床导轨 齿坯误差 属于轴向误差 三齿轮的加工误差 1长周期误差 指齿轮转一转范围内 最大误差值只出现一次 主要是由e几和e运引起的 主要影响齿轮传递运动的准确性 2短周期误差及刀具的误差 指齿轮转一转范围内 误差多次重复出现 主要受分度蜗杆 刀具误差的影响 主要影响齿轮传递运动的平稳性 3机床导轨 齿坯误差 主要影响齿轮载荷分布均匀性 齿轮的加工误差特点 径向误差 切向误差 轴向误差且加工误差具有周期性 按误差的方向 影响运动平稳性的误差为第 组 影响载荷分布均匀性误差为第 组 齿轮副评定指标及侧隙规范 影响运动准确性的误差为第 组 四齿轮精度的评定指标 第 公差组 第 公差组 第 公差组 标准中符号规定 第二节影响齿轮运动准性的误差项目及公差 一第一公差组 1切向综合误差 Fi 及公差Fi 2齿距累积误差 Fp及公差Fp Fpk及Fpk K 2 Z 2 3齿圈径向跳动 Fr及公差Fr 4径向综合误差 Fi 及公差Fi 5公法线长度变动 Fw及公差Fw 二第 公差规定检验组 一第 公差组 1切向综合误差 Fi 及公差Fi 指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 第二节影响运动准性的误差项目及公差 Fi 反映了齿轮切向和径向的长周期误差 同时也反映了刀具的基节和齿形角误差带来的短周期误差 光栅式齿轮单面啮合仪 圆光栅 被测齿轮Z2 2齿距累积误差 Fp及公差Fp Fpk及Fpk K 2 Z 2 指在分度圆上 任意两个同侧齿面间的实际弧长与公称弧长的最大差值 Fp Fpmax Fpmin 齿距累积误差 Fp的测量方法有相对法和绝对法两种 1 相对法利用圆周封闭原理 首先以被测齿轮的任一实际齿距作为起始基准 调整仪器的零位 然后按顺序测量其它齿距 得相对齿距差 通过数据处理便可求得 Fp值 齿顶圆定位 齿根圆定位 基准孔定位 1是活动测头 与测微仪4相连 2是固定测头 被测齿轮在重锤3的作用下靠在固定测头上 测量原理与手持式同 只是每测完一个周节时整个测量部件可相对于被测齿轮作径向位移 测量方便 精度也高 万能测齿仪的测量原理 3齿圈径向跳动 Fr及公差Fr 指在齿轮一转范围内 测头在齿槽内于齿高中部双面接触 测头相对于齿轮轴线的最大变动量 齿圈径向跳动 Fr 齿轮一转内 测头在齿槽内于齿高中部双面接触 测头相对于齿轮轴线的最大变动量 测量方法 Fr可在齿圈径向跳动仪 万能测齿仪或普通偏摆仪上测量 把测量头 球形或圆锥形 或小圆柱放在齿间 逐齿进行测量 在轮齿一转中指示表最大读数与最小读数之差即 Fr 4径向综合误差 Fi 及公差Fi 指被测齿轮与理想精确的测量齿轮双面啮合时 在被测齿轮一转内 双啮中心距的最大变动量 在齿轮双面啮合综合检查仪上测量 若齿轮存在径向误差 如几何偏心 及短周期误差 如齿形误差 基节偏差 则齿轮与测量齿轮双面啮合的中心距会发生变化 双面啮合综合检查仪 Fi 主要反映径向误差 可代替 Fr检测 Fi 比 Fr检查效率高 且能得到一条连续的误差曲线 故成批生产时 常检验 Fi 项目 5公法线长度变动 Fw及公差Fw 基圆 Wmax Wmin Fw Wmax Wmin 当 20 时 公法线长度的公称值WW m 1 476 2k 1 0 014z k z 9 0 5 齿轮一转范围内 实际公法线长度最大值与最小值之差 运动偏心e运 机床分度蜗轮加工误差及安装偏心引起的 测量方法 公法线指示规 测量方法较简便 凡具有两个平行测量面 其量爪能插入跨测齿槽的量仪 均可用以测量 Fw 常用的量仪有游标卡尺 公法线千分尺 公法线指示规及万能测齿仪等 第 公差组误差及公差项目 3齿圈径向跳动 Fr及公差Fr 5公法线长度变动 Fw及公差 Fw 2齿距累积误差 Fp及公差Fp 1切向综合误差 Fi 及公差Fi 1 切向综合误差 Fi 2 齿距累积误差 Fp 二第 公差规定检验组 评定运动准确性 需检验齿轮径向和切向两个方面的误差 根据齿轮传动的用途 生产条件 检验量仪情况 在第 公差组中 选下列方案之一来评定齿轮运动准确性 对于10 12级齿轮 由于齿轮加工机床已有足够的精度 因此只检验Fr一项 而不必检验Fw 第 公差组检验的结果 只能评定该齿轮的运动精度是否合格 而不能断定整个齿轮是否合格 因此还需检验第 公差组的指标 3 径向综合误差 Fi 与公法线长度变动 Fw4 齿圈径向跳动 Fr与公法线长度变动 Fw5 齿圈径向跳动 Fr 仅用于10 12级 第三节影响齿轮运动平稳性的误差项目及公差 一第 公差组 1一齿切向综合误差 fi 2一齿径向综合误差 fi 3齿形误差 ff 4基节偏差 fpb 5齿距偏差 fpt 二第 公差规定检验组 指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 1一齿切向综合误差 fi 及公差fi 在切向综合误差纪录曲线上小波纹的最大幅度值 fi Fi 转角 一第 公差组 刀具的制造误差和安装误差以及机床传动链短周期误差 引起的原因 指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 fi Fi 转角 在径向综合误差纪录曲线上小波纹的最大幅度值 2一齿径向综合误差 fi 及公差fi 是基节偏差和齿形偏差在半径方向上的综合反映 fi 评定齿轮的传动平稳性不如用 fi 评定完善 两者的区别 1当测量啮合角与加工啮合角相等时 fi 只反映刀具制造和安装误差引起的径向误差而不能反映机床传动链短周期误差引起的周期切向误差 2当两啮合角不相等时 则 fi 除包含径向误差外 还反映部分周期切向误差 起因 指在齿轮端截面上 齿形工作部分内 齿顶倒棱部分除外 包容实际齿形的两条设计齿形间的法向距离 齿形误差 设计齿形 3齿形误差 ff 及公差ff 设计齿形可以是修正的理论渐开线 包括修缘齿形和凸齿形等 齿形工作部分 凸齿形 修缘齿形 齿顶 实际齿形 ff 理论齿形 ff ff 齿形误差是由刀具的齿形误差 刀具的跳动 机床传动链中周期变动的误差而造成的 齿形误差影响传动平稳性 如图由于齿形误差的影响 啮合点从a移到点a 从而引起瞬时传动比的突变 破坏了传动的平稳性 啮合线 a a 被测齿轮与一直径等于该齿轮基圆直径的基圆盘同轴安装 直尺与基圆盘作纯滚动 测量头与被测齿廓接触点相对于基圆盘的运动轨迹是理想渐开线 若被测齿廓不是理想渐开线可从表中读出 单圆盘渐开线检查仪 4基节偏差 fpb 及极限偏差 fpb 指实际基节与公称基节之差 基圆 测量爪1 测量爪2 基节仪测量 1测量时先按被测齿轮基节公称值组合量块 2按量块组尺寸调整相应的活动量爪1与固定量爪2之间的距离 使表指零位 3然后将仪器放在被测齿轮相邻两同侧面上 使之与齿面向切 此时读出表中的 fpb值 1 主动轮基节大于从动轮基节 两种情况造成瞬时传动比产生突变 引起振动 撞击和噪音 后一种比前一种严重 2 主动轮基节小于从动轮基节 指在分度圆上 允许在齿高中部测量 实际齿距与公称齿距之差 5齿距偏差 fpt 及极限偏差 fpt 按基准不同分以下几种 以齿根圆为定位基准 以齿顶圆为定位基准 齿距偏差是由机床传动链误差 主要是分度蜗杆跳动 引起的 ff 指宽斜齿轮齿高中部实际齿线 螺旋线 波纹最大波幅 螺旋线波纹 6螺旋波度误差 ff 第 公差组项目 3齿形误差 ff及公差ff 5齿距偏差 fpt及极限偏差 fpt 2一齿径向综合误差 fi 及公差fi 1一齿切向综合误差 fi 及公差fi 4基节偏差 fpb及极限偏差 fpb 二第 公差规定检验组 评定运动平稳性 需检验齿轮径向和切向两个方面的误差 根据齿轮传动的用途 生产条件 检验量仪情况 在第 公差组中 选下列方案之一来评定齿轮运动平稳性 第 公差组检验的结果 只能评定该齿轮的运动平稳性是否合格 而不能断定整个齿轮是否合格 1 一齿切向综合误差 fi 2 一齿径向综合误差 fi 3 齿形误差 ff与基节偏差 fpb4 齿形误差 ff与齿距偏差 fpt5 齿距偏差 fpt与基节偏差 fpb6 齿距偏差 fpt 特例 第四节影响载荷分布均匀性的误差项目及公差 1齿向误差 F 一第 公差组 2接触线误差Fb 3轴向齿距偏差Fpx 二齿轮第 组公差检验组 1齿向误差F 一第 公差组 在分度圆柱面上 允许在齿高中部测量 齿宽工作部分范围内 端部倒角部分除外 包容实际齿向的两条最近的设计齿向线之间的端面距离 齿向误差F 的测量 L B a b C 2接触线误差 Fb 在基圆柱的切平面内 平行于公称接触线并包容实际接触线的两条最近的直线间的法向距离 即为接触线误差 Fb 3轴向齿距偏差Fpx 在与齿轮基准轴线平行而大约通过齿高中部的一条直线上 任意两个同侧齿面间的实际距离和公称距离之差 误差沿齿面法线方向计值 即为齿轮的轴向齿距偏差Fpx 二齿轮第 组公差检验组 1 F 用于直齿轮 2 Fb仅用于轴向重合度 1 25齿向线不作修正的斜齿轮 3 Fpx和 Fb仅用于轴向重合度 1 25 齿向线不作修正的斜齿轮 第五节齿轮副误差和检验项目及公差 一齿轮副安装误差 1轴线的平行度误差 fx fy 2齿轮副中心距偏差 fa 二齿轮副的检验项目 1齿轮副的切向综合误差 Fic 2齿轮副的一齿切向综合误差 fic 3接触斑点 F 4齿轮副的侧隙 一齿轮副安装误差 公称中心距 实际中心距 b a b 2 基准轴线 齿宽的中间平面 基准平面 1轴线的平行度误差 fx fy 2齿轮副中心距偏差 fa 1齿轮副的切向综合误差 Fic 及公差Fic F ic 齿轮副运动准确性的精度指标 二齿轮副的检验项目 Fic Fi1 Fi2 指安装好的齿轮副在啮合足够多的转数内 一个齿轮相对于另一个齿轮转过一个齿距的实际转角与公称转角之差的最大幅度值 f ic 齿轮副传动平稳性的精度指标 2齿轮副的一齿切向综合误差 fic 及公差fic fic fi1 fi2 c 沿齿长方向 接触痕迹的长度b 扣除超过模数的断开部分c 与工作长度b 之比的百分数 b cb 100 3接触斑点 F 装配好的齿轮副 在轻微制动下 运转后齿面分布的接触擦亮痕迹 b b h h 4齿轮副的侧隙 1 圆周侧隙jt 指齿轮副中一个齿轮固定时 另一个齿轮正 反转时的圆周晃动量 以分度圆弧长计 千分表垂直在分度圆切线方向测量 最大的晃动量即为jt 2 法向侧隙 jn 指齿轮副工作齿面接触时 非工作齿面之间的最小法向距离 用塞尺测量 一齿轮精度等级 二齿轮检验组 三齿轮副侧隙 第六节渐开线圆柱齿轮精度标准 1分度 读数机构的齿轮 2高速动力齿轮 3低速动力齿轮 1齿厚极限偏差的规定 2最小极限侧隙 jnmin 的规定 3齿轮副的制造和安装误差对侧隙的影响 一齿轮精度等级 齿轮及齿轮副共规定了12个精度等级 齿轮和齿轮副的误差项目都相应地规定了公差和极限偏差 1分度 读数机构的齿轮 由于齿轮传动的用途和工作条件的不同 对第 公差组的精度要求也不同 通常根据齿轮传动性能的主要要求 先确定一个公差组的精度等级 然后再确定另外两个公差组的精度等级 主要要求传递运动的准确性 由误差传递规律定出第 公差组的精度等级 然后再按工作条件确定 公差组的精度等级 2高速动力齿轮 3低速动力齿轮 传递功率大 速度高 要求传动平稳 噪音及振动小 因此 首先按圆周速度或噪声要求确定第 公差组的精度等级 同时对齿面接触也要有较高的要求 因此 第 公差组的精度等级不宜低于第 公差组的精度等级 第 公差组可低一等级 但不应过低 传递功率大 速度低 主要要求齿面接触良好 因此 首先按强度和寿命要求确定第 公差组的精度等级 其次第 公差组中的 ff和 fpb也会影响齿面的接触精度 所以不应低于第 公差组 第 公差组可低于1 2级 二齿轮检验组 确定误差检验组时 应综合考虑检验的目的 生产规模 齿轮的精度等级及现有的测量仪器等因素 主要从以下几方面考虑 1检验目的当检验的目的是为了验收产品 判断齿轮的合格性 宜选用综合指标 如 Fi 或 Fp等 当检验的目的是为了进行工艺分析 查找产生误差的原因 宜选用单项指标 如 Fr与 Fw的组合 Fr反映e几 Fw反映e运 两者和起来相当于一项综合指标 2齿轮的精度等级对用于重要场合的高精度齿轮 应选择反映误差比较全面的综合指标或重要的单项指标 如对6级以上的齿轮 第 公差组若要采用单项指标 必须选择检测 ff 齿轮的加工工艺如第 公差组中 ff与 fpb检验组适合于滚齿和插齿加工 这时 ff反映齿面的形状误差 fpb反映齿形角误差 ff与 fpt检验组适合于磨齿加工 ff反映砂轮的齿形角误差 fpt反映机床分度误差 齿轮生产的批量及现有的检验设备当生产批量大时 应选择检测效率高的检验指标 如 Fi 与 Fw检测组 因为 Fi 检测效率高 而 Fw只是抽检 再有 从经济性考虑 应尽量用同一台设备检测多项误差 如第 公差组检验 Fp 则第 公差组也应选择检测 fpt与其它项目的组合 齿轮检验组常用方案 齿轮检验组常用方案 齿轮检验组常用方案 三齿轮副侧隙 1齿厚极限偏差的规定 齿轮在装配过程中 影响齿轮副侧隙的因素有中心距和齿厚偏差 即可通过改变中心距或齿厚获得所需要的侧隙 考虑到齿轮加工和箱体加工的特点 国家标准采用基中心距制 即在固定中心距极限偏差下 通过改变齿厚极限偏差的大小而得到不同大小的侧隙 2最小极限侧隙 jnmin 的规定 齿轮副的侧隙由齿轮的工作条件决定 与齿轮的精度等级无关 如汽轮机中的齿轮传动工作温升高 为保证正常润滑 避免因发热而卡死 要求有大的保证侧隙 而对于有正反转或读数机构中的传动齿轮 为避免空程影响 则要求较小的保证侧隙 设计中选定的最小极限侧隙 jnmin 主要要考虑齿轮在工作情况下 用以补偿温度升高 热变形及润滑 防止由于温升出现卡死现象 jn1 a 1 t1 2 t2 2sin n mm 式中a 传动中心距 mm n 齿轮法向啮合角 1 2 齿轮和箱体材料的线膨胀系数 1 C t1 t2 齿轮和箱体工作温度与标准温度 20 之差 即 t1 t1 20 t2 t2 20 补偿温升引起热变形所需的法向侧隙量 jn1 保证正常润滑所需的法向侧隙量 jn2 jnmin jn1 jn2 3齿轮副的制造和安装误差对侧隙的影响 齿厚偏差 Es 齿轮副的侧隙可以通过控制齿厚偏差或公法线平均长度偏差来控制 齿厚偏差 Es 齿厚实际值 齿厚的公称值 齿厚上偏差Ess 齿厚下偏差Esi 齿厚公差Ts Ess Esi 齿厚上偏差Ess的计算 除了要保证获得最小侧隙jnmin 还应考虑齿轮的加工误差 主要考虑基节偏差和齿向误差 和安装误差以及由于中心距为负偏差所带来的侧隙减少 为方便设计和计算 通常设大 小齿轮齿厚上偏差相等 即 Ess1 Ess2 得 Ess fatg n 式中K 补偿系数 K 当 n 20 fx F fy F 2 上式可简化成 K 齿厚下偏差Esi的计算 齿厚下偏差Esi的计算可由齿厚上偏差Ess及齿厚公差Ts求得 齿厚公差Ts与切齿工艺难度有关 且应考虑齿圈径向跳动对齿厚的影响 Ts 2tg n 式中Fr 齿圈径向跳动公差 br 切齿径向进刀公差 按表2 4确定 表中的IT值按分度圆直径查圆柱体公差值 GB T1800 1 1996 齿厚下偏差Esi Ess Ts 齿厚上 下偏差代号的确定 计算Ess Esi是为了确定齿厚上 下偏差代号 并在图上标注出齿厚上 下偏差代号 即C S14种偏差代号 例如 计算得出Ess 67 m Esi 170 m 根据齿轮的精度等级 查附表11 8 得 fpt 18 m 则 Ess fpt 67 18 3 72 4Esi fpt 170 18 9 44 10对照表11 16 齿厚上 下偏差代号分别为F J 公法线平均长度偏差 公法线平均长度偏差 EW EW 公法线平均值 公法线公称值 公法线平均长度上偏差 Ewms 公法线平均长度下偏差 Ewmi 标注 用公法线平均长度偏差来控制齿轮副侧隙 当采用Ewms Ewmi来控制齿轮副侧隙 考虑公法线平均长度极限偏 Ewms Ewmi 与齿厚极限偏差 Ess Esi 的关系 可按下式换算 外齿轮 Ewms Esscos n 0 72Frsin nEwmi Esicos n 0 72Frsin n 内齿轮 Ewms Esicos n 0 72Frsin nEwmi Esscos n 0 72Frsin n 由于几何偏心使同一齿轮各齿的实际齿厚不一致 而几何偏心对公法线平均长度偏差无影响 因此 换算时应从齿厚上 下偏差中扣除几何偏心的影响 系数0 72是几何偏心影响程度的统计值 例 某通用减速器中有一对直齿齿轮副 模数m 3mm 齿形角 20 齿数Z1 20 Z2 79 齿宽b 60mm 小齿轮内孔直径为56mm 传递最大功率为5kW 转速n 750r min 齿轮箱用喷油润滑 齿轮的工作温度t1 60 C 箱体的工作温度t1 40 C 线膨胀系数 钢齿轮 1 11 5 铸铁箱体 2 10 5 生产条件为小批生产 试确定小齿轮精度等级 检验项目 齿厚上 下偏差代号及齿坯公差 并画出工作图 解 1确定精度等级对减速器 主要要求运动平稳性 首先按圆周速度 确定第 公差组的精度等级 圆周速度v 根据表9 4 确定第 公差组的精度等级为8级 由于通用减速器齿轮对运动准确性要求不太高 第 公差组精度可低第 公差组一级 选为9级 减速器主要传递动力 对齿轮齿面的载荷分布均匀性有一定要求 故第 公差组与第 公差组同级 即8级 最后 确定齿轮的精度等级为 9 8 8 2选取齿轮误差检验组并确定相应公差或极限偏差因为两齿轮属于中等精度 且为小批量生产 参考表9 2 选取检验组为单项指标 第 公差组检验组 Fr与 Fw第 公差组检验组 ff与 fpb第 公差组检验组 F 查附表11 2 11 4 11 6 11 7 11 9 得公差值为小齿轮 Fr1 71 m Fw1 56 mff1 14 m fpb1 18 mF 1 25 m 3确定齿厚上 下偏差代号及侧隙检验