第7章__零件典型表面的公差配合

第7章零件典型表面的公差配合与检测 时间 10次课 20学时 第7章零件典型表面的公差配合与检测 本章要点及学习指导 1 根据第1章绪论中某齿轮减速器示例 通过输出轴与带孔齿轮联接 输出轴与联轴器的联接 掌握键联接和花键联接的配合精度 选择及检测 2 根据减速器上 下箱体固定螺栓与螺母的结合 掌握螺纹的配合的精度 选择与检测 3 根据减速器传动齿轮使用要求 熟悉齿轮的偏差项目 正确选择标准圆柱齿轮的精度 掌握渐开线圆柱齿轮的检测 4 根据锥形轴端与轮毂的结合方式 掌握圆锥配合的精度 选择与检测 案例导入在机械传动装置 减速器等的几何量精度设计中 有许多典型表面的结合 如图1 1所示 有标准件 键5 12 16与输入轴和输出轴上轴 键 槽或与带孔齿轮11上轮毂槽的配合 有输入轴 或称齿轮轴 上齿轮与带孔齿轮啮合 键和齿轮以及螺纹 圆锥等为典型表面 它们的精度设计在机械产品的精度设计中所占的比重较大 国家相关标准对这些典型表面的公差与配合作了哪些规定 应如何选择公差与配合 如何正确地标注 第7章零件典型表面的公差配合与检测 7 1键与花键的公差配合与检测7 2螺纹的公差配合与检测7 3圆柱齿轮传动的精度与检测7 4圆锥结合的公差配合与检测7 5习题与练习 7 1键与花键的公差配合与检测 7 1 1键联接的公差配合与检测7 1 2矩形花键联接的公差配合与检测7 1 3本节实训 7 1键与花键的公差配合与检测 键联接是机械产品中应用广泛的结合方式 通常用于轴和轴上零件 如齿轮 皮带轮 联轴器等 之间的联接 用来传递扭矩和运动 有时在轴上传动零件中起轴向的导向作用 如汽车 机床等变速箱中的滑移齿轮 可以沿着花键轴向移动形成不同的变速机构 在第1章中 减速器内带孔齿轮与输出轴 56mm 结合传递扭矩 联轴器与输出轴 45mm 结合输出扭矩 它们都是由键联接实现的 如何选择键联接的尺寸 确定相应的配合公差 本节结合实例分别介绍平键和矩形花键结合的公差与配合 7 1 1键联接的公差配合与检测 1 键联接的结构和几何参数键联接又分为单键联接和花键联接 单键按其结构形式的不同分为平键 包括普通平键 导向平键 薄形平键 半圆键 楔键 包括普通楔键 钩头楔键 和切向键四种 各种单键的结构见表7 1 7 1 1键联接的公差配合与检测 普通平键联接对中性好 装拆方便 应用最为方便 导向平键用于轴与轮毂之间有相对轴向移动的联接 导向平键用螺钉固定在轴槽中 轴上零件沿轴作轴向移动 键的中部设有起键螺纹孔 以便于键的拆装 薄形平键主要用于轮毂壁较薄 不能过于削弱轴和轮毂强度的场合 半圆键具有定心性好 半圆键能在轴槽中摆动 装配方便等特点 但它的键槽较深 对轴的强度削弱较大 常用于轻载和锥形轴端的联接 普通平键联接包括轴键槽 毂键槽和键三部分组成 其中t1 t2分别代表轴槽深和毂槽深 L和h分别代表键长和键高 d为轴和轮毂的公称直径 普通平键联接结构形式如图7 1所示 普通平键 键槽剖面尺寸及键槽各尺寸公差见表7 2 7 1 1键联接的公差配合与检测 图7 1普通平键联接结构形式 7 1 1键联接的公差配合与检测 7 1 1键联接的公差配合与检测 7 1 1键联接的公差配合与检测 2 平键联接的公差与配合平键联接是在轴和毂孔中分别开具键槽 装入平键后 键的顶面和毂键槽之间留有一定的间隙 平键的两侧面分别与轴 毂键槽侧面相互接触传递扭矩 键宽b是主要的配合尺寸 普通平键的尺寸与公差见表7 3 由于平键为标准件 国家标准对键宽规定了一种公差带 代号为h8 所以键与键槽的配合均采用基轴制 通过改变键槽的公差带来实现不同的配合性质要求 国家标准GB T1095 2003 平键键槽的剖面尺寸 对轴槽宽规定了三种公差带 代号分别为H9 N9 P9 对毂槽宽也规定了三种公差带 代号为D10 JS9 P9 键宽和键槽宽的公差带如图7 2所示 分别构成较松联接 正常联接和紧密联接三组不同的配合 以满足不同的使用要求 平键联接的三组配合及其应用见表7 4 7 1 1键联接的公差配合与检测 7 1 1键联接的公差配合与检测 图7 2平键联接键宽与槽宽的公差带图 7 1 1键联接的公差配合与检测 7 1 1键联接的公差配合与检测 例7 1 已知如图1 1所示的齿轮减速器输出轴与齿轮配合 56H7 h6 采用普通平键联接传递扭矩 齿轮宽度B 63mm 试选择平键的规格 确定键槽的相应尺寸及其极限偏差 形位公差和表面粗糙度 并作图表示 将选择结果标注在图样上 详解见书226页 7 1 1键联接的公差配合与检测 3 键及键槽的检测在生产中 一般采用游标卡尺 千分尺等通用计量器具对键进行测量 在单件 小批量生产中 键槽宽度和深度的检测一般用通用量具检验 而在大批量生产中 常用专用的量规检验尺寸 键槽尺寸检验量规如图7 4所示 在单件 小批量生产时 键槽的对称度项目一般采用通用量具进行检测 而在大批量生产时 多采用专用量规来检验键槽的对称度误差 键槽对称度误差检验量规如图7 5所示 7 1 1键联接的公差配合与检测 a 槽宽极限量规 b 轮毂槽深极限量规 c 轴槽深极限量规图7 4键槽尺寸检验极限量规 7 1 1键联接的公差配合与检测 图7 5键槽的对称度量规 7 1 2矩形花键联接的公差配合与检测 1 花键联接概述当需要传递较大的扭矩 并要求较高的定心精度时 键联接已不能满足使用要求 此时 通常选用花键联接 花键联接可以是固定联接 也可以是滑动联接 花键联接的优点是 由于是多齿传递荷载 传载能力较高 孔和轴的定心精度高 导向性好 花键齿槽浅 应力集中小 联接强度高 花键分为矩形花键 渐开线花键和三角花键三种 生产中应用最多的是矩形花键 2 矩形花键的几何参数与定心方式矩形花键联接后主要保证内 外花键具有较高的同轴度 并传递较大的扭矩 矩形花键有大径D 小径d和键宽B三个主要尺寸参数 如图7 6所示 7 1 2矩形花键联接的公差配合与检测 图7 6矩形花键的几何参数 7 1 2矩形花键联接的公差配合与检测 3 矩形花键联接的公差与配合矩形花键的公差与配合可分为一般用和精密传动用的花键联接 其公差配合的选择见表7 6 矩形花键联接内 外花键定心小径的极限尺寸遵守包容要求 内 外花键的位置度误差将会影响花键联接的键侧配合间隙 国家标准规定了相应的位置度公差 且遵守相关要求 矩形花键的位置度公差和标注见表7 7 国家标准还对矩形花键的对称度和等分度提出了公差要求 键宽和键槽宽的对称度公差和标注见表7 8 矩形花键各配合表面的表面粗糙度推荐值见表7 9 7 1 2矩形花键联接的公差配合与检测 7 1 2矩形花键联接的公差配合与检测 7 1 2矩形花键联接的公差配合与检测 7 1 2矩形花键联接的公差配合与检测 7 1 2矩形花键联接的公差配合与检测 7 1 2矩形花键联接的公差配合与检测 4 矩形花键的标注矩形花键联接在图样上的标注 应按次序包含以下项目 键数N 小径d 大径D 键 槽 宽B 花键的公差带代号以及标准代号 例7 2 某花键联接 键数N 6 定心小径d 23H7 f7 大径D 26H10 a11 键宽B 6H11 d10 试进行标记 解 标记如下 花键规格 N d D B为6 23 26 6 花键副 6 23H7 f7 26H10 a11 6H11 d10 GB T1144 2001 内花键 6 23H7 26H10 6H11 GB T1144 2001 外花键 6 23f7 26a11 6d10 GB T1144 2001 7 1 2矩形花键联接的公差配合与检测 5 矩形花键的检测1 综合检验在大批量生产中 一般都采用专用量规进行检验 用花键综合通规同时检验花键的小径d 大径D 键 槽 宽B的实际轮廓 使其控制在最大实体边界内 同时保证大径对小径的同轴度要求 内 外花键检验用综合通规的结构形式如图7 7所示 用单项检验法检验键槽的等分度 对称度 以代替键槽的位置度公差项目的检验 以保证配合要求和安装要求 用单项止规 或其他量具 分别检验小径 大径 键槽宽的最小实体尺寸 花键单项检测极限量规如图7 8所示 2 单项检测在单件小批量生产中 可用通用量具分别测量花键的尺寸 d D和B 误差 大径对小径的同轴度误差和键齿 槽 的位置度误差 以保证各尺寸实际偏差和形位误差在公差范围内 7 1 2矩形花键联接的公差配合与检测 图7 7矩形花键综合量规 7 1 2矩形花键联接的公差配合与检测 图7 8花键的极限量规 7 1 3本节实训 实训1以如图1 1所示的减速器为例 说明下列问题 1 说明减速器输出轴端 45mm 选用哪种单键联接 选择键的规格尺寸 并确定相应键槽的尺寸与公差 确定键16与输出轴外伸出端的轴槽配合代号和与键有关尺寸及公差 包括 键宽尺寸及其公差 槽底到轴颈素线的距离尺寸d 及公差 确定轴槽的形位公差项目 等级及公差值 确定轴槽各表面的表面粗糙度要求 最后将选择结果标注在图2 2中 2 若要合格地检测轴槽 请问用何种方法来测量尺寸误差和形位误差 3 如果输出轴端选用楔键进行联接 能否满足使用要求 容易产生什么问题 7 1 3本节实训 实训2在某机床变速箱中 某一滑移齿轮拟选用矩形花键联接 规格为6 32 36 6 内 外花键表面的硬度要求40 45HRC 齿轮的精度等级为6GB T10095 1 2 2001 试确定 1 内 外花键的尺寸极限偏差 形位公差和表面粗糙度 2 用综合通规和单项止规分别检测内 外花键是否合格 3 分析花键联接所采用的公差原则 7 2螺纹的公差配合与检测 7 2 1概述7 2 2普通螺纹的公差配合7 2 3机床丝杠和螺母的公差7 2 4普通螺纹的检测7 2 5本节实训 7 2螺纹的公差配合与检测 在机电产品中 我们经常见到通过螺纹联接的方式 把许多零 部件组合在一起形成一个整体 将部件或整机通过螺栓固定在机座上 将构件通过螺纹联接形成桥梁 厂房等不同的珩架结构 也可通过螺纹联接的方式形成运动副传递运动和扭矩 同一规格 不同厂家生产的大量的螺纹零件 使用过程中是怎样实现零件互换性呢 本节通过对米制普通螺纹 传动丝杠与螺母的公差与配合的介绍 解释说明螺纹零件实现互换性的条件 7 2 1概述 螺纹联接在机电产品制造中应用十分广泛 根据结合性质和使用要求的不同 通常分为以下三类 1 普通螺纹 普通螺纹又称紧固螺纹 其基本牙型为三角形 主要用于零 部件的联接与紧固 普通螺纹联接的主要使用要求是可旋合性和联接的可靠性 2 传动螺纹 传动螺纹的作用主要用来传递精确的位移和传递动力 如机床传动中的丝杠和螺母 量具 如 外 内径千分尺 中的测微螺杆和螺母 千斤顶中的起重螺杆和螺母等 牙型主要采用梯形 锯齿形 矩形等 使用要求主要是传递动力的可靠性 合理的间隙保证良好的润滑和传递位移的准确性 3 紧密螺纹 紧密螺纹是指用于有密封要求的螺纹联接 如液压 气动 管道等联接螺纹 要求螺纹具有良好的旋合性和密封性 使用过程中不得漏油 漏水 漏气 7 2 1概述 1 螺纹的基本牙型和几何参数米制普通螺纹基本牙型是指在螺纹轴向剖面内 将正三角形 原始三角形 截去顶部和底部所形成的螺纹牙型 基本牙型如图7 9中的粗实线所示 1 牙型角 和牙型半角 2 在螺纹牙型上 两相邻牙侧间的夹角 称为牙型角 牙型角的一半为牙型半角 普通螺纹的牙型角 60 牙型半角 2 30 2 大径 D或d 是指与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的假想圆柱或圆锥的直径 D表示内螺纹的大径 d表示外螺纹的大径 国家标准规定 普通螺纹大径的基本尺寸为螺纹的公称直径 普通螺纹的螺距分为粗牙和细牙两种 直径与螺距标准组合系列见表7 10 7 2 1概述 图7 9普通螺纹的基本牙型 7 2 1概述 图7 9普通螺纹的基本牙型 7 2 1概述 3 小径 D1或d1 与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相切的假想圆柱或圆锥的直径 内螺纹的小径 D1 和外螺纹的大径 d 又称螺纹的顶径 内螺纹的大径 D 和外螺纹的小径 d1 又称为底径 4 中径 D2或d2 一个假想圆柱或圆锥的直径 该圆柱或圆锥的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方 该假想圆柱或圆锥称为中径圆柱或中径圆锥 螺纹中径的大小 直接影响螺纹牙型相对于螺纹轴线的径向位置 直接影响螺纹的旋合性能 它是螺纹公差与配合中一个重要的几何参数 5 单一中径 是一个假想圆柱或圆锥的直径 该圆柱或圆锥的母线通过牙型上的沟槽宽度等于1 2基本螺距的地方 如图7 10所示 其中P为基本螺距 为螺距误差 如果实际螺纹螺距没有误差 螺纹中径与单一中径一致 7 2 1概述 图7 10普通螺纹的中径与单一中径 7 2 1概述 6 作用中径 在规定的旋合长度内 恰好包容实际螺纹的一个假想螺纹的中径 这个假想螺纹具有理想的螺距 半角以及牙型高度 并在牙顶处和牙底处留有间隙 以保证包容时不与实际螺纹的大 小径发生干涉 内 外螺纹的作用中径如图7 11所示 7 螺距 P 是指相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离 普通螺纹的基本尺寸见表7 11 7 2 1概述 图7 11外螺纹的作用中径 7 2 1概述 7 2 1概述 7 2 1概述 8 导程 L 同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离 对于单线 头 螺纹 L P 对于多线 头 螺纹 导程等于螺距与线数n的乘积 L nP 9 螺纹升角 在中径圆柱或圆锥上 螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角 10 旋合长度 两个相互配合的螺纹沿螺纹轴线方向相互旋合部分的长度 7 2 1概述 2 螺纹几何参数偏差对螺纹结合精度的影响螺纹的几何参数主要有大径 小径 中径 螺距 牙型半角以及螺纹升角等 在加工制造过程中 这些参数不可避免地会产生误差 将会对螺纹互换性产生影响 1 螺距误差对螺纹互换性的影响对于紧固螺纹 螺距误差主要影响螺纹的可旋合性和联接的可靠性 对于传动螺纹 螺距误差会影响螺纹的传动精度 并影响螺纹牙上载荷分布均匀性 2 牙型半角误差及其中径当量值牙型半角误差是指实际牙型半角与公称牙型半角之差 即 牙型半角误差产生的原因主要是实际牙型角的角度误差或牙型角方向偏斜 7 2 1概述 如图7 13所示 内螺纹具有基本牙型 外螺纹的中径和螺距与内螺纹相同 外螺纹的左右牙型半角存在误差和 当内 外螺纹旋合时 牙型将产生干涉 见图中阴影部分 对于普通螺纹 内 外螺纹都会产生牙型半角误差 中径当量值计算如下 当时 如图7 13 a 所示 将会在外螺纹的顶部处发生干涉 7 2 1概述 当时 如图7 13 b 所示 将会在外螺纹的底部处发生干涉但实际情况是 同一牙型的左右半角并不一定对称 左右半角误差也并不一定相等 对互换性的影响也就不同 如图7 13 c 所示 中径当量值可根据具体情况按下式计算 7 2 1概述 图7 13牙型半角误差对旋合性的影响 7 2 1概述 c 图7 13牙型半角误差对旋合性的影响 7 2 1概述 3 中径误差对螺纹互换性的影响在螺纹的制造过程中 螺纹中径也会出现误差 此时如果外螺纹的中径大于内螺纹的中径时 外螺纹就无法旋合拧入 而当外螺纹的中径过小 外螺纹拧入后内 外螺纹的间隙过大 配合过松 影响联接的紧密性和联接强度 为了保证螺纹联接的配合质量和联接强度 必须控制严格中径误差 由牙型半角误差折算成中径当量值 内 外螺纹中径总公差 应满足以下关系式 7 2 1概述 4 中径合格性判断原则国家标准 普通螺纹的公差与配合 GB T197 2003 中 规定判断螺纹中径合格性的原则应遵守泰勒原则 即实际螺纹的作用中径 d D 不允许超出最大实体牙型的中径 实际螺纹任何部位的实际中径 单一中径 不允许超出最小实体牙型的中径 内 外螺纹能正确旋合 合格螺纹的中径应满足以下关系 对于外螺纹 对于内螺纹 7 2 2普通螺纹的公差配合 1 普通螺纹的公差等级普通螺纹国家标准 GB T197 2003 中 列出了普通螺纹的公差等级 分别规定了内 外螺纹的中径和顶径公差 普通螺纹的公差等级见表7 12 其中6级是基本级 3级公差值最小 精度最高 9级精度最低 2 普通螺纹的公差带1 普通螺纹的标准公差在不同的公差等级中 各直径的公差值按表7 13的公式进行计算 公式中k为公差等级系数 按表7 14选取 内螺纹顶径 小径 公差Td1和外螺纹顶径 大径 公差Td见表7 15 内螺纹中径公差Td2和外螺纹中径公差Td2见表7 16 7 2 2普通螺纹的公差配合 7 2 2普通螺纹的公差配合 7 2 2普通螺纹的公差配合 7 2 2普通螺纹的公差配合 2 普通螺纹的基本偏差螺纹公差带是以基本牙型为零线布置的 其位置如图7 14所示 螺纹的基本牙型是计算螺纹偏差的基准 国家标准对内螺纹规定了两种基本偏差G H 其基本偏差为EI 0 如图7 14 a 图7 14 b 所示 国家标准对外螺纹规定了四种基本偏差e f g h 其基本偏差为es 0 如图7 14 c 图7 14 d 所示 根据普通螺纹的公差等级和基本偏差 可以组成许多不同的公差带 普通螺纹的公差带代号由公差等级数字和基本偏差字母组成 如6g 6H 5G等 与光滑圆柱尺寸公差带代号有所不同 螺纹公差带代号 其公差等级数字在前 基本偏差字母在后 7 2 2普通螺纹的公差配合 图7 14内 外螺纹的基本偏差 7 2 2普通螺纹的公差配合 3 旋合长度螺纹长度的大小 直接关系到螺纹的加工和装配 短螺纹容易加工和装配 长螺纹的加工和装配难度大 旋合长度将会影响螺纹联接件的配合精度和互换性 必须选择合理的旋合长度 通常旋合长度按下列公式计算 Ln 2 24 6 7 Pd0 2国家标准对螺纹联接规定了三组旋合长度 分别为短旋合长度组 S 中等旋合长度组 N 和长旋合长度组 L 各组的长度范围见表7 17 4 螺纹的推荐公差带螺纹精度的高低 直接影响到螺纹加工的难易程度 为了减少螺纹加工刀具和检测量具的规格和种类 国家标准推荐了常用的公差带 见表7 18 7 2 2普通螺纹的公差配合 7 2 2普通螺纹的公差配合 7 2 2普通螺纹的公差配合 5 普通螺纹的极限偏差根据GB T197 2003 普通螺纹公差 的基本偏差和公差 GB T2516 2003 普通螺纹极限偏差 规定了普通螺纹 一般用途米制螺纹 中径和顶径的极限偏差 螺纹中径和顶径的极限偏差见表7 19 表中还给出了机械设计中用于计算应力的外螺纹小径偏差 6 普通螺纹的标记螺纹的完整标记由螺纹特征代号 尺寸代号 公差带代号及其他有必要说明的个别信息等组成 1 螺纹特征代号用字母 M 表示 2 尺寸代号 单线螺纹的尺寸代号为 公称直径 螺距 单位为mm 对于粗牙螺纹 螺距项省略不标 如 M8 1 7 2 2普通螺纹的公差配合 7 2 2普通螺纹的公差配合 7 2 2普通螺纹的公差配合 7 2 2普通螺纹的公差配合 3 公差带代号 公差带代号包括中径公差带代号和顶径公差带代号 中径公差带代号在前 顶径公差带代号在后 各直径的公差带代号见表7 18 国家标准规定 下列中等精度螺纹不标注公差带代号 省略 内螺纹 5H 公称直径 1 4mm 6H 公称直径 1 6mm 外螺纹 6h 公称直径 1 4mm 6g 公称直径 1 6mm 4 有必要说明的其他信息 包括螺纹的旋合长度和旋向 对短旋合长度组和长旋合长度组的螺纹 应在公差带代号后分别标注 S 和 L 代号 旋合长度代号与公差带代号之间用 分开 中等旋合长度组螺纹不标注 省略 旋合长度代号 N 7 2 2普通螺纹的公差配合 普通螺纹标记示例 外螺纹 7 2 2普通螺纹的公差配合 内螺纹 7 2 2普通螺纹的公差配合 内 外螺纹装配标记示例 7 2 3机床丝杠和螺母的公差 在机床的进给传动系统 分度机构 螺旋起重机 千斤顶等机构中 经常采用一种螺旋传动机构 其螺纹的牙型多采用梯形传动螺纹 也称为梯形丝杠 螺母传动副 根据机床丝杠 螺母的用途和使用要求 梯形丝杠不仅用来传递运动和动力 还传递较精确的轴向位移 对丝杠 螺母的精度要求较高 机械行业标准JB2886 1992 机床梯形螺纹丝杠 螺母技术条件 将机床梯形丝杠和螺母的精度分为七个精度等级 即3 4 5 6 7 8和9级 其中3级精度最高 其次依次降低 其应用范围见表7 20 7 2 3机床丝杠和螺母的公差 7 2 3机床丝杠和螺母的公差 1 机床丝杠的公差要求1 螺旋线轴向误差及公差梯形丝杠螺旋线误差是指在中径线上 螺旋线轴向实际测量值与理论值的差值 允许螺旋线误差的变动量称为螺旋线公差 具体包括 丝杠一转内的螺旋线轴向公差 丝杠在指定长度上 25mm 100mm和300mm 的螺旋线轴向公差 螺纹在有效长度内的螺旋线轴向公差 螺旋线轴向误差的大小 全面反映出丝杠位移精度的高低 但由于测量螺旋线轴向误差的动态检测设备尚未普及 故标准只对3 6级丝杠规定了螺旋线轴向公差 见表7 21 7 2 3机床丝杠和螺母的公差 7 2 3机床丝杠和螺母的公差 2 螺距误差与公差螺距误差是指丝杠螺距的实际尺寸与公称尺寸的差值 允许螺距误差的变动量称为螺距公差 螺距累积误差是指在规定的螺纹长度内 螺纹牙型任意两同侧表面间实际轴向尺寸与公称尺寸的差值 允许螺距累积误差的变动量称为螺距累积公差 对于7 8 9级丝杠 标准规定了螺距公差和任意螺纹长度 60mm 300mm 内及螺纹有效长度内的螺距累积公差 见表7 22 3 牙型半角的极限偏差对3 4 5 6 7 8级精度的丝杠 标准规定了牙型半角极限偏差 对9级精度的丝杠 标准未作规定 其牙型半角误差由中径公差综合控制 见表7 23 7 2 3机床丝杠和螺母的公差 7 2 3机床丝杠和螺母的公差 4 大径 中径和小径极限偏差由于丝杠 螺母配合性质较其他螺纹相对较松 对直径尺寸公差的变化不太敏感 直径尺寸的误差主要影响配合的松紧程度 对传动精度影响不大 为了使丝杠与螺母结合在大径 中径和小径处都具有间隙 使其能够储存润滑油并能灵活旋转 国家标准对丝杠规定了较大的公差 其丝杠螺纹的大径 中径 小径极限偏差见表7 24 5 丝杠有效长度上中径一致性公差中径尺寸的变动将会影响丝杠与螺母配合间隙的均匀性和丝杠螺纹两牙侧螺旋面的一致性 故标准规定了相应的公差 对中径尺寸一致性变动量规定在同一轴向截面内测量 丝杠螺纹有效长度上中径尺寸一致性公差见表7 25 7 2 3机床丝杠和螺母的公差 7 2 3机床丝杠和螺母的公差 6 丝杠大径对螺纹轴线的径向圆跳动公差为了控制丝杠与螺母的配合偏心 提高位移精度 标准规定了丝杠大径对螺纹轴线的径向圆跳动公差 见表7 26 2 螺母的公差要求1 中径极限偏差由于螺母的螺距和牙型半角很难测量 标准中未单独规定公差 而是通过中径公差来综合控制 只规定中径公差作为螺母的综合公差 用于非配作制造的螺母的公差设计 中径的下偏差为零 上偏差取正值 非配作螺母螺纹中径的极限偏差见表7 27 2 大径和小径极限偏差由于丝杠和螺母结合在大径和小径处均具有较大的间隙 其尺寸精度没有严格的要求 标准规定了较大的公差值 螺母大径和小径的极限偏差见表7 28 7 2 3机床丝杠和螺母的公差 7 2 3机床丝杠和螺母的公差 7 2 3机床丝杠和螺母的公差 3 机床丝杠 螺母的标注机床丝杠 螺母的产品代号用T表示 螺纹的尺寸规格用 公称直径 螺距 表示 单位mm 旋向代号 左旋标注代号用LH 右旋省略 精度等级用数值表示 精度等级与之前几种代号用 隔开 7 2 4普通螺纹的检测 1 综合检验对于大批量生产 用于紧固联接的普通螺纹 只要求保证可旋合性和一定的联接强度 其螺距误差及牙型半角误差按照包容要求 可由中径公差综合控制 在对螺纹进行综合检验时 使用螺纹综合极限量规进行检验 用螺纹量规的通规检验内 外螺纹的作用中径及底径的合格性 用螺纹量规的止规检验内 外螺纹单一中径的合格性 螺纹量规分为塞规和环规 分别用来检验内 外螺纹 如图7 16所示为用环规检验外螺纹的图例 用卡规先检验外螺纹大径的合格性 再用螺纹环规的通规检验 如能与被检测螺纹顺利旋合 则表明该外螺纹的作用中径合格 如图7 17所示为用塞规检验内螺纹的图例 7 2 4普通螺纹的检测 图7 16用螺纹环规和光滑极限量规检验外螺纹 7 2 4普通螺纹的检测 图7 17用螺纹塞规和光滑极限量规检验内螺纹 7 2 4普通螺纹的检测 2 单项测量对于具有其他精度要求和功能要求的精密螺纹 其中径 螺距和牙型半角等参数规定了不同的公差要求 常进行单项测量 1 用量针测量 生产中常采用 三针法 测量外螺纹的中径 具有方法简单 测量精度高的优点 应用广泛 如图7 18所示为三针法测量原理 2 用万能工具显微镜测量螺纹各参数单项测量 还可用万能工具显微镜测量螺纹的各种参数 7 2 4普通螺纹的检测 图7 18用三针法测量外螺纹的单一中径 7 2 5本节实训 实训1影像法测量螺纹的主要参数实训目的 1 了解工具显微镜的测量原理及结构特点 2 熟悉用工具显微镜测量外螺纹主要参数的方法 实训内容用工具显微镜测量外螺纹中径 牙型半角 螺距等主要参数 计量器具及测量原理工具显微镜常用于测量螺纹量规 螺纹刀具 齿轮滚刀和轮廓样板等 它属于影像法测量 大型工具显微镜的外形如图7 19所示 它主要由目镜1 圆工作台6 底座8 支座13 立柱14 立臂15和千分尺7 11等部分组成 转动手轮12 可使立柱绕支座左右摆动 转动手轮9 可使工作台绕轴心线旋转 转动千分尺旋钮11 7 可使工作台纵向 横向移动 7 2 5本节实训 图7 19大型工具显微镜外形图1 目镜 2 米字线旋转手轮 3 角度读数目镜光源 4 显微镜筒 5 顶尖座 6 圆工作台7 横向千分尺 8 底座 9 圆工作台转动手轮 10 顶尖 11 纵向千分尺 12 立柱倾斜手轮13 支座 14 立柱 15 支臂 16 锁紧螺钉 17 升降手轮 18 角度示值目镜 7 2 5本节实训 测试仪器调整 1 擦净仪器及被测螺纹 将工件小心地安装在两顶尖之间 拧紧顶尖的紧固螺钉 以免工件松动落下损坏玻璃工作台 同时 调整工作台圆周刻度对准零位 2 接通电源 3 用仪器专用附件 调焦筒调节主光源1 如图7 20所示 旋转主光源外罩上的三个调节螺钉 直到灯丝位于光轴中央清晰成像 光源调整结束 4 根据被测螺纹的尺寸 参照仪器使用说明 选择合适的光阑直径 并调整好光阑的大小 5 根据被测螺纹的螺旋升角 旋转显微镜手轮12 如图7 19所示 调整立柱的倾斜度 6 调整目镜14 15上的调节环 如图7 20所示 使米字刻线和度值 分值刻线清晰 松开螺钉16 如图7 19所示 旋转手柄17 调整仪器的焦距 使被测轮廓影像清晰 并拧紧紧固螺钉16 7 2 5本节实训 图7 20工具显微镜的光学系统1 主光源 2 聚光镜 3 滤色片 4 光阑 6 反射镜 7 透镜 8 玻璃工作台 9 工件 10 物镜组 11 反射棱镜 12 反射镜 13 米字线分划板 14 角度示值目镜 15 目镜 7 2 5本节实训 实训过程 1 螺纹中径测量 螺纹中径是指在螺纹轴向截面上 母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等并和螺纹轴线同轴的假想圆柱面的直径 2 牙型半角测量 螺纹牙型半角是指在螺纹牙型上 牙侧与螺纹轴线的垂线间的夹角 3 螺距测量 螺距 P 是指相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离 7 2 5本节实训 实训2外螺纹中径的测量实训目的熟悉外螺纹中径的测量原理和测量方法实训内容 1 用螺纹千分尺测量外螺纹中径 2 用三针法测量外螺纹中径 计量器具及测量原理 1 用螺纹千分尺测量外螺纹中径 螺纹千分尺的外形如图7 25所示 其构造与外径千分尺基本相同 只是在测头的两端分别装有特殊的测量砧头1和2 可用来直接测量外螺纹的中径 7 2 5本节实训 图7 25螺纹千分尺和中径测量示意图1 2 砧头 3 样板 7 2 5本节实训 2 用三针法测量外螺纹中径 用三针法测量外螺纹中径的原理如图7 18所示 测量M值的计量器具种类很多 可根据被测工件的精度要求来选取 本实训采用杠杆千分尺测量 如图7 27所示 实训步骤 1 用螺纹千分尺测量外螺纹中径 根据被测螺纹的螺距选取一对测量头 擦净仪器和被测螺纹 校正螺纹千分尺零位 将被测螺纹放入两测量头之间 找准中径部位 分别在同一截面上相互垂直的两个方向测量螺纹中径 然后取其平均值作为螺纹的实际中径 并依次判断被测螺纹中径的适用性 7 2 5本节实训 图7 27杠杆千分尺1 固定量砧 2 活动量 3 刻度套筒 4 微分筒 5 活动量砧锁紧环 6 指示表 7 2 5本节实训 2 用三针测量外螺纹的中径 根据被测螺纹的螺距 计算并选取最佳的量针直径d0 在尺座上安装好杠杆千分尺和三针 擦拭干净仪器和被测螺纹 校正杠杆千分尺零位 将三针放入螺纹牙槽中 旋转杠杆千分尺的微分筒 使测量头两端与三针接触 读出尺寸M的数值 分别在同一截面上相互垂直的两个方向测量螺纹中径 然后取其平均值作为螺纹的实际中径 并依次判断被测螺纹中径的适用性 7 3圆柱齿轮传动的精度与检测 7 3 1概述7 3 2单个齿轮的评定指标及检测7 3 3渐开线圆柱齿轮精度标准7 3 4齿轮副的精度和齿侧间隙7 3 5圆柱齿轮的精度设计7 3 6齿轮精度检测 GB T18620 2001 7 3 7本节实训 7 3圆柱齿轮传动的精度与检测 齿轮传动是应用最广泛的传动机构之一 它在机床 汽车 仪器仪表等行业得到了广泛的应用 其主要功能是传递运动 动力和精密分度等 齿轮传动的精度将会直接影响机器的传动质量 效率和使用寿命 结合如图1 1所示的减速器齿轮的使用要求 本节将着重介绍国家颁布的最新的渐开线圆柱齿轮精度标准 齿轮的精度设计和检测方法 7 3 1概述 1 齿轮传动的使用要求随着现代科技的不断发展 要求机械产品具有自身重量轻 传递功率大 转动速度快 工作精度高等特点 因而对齿轮传动提出了更高的要求 在不同的机械中 齿轮传动的精度要求有所不同 主要包括以下几个方面 1 传递运动的准确性 2 传动的平稳性 3 荷载分布的均匀性 4 齿侧间隙 7 3 1概述 2 齿轮偏差的来源齿轮的切削加工方法很多 按齿廓形成的原理可分为两大类 成形法和展成法 用成形法加工齿轮时 刀具的齿形与被加工齿轮的齿槽形状相同 常用盘状模数铣刀和指状模数铣刀在铣床上借助分度装置铣削齿轮 用展成法加工齿轮时 齿轮表面通过专用齿轮加工机床的展成运动形成渐开线齿面 常用的加工方法有滚齿 插齿 磨齿 剃齿 珩齿 研齿等 由于齿轮加工系统中的机床 刀具 齿坯的制造 安装等存在着产生多种误差的因素 致使加工后的齿轮存在各种形式的偏差 下面以在滚齿机上加工齿轮为例 如图7 28所示 分析齿轮偏差产生的主要原因 7 3 1概述 图7 28滚齿加工示意图1 分度蜗杆 2 分度蜗轮 3 心轴 4 工件 齿坯 5 滚刀 7 3 1概述 1 几何偏心几何偏心产生的原因是由于加工时齿坯的基准孔轴线与滚齿机工作台旋转轴线不重合而引起的安装偏心 2 运动偏心运动偏心是由于齿轮加工机床分度蜗轮本身的制造误差以及安装过程中分度蜗轮轴线与工作台旋转轴线不重合引起的 3 机床传动链周期误差加工直齿轮时 传动链中分度机构各元件的误差 尤其是分度蜗杆由于安装偏心引起的径向跳动和轴向窜动 将会造成蜗轮 齿坯 在一周范围内的转速出现多次的变化 引起加工齿轮的齿距偏差和齿形偏差 4 滚刀的制造和安装误差滚刀本身在制造过程中所产生的齿距 齿形等误差 都会在作为刀具加工齿轮的过程中被复映到被加工齿轮的每一个齿上 使被加工齿轮产生齿距偏差和齿廓形状偏差 7 3 1概述 3 齿轮加工偏差的分类由于齿轮加工过程中造成工艺误差的因素很多 齿轮加工后的偏差形式也很多 为了区别和分析齿轮各种偏差的性质 规律以及对传动质量的影响 将齿轮的加工偏差分类如下 1 按偏差出现的频率分为长周期 低频 偏差和短周期 高频 偏差 如图7 29所示 2 按偏差产生的方向分为径向偏差 切向偏差和轴向偏差 7 3 1概述 a 图7 29齿轮的周期性偏差 7 3 2单个齿轮的评定指标及检测 1 轮齿同侧齿面偏差的定义和允许值 GB T10095 1 2001 GB T10095 1 2001适用于基本齿廓符合GB1356 2001 渐开线圆柱齿轮基本齿廓 规定 法向模数mn 0 5 70mm 分度圆直径d 0 5 10000mm 齿宽b 4 1000mm的单个渐开线圆柱齿轮 1 切向综合总偏差 F i 切向综合总偏差是指被测齿轮与测量齿轮单面啮合检验时 被测齿轮一转内 齿轮分度圆上实际圆周位移与理论圆周位移的最大差值 如图7 30所示 2 一齿切向综合偏差 f i 一齿切向综合偏差是指被测齿轮与测量齿轮单面啮合检验时 被测齿轮一齿距角内 齿轮分度圆上实际圆周位移与理论圆周位移的最大差值 如图7 30所示 7 3 2单个齿轮的评定指标及检测 图7 30切向综合偏差 7 3 2单个齿轮的评定指标及检测 3 单个齿距偏差 fPt 单个齿距偏差是指在端平面上 在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 如图7 31所示 4 齿距累积偏差 FPk 齿距累积偏差是指在端平面上 在接近齿高中部的一个与齿轮轴线同心的圆上 任意k个齿距的实际弧长与理论弧长的代数差 如图7 32所示 5 齿距累积总偏差 FP 齿距累积总偏差是指齿轮同侧齿面任意弧段 k 1 z 内的最大齿距累积偏差 它表现为齿距累积偏差曲线的总幅值 齿距累积总偏差FP反映了齿轮一转中传动比的变化 故可作为评定齿轮运动准确性的偏差项目 7 3 2单个齿轮的评定指标及检测 图7 31单个齿距偏差 7 3 2单个齿轮的评定指标及检测 图7 32齿距累积偏差 7 3 2单个齿轮的评定指标及检测 6 齿廓偏差齿廓偏差是指实际齿廓与设计齿廓的偏离量 该偏离量在端平面内且垂直于渐开线齿廓的方向计值 齿廓总偏差 齿廓总偏差是指在计值范围 内 包容实际齿廓迹线的两条设计齿廓迹线间的距离 如图7 33 a 所示 齿廓形状偏差 齿廓形状偏差是指在计值范围 内 包容实际齿廓迹线的两条与平均齿廓迹线完全相同的曲线间的距离 且两条曲线与平均齿廓迹线的距离为常数 如图7 33 b 所示 齿廓倾斜偏差 在计值范围的两端 与平均齿廓迹线相交的两条设计齿廓迹线间的距离 如图7 33 c 所示 7 3 2单个齿轮的评定指标及检测 7 3 2单个齿轮的评定指标及检测 7 螺旋线偏差螺旋线偏差是指在端面基圆切线方向上测得的 实际螺旋线与设计螺旋线的偏离量 螺旋线总偏差 螺旋线总偏差是指在计值范围 内 包容实际螺旋线迹线的两条设计螺旋线迹线间的距离 如图7 34 a 所示 螺旋线形状偏差 螺旋线形状偏差是指在计值范围 内 包容实际螺旋线迹线的两条与平均螺旋线迹线完全相同的曲线间的距离 且两条曲线与平均螺旋线迹线的距离为常数 如图7 34 b 所示 螺旋线倾斜偏差 螺旋线倾斜偏差是指在计值范围 的两端与平均螺旋线迹线相交的设计螺旋线迹线间的距离 如图7 34 c 所示 7 3 2单个齿轮的评定指标及检测 7 3 2单个齿轮的评定指标及检测 2 径向综合偏差与径向跳动 GB T10095 2 2001 GB T10095 2 2001适用于基本齿廓符合GB1356 2001 渐开线圆柱齿轮基本齿廓 规定 法向模数mn 0 2 10mm 分度圆直径d 0 5 1000mm的单个渐开线圆柱齿轮 1 径向综合总偏差 2 一齿径向综合偏差 3 齿轮径向跳动 7 3 3渐开线圆柱齿轮精度标准 1 齿轮的精度等级GB T10095 1 2001对轮齿同侧齿面偏差 要素偏差 如齿距 齿廓 螺旋线等 和切向综合偏差的公差 规定了13个精度等级 用数字0 12由高到低的顺序排列 其中0级精度最高 12级精度最低 GB T10095 2 2001对径向综合偏差的公差和规定了9个精度等级 其中4级精度最高 12级精度最低 在附录B中给出了径向跳动的公差值 其中 0级为最高精度等级 12级为最低精度等级 2 齿轮的公差轮齿同侧齿面偏差的公差或极限偏差表中的数值 是用 齿轮精度结构 中对5级精度规定的公式乘以级间公比计算出来的 5级为齿轮偏差的基本精度等级 它是计算其他等级偏差允许值的基础 5级精度的齿轮偏差允许值的计算式见表7 29 轮齿同侧齿面偏差的公差或极限偏差见表7 30 7 33 径向综合偏差和径向跳动公差见表7 34 7 35 单个齿距极限偏差和齿距累积公差值见表7 30 7 3 3渐开线圆柱齿轮精度标准 7 3 3渐开线圆柱齿轮精度标准 7 3 3渐开线圆柱齿轮精度标准 7 3 3渐开线圆柱齿轮精度标准 7 3 3渐开线圆柱齿轮精度标准 7 3 3渐开线圆柱齿轮精度标准 7 3 3渐开线圆柱齿轮精度标准 7 3 3渐开线圆柱齿轮精度标准 3 齿坯的精度齿坯是指轮齿在加工前供制造齿轮的工件 齿坯的尺寸偏差和形位误差直接影响齿轮的加工精度和检验 也影响齿轮副的接触条件和运行状况 齿坯的尺寸公差按表7 36确定 齿轮的加工 检验和装配 应尽量采取基准一致的原则 通常将基准轴线与工作轴线重合 即将安装面作为基准面 一般采用齿坯内孔和端面作为基准 因此 基准轴线的确定有以下三种基本方法 1 由两个 短的 圆柱或圆锥形基准面上设定的两个圆的圆心来确定基准轴线 如图7 37所示 2 由一个 长的 圆柱或圆锥形的面来同时确定轴线的位置和方向 孔的轴线可以用与之正确装配的工作心轴的轴线来表示 如图7 38所示 3 用一个 短的 圆柱形基准面上的一个圆的圆心来确定轴线的位置 轴线方向垂直于一个基准面 如图7 39所示 上述基准面的精度对齿轮的加工质量有很大影响 因此 应控制其形状和位置公差 所有基准面的形状公差应不大于表7 37中的规定值 确定轴线的安装基准面的径向跳动公差见表7 38 齿轮各表面的表面粗糙度Ra推荐值见表7 39 7 3 3渐开线圆柱齿轮精度标准 7 3 3渐开线圆柱齿轮精度标准 7 3 3渐开线圆柱齿轮精度标准 7 3 3渐开线圆柱齿轮精度标准 7 3 3渐开线圆柱齿轮精度标准 4 齿轮精度的标注1 齿轮精度等级的标注方法示例 例7 3 7GB T10095 1 2001表示齿轮各项偏差项目均应符合GB T10095 1 2001的要求 精度均为7级 例7 4 7FP6 F F GB T10095 1 2001表示齿轮偏差均按GB T10095 1 2001的要求 但是FP精度为7级 F 与F 精度均为6级 7 3 4齿轮副的精度和齿侧间隙 1 齿轮副的精度7 3 3节介绍了单个齿轮的偏差项目 齿轮副的安装偏差也会影响齿轮的使用性能 因此须对齿轮副的偏差加以控制 1 齿轮副的中心距极限偏差 fa中心距偏差fa是指在齿轮副的齿宽中间平面内 实际中心距与公称中心距之差 如图7 40所示 齿轮副中心距的尺寸偏差大小不但会影响齿轮侧隙 而且对齿轮的重合度产生影响 因此必须加以控制 2 轴线平行度偏差和由于轴线平行度与其向量的方向有关 所以规定了轴线平面内的平行度偏差和垂直平面上的平行度偏差 如果一对啮合的圆柱齿轮的两条轴线不平行 形成了空间的异面 交叉 直线 则将影响齿轮的接触精度 因此必须加以控制 如图7 40所示 表7 40给出了中心距极限偏差 供参考 7 3 4齿轮副的精度和齿侧间隙 7 3 4齿轮副的精度和齿侧间隙 7 3 4齿轮副的精度和齿侧间隙 3 接触斑点接触斑点是指装配好的齿轮副 在轻微制动下 运转后齿面上分布的接触擦亮痕迹 接触斑点分布如图7 41所示 接触斑点在齿面展开图上用百分比计算 沿齿高方向 接触痕迹高度hc与有效齿面高度h之比的百分数 即hc h 100 沿齿长方向 接触痕迹宽度bc与工作长度b之比的百分数 即bc b 100 国家标准给出了装配后齿轮副接触斑点的最低要求 见表7 41 7 3 4齿轮副的精度和齿侧间隙 7 3 4齿轮副的精度和齿侧间隙 7 3 4齿轮副的精度和齿侧间隙 2 齿轮副的侧隙在一对装配好的齿轮副中 侧隙j是相啮齿轮齿间的间隙 它是在节圆上齿槽宽度超过相啮齿轮齿厚的量 齿轮副的侧隙是在齿轮装配后自然形成的 侧隙的大小主要取决于齿厚和中心距 在最小的中心距条件下 通过改变齿厚偏差来获得大小不同的齿侧间隙 1 齿侧间隙的分类齿侧间隙分为圆周侧隙jwt和法向侧隙jbn 圆周侧隙jwt是指安装好的齿轮副 当其中一个齿轮固定时 另一个齿轮在圆周方向的转动量 以节圆弧长计值 2 最小侧隙jbmin的确定jbmin是当一个齿轮的齿以最大允许实效齿厚 实效齿厚是指测量所得的齿厚加上轮齿各要素偏差及安装所产生的综合影响在齿厚方向的量 与一个也具有最大允许实效齿厚的相匹配的齿在最小的允许中心距啮合时 在静态下存在的最小允许侧隙 7 3 4齿轮副的精度和齿侧间隙 在齿轮设计制造过程中 以下因素将会对齿轮传动产生影响 箱体 轴和轴承的安装偏斜 由于箱体的制造误差和轴承的间隙导致齿轮轴线歪斜 温度影响 由中心距和材料差异引起的箱体与齿轮零件的温差 齿轮的制造误差及轴承的径向跳动 其他因素 例如旋转零件的离心胀大及润滑剂的允许污染等 对于用黑色金属材料制造的齿轮和箱体 工作时齿轮节圆线速度小于15m s 其箱体 轴和轴承都采用常用的商业制造公差的齿轮传动 jbnmin可按下式计算 按上式计算可以得出如表7 42所示的推荐数据 7 3 4齿轮副的精度和齿侧间隙 7 3 4齿轮副的精度和齿侧间隙 3 齿厚偏差与公差公称齿厚是指齿厚的理论值 两个具有公称齿厚Sn的齿轮在公称中心距下啮合是无侧隙的 为了得到合理的齿侧间隙 通过将轮齿齿厚减薄一定的数值 在装配后侧隙就会自然形成 公称齿厚可按下式计算 对外齿轮 对内齿轮 7 3 4齿轮副的精度和齿侧间隙 4 公法线长度偏差Ebn公法线长度偏差为公法线实际长度与公称长度之差 公法线长度是在基圆柱切平面 公法线平面 上跨k个齿 在接触到一个齿的右齿面和另一个齿的左齿面的两个平行平面之间测得的距离 如图7 44所示 对于大模数的齿轮 生产中通常测量齿厚控制侧隙 齿轮齿厚的变化必然会引起公法线长度的变化 在中 小模数齿轮的批量生产中 常采用测量公法线长度的方法来控制齿侧间隙 公法线长度尺寸的公称值由下式计算 7 3 5圆柱齿轮的精度设计 1 齿轮精度设计方法及步骤1 确定齿轮的精度等级精度等级的选择主要依据是齿轮的用途 使用要求和工作条件等 选择的方法主要有计算法和经验法 类比法 两种 计算法主要用于精密传动链设计 可先按传动链精度要求 计算出允许的转角偏差大小 再根据传递运动准确性偏差项目 选择适宜的精度等级 经验法是参考同类产品的齿轮精度 结合所设计齿轮的具体要求来确定精度等级 见表7 44是生产实践中搜集到的各种用途齿轮的大致精度等级 可供设计者参考 在机械传动中应用最多的齿轮是既传递运动又传递动力 其精度等级与圆周速度密切相关 因此可计算出齿轮的最高圆周速度 参考表7 45确定齿轮的精度等级 7 3 5圆柱齿轮的精度设计 7 3 5圆柱齿轮的精度设计 7 3 5圆柱齿轮的精度设计 2 选择检验项目考虑选用齿轮检验项目的因素很多 概括起来大致有以下几方面 齿轮的精度等级和用途 检验的目的 是工序间检验还是完工检验 齿轮的切齿工艺 齿轮的生产批量 齿轮的