第十章圆柱齿轮传动公差及检测.ppt

1、第十章 圆柱齿轮传动公差及检测,10-1 概述,10-2 影响齿轮传动准确性的误差及其测量,10-3 影响齿轮传递运动平稳性的误差及其测量,10-4 影响齿轮载荷分布均匀性的误差及其测量,10-5 影响齿轮副侧隙的误差及其测量,10-6 齿轮精度国家标准,本章简介, 主要内容：1. 齿轮加工误差。 2. 影响运动准确性、传动平稳性、载荷分布均匀性的各误差。 3. 齿轮副侧隙误差。 4. 渐开线圆柱齿轮精度等级及标注。 重点内容：渐开线圆柱齿轮精度等级及标注。 教学目的：通过本章学习，了解影响齿轮精度的各项误差及原因；会在齿轮工作图上标注齿轮的精度等级。,10.1.1 对齿轮传动的使用要求,齿轮

2、传动机构包括：齿轮副、传动轴、轴承和箱体等零件，因此齿轮传动的运动质量与上述各零件精度密切相关，其中影响最主要和最关键的还是齿轮本身制造精度与齿轮副的安装精度。 对不同用途的齿轮，其传动要求也不相同，归纳起来有四个方面的使用性能要求： 传递运动的准确性 传动的平稳性 载荷分布的均匀性 传动侧隙,影响上述4项要求的误差因素，主要包括齿轮的加工误差和齿轮副的安装误差。 齿轮为圆周分度零件，其误差具有周期性，按误差在齿轮一转中是否多次出现，即在齿轮一转中出现的周期或频率，可分为： 以齿轮一转为周期的长周期误差，或低频误差，它主要影响传递运动的准确性； 以齿轮一齿为周期短周期误差，或高频误差，它主要影

3、响工作平稳性。,10.1.2 齿轮的加工误差,10.1.2 齿轮的加工误差,以滚齿机上滚切齿轮为例，产生加工误差的主要原因为：,10.1.2 齿轮的加工误差,1. 几何偏心（e几）：这是安装齿坯时，齿轮齿圈的几何中心与机床工作时的旋转中心不重合引起的。e几引起径向误差,2. 运动偏心（e运）：主要是由于加工机床本身的加工误差和安装误差引起的。e运引起切向误差 以上两点都产生长周期误差，影响传递传递运动的准确性。,3. 机床传动链的高频误差：主要是加工齿轮机床的分度蜗轮径向、端面跳动引起的。 4. 滚刀的加工误差和安装误差：主要由滚刀的径向、端面跳动及齿形角误差引起的。 以上两点都产生短周期误差

4、，影响传递运动的平稳性。,齿距累积总偏差 径向跳动 切向综合总偏差 径向综合总偏差 公法线长度变动,10.2 影响准确性的误差,1. 齿距累积总偏差（Fp） 齿距累积总偏差Fp指齿轮同侧齿面任意圆弧段（k=1到KZ）内，实际弧长与理论弧长之差的最大绝对值 对于高速度、高精度的齿轮传动，应限制齿距累积偏差Fpk，通常取2kz/8，对于特殊的应用，可规定更小的K值。,10.2 影响准确性的误差,2. 齿圈径向跳动（Fr） 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。 主要由几何偏心(e几)引起。,10.2 影响准确性的误差,3. 切向综合总误差（Fi） 是指

5、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，齿轮分度圆上实际圆周位移与理论圆周位移的最大差值. Fi是指在齿轮单面啮合情况下测得的齿轮一转内转角误差的总幅度值，该误差是几何偏心、运动偏心加工误差的综合反映，因而是评定齿轮传递运动准确性的最佳综合评定指标。 但因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。,10.2 影响准确性的误差,4. 径向综合总偏差（Fi） 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 。 径向综合误差Fi主要反映径向误差，可代替齿圈径向跳动Fr，且检查效

6、率高。,10.2 影响准确性的误差,5.公法线长度变动FW 在齿轮一周范围内，实际公法线长度最大值与最小值之差。 FW是由e运引起的,10.2 影响准确性的误差,结论： 径向跳动Fr 、径向综合总误差 Fi主要由e几引起， 公法线长度变动FW由e运引起，齿距累积总偏差Fp由e几及e运的综合引起的。 切向综合总误差Fi是长短周期误差综合影响的结果。,10.2 影响准确性的误差,影响齿轮传递运动平稳性的误差及其测量,单个齿距偏差 基圆齿距偏差 齿廓偏差 一齿切向综合偏差 一齿径向综合偏差,10.3 影响平稳性的误差,1. 单个齿距偏差fpt fpt指在分度圆上，实际齿距与公称齿距之差。 fpt是由

7、机床传动链误差（主要是分度蜗杆跳动）引起的。所以测量是用来揭露机床传动链的短周期误差或加工中的分度误差。传动平稳性。,2. 基圆齿距偏差 fpb fpb指实际基节与公称基节之差。 fpb主要由刀具的基节偏差和齿形角误差造成的。 一对齿轮正常啮合时，当第一个轮齿尚未脱离啮合时，第二个轮齿应进入啮合。当两齿轮基节相等时，这种啮合过程将平稳地连续进行，若齿轮具有基节偏差，则这种啮合过程将被破坏，使瞬时速比发生变化，产生冲击、振动。,影响传动平稳性的误差,3. 齿廓偏差 齿廓总偏差Fa指计值范围内，包容实际齿廓迹线的两条设计齿廓迹线间的距离。 齿廓形状偏差ffa指计值范围内，包容实际齿廓迹线的两条与平

8、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。 齿廓倾斜偏差fHa指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 由于分度蜗杆的齿距偏差、齿距累积偏差、螺旋线偏差及齿廓偏差等，都会使分度蜗杆和工作台出现周期性的回转不均匀，使被加工的齿面产生波纹，这种齿廓的形状误差，用齿廓偏差来反映。,4. 一齿切向综合误差 fi fi是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，以分度圆弧长计值。 fi反映齿轮一齿内的转角误差，影响传动平稳性。 fi是由刀具的制造和安装误差、机床传动链短周期误差引起的。,5. 一齿

9、径向综合偏差 fi fi 指被测齿轮与理想精确的测量齿轮双面啮合时，在被测齿轮一齿距角内，双啮中心距的最大变动量。 fi 评定齿轮传动平稳性不如fi完善。,10.4 影响载荷分布均匀性的误差,从理论上讲，一对齿在啮合过程中，由齿顶到齿根每一瞬间都是沿全齿宽接触的，如果不考虑弹性变形的影响，每一瞬间轮齿都是沿着一条直线进行接触的。但实际上，由于齿轮的制造和安装误差，啮合齿并不是沿全齿宽及全齿高接触，从而影响齿轮载荷分布的均匀性。 齿轮工作时，两齿面接触良好，才能保证齿面上载荷分布均匀。在齿高方向上，齿形误差会影响两齿面的接触；在齿宽方向上，齿向误差会影响两齿面的接触。,影响载荷分布均匀性的误差,

10、1.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10-23(a)。 螺旋线形状偏差指在计值范围内，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10-23(b)。 螺旋线倾斜偏差指在计值范围内的两端与平均螺旋线迹线相交的两条设计螺旋线迹线间的距离。如图10-23(c)。 由于实际齿向线存在形状和位置误差，使两齿轮啮合时的接触线只占理论长度的一部分，从而导致载荷分布不均匀。,2. 接触线斑点 接触斑点是指装配好的齿轮副，在轻微的制动下，转动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

11、用百分比计算。,3. 轴线平行度误差 标准规定了轴线平面内的平行度误差,并推荐了误差的最大允许值.,10.5 齿轮副的侧隙误差,目的：用于储存润滑油，补偿热膨胀,齿轮副侧隙按齿轮工作条件决定，而与齿轮的精度等级无关，如工作温度高的齿轮传动，为保证正常润滑，避免因发热而卡死，要求有大的保证侧隙。而对于需要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。,最小极限侧隙应保证补偿温升所引起的变形和保证正常的润滑,最小法向侧隙 齿厚偏差 公法线长度偏差,10.5 齿轮副的侧隙误差,1. 补偿温升而引起变形所必需的最小侧隙量,2. 保证正常润滑所必需的最小侧隙量,齿轮副的最小侧隙为:

12、,10.5 齿轮副的侧隙误差,齿厚偏差Esn Esn是指分度圆柱面上，齿厚的实际值与公称值之差。对于斜齿轮，则是指法向齿厚。 一般情况下，上偏差Esns和下偏差Esni均为负值。,10.5 齿轮副的侧隙误差,齿厚上偏差Esns取决于最小侧隙、齿轮和齿轮副的加工和安装误差。,Esns1 、Esns2分别为小齿轮和大齿轮的齿厚上偏差； 为中心距偏差，Jn为齿轮和齿轮副的加工、安装误差对侧隙减小的补偿量。,10.5 齿轮副的侧隙误差,通常为了便于设计与计算，采用等值分配法将上式之和分配给大齿轮和小齿轮,齿厚的下偏差:,齿厚公差:,Fr-齿圈径向跳动,br-切齿径向进刀公差,10.5 齿轮副的侧隙误差

13、,(旧)标准规定了14种齿厚极限偏差，代号由C、D、ES，其偏差值依次递增。 齿厚上下偏差分别用两种偏差代号表示，如FL,10.5 齿轮副的侧隙误差,3.公法线长度偏差 由于实际测量时，测量齿厚比较困难，而更多的是测量公法线长度，则公法线平均长度上下偏差及公差（Ewms、Ewmi、Tw）与齿厚、上下偏差及公差（Esns、Esni、Tsn）换算关系为： 1. 对外齿轮： Ewms = Esnscosn -0.72Frsinn Ewmi = Esnicosn +0.72Frsinn (Fr齿圈径向跳动公差) Tw = Tsncosn -1.44Frsinn 2. 对内齿轮： Ewms = -Esn

14、icosn -0.72Frsinn Ewmi = -Esnscosn +0.72Frsinn 跨齿数 K=0.111Z+0.5 (取整) 4.齿轮副的中心距偏差 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.,10.5 齿轮副的侧隙误差,本章主要介绍GB/T10095.1和GB/T10095.2两个国家标准和GB/Z18620.1-4四个指导性技术文件。 一. 齿轮的精度等级 标准对齿轮及齿轮副规定了13个精度等级，分别为0、1、212。其中0级精度最高，12级精度最低。 多用7-9级,一般常用8级。,10.6 齿轮副的精度等级,二. 精度等级的选择： 齿轮精度等级的选择应根据齿轮的

15、用途、使用条件、传动功率、圆周速度、工作持续时间、润滑条件以及其他技术条件来决定，选择的方法有计算法和类比法，目前主要采用类比法，即参考经过实践验证的齿轮精度所适用的产品性能、工作条件等经验资料，进行精度等级的选择。 齿轮副的两个齿轮一般取相同的等级，也允许取不同的等级,10.6 齿轮副的精度等级,齿轮的检验组（推荐） 单个齿轮的检验项目（又称精度指标）主要有： (1)轮齿各同侧齿面在接近高中部的一个与齿轮基准轴线同心的圆上，限制齿轮的全部轮齿中任意两个同侧齿面间距离误差的齿距累积总偏差Fp（及齿轮累积偏差Fpk）和限制相邻同侧齿面间距离误差的齿距极限偏差fpt。 (2)控制齿廓形状的齿廓总偏

16、差Fa (3)螺旋线总偏差F (4)轮齿的左右齿面的齿厚极限偏差Esns、Esni 其它的参数不是必检项目，是否进行检验由需方要求而定。,10.6 齿轮副的精度等级,按照我国的生产实践和现有的生产检测水平，推荐5个检验组，以便于设计人员根据齿轮使用要求、生产批量和检验设备选取其中一组来评定齿轮的精度等级。,10.6 齿轮副的精度等级,(旧标准) 第公差组的检验组： 1. 切向综合误差（Fi） 2. 齿距累计误差（FP），K个齿距累计误差（FPK） 3. 径向综合误差（Fi）与公法线长度变动（FW） 4. 齿圈径向跳动（Fr）与FW 5. Fr （仅用于1012级精度） (旧标准)第公差组的检验

17、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）与齿距偏差（fpt） 4. ff与基节偏差（fpb） 5. fpt与fpb 6. fpt或fpb 7. 螺旋线波度误差（ff）,综合指标,单向指标组合,10.6 齿轮副的精度等级,(旧标准)第公差组的检验组： 1. 齿向误差（F） 2. 接触线误差（Fb） 3. 轴向齿距偏差（Fpx）和齿形误差（ ff ） 4. Fpx和Fb,10.6 齿轮副的精度等级,齿坯公差 齿轮坯的尺寸偏差和齿轮箱体的尺寸偏差对于齿轮副的接触条件和运行状况有着极大的影响。由于在加工齿轮坯和箱体时保持较紧的公差，比加工高精度的齿轮

18、要经济得多，因此应首先根据拥有的制造设备条件，尽量使齿轮坯和箱体的制造公差保持最小值。这样可使加工的齿轮有较松的公差，从而获得更为经济的整体设计。标准对齿坯的有关部分规定了尺寸公差及形状、位置公差，见表107。 齿轮表面粗糙度选择 见表108,10.6 齿轮副的精度等级,关于齿轮精度等级与齿厚偏差的标注建议如下： (1)若齿轮的检验项目同为某一精度等级时，可标注精度等级和标准号。如齿轮检验项目同为7级，则可标注为： 7 GB/T 10095.1 或 7 GB/T 10095.2,(2)若齿轮的检验项目精度等级不同时，要分别标注。如齿廓总偏差为6级，齿距累积偏差Fp和螺旋线总偏差为7级时，则可标注为： 6（Fa）、7（Fp、 F ） GB/T 10095.1,10.6 齿轮副的精度等级,(3)齿厚