第7章渐开线圆柱齿轮传动的互换性

1、2010.11.28邓洪超主讲 第7章 渐开线圆柱齿轮传动的互换性 7.1 概述 我国推荐使用的渐开线圆柱齿轮标准： 渐开线圆柱齿轮 精度GB/T100952001 圆柱齿轮 检验实施规范GB/Z186202001 2010.11.28邓洪超主讲 7.1.1 齿轮传动的要求 （1）传递运动的准确性：齿轮在一转范围内，最大转 角误差不超过一定的限度 （2）传递运动的平稳性：要求齿轮在转一齿范围内， 瞬时传动比变化不超过一定的范围。因该变动将会引起 冲击、振动和噪声 （3）载荷分布的均匀性：一对齿轮啮合时，工作齿面 要保证接触良好，避免应力集中，减少齿面磨损，提高 齿面强度和寿命，又称为接触精度

2、（4）传动侧隙：一对齿轮啮合，在非工作齿面间应存 在的间隙 法向侧隙jbn：齿轮传功灵活、贮存润滑油、补偿齿轮制 造与安装误差以及热变形，防止齿轮传动过程中卡死或 烧伤 圆周侧隙j1：圆周方向的间隙 2010.11.28邓洪超主讲 传递运动的准确性、传递运动的平稳性、载荷分 布的均匀性要求是对齿轮本身的精度要求，传动 侧隙是对齿轮副的要求 机械常用齿轮，通常对齿轮本身精度要求差别不 大，对齿轮精度评定项目可要求同精度等级 个别齿轮，若对齿轮本身精度中的某一项有特殊 功能要求，可对该项提出更高的要求 对齿侧间隙，无论何种齿轮，为保证齿轮正常运 转都必须规定合理的间隙大小，尤其是仪器仪表 齿轮传动

3、，保证合适的间隙尤为重要 为降低齿轮的加工、检测成本，若齿轮总是用一 侧齿面工作，则可对非工作齿面提出较低的精度 要求 2010.11.28邓洪超主讲 7.1.2 齿轮的加工误差 齿轮的各项偏差都是在加工过程中形成的，由齿 轮坯、齿轮机床、刀具三方面工艺因素决定 齿轮加工误差有四种形式： （1）径向误差：刀具与被切齿轮间径向距离的 偏差，由齿坯在机床上的定位误差、刀具的径向 跳动、齿坯轴或刀具轴位置的周期变动引起 （2）切向加工误差：刀具与工件的展成运动遭 到破坏或分度不准确产生的加工误差。机床运动 链各构件误差，主要是最终分度蜗轮副误差或机 床分度盘和展成运动链中进给丝杠误差，是产生 切向误

4、差的根源 2010.11.28邓洪超主讲 （3）轴向误差：刀具沿工件轴向移动的误差。 主要是由机床导轨不精确、齿坯轴线歪斜所造成； 对于斜齿轮，机床运动链有影响。轴向误差破坏 齿的纵向接触，对斜齿轮，同时破坏齿高接触 （4）齿轮刀具铲形面误差：由刀具铲形面近似 造形，或由其制造和刃磨误差产生；由于进给量 和刀具切削刃数目有限，切削过程断续也会产生 齿形误差。刀具铲形面偏离精确表面的所有形状 误差，使齿轮产生齿形误差，在切削斜齿轮时还 会引起接触线误差。刀具铲形面和齿形角误差， 使工件产生基节偏差和接触线方向误差，从而影 响直齿轮的工作平稳性，并破坏直齿轮和斜齿轮 的全齿高接触 2010.11.

5、28邓洪超主讲 7.2 渐开线圆柱齿轮精度的评定指标及检测 齿轮误差、偏差统称为齿轮偏差，将偏差与公差 共用一个符号表示 单项要素测量偏差符号用小写字母加相应下标 若干单项要素偏差组成的“累积”或“总”偏差 用大写字母加相应下标 2010.11.28邓洪超主讲 7.2.1 轮齿同侧齿面偏差 u（1）齿距偏差 单个齿距偏差（fPt）：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 存在齿距偏差，会造成一对齿啮合完了而另一对 齿进入啮合时，主动齿与被动齿发生冲撞，影响 齿轮传动的平稳性 齿距累积偏差（FPk）：任意k个齿距的实际弧 长与理论弧长的代数差，理论上等于

6、k个齿距的 各单个齿距偏差的代数和。一般FPk 适用于齿 距数k为2到z/8，通常k取z/8 齿距累积偏差控制在圆周上的齿距累积偏差，偏 差过大，将产生振动和噪声，影响平稳性 2010.11.28邓洪超主讲 齿距累积总偏差（FP）：齿距同侧齿面任意弧 段（kl到kz）内的最大齿距累积偏差 齿距累积总偏差（FP）反映齿轮转一周过程中传 动比的变化，影响齿轮的运动精度 齿距偏差的检验一般在齿距比较仪上进行，属相 对测量法 2010.11.28邓洪超主讲 u（2）齿廓偏差 实际齿廓偏离设计齿廓的量，在端平面内且垂直 于渐开线齿廓的方向计值 齿廓总偏差（Fa）：在计值范围内，包容实际 齿廓迹线的两条设

7、计齿廓迹线间的距离，主要影 响齿轮平稳性 齿廓形状偏差（ffa）：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，该项偏差不是必检项目 2010.11.28邓洪超主讲 a、设计齿廓为末修形的渐开线：实际渐开线是 在减薄区内具有偏向体内的负偏差 b、设计齿廓为修形的渐开线：实际渐开线是在 减薄区内具有偏向体内的负偏差 c、设计齿廓为修形的渐开线：实际渐开线是在 减薄区内具有偏向体外的正偏差 齿廓倾斜偏差（fHa）：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 2010.11.28邓洪超主讲 在近代齿轮设计中，

8、对于高速传动齿轮，为减少 基圆齿距偏差和轮齿弹性变形引起的冲击、振动 和噪音，常采用以理论渐开线齿形为基础的修正 齿形，如修缘齿形、凸齿形等。所以，设计齿形 可以是渐开线齿形，也可以是这种修正齿形。 齿廓偏差的检验也叫齿形检验，通常在渐开线检 查仪上进行，采用比较法进行齿形偏差测量，即 将被测齿形与理论渐开线比较，从而得出齿廓偏 差 2010.11.28邓洪超主讲 u（3）螺旋线偏差 在端面基圆切线方向上测得的实际螺旋线偏离设 计螺旋线的量 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间的距离 该偏差主要影响齿面接触精度 在螺旋线检查仪上测量非修形螺旋线的斜齿轮偏

9、 差 2010.11.28邓洪超主讲 螺旋线形状偏差（ff）：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，平均螺旋线迹线是在计值范 同内，按最小二乘法确定，该偏差不是必检项目 螺旋线倾斜偏差（fH）：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， 该偏差不是必检项目 2010.11.28邓洪超主讲 F、ff、fH的取值方法适用于非修形螺旋线；当 齿轮设计成修形螺旋线时，设计螺旋线迹线不再 是直线，此时F、ff、fH的取值方法见 GB/T10095.1 对直齿圆柱齿轮，螺旋角=0，此时F称为齿向 偏差 螺旋线偏差用于评定轴向重合度1.25的

10、宽斜 齿轮及人字齿轮，适用于评定传递功率大、速度 高的高精度宽斜齿轮 斜齿轮的螺旋线总偏差在导程仪或螺旋角测量仪 上测量检验，检验中由检测设备直接画出螺旋线 图，按定义从偏差曲线上求出F值；进行工艺分 析或应用户要求可从曲线上进一步分析出ff或fH 值 2010.11.28邓洪超主讲 u（4）切向综合偏差 切向综合总偏差（Fi）：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，反 映齿轮运动精度，但不是必检项目 使用单面啮合测量仪检测切向综合总偏差 一齿切向综合偏差（fi）：在一个齿距角内， 过偏差曲线的最高、最低点作与横坐标平行的两 条

11、直线，此平行线间的距离即为fi，反映齿轮平 稳性，但不是必检项目 2010.11.28邓洪超主讲 切向综合偏差一般是在单啮仪上完成检验 检验需在被测齿轮与测量齿轮呈啮合状态 下，且只有一组同侧齿面相接触的情况下 旋转一整周所获得的偏差曲线图方可用于 评定切向综合偏差 2010.11.28邓洪超主讲 7.2.2 径向综合偏差与径向跳动 u（1）径向综合总偏差（Fi）：在径向（双面） 综合检验时，被测齿轮的左、右齿面同时与测量 齿轮接触，并转过一整周时出现的中心距最大值 和最小值之差，反映齿轮运动精度，但不是必检 可用齿轮双啮仪检验径向综合总偏差Fi u（2）一齿径向综合偏差（fi）：被测齿轮与测

12、 量齿轮啮合一整周，对应一个齿距角（360/z） 的径向综合偏差值，反映齿轮工作平稳精度，但 不是必检 可用齿轮双啮仪检验一齿径向综合偏差 2010.11.28邓洪超主讲 u（3）径向跳动（Fr）：齿轮径向跳动为测头 （球形、圆柱形、锥形）相继置于每个齿槽内时， 相对于齿轮基准轴线的最大和最小径向距离之差 反映齿轮的几何偏心，是检测齿轮运动精度的项 目，但不是必检项目 2010.11.28邓洪超主讲 7.2.3 齿厚偏差及齿侧间隙 u（1）齿厚偏差（Esn）：在分度圆柱面上齿厚的 实际值与公称值之差 可用齿厚游标卡尺或光学测齿仪测量齿厚 对于斜齿轮，应测量其法向齿厚，计算公式与直 齿轮相同，只

13、是应以法向参数即mn、n、xn和当 量齿数代入相应公式 u（2）公法线长度偏差（Ebn）：指公法线长度的 实际值与公称值之差 公法线长度Wn是在基圆柱切平面上跨n个齿（外 齿轮）或n个齿槽（内齿轮）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 2010.11.28邓洪超主讲 u（3）齿侧间隙 为保证齿轮润滑、补偿齿轮的制造误差、安装误 差以及热变形等造成的误差，必须在非工作面留 有侧隙 单个齿轮没有侧隙，只有齿厚 相互啮合的轮齿的侧隙由一对齿轮运行时的中心 距以及每个齿轮的实际齿厚所控制 国标规定采用“基准中心距制”，即在中心距一 定情况下，用控制轮齿的齿厚的方法获

14、得必要的 侧隙 2010.11.28邓洪超主讲 p齿侧间隙的表示法：法向侧隙jbn和圆周侧隙jt 法向侧隙jbn：当两个齿轮的工作齿面相互接触时， 其非工作面之间的最短距离 测量jbn需在基圆切线方向，也就是在啮合线方向 上测量。一般通过压铅丝方法测量，即齿轮啮合 过程中在齿间放入一块铅丝，啮合后取出压扁了 的铅丝测量其厚度；也可以用塞尺直接测量jbn 圆周侧隙jt：当固定两啮合齿轮中的一个，另一 个齿轮所能转过的节圆弧长的最大值 理论上，jbn与jt存在以下： 2010.11.28邓洪超主讲 p最小侧隙（jbnmin）的确定 在设计齿轮传动时，必须保证有足够的最小侧隙 jbnmin以保证齿轮

15、机构正常工作 对于黑色金属材料齿轮和黑色金属材料箱体，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 2010.11.28邓洪超主讲 2010.11.28邓洪超主讲 p齿侧间隙的获得和检验项目 齿轮轮齿的配合采用基准中心距制，齿侧间隙须 通过减薄齿厚获得，检测可采用控制齿厚或公法 线长度等方法来保证侧隙 a、用齿厚极限偏差控制齿厚：为获得最小侧隙， 齿厚应保证有最小减薄量，它是由分度圆齿厚上 偏差Esns形成 确定Esns，可类比选取或计算选取 l计算选取法 当主动轮与被动轮齿厚都做成最大值即做成上偏 差时，可获得最小侧隙j

16、bnmin。通常，齿轮的齿厚 上偏差相等 2010.11.28邓洪超主讲 此时存在 注意：按上式求得的Esns应取负值 l当最大侧隙有要求时，齿厚下偏差Esni需控制， 此时需进行齿厚公差Tsn计算 选择适当的齿厚公差，公差过小势必增加齿轮制 造成本；公差过大会使侧隙加大，使齿轮反转时 空转行程过大 齿厚公差Tsn可按下式求得 2010.11.28邓洪超主讲 2010.11.28邓洪超主讲 b、用公法线长度极限偏差控制齿厚 齿厚偏差的变化必然引起公法线长度的变化。测 量公法线长度同样可以控制齿侧间隙。公法线长 度的上偏差Ebns和下偏差Ebni与齿厚偏差有如下 关系 2010.11.28邓洪超

17、主讲 7.3 齿轮坯精度、齿轮州中心距、轴线平行度和 轮齿接触斑点 7.3.1 齿轮坯精度 有关齿轮轮齿精度（齿廓偏差、相邻齿距偏差等） 参数数值，只有明确其特定旋转轴线时才有意义。 当测量时齿轮围绕其旋转轴线如有改变，则这些 参数测量值也将改变。因此，在齿轮的图纸上必 须把规定轮齿公差的基准轴线明确表示出来，事 实上整个齿轮的几何形状均以其为基难 2010.11.28邓洪超主讲 2010.11.28邓洪超主讲 2010.11.28邓洪超主讲 2010.11.28邓洪超主讲 7.3.2 中心距和轴线的平行度偏差 （1）中心距允许偏差(fa) 在齿轮只是单向承载运转而不经常反转的情况下， 中心距

18、允许偏差主要考虑重合度的影响 对传递运动的齿轮，需控制侧隙，此时中心距允 许偏差应较小 当轮齿上的负载常常反转时要考虑下列因素： 轴、箱体和轴承的偏斜；安装误差；轴承跳 动；温度的影响。 p一般5、6级精度齿轮faIT7/2 p7、8级精度齿轮faIT9/2(推荐值) 2010.11.28邓洪超主讲 （2）轴线平行度偏差(f、f) 轴线平行度偏差影响螺旋线啮合偏差，即齿轮的 接触精度 f为轴线平面内的平行度偏差，在两轴线的公共 平面上测量 f为轴线垂直平面内的平行度偏差，在两轴线公 共平面的垂直平面上测量 2010.11.28邓洪超主讲 7.3.3 轮齿接触斑点 接触斑点可衡量轮齿承受载荷的均

19、勾分布程度， 从定性和定量上可分析齿长方向配合精度 检测轮齿接触斑点，一般用于： 不能装在检查仪上的大齿轮或现场没有检查仪可 用 优点是测试简易快捷，准确反映装配精度状况， 能够综合反映轮齿的配合性 2010.11.28邓洪超主讲 2010.11.28邓洪超主讲 7.4 渐开线圆柱齿轮精度标准及其应用 7.4.1 精度标准 在文件需叙述齿轮精度要求时，应注明 GB/T10095.12001或GB/T10095.22001 （1）精度等级及表示方法 单个齿轮分13个精度等级，从高到低分别用0 12表示 02级齿轮要求非常高，属未来发展级 35级为高精度等级 68级为中等精度级（最常用） 9为较低

20、精度等级 1012为低精度等级 2010.11.28邓洪超主讲 齿轮精度等级标注方法： 7GB/T10095.12001：含义为齿轮各项偏差项 目均为7级精度，符合GB/T10095.12001要求 7FP6（FF）GB/T10095.12001 ：含义为齿 轮各项偏差项目均应符合GB/T10095.12001要 求，FP为7级精度，F、F为6级精度 2010.11.28邓洪超主讲 （2）齿厚偏差标注 按照GB/T 64431986渐开线圆柱齿轮图样上 应注明的尺寸数据的规定，应将齿厚(或公法 线长度)及其极限偏差数值注写在图样右上角的 参数表中 2010.11.28邓洪超主讲 7.4.2 各

21、偏差允许值计算公式和标准值 GB/T10095.1200l和GB/T10095.22001规定， 公差表格中的数值是用对5级精度规定的公差值 乘以级间公比计算出来的 两相邻精度等级的级间比等于20.5。5级精度未圆 整的计算值乘以20.5（Q5） ，即可得到任一精度 等级的待求值，式中Q是待求值的精度等级数 教材166页表7.9为各级精度齿轮轮齿偏差、径向 综合偏差等值的计算公式，在齿轮设计计算时可 用 2010.11.28邓洪超主讲 7.4.3 齿轮的检验组（推荐） 齿轮精度标准GB/T10095.12及GB/Z18620.2 等文件中给出了很多偏差项目 作为划分齿轮质量等级的标准一般只有下

22、列几项： 齿距偏差：FP、fPt、FPk 齿廓总偏差Fa 螺旋线总偏差F 齿厚偏差Esn p其他参数不是必检项目而是根据需方要求而确定 p推荐五个检验组，以便设计人员选取其中一个检 验组评定齿轮的精度等级 2010.11.28邓洪超主讲 2010.11.28邓洪超主讲 7.4.4 应用 齿轮精度设计主要包括四个方面内容： （1）齿轮精度等级的确定 选择精度等级的主要依据是齿轮的用途、使用要 求和工作条件，一般有计算法和类比法 中等速度和中等载荷的一般齿轮精度等级通常按 分度圆处圆周速度确定精度等级 2010.11.28邓洪超主讲 （2）最小侧隙和齿厚偏差的确定 （3）检验组的确定 根据以下内容选择检验组： n齿轮的精度等级，齿轮的切齿工艺 n齿轮的生产批量 n齿轮的尺寸大小和结构 n齿轮的检测设备情况 （4）齿坯及箱体精度的确定 2010.11.28邓洪超主讲 例 某通用减速器齿轮中有一对直齿齿轮副，模 数m=3mm，齿形角=20，齿数z1=32，z2=96， 齿宽b=20mm，轴承跨度为85mm，传递最大功 率为5kW，转速n1=1280r/min，齿轮箱用喷油润 滑，生产条件为小批量生产。试设计小齿轮精度， 并画出小齿轮图