第9章圆柱齿轮精度设计与检测

1、互换性与测互换性与测量技术基础量技术基础主讲：冷岳峰主讲：冷岳峰 机械工程学院机械工程学院 车辆工程系车辆工程系第九章第九章 圆柱齿轮精度设计与检测圆柱齿轮精度设计与检测v内容内容:齿轮传动的使用要求，齿轮加工精度的齿轮传动的使用要求，齿轮加工精度的评定参数（必检参数、可检参数），齿轮侧隙评定参数（必检参数、可检参数），齿轮侧隙的确定方法，齿轮零件的精度设计。的确定方法，齿轮零件的精度设计。v重点重点:齿轮传动的使用要求，齿轮加工精度的齿轮传动的使用要求，齿轮加工精度的必检参数，齿轮零件的精度设计。必检参数，齿轮零件的精度设计。v实验实验:齿轮的精度测量齿轮的精度测量本章知识点本章知识点1传递

2、运动的准确性传递运动的准确性一、齿轮传动的使用要求一、齿轮传动的使用要求2传动的平稳性传动的平稳性 即保证齿轮传动的每个瞬间传动比变化即保证齿轮传动的每个瞬间传动比变化小，以减小振动小，以减小振动,降低噪声（主要控制齿轮以一齿为周期的降低噪声（主要控制齿轮以一齿为周期的短周期转角误差）。短周期转角误差）。3载荷分布的均匀性载荷分布的均匀性 即要求齿轮啮合时齿面接触良好，即要求齿轮啮合时齿面接触良好，以免引起应力集中，造成齿面局部磨损加剧，影响齿轮的使以免引起应力集中，造成齿面局部磨损加剧，影响齿轮的使用寿命。用寿命。4传动侧隙的合理性传动侧隙的合理性 即保证齿轮啮合时，非工作齿面间即保证齿轮啮

3、合时，非工作齿面间应留有一定的间隙。它对贮藏润滑油、补偿齿轮传动受力后应留有一定的间隙。它对贮藏润滑油、补偿齿轮传动受力后的弹性变形、热膨胀以及齿轮传动装置制造误差和装配误差的弹性变形、热膨胀以及齿轮传动装置制造误差和装配误差等都是必需的。否则，齿轮在传动过程中可能卡死或烧伤。等都是必需的。否则，齿轮在传动过程中可能卡死或烧伤。二齿轮加工误差产生的原因二齿轮加工误差产生的原因1.几何偏心几何偏心指齿坯在机床工作台心轴上的安装偏心指齿坯在机床工作台心轴上的安装偏心1234e几e运e刀e蜗杆oooooooo机床工作台回转轴线oo 工件孔轴线 oo分度蜗轮几何轴线oo齿坯e几oo齿圈孔的同心圆o o

4、e几 几何偏心的影响（径向误差）几何偏心的影响（径向误差）2. 运动偏心运动偏心指机床分度蜗轮几何偏心复映到被加工齿指机床分度蜗轮几何偏心复映到被加工齿 轮上的误差（切向误差）轮上的误差（切向误差）3. 机床传动链的高频误差机床传动链的高频误差 4. 滚刀的安装误差滚刀的安装误差(e刀刀)和制造误差和制造误差(1)当主动轮基节大于从动轮基节时当主动轮基节大于从动轮基节时(2)当主动轮基节小于从动轮基节时当主动轮基节小于从动轮基节时小 结 齿轮传动的使用要求齿轮传动的使用要求 影响使用要求的误差（或因素）影响使用要求的误差（或因素） 传递运动的准确性传递运动的准确性 长周期误差：长周期误差：包括

5、几何偏心和运动偏心分别引起的径向和包括几何偏心和运动偏心分别引起的径向和切向长周期（一转）误差。两种偏心同时存在，可能叠加，切向长周期（一转）误差。两种偏心同时存在，可能叠加，也可能抵消。这类误差用齿轮上的长周期偏差作为评定指也可能抵消。这类误差用齿轮上的长周期偏差作为评定指标标 传动的平稳性传动的平稳性 短周期（一齿）误差：短周期（一齿）误差：包括齿轮加工过程中的刀具误差、包括齿轮加工过程中的刀具误差、机床传动链的短周期误差。这类误差用齿轮上的短周期偏机床传动链的短周期误差。这类误差用齿轮上的短周期偏差作为评定指标差作为评定指标 载荷分布的均匀性载荷分布的均匀性 齿坯轴线歪斜、机床刀架导轨的

6、误差等。齿坯轴线歪斜、机床刀架导轨的误差等。种类误差用轮齿种类误差用轮齿同侧齿面轴向偏差来评定同侧齿面轴向偏差来评定侧隙的合理性侧隙的合理性 影响侧隙的主要因素是齿轮副的影响侧隙的主要因素是齿轮副的中心距偏差中心距偏差和和齿厚偏差齿厚偏差 一、影响传递运动准确性的误差一、影响传递运动准确性的误差理想齿轮理想齿轮- - 相对法测量齿距偏差相对法测量齿距偏差, 测得值经数据处理得测得值经数据处理得 fpt、 Fp径向综合总误差径向综合总误差主要反映齿坯安装主要反映齿坯安装偏心偏心对齿廓分布对齿廓分布均匀的影响，即均匀的影响，即径向综合误差径向综合误差Fi和一齿径向综合误差和一齿径向综合误差fi的测

7、量的测量二、影响传递平稳性的误差二、影响传递平稳性的误差 指被测齿轮与理想精确的测量齿轮指被测齿轮与理想精确的测量齿轮(一般高于一般高于被测齿被测齿轮精度轮精度34级级)单面啮合时，在被测齿轮单面啮合时，在被测齿轮的的, 以以计值。计值。 主要反映主要反映齿廓误差和基齿廓误差和基节偏差节偏差的影响，即的影响，即fi主要反映主要反映齿廓误差齿廓误差和基节偏差和基节偏差的影响，的影响，即即反映齿轮传动的稳反映齿轮传动的稳定性。定性。径向综合总误差径向综合总误差齿顶齿根齿顶齿根AEFAEF+_FbffLLLAELAELAFLAFLLLAELAELAFLAFAEFAEF+_LLLAELAELAFLAF

8、AEFAEFFbff+_Fbffi)ii)iii)基圆基圆分度圆分度圆 iii)ii)设计螺旋线实际螺旋线平均螺旋线 +_+FLbFLbLbLbLbLb_+_+_+_ffffffFi)三、影响载荷分布均匀性的误差三、影响载荷分布均匀性的误差 四、影响齿轮副侧隙的加工误差四、影响齿轮副侧隙的加工误差 五、齿轮副的误差五、齿轮副的误差 六、齿轮评定参数新旧标准比较六、齿轮评定参数新旧标准比较（一）影响传递运动准确性的误差（一）影响传递运动准确性的误差六、齿轮评定参数新旧标准比较六、齿轮评定参数新旧标准比较（二）影响传动平稳性的误差（二）影响传动平稳性的误差 六、齿轮评定参数新旧标准比较六、齿轮评定

9、参数新旧标准比较（三）影响载荷分布均匀性的误差（三）影响载荷分布均匀性的误差 六、齿轮评定参数新旧标准比较六、齿轮评定参数新旧标准比较（四）影响齿轮副侧隙的误差（四）影响齿轮副侧隙的误差一、渐开线圆柱齿轮精度等一、渐开线圆柱齿轮精度等级级 v 齿轮及齿轮副共规定有12个精度等级，用1，2，12表示。其中1级精度最高，12级精度最低。 v 齿轮和齿轮副的误差项目都规定了相应的公差或极限偏差，除接触斑点外，其余项目的公差代号均为对应的误差代号去掉；并将单个齿轮的公差项目分为、公差组，各公差组中的公差项目、代号、所用公差值符号列于表12-1。v 齿轮的精度等级应根据齿轮的用途、使用要求、传递功率及圆

10、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采用同级，也允许不同级。v 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，第公差组一般采用和第公差组相同的精度等级。二、齿轮精度等级的选择二、齿轮精度等级的选择 1计算法计算法 依据齿轮传动用途的主要要求，计算确定出其中一种使依据齿轮传动用途的主要要求，计算确定出其中一种使用要求的精度等级，再按其他方面要求，作适当协

11、调，来确用要求的精度等级，再按其他方面要求，作适当协调，来确定其它使用要求的精度等级定其它使用要求的精度等级 2类比法类比法 类比法是依据以往产品设计、性能试验以及使用过程中类比法是依据以往产品设计、性能试验以及使用过程中所积累的经验，以及较可靠的各种齿轮精度等级选择的技术所积累的经验，以及较可靠的各种齿轮精度等级选择的技术资料，经过与所设计的齿轮在用途、工作条件及技术性能上资料，经过与所设计的齿轮在用途、工作条件及技术性能上作对比后，选定其精度等级。作对比后，选定其精度等级。 圆柱齿轮精度的适用范围圆柱齿轮精度的适用范围精度等级精度等级456789圆周速度圆周速度(m/s)直齿轮直齿轮35斜

12、齿轮斜齿轮70直齿轮直齿轮20斜齿轮斜齿轮40直齿轮至直齿轮至15斜齿轮至斜齿轮至30直齿轮至直齿轮至10斜齿轮至斜齿轮至15直齿轮至直齿轮至6斜齿轮至斜齿轮至10直齿轮至直齿轮至2斜齿轮至斜齿轮至4工作条件工作条件与与适用范围适用范围特别精密分度特别精密分度机构中或在最机构中或在最平稳、且无噪平稳、且无噪声的极高速情声的极高速情况下工作的齿况下工作的齿轮；特别精密轮；特别精密分度机构中的分度机构中的齿轮；高速汽齿轮；高速汽轮机齿轮；检轮机齿轮；检测测6 67 7级齿轮级齿轮用的测量齿轮用的测量齿轮精密分度机精密分度机中或要求极中或要求极平稳且无噪平稳且无噪声的高速工声的高速工作的齿轮；作的齿

13、轮；精密分度机精密分度机构用齿轮；构用齿轮；高速汽轮机高速汽轮机齿轮；检测齿轮；检测8 89 9级齿轮级齿轮用测量齿轮用测量齿轮要求最高要求最高效率且无噪效率且无噪声的高速平声的高速平稳工作的齿稳工作的齿轮；分度机轮；分度机构的齿轮；构的齿轮；特别重要的特别重要的航空、汽车航空、汽车齿轮；读数齿轮；读数装置中特别装置中特别精密传动的精密传动的齿轮齿轮增速和减速增速和减速用齿轮传动；用齿轮传动；金属切削机金属切削机床进刀机构床进刀机构用齿轮；高用齿轮；高速减速器用速减速器用齿轮；航空、齿轮；航空、汽车用齿轮；汽车用齿轮；读数装置用读数装置用齿轮齿轮无需特别精密无需特别精密的一般机械制的一般机械制

14、造用齿轮；分造用齿轮；分度链以外的机度链以外的机床传动齿轮；床传动齿轮；航空、汽车制航空、汽车制造业中不重要造业中不重要齿轮；起重机齿轮；起重机构用齿轮；农构用齿轮；农业机械中的小业机械中的小齿轮；通用减齿轮；通用减速器齿轮速器齿轮用于粗糙用于粗糙工作的齿工作的齿轮轮各种机械采用的齿轮的精度等级各种机械采用的齿轮的精度等级应用范围应用范围精度等级精度等级应用范围应用范围精度等级精度等级测量齿轮测量齿轮3 35 5拖拉机拖拉机6 61010汽轮减速器汽轮减速器3 36 6一般用途的减速器一般用途的减速器6 69 9金属切削机床金属切削机床3 38 8轧钢设备的小齿轮轧钢设备的小齿轮6 61010

15、内燃机车与电气机车内燃机车与电气机车6 67 7矿用绞车矿用绞车8 81010轻型汽车轻型汽车5 58 8起重机机构起重机机构7 71010重型汽车重型汽车6 69 9农业机械农业机械8 81111航空发动机航空发动机4 47 7三、齿轮副侧隙的确定三、齿轮副侧隙的确定 v 获得侧隙的方法有两种，一种是基齿获得侧隙的方法有两种，一种是基齿厚制，即固定齿厚的极限偏差，通过厚制，即固定齿厚的极限偏差，通过改变中心距的基本偏差来获得不同的改变中心距的基本偏差来获得不同的最小极限侧隙，此方法用于中心距可最小极限侧隙，此方法用于中心距可调的机构。另一种方法是调的机构。另一种方法是基中心距制，基中心距制，

16、即固定中心距的极限偏差，通过改变即固定中心距的极限偏差，通过改变齿厚的上偏差来得到不同的最小极限齿厚的上偏差来得到不同的最小极限侧隙，国标采用后一种。侧隙，国标采用后一种。 v 国标规定了国标规定了14种齿厚极限偏差的数种齿厚极限偏差的数值，值，并用并用14个大写的英文字母表示个大写的英文字母表示。每一种代号代表的齿厚极限偏差的数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（值均以齿距极限偏差（fpt）的倍数表）的倍数表示。示。四、齿轮精度等级在图样上的标注四、齿轮精度等级在图样上的标注例例1：766 G M GB/T100951988 v 表示齿轮第表示齿轮第、公差组的精度分别为公差组

17、的精度分别为7级、级、6级、级、6级，齿厚上、下偏差代号分别为、。级，齿厚上、下偏差代号分别为、。 如果三个公差组的精度等级相同，则只需标注的一个数字如果三个公差组的精度等级相同，则只需标注的一个数字例例2：7 F GB/T100951988v 表示齿轮第表示齿轮第、公差组的精度同为公差组的精度同为7级，齿厚上、级，齿厚上、下偏差代号分别为下偏差代号分别为F、L。 例例3：（ ）GB/T100951988v 表示齿轮第表示齿轮第、公差组的精度同为公差组的精度同为4级，齿厚上、级，齿厚上、下偏差值分别为下偏差值分别为-.330mm、-0.495mm。-0.330-0.495 例例1 某机床主轴箱

18、传动轴上的一对直齿圆柱齿轮，某机床主轴箱传动轴上的一对直齿圆柱齿轮，小齿轮和大齿轮的齿数分别为小齿轮和大齿轮的齿数分别为Z1=26，Z2=56，模，模数数m=2.75mm，齿宽分别为，齿宽分别为b1=28mm，b2=24mm，小齿轮基准孔的基本尺寸为小齿轮基准孔的基本尺寸为 30mm。转速。转速n1=1650 r/min，箱体上两对轴承孔的跨距，箱体上两对轴承孔的跨距L相等，相等，皆为皆为90mm。齿轮材料为钢，箱体材料为铸铁，。齿轮材料为钢，箱体材料为铸铁，单件小批生产，试设计小齿轮精度，并画出齿轮单件小批生产，试设计小齿轮精度，并画出齿轮工作图。工作图。 齿轮旧国标的评定指标（GB/T10

19、0951988）旧国标的公差组和单个齿轮的评定指标旧国标的公差组和单个齿轮的评定指标 公公差差组组评定指标评定指标公差或极限偏差公差或极限偏差对传动性能的对传动性能的主要影响主要影响注注第第公公差差组组齿距累积误差齿距累积误差Fpk个齿距累积误差个齿距累积误差Fp k切向综合误差切向综合误差Fi径向综合误差径向综合误差Fi齿圈径向跳动齿圈径向跳动Fr公法线长度变动公法线长度变动Fw齿距累积公差齿距累积公差Fpk个齿距累积公差个齿距累积公差Fp k切向综合公差切向综合公差Fi径向综合公差径向综合公差Fi齿圈径向跳动公差齿圈径向跳动公差Fr公法线长度变动公差公法线长度变动公差Fw主要影响主要影响传

20、递运动的准传递运动的准确性确性旧国标将齿轮各项公差和极限偏差旧国标将齿轮各项公差和极限偏差按其对使用要求的影响分为三个公按其对使用要求的影响分为三个公差组，每个公差组规定了差组，每个公差组规定了12个公差个公差等级，并推荐了个公差组的检验组。等级，并推荐了个公差组的检验组。可根据齿轮的使用要求和生产规模，可根据齿轮的使用要求和生产规模，在每个公差组的检验组中各选择一在每个公差组的检验组中各选择一个检验组来鉴定和验收齿轮的精度。个检验组来鉴定和验收齿轮的精度。新国标没有这样的规定和推荐。新国标没有这样的规定和推荐。第第公公差差组组一齿切向综合误差一齿切向综合误差fi一齿径向综合误差一齿径向综合误

21、差fi齿形误差齿形误差ff齿距偏差齿距偏差fpt基节偏差基节偏差fpb螺旋线波度误差螺旋线波度误差ff一齿切向综合公差一齿切向综合公差fi一齿径向综合公差一齿径向综合公差fi齿形公差齿形公差ff齿距极限偏差齿距极限偏差fpt基节极限偏差基节极限偏差fpb螺旋线波度公差螺旋线波度公差ff主要影响主要影响传递运动的平传递运动的平稳性稳性第第公公差差组组齿向误差齿向误差F接触线误差接触线误差Fb轴向齿距偏差轴向齿距偏差Fpx齿向公差齿向公差F接触线公差接触线公差Fb轴向齿距极限偏差轴向齿距极限偏差Fpx主要影响主要影响载荷分布的均载荷分布的均匀性匀性齿厚偏差齿厚偏差Es公法线平均长度偏差公法线平均长

22、度偏差Ewm齿厚极限偏差（上偏差齿厚极限偏差（上偏差Ess、下偏差下偏差Esi）公法线平均长度极限偏差（公法线平均长度极限偏差（上偏差上偏差Ewms、下偏差、下偏差Ewmi）主要影响齿轮主要影响齿轮副的侧隙副的侧隙旧国标对齿厚极限偏差规定了旧国标对齿厚极限偏差规定了14个字母代号，每个代号对应有数值。个字母代号，每个代号对应有数值。新国标没有这样的规定，也未推荐新国标没有这样的规定，也未推荐齿厚极限偏差的数值。齿厚极限偏差的数值。 齿轮新国标的评定指标（GB/T100952001）齿轮传动使用要求的评定指标齿轮传动使用要求的评定指标(单个齿轮单个齿轮) 评定指标评定指标公差或极限偏差公差或极限偏差评定指标评定指标公差公差对传动性能的主要影响对传动性能的主要影响轮轮齿齿同同侧侧齿齿面