渐开线圆柱齿轮传动公差.ppt

1、第9章 渐开线圆柱齿轮传动公差,9.1 对齿轮传动的基本要求 9.2 齿轮误差的来源 9.3 渐开线圆柱齿轮误差项目及测量 9.4 齿轮副和齿坯的精度 9.5 渐开线圆柱齿轮精度标准,第9章 渐开线圆柱齿轮传动公差,在各种机器和仪器的传动装置中，渐开线齿轮传动应用非常广泛。根据工作目的不同，渐开线齿轮传动可分为主要用于传递运动和主要用于传递动力两大类，前者称为传动齿轮，后者称为传力齿轮。传动齿轮主要用于机床的变速箱传动链中，对传递运动的准确性要求较高，它们工作时的负荷不太大，但要求齿轮工作平稳，传动准确，瞬时速比恒定，振动、冲击和噪声要小；传力齿轮主要用于矿山机械、重型机械等动力传递机构中，它

2、们的工作负荷很大，转速一般较低，要求保证足够的承载能力和较高的效率，所以对齿轮强度和轮齿载荷分布的均匀性要求较高。此外，渐开线齿轮啮合传动时，非工作齿面必须有一定的侧隙，以保证轮齿齿面的润滑及齿轮副的正常工作。,返回,下一页,第9章 渐开线圆柱齿轮传动公差,渐开线齿轮的精度在一定程度上影响着整台机器和仪器的精度，渐开线齿轮传动的质量直接影响机器和仪器的工作性能和使用寿命。为了保证渐开线齿轮传动的精度和互换性，2001年我国发布了新国标GB/T 10095.1-2001及GB/T 10095.2-2001，以代替GB/T 10095-1988旧标准。新国标分别等同于国际标准ISO 1328-1：

3、1997及ISO 1328-2：1997新国标的技术内容与ISO 1328-1997完全相同。本章内容全部采用新标准进行介绍。,返回,上一页,9.1 对齿轮传动的基本要求,在一般情况下，对渐开线齿轮传动应有如下四个方面的基本要求： 1. 传递运动的准确性由机械原理知道，理想齿廓的渐开线齿轮在传递运动时可保持恒定的传动比。但由于各种加工误差的影响，加工后得到的实际齿轮，其齿廓相对于旋转中心分布不均匀，且齿廓形状也偏离理想的渐开线，因而使从动轮的实际转角产生了转角误差。传递运动的准确性，就是要求最大转角误差应限制在一定范围内，使齿轮在一转范围内的传动比变动尽量小，以保证从动齿轮与主动齿轮的运动协调

4、。 2. 传动的平稳性 渐开线齿轮的传动比，不但要求在传动全过程中保持恒定。而且要求在任何瞬时都要保持恒定。齿轮瞬时传动比的变化，会使从动轮的转速发生变化，从而产生瞬时加速度和惯性冲击力，引起齿轮传动中的冲击、振动和噪声!齿轮传动的平稳性，就是要求齿轮在一齿转角内的最大转角误差要限制在一定的范围内，从而使瞬时传动比的变化尽量小。,返回,下一页,9.1 对齿轮传动的基本要求,3. 载荷分布的均匀性 齿轮在传递载荷时，若齿面上的载荷分布不均匀，将会因载荷作用的接触面积过小而导致应力集中，引起局部齿面的磨损加剧、点蚀甚至轮齿折断。载荷分布的均匀性就是要求齿轮传动时工作齿面的接触面积应有一定大小，以使

5、轮齿均匀承载，从而提高齿轮的承载能力和使用寿命。 4. 齿轮副侧隙的合理性 所谓齿轮副侧隙，是指一对齿轮啮合时，在非工作齿面间留有的间隙。要求留有齿轮副侧隙的目的，是为了保证啮合齿面间形成油膜润滑，补偿齿轮副的安装误差与加工误差，以及补偿受力变形和受热变形。齿轮副侧隙不可过小，以免齿轮传动过程中出现卡死或烧伤的现象；但齿轮副侧隙也不能过大，尤其是对于需要经常正反转的传动齿轮，齿轮副侧隙过大将产生反向空行程，引起换向冲击和产生机械滞后现象。,返回,上一页,下一页,9.1 对齿轮传动的基本要求,一般来说，由于齿轮传动的工作场合不同，对上述四方面的要求也有所侧重。例如，精密机床的分度机构、测量仪器的

6、读数机构、自动控制系统使用的齿轮等，这类齿轮的工作载荷与转速都不大，但传动精度的要求很高，主要的使用要求是齿轮传递运动的准确性。对于普通机器的传动齿轮，如汽车、拖拉机，通用减速器中的齿轮和机床的变速齿轮，主要的使用要求是传动的平稳性和载荷分布的均匀性，而对传递运动的准确性要求可低一些，同时应有足够大的齿侧间隙，以便保持润滑油畅通，避免因温度升高而发生咬死故障；但对于需要经常正反转双向传动的齿轮副，则应考虑尽量减小齿侧间隙，以减小反转时的空程误差。对于低速、重载的传力齿轮，如轧钢机、矿山机械、起重机械中的低速、重载齿轮，主要用于传递扭矩，它们的主要使用要求是保证载荷分布的均匀性，同时齿轮辐的齿侧

7、间隙也应较大，以补偿受力变形和受热变形，而对于其他方面的要求可适当降低。,返回,上一页,9.2 齿轮误差的来源,齿轮误差的来源，主要是源于齿轮加工过程中的各种误差。在生产中，切削加工齿轮的方法分为两种：成形法和展成法。成形法是用成形刀具，逐齿间断分度加工齿轮，所得齿轮的精度很低，较少使用；展成法是用齿轮刀具（齿轮插刀、齿轮滚刀等），按齿轮啮合原理加工齿轮，所得齿轮的精度较高，是最主要的齿轮加工方法。高精度齿轮还需进行剃齿或磨齿等精加工，其原理也属于展成法。齿轮加工是一个十分复杂的过程，产生误差的因素很多，由切削加工引起的齿轮误差可分为四类：,返回,下一页,9.2 齿轮误差的来源,1. 齿距误差

8、 齿距误差，是指齿廓相对于齿轮的旋转中心分布不均匀。如图9-1所示，齿轮毛坯呈间隙配合安装在滚齿机工作台的定位心轴上，齿轮毛坯孔的几何中心为O1-O1，工作台定位心轴的中心为O-O，两者不重合存在偏心距e1，e1称为几何偏心；工作台分度蜗轮的中心为O2-O2，由于滚齿机存在制造误差使O2-O2与O-O不可能绝对重合，这个不重合量e2称为运动偏心。齿轮加工过程中存在的几何偏心，使加工所得的齿圈与定位孔不同轴，其结果既使实际齿圈一边的齿高加大另一边的齿高减小，又使实际轮齿的齿距在分度圆周上呈周期性变化（参见图9-2）；齿轮加工过程中存在的运动偏心，使滚齿加工时分度蜗轮与蜗杆的啮合半径发生变化，导致

9、滚齿机工作台周期性地忽快忽慢旋转，加工所得的轮齿齿圈虽无径向偏心，但却存在切线方向的位置错移，使实际轮齿的齿距在分度圆周上等分不均匀，呈周期性变化（参见图9-3）。可见，无论是几何偏心还是运动偏心，其结果都是使加工出来的齿廓相对工件的旋转中心分布不均，产生齿距误差。,返回,上一页,下一页,9.2 齿轮误差的来源,2. 齿形误差 齿形误差，是指加工出来的齿廓不为理论的渐开线。齿形误差主要是由于齿轮加工刀具本身的切削刃廓形误差、齿形角误差、齿轮刀具的轴向窜动和径向跳动、齿坯的径向跳动以及在滚齿机工作台每转一个齿距角内的转速不均等误差引起。 3. 齿向误差 齿向误差，是指加工后的齿面沿基准轴线方向上

10、的形状和位置误差。齿向误差主要是由于刀具进给运动的方向歪斜，以及齿坯安装偏斜等误差引起。,返回,上一页,下一页,9.2 齿轮误差的来源,4. 齿厚误差 齿厚误差，是指加工出来的齿轮齿厚在整个齿圈上不一致。齿厚误差主要是由于刀具铲形面对齿坯中心的位置误差，以及齿轮加工刀具本身的齿廓分布不均引起， 齿轮是一个复杂的组合几何体，加工后的齿轮会产生上述四类误差，使齿轮的设计参数发生变化，影响齿轮传动的质量。因此，必须规定能反映齿轮加工误差的参数作为评定指标，而所规定的评定指标应当是便于检测的。另一方面，齿轮又是一对传动件，齿轮的传动质量最终应体现在其工作状态上。因此，也可规定能直接反映齿轮传动使用要求

11、的齿轮副误差的参数，作为评定齿轮误差的指标。,返回,上一页,9.3 渐开线圆柱齿轮误差项目及测量,为了保证齿轮传动的工作质量，必须控制单个齿轮的误差。在齿轮标准中，齿轮误差、齿轮偏差统称为齿轮误差，并将误差与公差共用一个符号表示，例如M和下偏差2H8与齿厚偏差有如下关系 公法线平均长度极限偏差可用公法线千分尺或公法线指示卡规进行测量，如图= 34所示。测直齿轮公法线时的跨测齿数Y，通常可按下式计算 （取相近的整数） 齿形角为24X的非变位直齿齿轮的公法线长度为,9.4 齿轮副和齿坯的精度,9.4.1 齿轮副的精度 1. 中心距极限偏差fa 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

12、距之差。 fa主要影响齿轮副侧隙。表9-3 为中心距极限偏差数值，供参考。 2. 轴线平行度偏差f、f 如果一对相互啮合的圆柱齿轮的两轴线不平行，如图9-16所示构成空间异面直线，则将影响齿轮副的接触精度，必须加以控制。,返回,下一页,在轴线平面内的平行度偏差f是在两轴线的公共平面内测量的；在垂直平面上的平行度偏差f 是在与轴线公共平面相垂直的平面上测量的。 f与f 的最大推荐值为 式中，L为轴承跨距；b为齿宽。,9.4 齿轮副和齿坯的精度,（9-13）,（9-14）,返回,上一页,下一页,9.4 齿轮副和齿坯的精度,3. 接触斑点 齿轮齿面的接触斑点，是指安装好的齿轮副在轻微制动的条件下，运

13、转后齿面上分布的接触擦亮痕迹。如图9-17所示为接触斑点分布示意图，图中bc1为接触斑点的较大长度，bc2为接触斑点的较小长度； hc1为接触斑点的较大高度，hc2为接触斑点的较小高度。显然，沿齿长方向的接触斑点主要影响齿轮副的承载能力，沿齿高方向的接触斑点主要影响齿轮副的工作平稳性。接触斑点总面积的大小在齿面展开图上用百分比计算，百分比越大，齿轮副的接触分布均匀性越好。 齿轮齿面的接触斑点综合反映了齿轮的加工和安装误差。为了满足齿轮副的齿面载荷分布均匀性要求，齿轮副的接触斑点应不小于规定的百分比。表9-4给出了装配后齿轮副接触斑点的最低要求。,返回,上一页,下一页,9.4 齿轮副和齿坯的精度

14、,接触斑点不是单个齿轮的评定指标，而是一对齿轮在确定的安装条件下的评定指标。 接触斑点的检验方法比较简单：对于成批生产的机床、汽车、拖拉机等中小齿轮，允许在啮合机上与精确齿轮啮合检验；对于较大规格的齿轮副，考虑到操作的方便可行性，可以在安装好的传动副中进行检验，这样做更具有现实意义。 9.4.2 齿坯的精度 齿坯是供制造齿轮用的，齿坯的尺寸偏差、形位误差和表面粗糙度等几何参数误差不仅直接影响齿轮的加工和检验，还影响到齿轮副的接触精度和运行质量，必须加以控制。,返回,上一页,下一页,9.4 齿轮副和齿坯的精度,齿轮的工作基准是转轴的公共基准轴线，而公共基准轴线通常都是由某些基准来确定的，如图9-

15、18和图9-19为两种常用的齿轮结构形式，在此示出其尺寸公差（见表9-5）和形位公差的给定方法，供学习参考。 图9-18所示为用一个“长” 圆柱面（内孔）来确定基准轴线的示例。内孔的尺寸精度可根据与轴的配合性质要求确定，内孔的圆柱度公差t1取0.04(L/b)F或0.1Fp两者中之较小值（L为支承该齿轮的较大的轴承跨距），齿轮基准端面的圆跳动公差t2和齿顶圆径向圆跳动公差t3可参考表9-6选取。齿顶圆直径偏差对轮齿重合度及齿轮顶隙都有影响，有时还用作测量、加工的基准，因此也要给出公差，一般可以按0.05mn给出。,返回,上一页,下一页,9.4 齿轮副和齿坯的精度,图9-19为用两个“短” 圆柱

16、面的公共轴线来确定基准轴线的示例。左右两个短圆柱面是与轴承接触的配合面，其圆度公差t1取0.04(L/b)F或0.1Fp两者中之小值。齿顶圆的径向圆跳动t2按表9-6选取，齿顶圆的直径偏差取0.05mn 。齿面的表面粗糙度可参考表9-7给出。齿轮各基准面的表面粗糙度可参考表9-8给出。,返回,上一页,9.5 渐开线圆柱齿轮精度标准,GB/T 10095.1-2001和GB/T 10095.2-2001对齿轮的精度等级作出了新的规定.本节主要介绍渐开线圆柱齿轮精度等级及其选择、各项齿轮误差数值的查用、根据生产情况合理选择确定齿轮误差的检验组、确定齿轮副侧隙的评定指标及齿坯和箱体的精度、在齿轮零件

17、图中各项要求的标注等内容。 9.5.1 齿轮精度等级及其选择 1. 精度等级 国标规定对圆柱齿轮不区分直齿与斜齿，统一将精度等级由高至低划分为012共13个等级。其中02级精度的齿轮在目前工艺水平状况下尚不能制造，称为有待发展的展望级；35级为高精度等级；68级为中等精度等级，9级为较低精度等级；1012级为低精度等级。表9-9给出了各精度等级齿轮的适用范围和切齿方法，可供参考。,返回,下一页,9.5 渐开线圆柱齿轮精度标准,齿轮副中两个齿轮的精度可以取相同等级，也可以取不同等级。如取不同的精度等级，则按其中精度等级较低者确定齿轮副的精度等级。 齿轮的精度等级确定以后，各级精度的各项评定指标的

18、公差（或极限偏差）值可查表9-10、表911、表9-12。当齿轮的法向模数大于40mm ，分度圆直径大于4000mm，有效齿宽大于630mm时，其公差（或极限偏差）已超出标准表格中的范围，这时可按标准给出的有关公式计算。,返回,上一页,下一页,9.5 渐开线圆柱齿轮精度标准,（9-15）,（9-16）,（9-17）,（9-18）,（9-19）,（9-20）,（9-21）,（9-22）,（9-23）,返回,上一页,下一页,齿轮精度标准中没有给出以下=个公差项目的数值，需要时可按下列计算公式计算： （为分度圆上的螺旋角） （按接触线长度查表9-11 ）,9.5 渐开线圆柱齿轮精度标准,2. 精度等

19、级的选用 选择齿轮精度等级的主要依据是齿轮的用途、使用要求及工作条件。选择齿轮精度等级的方法有计算法和类比法，其中类比法应用最广。类比法是根据以往产品设计、性能试验、使用过程中所积累的经验以及较可靠的技术资料进行对比，从而确定齿轮精度等级的一种方法。表9-13列出了各种常用机械所采用的齿轮精度等级，可供选用时参考。 齿轮在机械传动中应用最多，既传递运动又传递动力，其精度等级与齿轮的圆周线速度密切相关，因此可先计算出齿轮的最高圆周线速度，再参考表9-9确定齿轮精度等级。,返回,上一页,下一页,9.5 渐开线圆柱齿轮精度标准,9.5.2 齿轮辐侧隙的选择 1. 侧隙的规定 为了满足不同场合的使用要

20、求，齿轮副侧隙按齿厚极限偏差的不同，将代号分为14种（参见图9-20）。分别以C、D、E、S这14种代号表示。14种齿厚极限偏差的标准值的大小，是以齿距极限偏差fpt的不同倍数来区分的（参见表9-14 ）。选取其中两个字母组成侧隙代号，前一个字母表示齿厚上偏差，后一个字母表示齿厚下偏差。 这是一种“基中心距制”的侧隙形成方法，即中心距保持不变，通过改变齿厚的极限偏差来形成不同的齿侧间隙。从图9-20可以看出，齿厚上偏差(Esns)多为负值。,返回,上一页,下一页,9.5 渐开线圆柱齿轮精度标准,（9-24）,返回,上一页,下一页,2. 齿厚极限偏差的确定 （1）确定齿轮副所需的法向最小侧隙。应

21、当根据齿轮的工作条件，来确定齿轮副所需的法向侧隙。其中，法向最小侧隙jnmin应保证正常润滑，并足以补偿齿轮工作时因温度升高而引起的变形。 （2）确定齿厚的上偏差。确定齿轮齿厚的上偏差Esns1和下偏差Esns2时，除应考虑保证形成齿轮副所需的最小侧隙外，还要考虑补偿由于齿轮的制造误差和安装误差所引起的齿轮副侧隙减少量。一般情况下，两个齿轮的齿厚上偏差为等值分配，即：Esns1 =Esns2 =Esns，此时 若两个齿轮的齿厚上偏差采用不等值分配，一般大齿轮的齿厚减薄量应当略大于小齿轮的齿厚减薄量，以尽量避免削弱小齿轮的轮齿强度。,9.5 渐开线圆柱齿轮精度标准,9.5.3 齿轮公差检验组的项

22、目选用 在选择齿轮公差检验组的项目时，应根据齿轮的规格、用途、生产规模、精度等级、齿轮加工方式、计量仪器、检验目的等因素综合分析，进行合理选择。 （1）齿轮加工方式：齿轮加工时，不同的加工方式将会产生不同的齿轮误差。例如：滚齿加工时，滚齿机工作台的分度蜗轮偏心，将使工件产生公法线长度变动偏差；磨齿加工时的分度机构误差，将产生齿距累积偏差，故应根据不同的加工方式选用不同的齿轮公差检验项目。 （2）齿轮精度：如果被加工齿轮的精度要求较低，齿轮加工机床的精度足够可以保证图纸要求时，由齿轮加工机床引起的齿轮误差可不检验。如果被加工齿轮的精度要求高，则可选用综合性的齿轮误差检验项目，以全面反映齿轮加工的

23、质量。,返回,上一页,下一页,9.5 渐开线圆柱齿轮精度标准,（3）检验目的：终结检验时应选用综合性的检验项目；工艺检验时可选用单项检验指标，以便于分析产生齿轮误差的原因。 （4）齿轮规格：直径744AA的齿轮可以放在固定仪器上进行检验。较大尺寸的齿轮一般采用量具放在齿轮上进行单项检验。 （5）生产规模：大批量生产齿轮时，应采用综合性的齿轮检验项目，以提高检验效率；单件小批生产时，一般可采用单项检验项目。 （6）设备条件：选择检验项目时，还应考虑工厂现有的仪器设备条件，以及习惯的检验方法。,返回,上一页,下一页,9.5 渐开线圆柱齿轮精度标准,齿轮精度标准GB/T 10095.1-2001、G

24、B/T 10095.2-2001及其指导性技术文件中给出的齿轮误差项目虽然很多，但作为评价齿轮质量的客观标准，齿轮质量的检验项目应该主要是单项指标，即齿距误差(Fp、fpt、Fpk)、齿廓总误差F、螺旋线总误差F （直齿轮为齿向公差F ），以及齿厚偏差Esn 。标准中给出的其他参数，一般不是必检项目，可以根据供需双方的具体要求进行协商确定，从而体现了设计第一的思想。 根据我国多年来的生产实践及目前齿轮生产的质量控制水平，建议供需双方依据齿轮的功能要求、生产批量和检测手段，在以下推荐的检验组中选取一个检验组来评定齿轮的精度等级。见表9-15。,返回,上一页,下一页,9.5 渐开线圆柱齿轮精度标准

25、,9.5.4 齿轮的图样标注方法 1. 齿轮精度等级的标注方法 国家标准规定：在文件需叙述齿轮精度要求时，应注明GB/T 10095.1-2001或GB/T 10095.2-2001。 当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。如齿轮的检验项目同为7级，则标注为 7GB/T 10095.1-2001或7GB/T 10095.2-2001 当齿轮检验项目的精度等级不同时，如齿廓总误差F为6级，而齿距积累总误差Fp和螺旋线总误差F均为7级时，则标注为 6(F)7(Fp 、 F)GB/T 10095.1-2001,返回,上一页,下一页,9.5 渐开线圆柱齿轮精度标准,若偏差 、 均

26、按GB/T 10095.2-2001要求，精度均为6级，则标注为 6( 、 ) GB/T 10095.2-2001 2. 齿厚偏差的标注方法 1） 其中Sn为法向公称齿厚，Esns为齿厚上偏差，Esni为齿厚下偏差。 2） 其中Wk为跨k 个齿的公法线公称长度，Ebns为公法线长度上偏差，Ebni为公法线长度下偏差。 3. 齿轮的零件图样标注示例 图9-21所示为齿轮的零件图样标注示例，供参考。,返回,上一页,下一页,9.5 渐开线圆柱齿轮精度标准,9.5.5 渐开线圆柱齿轮精度标准提要 齿轮传动有四项使用要求，即传递运动的准确性、传递运动的平稳性、载荷分布的均匀性、合理的齿轮副侧隙。这不仅是

27、齿轮设计、制造和使用的出发点，也是制定齿轮精度标准的出发点。 齿轮精度的评定指标很多，国家标准中规定了相应的各项误差指标。2001年国家新颁布了GB/T 10095.1-2001和GB/T 10095.2-2001，在该齿轮精度标准中，规定将齿轮误差、偏差统称为齿轮误差，将误差与公差共用一个符号表示，同时还规定了侧隙的评定指标。单项要素所用的误差符号用小写字母（如f ）加相应的下标组成，而表示若干单项要素误差组成的“累积” 或“总” 误差所用的符号，采用大写字母（如F）加相应的下标表示。,返回,上一页,下一页,9.5 渐开线圆柱齿轮精度标准,齿轮精度标准中的误差项目较多，学习时可采用比较法，注意搞清楚各项不同指标的实质及异同，明确各项评定指标的代号、定义、作用及检测方法。在齿轮公差检验组项目的选用方面，应学会使用书中所列表格，根据齿轮的具体生产条件和检测手段进行合理选择。 齿轮精度共分13级，其中5级精度为基本等级，68级为中等精度等级，应用最为广泛。确定精度等级的方法是，从齿轮的具体工作情况出发，全面考虑，合理选择。,返回,上一页,图9-1 滚齿加工示意,1分度蜗杆；2齿坯；3滚刀；4蜗杆；5蜗轮,返回,图9-2 具有几何偏心的齿轮,返回,图9-3 具有运动偏心的齿轮,