互换性与测量技术极限配合与测量技术第八章齿轮精度设计

第八章圆柱齿轮的互换性一、渐开线圆柱齿轮传动精度要求运动精度：是指传递运动的准确性。为了保证齿轮传动的运动精度，应限制齿轮一转中最大转角误差。运动平稳性精度：要求齿轮运转平稳，没有冲击、振动和噪声。要限制一齿距角范围内转角误差的最大值。接触精度：要求齿轮在接触过程中，载荷分布要均匀，接触良好，以免引起应力集中，造成局部磨损，影响齿轮的使用寿命。齿侧间隙：在齿轮传动过程中，非接触面一定要有合理的间隙。一方面为了贮存润滑油，一方面为了补偿齿轮的制造和变形误差。二、不同用途各有偏重上述4项要求，对于不同用途、不同工作条件的齿轮其侧重点也应有所不同。如：对于分度机构，仪器仪表中读数机构的齿轮，齿轮一转中的转角误差不超过12，甚至是几秒，此时，传递运动准确性是主要的；对于高速、大功率传动装置中用的齿轮，如汽轮机减速器上的齿轮，圆周速度高，传递功率大，其运动精度、工作平稳性精度及接触精度要求都很高，特别是瞬时传动比的变化要求小，以减少振动和噪声；对于轧钢机、起重机、运输机、透平机等低速重载机械，传递动力大，但圆周速度不高，故齿轮接触精度要求较高，齿侧间隙也应足够大，而对其运动精度则要求不高。三、渐开线圆柱齿轮的制造误差影响上述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。为了便于分析齿轮的各种制造误差对齿轮传动质量的影响，按误差相对于齿轮的方向特征，可分为径向误差、切向误差和轴向误差；齿轮为圆周分度零件，其误差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，它主要影响工作平稳性。1、几何偏心误差2、运动偏心误差以上两项误差均以齿坯一转为周期，是长周期误差。3、短周期误差机床分度蜗杆误差影响，如蜗杆为单头，蜗轮为n牙，则在蜗轮（齿坯）一转中产生n次误差。滚刀偏心（ed）、轴线倾斜及轴向窜动。此误差使加工出的齿轮径向和轴向都产生误差，如滚刀单头，齿轮z牙，则在齿坯一转中产生z次误差。滚刀本身的基节、齿形等制造误差。此误差会复映到被加工齿轮的每一齿上，使之产生基节偏差和齿形误差。以上三项误差在齿坯一转中多次重复出现，为短周期误差。四、圆柱齿轮精度的评定指标运动精度第公差组平稳性第公差组接触精度第公差组侧隙齿厚偏差1、运动精度的评定指标（第公差组）：（1）切向综合误差（Fi）切向综合误差（Fi）指被测齿轮与理想精确的测量齿轮单面啮合时，在被测齿轮一转内，实际转角与公称转角之差的总幅度值。它以分度圆弧长计值。Fi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。（2）齿距累积误差（Fp）及K个齿距累积误差（Fpk）（3）齿圈径向跳动（Fr）齿轮一转范围内，测头在齿槽内与齿高中部双面接触，测头相对于齿轮轴线的最大变动量称齿圈径向跳动。Fr主要反映由于齿坯偏心引起的齿轮径向长周期误差。可用齿圈径向跳动检查仪测量，测头可以用球形或锥形。（4）径向综合误差（Fi）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称为径向综合误差Fi。径向综合误差主要反映由几何偏心引起的径向误差及一些短周期误差。被测齿轮由于双面啮合综合测量时的啮合情况与切齿时的啮合情况相似，能够反映齿轮坯和刀具安装调整误差，测量所用仪器远比单啮仪简单，操作方便，测量效率高，故在大批量生产中应用很普通。但它只能反映径向误差，且测量状况与齿轮实际工作状况不完全相符。（5）公法线长度变动（Fw）在被测齿轮一周范围内，实际公法线长度的最大值与最小值之差称为公法线长度变动，Fw=WmaxWmin。公法线长度的变动说明齿廓沿基圆切线方向有误差，因此公法线长度变动可以反映滚齿时由运动偏心影响引起的切向误差。由于测量公法线长度与齿轮基准轴线无关，因此公法线长度变动可用公法线千分尺、公法线卡尺等测量。2、平稳性的评定指标（1）一齿切向综合误差（fi）实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。（2）一齿径向综合误差（fi）被测齿轮与理想精确的测量齿轮双面啮合时，在被测齿轮一齿角内的最大变动量。在双啮仪上测量简单，操作方便，故该项目适用于大批量生产的场合。（3）基节偏差（fpb）基节偏差是指实际基节与公称基节之差。基节偏差可用基节仪和万能测齿仪进行测量。（4）齿形误差（ff）齿形误差是在端截面上，齿形工作部分内（齿顶部分除外），包容实际齿形且距离为最小的两条设计齿形间的法向距离。设计齿形可以根据工作条件对理论渐开线进行修正为凸齿形或修缘齿形。齿形误差会造成齿廓面在啮合过程中使接触点偏离啮合线，引起瞬时传动比的变化，破坏了传动的平稳性。（5）齿距偏差（fpt，fpx）齿距偏差是指在分度圆上，实际齿距与公称齿距之差。3、接触精度的评定指标：接触线百分比齿轮工作时，两齿面接触良好，才能保证齿面上载荷分布均匀。（1）齿形误差ff会影响两齿面的接触(齿高方向）（2）齿向误差（F）：在分度圆柱面上，齿宽有效部分范围内（端部倒角部分除外），包容实际齿线且距离为最小的两条设计齿向线之间的端面距离为齿向误差。（齿宽方向）（3）接触线误差（Fb）：在斜齿轮基圆切平面内，平行于接触线并包容接触线的平行线间距离。4、侧隙的评定指标齿侧间隙定义：主从动齿轮非啮合齿面间的距离功用：补偿热胀冷缩的影响、减小传动阻力、储存润滑油、太大则形成回程运动死区侧隙形成途径：1)箱体中心距加大；2)将轮齿减薄。工程上采用：基中心距制减薄齿厚的方法获得齿侧间隙加工制造方法：齿厚减薄量是通过调整刀具与毛坯的径向位置而获得的影响侧隙的因素：几何偏心和运动偏心也会引起齿厚不均匀，使齿轮工作时的侧隙也不均匀。评定指标：齿厚偏差（ES），公法线平均长度偏差（EWm）（1）齿厚偏差（ES）齿厚偏差是指在齿轮分度圆柱面上，齿厚的实际值与公称值之差。对于斜齿轮，指法向齿厚。为了保证一定的齿侧间隙，齿厚的上偏差（ESS），下偏差（ESi）一般都为负值。（2）公法线平均长度偏差（EWm）公法线平均长度偏差EW是指在齿轮一周内，公法线长度平均值与公称值之差。即：EWm=（W1+W2+Wz）/zW公称齿轮因齿厚减薄使公法线长度也相应减小，所以可用公法线平均长度偏差作为反映侧隙的一项指标。通常是通过跨一定齿数测量公法线长度来检查齿厚偏差的。五、渐开线圆柱齿轮传动精度的设计1、齿轮精度等级的确定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。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误差代号去掉；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、公差值计算公式及齿轮副的有关公差列于表。（1）a.齿轮的用途；b.使用要求；c.传递功率；d.圆周速度；e.其它技术要求；f.工艺及经济性。（2）齿轮3个公差组，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。圆周线速度确定第公差组的精度等级运动准确性确定第公差组传递的功率确定第公差组，一般采用和第公差组相同的精度等级。2、齿轮副的最小法向极限侧隙jnmin齿轮副的最小极限侧隙工作时的温度和润滑条件确定，与齿轮的精度等级无关。高温工作的传动齿轮，为保证正常润滑，避免发热卡死，要求有较大的侧隙；而需正反转或读数机构的齿轮，为避免空程，则要求较小的侧隙。故设计选定的最小法向极限侧隙jnmin。jnmin应等于为补偿温升变形而引起的最小侧隙量jn1和为保证齿轮工作面的正常工作润滑所需的最小侧隙jn2之和。即：jnmin=jn1+jn23、侧隙获得方法和齿厚极限偏差代号国标规定了14种齿厚极限偏差的数值，并用14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值均以齿距极限偏差（fpt）的倍数表示。4、标注示例例：766GMGB1009588 表示齿轮第、公差组的精度分别为7级、6级、6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：例：7 F1009588表示齿轮第、公差组的精度同为7级，齿厚上、下偏差代号分别为F、L。