《圆柱齿轮精度》PPT课件.ppt

渐开线圆柱齿轮精度 7 1概述7 2圆柱齿轮同侧齿面精度指标7 3圆柱齿轮径向综合偏差的精度指标7 4齿轮的侧隙和接触斑点7 5齿轮坯 齿轮轴中心距和轴线平行度7 6圆柱齿轮的精度设计 一 概述 传递运动的准确性 运动精度 传动平稳性 要求 齿轮在一齿范围内瞬时传动比 瞬时转角 变化尽量小 1 圆柱齿轮传动的使用要求 要求 从动齿轮在一转范围内的最大转角误差不超过规定的数值 以使齿轮在一转范围内传动比的变化尽量小 一 概述 载荷分布的均匀性 要求 齿轮副啮合传动时 非工作齿面间应留有一定的间隙 齿侧间隙 要求 必须保证啮合齿面沿齿宽和齿高方向的实际接触面积 以满足承载的均匀性要求 1 圆柱齿轮传动的使用要求 不同工作条件和不同用途的齿轮对上述四项使用要求的侧重点会有所不同 精密机床 控制系统的分度齿轮和测量仪器的读数齿轮汽车 拖拉机和机床的变速齿轮起重机械 矿山机械等重型机械中的低速重载齿轮汽轮机和涡轮机中的高速重载齿轮 产生齿轮加工误差的原因很多 其主要来源于齿轮加工系统中的机床 刀具 夹具和齿坯的加工误差及安装 调整误差 2 齿轮加工误差的主要来源及其特性 按误差产生的方向 按误差在齿轮一转中出现的次数 二 齿轮的评定指标及其测量 GB T10095 1 2008 轮齿同侧齿面偏差的定义和允许值 GB T10095 2 2008 径向综合偏差和径向跳动的定义和允许值 GB Z18620 1 4 2008 圆柱齿轮检验实施规范 给出了齿轮评定项目的允许值及规定了检测齿轮精度的实施规范 第一节圆柱齿轮同侧齿面的精度指标 圆柱齿轮同侧齿面的精度适用于通用机械和重型机械中的单个渐开线齿轮 一般齿轮精度的检验项目主要从齿距 齿形和齿向等三个方面加以检测 必检的基本参数有单个齿距偏差 fpt 齿距累积总偏差 FP 齿廓总偏差和螺旋线总偏差 单个齿距偏差反映的是齿轮在转过一个齿距角 360 z 内的角度变化误差 当齿轮存在单个齿距偏差时 一对齿啮合完毕而另外一对齿进入啮合时会有冲击 将影响齿轮传动的平稳性 第一节圆柱齿轮同侧齿面的精度指标 必检 一 单个齿距偏差 fpt 单个齿距偏差指在端截面上 在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 Fp是指齿轮同侧齿面任意圆弧段 k 1至k z 内实际弧长与理论弧长的代数差 它等于齿距累积偏差的最大偏差与最小偏差的代数差 二 齿距累积偏差FPK 影响齿轮传动的准确性 1 齿距累积总偏差Fp 2 k个齿的齿距累积偏差 任意k个齿距的实际弧长与理论弧长的代数差 理论上它等于这k个齿距的各单个齿距偏差的代数和 标准规定一般k等于2到不大于z 8的圆周上评定 三 齿廓总偏差 齿廓总偏差是指在齿轮的端平面上 其计值范围内 包容实际齿廓曲线的两条设计齿廓曲线间的法向距离 因为有齿廓总偏差的齿轮 其齿廓不是标准正确渐开线 不能保证瞬时传动比为常数 所以容易产生振动和噪声 所以影响传动平稳性 四 螺旋线总偏差 螺旋线总偏差是指在计值范围内 包容实际螺旋线的两条设计螺旋线迹线间的距离 即在分度圆柱面上 齿宽有效部分范围内 端部倒角部分除外 包容实际迹线且距离为最小的两条设计迹线之间的端面距离 影响载荷分布均匀性 二 圆柱齿轮径向综合偏差的精度指标及检测 齿轮在加工时存在齿坯在机床上的定位误差 刀具的径向圆跳动 以及齿坯轴与刀具轴位置做周期性变化 必将产生齿轮的径向加工误差 齿轮径向综合偏差的精度指标有径向综合总偏差 Fi 一齿径向综合偏差 fi 和径向跳动 Fr 是指在径向 双面啮合 综合检查时 产品齿轮的左右面同时与检测齿轮接触 转过一周时出现的双啮中心距最大值与最小值之差 影响齿轮传递运动的准确性 合格条件 Fi Fi 1 径向综合总偏差 Fi 1 径向综合总偏差 Fi 被测齿轮 测量齿轮 指示表 记录器 2 一齿径向综合偏差 fi 是指产品齿轮啮合一周时 对应一个齿距角内 360 z 出现的双啮中心距最大变化量 影响齿轮传动平稳性 合格条件 fi fi 3 径向跳动 Fr是指测头依次置于每个齿槽内时 测头相对于齿轮基准轴线的最大与最小径向距离之差 相当于 Fi 合格条件 Fr Fr 影响齿轮传递运动的准确性 影响传递运动准确性 影响传递运动平稳性 影响载荷分布均匀性 三 齿轮的侧隙和接触斑点的检验1 齿轮副最小侧隙jbnmin是指两个相配的齿轮工作齿面接触时 在两个非工作齿面之间所形成的间隙 侧隙的作用 a 储存润滑油b 补偿热变形 计算公式 式中a为齿轮中心距 三 齿轮的侧隙和接触斑点的检验2 齿厚的评价指标侧隙的大小取决于齿轮安装的中心距和齿厚的大小 三 齿轮的侧隙和接触斑点的检验2 齿厚的评价指标在制造齿轮时 主要控制齿厚的减薄量来保证适当的侧隙 三 齿轮的侧隙和接触斑点的检验2 齿厚的评价指标齿厚 指在分度圆柱上法向平面的齿的厚度 公称齿厚Sn为弧长 三 齿轮的侧隙和接触斑点的检验2 齿厚的评价指标 齿厚上偏差Esns的计算 齿厚下偏差Esni的计算 分度圆弦齿高公称值hc的计算 分度圆弦齿厚公称值Snc的计算见教材P127 齿轮卡尺 分度圆弦齿高hc 分度圆弦齿高Snc 齿轮卡尺 三 齿轮的侧隙和接触斑点的检验3 公法线长度偏差齿厚偏差还可以通过测量公法线长度偏差来实现 公法线长度Wk 齿轮上k个轮齿的两端异向齿廓间所包含的一段基圆圆弧 即基圆切线段的长度 三 齿轮的侧隙和接触斑点的检验3 公法线长度偏差 三 齿轮的侧隙和接触斑点的检验3 公法线长度偏差公法线长度偏差 Ew 实际公法线长度Wa与公称公法线长度Wk之差 Ew Wa Wk合格条件 Ewi Ew Ews 三 齿轮的侧隙和接触斑点的检验4 齿轮的接触斑点加工好的一对齿轮装在箱体内或者装在配对啮合试验台上 在轻微受载下 运转后齿面的接触痕迹 三 齿轮的侧隙和接触斑点的检验4 齿轮的接触斑点接触斑点用沿齿高方向和沿齿宽方向的百分数来表示 可以评价齿轮的载荷分布情况 可用其代替 F 三 齿轮的侧隙和接触斑点的检验4 齿轮的接触斑点表7 5齿轮装配后的接触斑点GB Z18620 4 2008 四 齿轮坯 齿轮轴中心距和轴线平行度的精度1 齿轮坯精度是指在轮齿加工前供制造齿轮的工件 齿轮坯基准表面的精度对齿轮的加工精度和安装精度影响很大 用控制齿轮坯精度来保证和提高齿轮的加工精度是一项有效的技术措施 四 齿轮坯 齿轮轴中心距和轴线平行度的精度1 齿轮坯精度齿轮坯主要分两种形式 齿轮轴 带孔盘形齿轮 1 齿轮坯精度 齿轮轴 a 两个轴颈直径尺寸公差 通常按相配滚动轴承的要求确定 1 齿轮坯精度 齿轮轴 b 两个轴颈分别对齿轮基准轴线的径向圆跳动公差 tr 0 3FP 1 齿轮坯精度 齿轮轴 c 齿顶圆柱面直径尺寸公差 作测量齿厚的基准 不作测量齿厚的基准 1 齿轮坯精度 齿轮轴 d 齿顶圆柱面作测量齿厚的基准时 对齿轮基准轴线的径向圆跳动公差 tr 0 3FP 1 齿轮坯精度 带孔盘形齿轮a 基准孔直径尺寸公差 b 基准端面对基准轴线的轴向圆跳动公差tt 0 2 Dd b F tt 1 齿轮坯精度 带孔盘形齿轮c 齿顶圆柱面直径尺寸公差 d 齿顶圆柱面对齿轮基准轴线的径向圆跳动公差tr 0 3FP tr 1 齿轮坯精度基准面与安装面的形状公差 摘自GB Z18620 3 2008 a 齿轮坯的公差应减至能经济地制造的最小值 1 齿轮坯精度表7 9齿坯尺寸公差 a 当齿轮的检测参数精度等级不同时 按其中的最高精度等级确定齿坯公差 1 齿轮坯精度表7 9齿坯尺寸公差 b 当齿顶圆不作测量基准时 其尺寸公差按IT11给定 但不得大于0 1mn法向模数 2 齿轮中心距偏差 实际中心距与公称中心距之差 3 齿轮轴线平行度公差齿轮轴的平行度偏差将影响齿轮啮合的螺旋线偏差 导致承载能力的下降 3 齿轮轴线平行度公差垂直面上平行度公差的推荐最大值为 3 齿轮轴线平行度公差轴线平面内平行度公差的推荐最大值为 4 齿轮表面粗糙度的确定轮齿表面的粗糙度将对轮齿的传动精度 噪声 振动 表面承载能力 表面点蚀 胶合和磨损 以及弯曲强度 齿根过渡曲面状况 产生影响 国标GB Z18620 4分别推荐了算术平均偏差Ra和轮廓最大高度Rz的极限值 轮齿表面粗糙度标注在齿轮的分度圆上 4 齿轮表面粗糙度的确定算术平均偏差Ra的推荐值 摘自GB Z18620 4 2008 五 圆柱齿轮的精度设计圆柱齿轮的精度设计包括 a 选择齿轮的精度等级 b 选择齿轮的检验项目 c 选择齿坯的尺寸公差 几何公差和表面粗糙度 d 箱体的精度设计 五 圆柱齿轮的精度设计1 齿轮精度等级的标注当齿轮所有检测项目的公差等级相同时 可标注齿轮精度等级和标准号 例如 7GB T10095 1 8GB T10095 2 9GB T10095 1 2 五 圆柱齿轮的精度设计1 齿轮精度等级的标注当齿轮检测项目的公差等级不同时 图样上可按齿轮传递运动准确性 齿轮传动平稳性和轮齿载荷分布均匀性的顺序分别标注它们的精度等级及带括号的对应公差 极限偏差符号和标准号 例如 8 Fp fpt F 7 F GB T10095 1 GB T10095 1 2 2008分别规定了13个精度等级 双啮精度指标公差和除外 分别用阿拉伯数字0 1 2 3 12来表示 其中0级精度最高 以后各级精度依次降低 12级精度最低 和分别规定了9个精度等级 4 5 6 12 5级精度是各级精度的基础级 五 圆柱齿轮的精度设计2 齿轮精度等级的选择 五 圆柱齿轮的精度设计2 齿轮精度等级的选择表7 12齿轮精度等级的应用范围 表7 13齿轮精度等级的适用范围 五 圆柱齿轮的精度设计3 齿轮精度设计示例 带孔齿轮精度设计示例 已知 两斜齿轮Z1 27 Z2 103 法面模数mn 2 5mm 法面压力角 n 20 轴承间跨距L 150mm 分度圆螺旋角 14 42 11 分度圆直径d1 69 784mm d2 266 215mm 齿宽b2 64mm 转速n2 379r min 齿轮内孔直径d 56mm 大齿轮齿面硬度为200HBS 齿轮材料为45号钢正火处理 齿轮的精度设计a 选取齿轮精度等级求大齿轮的圆周速度根据表7 12 表7 13选取齿轮传递运动准确性传动平稳性和载荷分布均匀性精度等级都为8级 齿轮的精度设计b 选择齿轮精度检测指标单个齿距偏差的极限偏差fpt 齿距累积总公差Fp 齿廓总公差F 和螺旋线总公差F 以及公法线长度极限偏差Wk Ews Ewi 查齿轮公差附表7 1 附表7 2可得 fpt 18 m Fp 70 m F 25 m F 29 m 齿轮的精度设计c 计算齿厚极限偏差 齿轮的精度设计d 公法线长度计算公称长度Wk 齿坯的精度设计a 尺寸公差设计 查表7 9 测量公法线检验侧隙 齿顶圆不作为测量基准 取尺寸公差带代号为 271 215h11 不满足小于0 1mn 故选择 齿轮内孔为安装基准面 取为 56H7 平键槽按平键联结公差标准设计 取正常联结 轮毂键槽宽度为16JS9 槽深为 齿坯的精度设计b 几何公差设计 查表7 7 表7 8 内孔圆柱度公差取0 1Fp 0 1 70 7 m或0 04 L b F 3 m两者之中的小值 齿轮两端面为轴向定位基准 标注轴向圆跳动公差tt 0 2 Dd b F 0 2 259 965 64 29 23 559 m 圆整后取为 tt 22 m 0 022mm 齿坯的精度设计b 几何公差设计 查表7 7 表7 8 键宽中心面按平键联结公差标准标注对称度公差 以键宽为主参数查附表3 4 取8级或9级 本例取9级为40 m c 表面粗糙度设计因齿面硬度小于350HBS为软齿面 查表7 11齿面取为Ra 6 3 m 齿顶圆按附表7 5选取Ra 6 3 m 齿坯的精度设计c 表面粗糙度设计 附表7 5 内孔安装定位需磨削取Ra 1 6 m 齿轮轴向两个定位的端面取Ra 3 2 m 键宽侧面取常用值Ra 3 2 m 键槽底面取常用值Ra 6 3 m 其余取Ra 12 5 m 带孔齿轮精度设计实例 五 圆柱齿轮的精度设计3 齿轮精度设计示例 齿轮轴精度设计示例 已知 两直齿轮Z1 32 Z2 89 m 3mm 分度圆压力角 20 轴承间跨距L 130mm 齿宽b1 80mm 转速n1 325r min 小齿轮齿面硬度为235HBS 齿轮材料为45号钢调质处理 为大批量生产 小齿轮轴的精度设计a 选取齿轮精度等级计算小齿轮的圆周速度根据表7 12 表7 13选取齿轮传递运动准确性传动平稳性和载荷分布均匀性精度等级都为9级 小齿轮轴的精度设计b 选择齿轮精度检测指标 测量效率要高 一齿径向综合公差fi 齿轮径向综合总公差Fi 齿面接触斑点 公法线长度极限偏差Wk Ews Ewi 查齿轮公差附表7 3可得 fi 41 m Fi 102 m 小齿轮轴的精度设计b 选择齿轮精度检测指标 测量效率要高 一齿径向综合公差fi 齿轮径向综合总公差Fi 齿面接触斑点 公法线长度极限偏差Wk Ews Ewi 查齿轮公差表7 5可得 bc1 25 hc1 50 bc2 25 hc2 30 小齿轮轴的精度设计c 计算齿厚极限偏差 小齿轮轴的精度设计d 公法线长度计算公称长度Wk 小齿轮坯的精度设计由于小齿轮的齿顶圆直径小于160mm 所以齿轮采用整体式结构 按中心孔为基准面的齿轮设计 小齿轮坯的精度设计a 尺寸公差设计 查表7 9 测量公法线检验侧隙 齿顶圆不作为测量基准 取尺寸公差带代号为 开平键槽段轴径采用 30m6 平键槽按平键联结公差标准设计 取正常联结 轴键槽宽度为槽深为 装轴承内圈的两段直径根据轴承公差标准设计采用 40k6 其他采用未注尺寸公差GB T1804 m 小齿轮坯的精度设计b 几何公差设计 查表7 7 表7 8 内孔圆柱度公差取0 1Fp 0 1 70 7 m或0 04 L b F 3 m两者之中的小值 齿轮两端面为轴向定位基准 标注轴向圆跳动公差tt 0 2 Dd b F 0 2 259 965 64 29 23 559 m 圆整后取为 tt 22 m 0 022mm 小齿轮坯的精度设计b 几何公差设计 查表7 7 表7 8 键宽中心面按平键联结公差标准标注对称度公差 以键宽为主参数查附表3 4 取8级或9级 本例取8级为15 m c 表面粗糙度设计因齿面硬度小于350HBS为软齿面 查表7 11齿面取为Ra 6 3 m 齿顶圆按附表7 5选取Ra 6 3 m 小齿轮坯的精度设计c 表面粗糙度设计 附表5 4 安装轴承内圈的两段直径取为Ra 0 8 m 轴承两个轴向定位的轴肩取Ra 3 2 m 键宽侧面取常用值Ra 3 2 m 键槽底面取常用值Ra 6 3 m 其余取Ra 12 5 m