漸開線圓柱齒輪精度設計與檢測

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漸開線圓柱齒輪精度設計與檢測,第9章,9.1 概 述,9.1.1 齒輪傳動的基本概念,齒輪傳動是機械傳動中最主要的一類傳動，主要用來傳遞運動 和動力。由于齒輪傳動具有傳動效率高、結構緊湊、承載能力大、 工作可靠等特點，已廣泛應用于汽車、輪船、飛機、工程機械、農 業(yè)機械、機床、儀器儀表等機械產品中。,齒輪傳動一般是由齒輪、軸、軸承、鍵等零件組成。齒輪傳動 的質量不僅與各個組成零件的制造質量直接有關，還與各個零件之 間的裝配質量密切相關。,9.1.1 齒輪傳動的基本概念,齒輪傳動的質量對機械產品的工作性能、承載能力、工作精度 及使用壽命等都有很大的影響。為了保證齒輪傳動的質量和互換性， 有必要研究齒輪誤差對使用性能的影響，探討提高齒輪加工和測量 精度的途徑，并制訂出相應的精度標準。,9.1.1 齒輪傳動的基本概念,GB/T 10095.1~2—2001《漸開線圓柱齒輪 精度》,GB/Z 18620. 1~4—2002《圓柱齒輪 檢驗實施規(guī)范,9.1.2 齒輪傳動的使用要求,要求齒輪在一轉范圍內，其傳動比變化不大，以保證準確傳遞 回轉運動或準確分度。理論上，漸開線圓柱齒輪的傳動比是恒定的； 但實際上，由于加工誤差的影響，齒廓相對于旋轉中心分布不均， 且漸開線也不是理論的漸開線。因此，在齒輪傳動中必然會引起傳 動比的變動。,1、傳遞運動的準確性,要求齒輪在一齒范圍內，其瞬時傳動比變化不大，以保證傳動平 穩(wěn)，減少振動、沖擊和噪聲。由于受齒形誤差、齒距誤差等影響，即 使齒輪轉過很小的角度都會引起轉角誤差，造成瞬時傳動比的變化。 瞬時傳動比的變化是振動、沖擊和噪聲的根源。,9.1.2 齒輪傳動的使用要求,2、傳動平穩(wěn)性,要求齒輪在嚙合時，齒面接觸良好，以保證載荷分布均勻，防止 引起應力集中，從而影響齒輪的使用壽命。,9.1.2 齒輪傳動的使用要求,3、承載均勻性,要求齒輪嚙合時，非工作齒面應具有一定的間隙，以便貯存潤 滑油和補償齒輪傳動受力后的彈性變形、熱膨脹以及補償齒輪傳動 元件的制造、裝配誤差，防止卡死或燒傷。同時，側隙又不能過大， 以免增大沖擊、噪聲和空程誤差。,9.1.2 齒輪傳動的使用要求,4、齒側間隙的合理性,9.2 漸開線圓柱齒輪的加工誤差,齒輪的加工誤差主要來源于組成工藝系統(tǒng)的機床、刀具、夾具、 齒坯的制造與安裝誤差。,現以最常見的滾齒加工為例，將產生誤差的因素歸納為以下幾個方面：,指齒坯在機床上加工時的安裝偏心。這是由于齒坯定位孔與機床 心軸之間有間隙，使齒坯定位孔中心（0ˊ- 0ˊ）與機床工作臺的回 轉中心（0 - 0）不重合而產生的。,1、幾何偏心,指機床分度蝸輪中心（0〞- 0〞）與工作臺回轉中心（0 - 0） 不重合所引起的偏心。,2、運動偏心,主要是指分度蝸桿的徑向跳動和軸向竄動等引起的輪齒的 高頻誤差。,3、機床傳動鏈的高頻誤差,指滾刀的齒形誤差、徑向跳動、軸向竄動和刀具軸心線的安裝 傾斜誤差等。,4、滾刀的制造和安裝誤差,由于滾齒過程是滾刀對齒坯的周期性連續(xù)切削過程，因而加工 誤差具有周期性，這是齒輪誤差的特點。在上述4方面產生的齒輪加 工誤差中，前2項是以齒輪一轉為周期的，稱為長周期誤差（即低頻 誤差）；后2項是以分度蝸桿一轉或齒輪一齒為周期的，在齒輪一轉 中多次重復出現，稱為短周期誤差（即高頻誤差）。,齒輪的加工誤差還可按相對于齒輪的方向不同，分為徑向誤差 （如由幾何偏心、刀具徑向跳動等原因引起的誤差），切向誤差（ 如由運動偏心、刀具軸向竄動等原因引起的誤差）和軸向誤差（如 滾刀沿齒坯軸向移動的誤差）。,9.3 單個漸開線圓柱齒輪的精度評定指標,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,一、齒距（位置）精度控制指標,齒距精度控制指標包括：單個齒距偏差 、齒距累積偏差 和齒距 累積總偏差 。齒距精度控制指標是單個齒輪精度的重要檢測指標。,,,,1、單個齒距偏差,,指在齒輪端平面上，在接近齒高中部的一個與齒輪軸線同心 的圓上，實際齒距與理論齒距的代數差。,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,產生的原因：主要是在滾齒加工中分度蝸桿的跳動引起的。 它的存在，無論是正值還是負值，都會使一對剛進入嚙合的齒輪 發(fā)生沖撞，從而影響傳動平穩(wěn)性。,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,2、齒距累積偏差,,指任意個齒距的實際弧長與理論弧長的代數差。理論上它等于 這個齒距的各單個齒距偏差的代數和。一般 值被限定在不大于 1/8的圓周上評定，因此 允許值適用于齒距數為2到小于1/8的弧 段內。,,,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,實際上是控制在局部圓周上的齒距累積偏差，如果此 項偏差過大，將產生振動、沖擊和噪聲，因此影響傳動平穩(wěn)性。 這在高速齒輪傳動中應特別重視。,,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,3、齒距累積總偏差,,指齒輪同側齒面任意弧段（k = 1至k = z ）內的最大齒距累積 偏差。它表現為齒距累積偏差曲線的總幅值。,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,產生的原因：主要是在滾齒加工中幾何偏心和運動偏心 造成的。 可反映出齒輪轉一圈過程中傳動比的變化，因此它 影響齒輪的傳動準確性。,,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,二、齒廓（形狀）精度控制指標,齒廓精度控制指標包括：齒廓總偏差 、齒廓形狀偏差 和齒廓傾斜偏差 。,,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,齒廓偏差是指實際齒廓偏離設計齒廓的量，該量在端平面內 且垂直于漸開線齒廓的方向計值。齒廓圖包括齒廓跡線，是由齒 輪齒廓檢驗設備在紙上或其他適當的介質上畫出來的齒廓偏差曲 線。,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,齒廓計值范圍 等于在有效長度 中從其頂端或倒棱處減去8%。 在評價齒廓總偏差 和齒廓形狀偏差 時，在這8%區(qū)域內如有超出 設計齒廓的材料，從而增加其偏差量時必須計算進去， 而在這區(qū)域內 如多切除材料而形成的偏差值，其公差可予增大。,,,,,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,指在計值范圍內，包容實際齒廓跡線的兩條設計齒廓跡線 間的距離 。,,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,1、齒廓總偏差,指在計值范圍內，包容實際齒廓跡線的兩條與平均齒廓跡線 完全相同的曲線間的距離，且兩條曲線與平均齒廓跡線的距離為 常數 。,,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,2、齒廓形狀偏差,指在計值范圍的兩端與平均齒廓跡線相交的兩條設計 齒廓跡線間的距離,,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,3、齒廓傾斜偏差,為了齒輪質量分等，只需檢驗齒廓總偏差 即可。有時為了 某些目的，如為了分析齒輪加工中的工藝誤差，也可檢測 和 。 齒廓偏差產生的原因：主要是刀具的制造和安裝誤差，以及 機床傳動鏈的誤差。 齒廓總偏差 主要影響齒輪傳動平穩(wěn)性，因為有 的齒輪， 其齒廓不是標準正確的漸開線，易產生振動與噪聲。,,,,,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,三、齒向（方向）精度控制指標,齒向精度控制指標包括：螺旋線總偏差 、螺旋線形狀偏差 和螺旋線傾斜偏差 。,,,,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,螺旋線偏差是指在端面基圓切線方向上測得的實際螺旋線偏離 設計螺旋線的量。螺旋線圖包括螺旋線跡線，是由螺旋線檢驗設備 在紙上或其他適當的介質上畫出來的曲線。,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,螺旋線計值范圍 等于跡線長度兩端各減去5%的跡線長度， 但減去量不超過1個模數。在評定螺旋線總偏差 和螺旋線形狀 偏差 時，若在這5%區(qū)域內有多余的材料，則增加的偏差必 須考慮進去，而在這區(qū)域內如多切除材料而形成的偏差值，其公 差可予增大。,,,,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,指在計值范圍內，包容實際螺旋線跡線的兩條設計螺旋 線跡線間的距離,,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,1、螺旋線總偏差,指在計值范圍內，包容實際螺旋線跡線的兩條與平均螺旋線 跡線完全相同的曲線間的距離，且兩條曲線與平均螺旋線跡線的 距離為常數,,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,2、螺旋線形狀偏差,指在計值范圍的兩端與平均螺旋線跡線相交的設計螺旋線 跡線間的距離 。,,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,3、螺旋線傾斜偏差,為了齒輪質量分等，只需檢驗螺旋線總偏差 即可。有時為 了某些目的，也可檢測螺旋線形狀偏差 和螺旋線傾斜偏差 。,,對于直齒圓柱齒輪，螺旋角 =0，此時 又稱為齒向 偏差。,,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,螺旋線偏差產生的原因主要有：機床刀架垂直導軌與工作臺回 轉中心線有傾斜誤差，齒坯安裝誤差，以及機床差動傳動鏈（加工 斜齒輪）的調整誤差。 螺旋線總偏差 主要影響齒輪的承載均勻性。,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,四、切向（綜合）精度控制指標,切向精度控制指標包括： 切向綜合總偏差 一齒切向綜合偏差,,,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,指被測齒輪與測量齒輪單面嚙合檢驗時，被測齒輪一轉內， 齒輪與分度圓上實際圓周位移與理論圓周位移的最大差值。測 量齒輪是測量儀上的理想精確齒輪，精度應比被測齒輪高。,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,1、切向綜合總偏差,圖為齒輪單面嚙合測量儀上給出的切向綜合偏差曲線圖。 橫坐標表示被測齒輪轉角，縱坐標表示偏差。,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,是在模擬齒輪的工作狀態(tài)下測得的，能夠反映出齒 輪在一轉內轉速忽快忽慢、周期性變化情況，是評定齒輪傳 動準確性的一項比較理想的綜合指標。它但由于儀器較昂貴， 使用較少。,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,2、一齒切向綜合偏差,指被測齒輪與測量齒輪單面嚙合檢驗時，在被測齒輪一個齒 距內的切向綜合偏差。所有輪齒的 最大值不應超過規(guī)定的允許 值。,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,綜合反映了齒輪各種短周期誤差（高頻誤差），是評定齒 輪傳動平穩(wěn)性的一項綜合指標。,9.3.1 輪齒同側齒面偏差評定指標,9.3.2 輪齒雙側齒面偏差評定指標,一、徑向綜合偏差,1、徑向綜合總偏差,,指在徑向（雙面）綜合檢驗時，產品齒輪（指正在被測量或 評定的齒輪）的左、右齒面同時與測量齒輪接觸，并轉過一整圈 時出現的中心距最大值和最小值之差,主要反映徑向的綜合誤差，是評定齒輪傳動準確性的一項 綜合指標。由于 的測量與齒輪的工作狀態(tài)不符，不能全面 反映傳動準確性。但 的測量儀器較簡單，測量效率高，在成 批生產和大量生產中普遍被采用。,9.3.2 輪齒雙側齒面偏差評定指標,指在徑向（雙面）綜合檢驗時，當被測齒輪嚙合一整圈時， 對應一個齒距（360°/ z）的徑向綜合偏差值。所有輪齒的 最大值不應超過規(guī)定的允許值。,,,9.3.2 輪齒雙側齒面偏差評定指標,2、一齒徑向綜合偏差,也是評定齒輪傳動平穩(wěn)性的一項綜合指標。它不如 評定 指標完善，但由于齒輪雙面嚙合測量儀結構簡單，操作方便，在成 批生產中仍廣泛被采用。,,9.3.2 輪齒雙側齒面偏差評定指標,二、徑向跳動,,指測頭（球形、圓柱形或砧形）相繼置于每個齒槽內，從它 到齒輪軸線的最大和最小徑向距離之差。,9.3.2 輪齒雙側齒面偏差評定指標,主要反映齒輪的幾何偏心。按正弦規(guī)律變化，周期為2 ， 屬于長周期誤差。它影響齒輪的傳動準確性。,,,9.3.2 輪齒雙側齒面偏差評定指標,9.4 齒輪副的精度 評定指標,9.4.1 齒輪副的中心距偏差,中心距偏差 指在齒輪副的齒寬中間平面內，實際中心距與 公稱中心距之差。它不僅影響裝配后齒輪副的側隙，而且還影響齒 輪副的重合度，所以應選擇適當的公差（中心距極限偏差± ）予 以控制。,,公差值的選擇應按其使用要求能保證相嚙合輪齒間的側 隙和齒長方向能正確接觸。GB/Z 18620.3—2002未給出中心 距極限偏差± 的數值。,9.4.1 齒輪副的中心距偏差,IT的特征參數為中心距長度,9.4.2 齒輪副的軸線平行度偏差,如果一對嚙合的圓柱齒輪的兩條軸線不平行，則將影響 齒輪傳動的承載均勻性，因此必須加以控制。,軸線平面內的平行度偏差 是指在一對齒輪兩軸線的公共 平面上測量的平行度誤差。垂直平面內的平行度偏差 是指在 與軸線公平面相垂直的平面上測量的平行度誤差。,,,9.4.2 齒輪副的軸線平行度偏差,和 的最大推薦值為：,9.4.2 齒輪副的軸線平行度偏差,為螺旋線總偏差,9.4.3 齒輪副的接觸斑點,接觸斑點是指裝配好的齒輪副，在輕微制動下運轉后齒面的接 觸痕跡。檢測產品齒輪副在其箱體內所產生的接觸斑點，可以幫助 我們對輪齒間載荷分布進行評估。產品齒輪與測量齒輪的接觸斑點， 可用于裝配后齒輪的螺旋線和齒廓精度的評估。,9.4.3 齒輪副的接觸斑點,接觸斑點可采用畫草圖、照片、錄像等方式記錄下來。接觸斑 點的大小可以用沿齒高方向和齒寬方向的百分數來表示。,9.4.3 齒輪副的接觸斑點,9.4.4 齒輪副的側隙,側隙是兩個相配齒輪的工作齒面相接觸時，在兩個非工作齒面 之間所形成的間隙。為了保證齒輪的潤滑、補償齒輪的制造、裝配 誤差以及熱變形等，必須在非工作齒面留有側隙。,一、側隙的概念,側隙通常有兩種表示法：圓周側隙 和法向側隙 。圓周側 隙 是當固定兩嚙合齒輪中的一個，另一個齒輪所能轉過的節(jié)圓 弧長的最大值。法向側隙 是當兩個齒輪的工作齒面相互接觸時， 其非工作面之間的最短距離。,,,9.4.4 齒輪副的側隙,和 的關系如下：,9.4.4 齒輪副的側隙,通常，在穩(wěn)定的工作狀態(tài)下的側隙（工作側隙）與齒輪在靜態(tài) 條件下安裝于箱體內所測得的側隙（裝配側隙）是不相同的（小于 它）。 一般采用塞尺直接測量法向側隙 ；也可通過壓鉛絲方法測 量，即在兩嚙合齒輪間放入一根鉛絲，嚙合后取出壓扁了的鉛絲測 量其厚度。,,9.4.4 齒輪副的側隙,9.4.4 齒輪副的側隙,二、最小側隙 的確定,,為了保證齒輪的正常工作，在設計齒輪時，必須保證有足夠的 最小側隙 。 的確定方法有：,1、類比法 即參考國內外同類產品中齒輪副的側隙值來確定。,9.4.4 齒輪副的側隙,2、查表法 GB/Z 18620.2—2002附錄A列出了對工業(yè)傳動裝置推薦的最小 側隙 ，這傳動裝置是用黑色金屬材料制造的齒輪和箱體，工 作時齒輪節(jié)圓線速度小于15m/s，其箱體、軸和軸承都采用常用的 商業(yè)制造公差的齒輪傳動。,9.4.4 齒輪副的側隙,9.4.4 齒輪副的側隙,表中的數值也可用下式進行計算：,,9.4.4 齒輪副的側隙,3、計算法 即根據齒輪副的工作條件（溫度、速度、負荷、潤滑等條件） 來計算 。,9.4.4 齒輪副的側隙,9.4.4 齒輪副的側隙,9.4.4 齒輪副的側隙,三、影響側隙的偏差指標,1、齒厚偏差,,指分度圓柱面上，實際齒厚與公稱齒厚之差。對于斜齒輪， 指法向齒厚。,9.4.4 齒輪副的側隙,9.4.4 齒輪副的側隙,9.4.4 齒輪副的側隙,9.4.4 齒輪副的側隙,Fr為徑向跳動公差。,9.4.4 齒輪副的側隙,齒厚游標卡尺,9.4.4 齒輪副的側隙,公法線千分尺,9.4.4 齒輪副的側隙,9.5 漸開線圓柱齒輪 精度設計,9.5.1 漸開線圓柱齒輪的精度等級,,GB/T 10095.1—2008對單個漸開線圓柱齒輪輪齒同側齒面的 精度規(guī)定了13個精度等級，從高到低依次為0，1，2，…，12級。 其中，0~2級精度要求非常高，屬于有待發(fā)展的展望級。3~5級為 高精度級，6~8級為中等精度級（最常用），9為較低精度級;10 ~12為低精度級。分度圓直徑d的范圍為5~10000mm，法向模數mn的范圍為0.5~70mm，齒寬 b的范圍為4~1000mm。,一、輪齒同側齒面的精度等級,1、輪齒同側齒面的精度允許值,常用的輪齒同側齒面偏差的公差值或極限偏差值見表10-6~ 表10-7。,9.5.1 漸開線圓柱齒輪的精度等級,9.5.1 漸開線圓柱齒輪的精度等級,可查表10-8。,GB/T 10095.2—2008對單個漸開線圓柱齒輪徑向綜合偏差的 精度只規(guī)定了9個精度等級，從高到低依次為4，5，…，12級。分 度圓直徑范圍為5~1000mm，法向模數范圍為0.2~10mm。,9.5.1 漸開線圓柱齒輪的精度等級,二、齒輪徑向綜合偏差的精度等級,可查表10-9確定。,GB/T 10095.2—2008在附錄B中對漸開線圓柱齒輪徑向跳動的 精度規(guī)定了13個精度等級，從高到低依次為0，1，2，…，12級。分 度圓直徑范圍為5~10000mm，法向模數范圍為0.5~70mm。,9.5.1 漸開線圓柱齒輪的精度等級,三、齒輪徑向跳動的精度等級,可查表10-8。,9.5.2 精度等級的選擇,齒輪精度等級的選擇主要應根據其用途、使用要求、工作條件 以及經濟性等來考慮。對不同的精度指標，既可選擇同一精度等級， 也可選擇不同精度等級的組合。其選擇的原則是在滿足使用要求的 前提下，應盡量選用較低的精度等級。,選擇精度等級的方法主要有計算法和經驗法（查表法）兩種。 計算法主要是根據傳動鏈誤差的傳遞規(guī)律來確定精度等級。由于影 響齒輪傳動精度的因素多而復雜，按計算法得出的精度仍需修正， 故計算法很少采用。目前常用經驗法，,9.5.2 精度等級的選擇,表10-10 常見機械傳動采用的齒輪精度等級 表10-11 齒輪精度等級的適用范圍,9.5.3 檢驗項目的選擇,齒坯是齒輪坯的俗稱，指在輪齒加工前供制造齒輪用的工件。 齒坯精度包括齒輪內孔、頂圓、端面等定位基準面和安裝基 準面的尺寸偏差和形位誤差以及表面粗糙度要求。齒坯精度直接 影響齒輪的加工精度和測量精度，并影響齒輪副的接觸狀況和運 行質量，所以必須加以控制。,9.5.4 齒坯精度的確定,參看表10-12~10-15。,按照GB/T 6443—1986《漸開線圓柱齒輪圖樣上應注明的尺寸 數據》的規(guī)定，有關參數應列表并放在圖樣的右上角。 新標準對圖樣標注并無明確規(guī)定，只提到在文件需要敘述齒輪 精度要求時，應注明GB/T 10095.1或GB/T 10095.2。,9.5.5 圖樣標注,對于齒輪精度等級的標注，建議如下： 1）若齒輪的檢驗項目選擇了同一精度等級，如齒距累積總 偏差、齒廓總偏差、螺旋線總偏差均為8級，則標注為： 8 GB/T 10095.1。,2）若齒輪的檢驗項目選擇了不同的精度等級，如齒距累積 總偏差為7級，而齒廓總偏差、螺旋線總偏差均為8級，則標注為： 7（ ）8（ 、 ） GB/T 10095.1。,,,,9.5.5 圖樣標注,9.5.5 圖樣標注,