1、 主编1.掌握齿轮传动的使用要求,齿轮主要加工误差的分组方法和渐开线圆柱齿轮的公差项目以及测量方法。2.掌握渐开线圆柱齿轮精度的选择及确定方法。3.熟悉渐开线圆柱齿轮的精度标准和齿轮主要加工误差产生原因的分析方法。【学习目标】8.1齿轮传动的基本要求各种机械上所用的齿轮传动的要求因用途的不同而不同,但归纳起来有以下四项:1.传递运动的准确性传动运动的准确性是指从动轮与主动论运动协调一致,即齿轮在一转范围内传动比的变化应尽量小;要求齿轮在一转范围内实际转动比iR相对于理论转动比iT的变动量i应限制在允许的范围内,或者说一转过程中产生的最大转角误差在允许的范围内,如图8-1所示。2.传递运动的平稳
2、性传递运动的平稳性是指齿轮传动在一齿范围内瞬时传动比的变化尽量i小,应限制在允许范围内,以保证低噪声、低冲击和较小振动,如图8-1所示。3.载荷分布的均匀性载荷分布的均匀性是指传动时工作齿面接触良好,在全齿宽上载荷分布均匀,避免载荷集中于局部区域引起应力集中,造成局部过早磨损,以提高齿轮的使用寿命。4.齿侧间隙的合理性齿侧间隙是指齿轮传动的非工作齿面应留一定的间隙,如图8-2所示。8.2齿轮误差分析8.2.1齿轮加工误差的来源齿轮加工方法很多,按齿廓形成的原理,可分为仿形法(如成形铣刀在铣床上铣齿)和展成法(如滚齿、插齿、磨齿等)。图8-3滚齿加工示意图1.几何偏心e这是由于加工时齿轮坯基准孔
3、轴线O1与滚齿机工作台旋转轴线O不重合而引起的安装偏心,如图8-4a所示;加工出的齿轮会在一转内产生齿圈径向跳动误差,并且齿距和齿厚也会产生周期性变化,如图8-4b所示。图8-4齿坯安装偏心引起的误差它是指机床分度蜗轮中心与工作台回转中心不重合所引起的偏心,会造成工作台及齿轮坯的转速在一转范围内时快时慢地变化,当角速度增加到+时,切齿提前使齿距和公法线都变长;当角速度由减少到-时,切齿滞后使齿距和公法线都变短,从而造成齿轮的齿距和公法线长度在局部上变长或变短,使齿轮产生切向误差,如图8-5所示。2.运动偏心eK图8-5齿轮的切向误差3.机床传动链的短周期误差机床分度蜗杆有安装偏心ed和轴向窜动
4、使分度蜗轮(齿轮坯)转速不均匀,造成齿轮的齿距和齿形误差。4.滚刀安装误差当滚刀有安装偏心ed、轴线倾斜及轴向窜动时,会使加工出的齿轮径向和轴向都产生误差。5.滚刀的制造误差滚刀本身的基节、齿形等制造误差也会反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。8.2.2齿轮主要加工误差的分类齿轮是一个多参数的零件,影响齿轮传动使用要求的因素很多,因而齿轮加工误差也多,为便于分析,从上述误差在转嫁给齿轮时,所反映的周期、相对于齿轮分布方向和对使用要求的不同影响,将齿轮主要加工误差分为四个方面进行论述。1.影响传递运动准确性的主要误差齿轮一转的转角误差,是以齿轮旋转一转为周期的,一转中出现一次
5、,通常称为长周期误差或低频误差。2.影响传动平稳性的主要误差齿轮一齿转角误差,是以齿轮转过一齿距角为周期的,一转中定期地多次重复出现,通常称为短周期误差或高频误差。3.影响载荷分布均匀性的主要误差齿轮轴向误差一般是线性变化的非周期误差,主要包括齿长方向或齿高方向的接触误差。4.影响齿轮副侧隙的主要误差对于单个齿轮,齿厚偏差是影响齿轮副侧隙的一个因素。8.2.3渐开线圆柱齿轮的偏差和公差GB/T 10095.12008和GB/T 10095.22008对齿轮、齿轮副的误差及齿轮副的侧隙规定了若干个评定指标。1.影响运动准确性的误差项目和测量在齿轮传动中,影响运动准确性的误差项目有四项。(1)切向
6、综合总偏差Fi被测齿轮是装在齿轮单面啮合综合检查仪的心轴上,在保持设计中心距a不变的情况下,与测量齿轮作单面啮合转动,测出其转角误差。如图8-6所示。图8-6切向综合总偏差曲线图8-7光栅式齿轮单啮仪的测量原理图(2)齿距累积总偏差Fp和齿距累积偏差Fpk 必要时还应控制齿轮的齿距累积偏差Fpk。图8-8齿距累积总偏差曲线图8-9测量齿距由于径向跳动的测量是以齿轮孔的轴线为基准,只反映径向误差,齿轮一转中最大误差只出现一次,是长周期误差。(3)径向跳动Fr 径向跳动是指测头(球形、圆柱形)相继置于每个齿槽内时,从它到齿轮轴线的最大和最小径向距离之差,如图8-10所示。(4)径向综合总偏差Fi图
7、8-12径向综合总偏差曲线图8-13双面啮合综合测量1仪器座2固定滑座3可动滑座4指示表5调整固定滑座位置用手轮6锁紧手柄7标尺8弹簧2.影响传动平稳性的误差项目和测量影响齿轮传动平稳性的误差项目有以下四项。(1)一齿切向综合偏差fi这种在齿轮一转中多次重复出现的小波纹常常是由刀具制造和安装误差(波长为一齿距角),以及机床传动链短周期误差引起的。一齿径向综合偏差也反映齿轮的短周期误差,但与fi是有差别的。(3)齿廓总偏差F有时为了进一步分析齿廓总偏差对传动质量的影响,标准中又把齿廓总偏差细分为齿廓形状偏差ff和齿廓倾斜偏差fH。(2)一齿径向综合偏差fi图8-14齿廓偏差a)齿廓总偏差b)齿廓
8、形状偏差c)齿廓倾斜偏差点画线表示设计齿廓;粗实线表示实际齿廓;虚线表示平均齿廓(4)单个齿距偏差fpt单个齿距偏差也用齿距检查仪测量,在测量齿距累积总偏差的同时,可得到单个齿距偏差值。3.影响载荷分布均匀性的误差项目和测量单项指标有:螺旋线总偏差F(齿长方向)、齿廓形状偏差fr(齿高方向)。如图8-16所示。4.侧隙合理性的误差项目和测量齿轮齿厚的减薄量可用下列指示中的一项指标来评定。(1)齿厚偏差Esn(齿厚极限偏差:齿厚上极限偏差Esns、齿厚下极限偏差Esni)齿厚偏差是指在分度圆柱面上,齿厚实际值与公称值之差,如图8-21所示。对于斜齿轮,指法向齿厚。为了得到设计所需的齿轮副最小极限
9、侧隙,通常必须使齿厚作必要减薄。(2)公法线长度偏差Ebn(公法线长度极限偏差:上极限偏差Ebns、下极限偏差Ebni)齿轮齿厚的变化必然引起公法线长度的变化,因此测量公法线长度可以控制齿侧间隙。图8-23用公法线千分尺测量齿轮的公法线长度8.2.4齿轮副的偏差和公差上面所讨论的都是单个齿轮的误差项目,为了保证安装好的齿轮副的传动性能,应控制以下几项齿轮副的安装误差。1.轴线的平行度偏差f、f除单个齿轮的误差项目,齿轮副轴线的平行度偏差也同样影 响接触精度。图8-24轴线平行度偏差和中心距偏差2.齿轮副的中心距偏差fa(中心距极限偏差fa)齿轮副的中心距偏差是指在齿宽中间平面内,实际中心距与公
10、称中心距之差,如图8-24所示。3.接触斑点在齿轮箱体上安装好的配对齿轮所产生的接触斑点的大小,影响齿面的接触精度和轮齿间载荷分布的均匀性,对此时的接触斑点进行检测,可用于评估齿间载荷分布的均匀性。8.3齿轮精度8.3.1精度等级1.齿轮同侧齿面偏差的精度等级GB/T 10095.12008中,对于分度圆直径从510000mm、模数(法向模数)从0.570mm、齿宽从41000mm的渐开线圆柱齿轮的11项同侧齿面偏差,规定了0,1,2,12共13个精度等级。2.径向综合偏差GB/T 10095.22008对于分度圆直径从51000mm、模数(法向模数)从0.210mm的渐开线圆柱齿轮的径向综合
11、偏差Fi和一齿径向综合偏差fi,规定了4,5,12共9个精度等级。3.径向跳动GB/T 10095.22008在附录B中对于分度圆直径从510000mm、模数(法向模数)从0.570mm的渐开线圆柱齿轮的径向跳动,推荐了0,1,12共13个精度等级。级间公比计算出来的。8.3.2齿轮偏差的允许值 GB/T 10095.12008、GB/T 10095.22008中分别规定:齿轮同侧齿面偏差、径向综合偏差、径向跳动的公差或极限偏差表格中的数值是用对5级精度按规定的公式计算而得到的结果乘以8.3.3齿轮精度等级的确定确定齿轮精度等级的依据通常是齿轮的用途、使用要求、传动功率和圆周速度以及其他技术条
12、件等。1.计算法 根据机构最终达到的精度要求,应用传动尺寸链的方法计算和分配各级齿轮副的传动精度,确定齿轮的精度等级。2.类比法此种方法是查阅类似机构的设计方案,根据经过实际验证的已有的经验结果或者一些参考手册来确定的精度。8.3.4齿轮检验项目的确定在检验中,测量全部齿轮要素的偏差既不经济也没有必要,因为其中有些要素对于特定齿轮的功能并没有明显的影响;另外,有些测量项目可以代替别的一些项目,如:切向综合偏差检验能代替齿距偏差检验,径向综合偏差检验能代替径向跳动检验。8.3.5齿轮精度等级及其在图样上的标注GB/T 10095.12008和GB/T 10095.22008的标准文本中没有公差组
13、、检验组概念,明确规定把测量出的单个齿距偏差fpt、齿距累积总偏差Fp、齿廓总偏差F、螺旋线总偏差F四项的实测值与相应的允许值作比较,以评定齿轮精度等级(012级)。8.3.6齿轮坯的精度有关齿轮轮齿精度参数的数值,只有明确其特定的旋转轴线时才有意义。1.基准轴线与工作轴线的关系 基准轴线是制造者(和检测者)对单个零件确定齿轮几何形状的轴线,基准轴线是由基准面中心确定的,齿轮将依此轴线来确定齿轮的细节,特别是确定齿距、齿廓和螺旋线的偏差。2.基准轴线的确定基准轴线是由基准面确定的,由下列三种基本的方法来实现。1)用两个“短的”圆柱或圆锥形基准面上设定的两个圆的圆心来确定轴线上的两个点,如图8-
14、25所示。图中,A、B是预定的轴承安装面。2)用一个“长的”圆柱或圆锥形的面来同时确定轴线的位置和方向。3)用一个“短的”圆柱形基准面上的一个圆的圆心来确定轴线的位置,3.齿轮坯精度的确定(1)基准面的几何公差(2)工作及制造安装面的形状公差(3)工作轴线的跳动偏差表8-10安装面的跳动偏差(摘自GB/Z 18620.32008)4.齿轮齿面表面粗糙度试验研究和使用检验表明,齿面粗糙度将影响齿轮的传动精度(噪声和振动)、表面承载能力(如点烛、胶合和磨损)和弯曲强度(齿根过渡曲面状况)。8.4渐开线圆柱齿轮副的精度 前面的内容都是针对单个齿轮进行分析的,本节介绍一对啮合的齿轮副的精度要求。8.4.1中心距允许偏差 中心距公差是指设计者规定的允许偏差。8.4.2轴线平行度公差 由于轴线平行度偏差的影响与其向量的方向有关,标准中对轴线平面内的偏差f和垂直平面上的偏差f作了不同的规定,如图8-29所示。图8-29轴线的平行度偏差
