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 10095.122001漸開線圓柱齒輪 精度,GB/Z 18620. 142002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(xiàn)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（0- 0）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(xiàn)，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(xiàn)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(xiàn)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 18620.32002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 18620.22002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 10095.12008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，02級精度要求非常高，屬于有待發(fā)展的展望級。35級為高精度級，68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510000mm，法向模數mn的范圍為0.570mm，齒寬 b的范圍為41000mm。,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 10095.22008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51000mm，法向模數范圍為0.210mm。,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 10095.22008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510000mm，法向模數范圍為0.570mm。,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10-1210-15。,按照GB/T 64431986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,