第09章 圆柱齿轮齿轮公差与检测（新标准）课件.ppt

第09章 圆柱齿轮齿轮公差与检测,9.1 齿轮传动及其使用要求 9.2 齿轮的加工误差及其分类 9.3 齿轮的评定指标及其测量 9.4 齿轮安装误差的评定指标 9.5 渐开线圆柱齿轮精度标准,9.1 齿轮传动及其使用要求 9.1.1 齿轮传动 齿轮传动被广泛地应用在各种机器和仪表的传动装置中，是一种重要的传动方式齿轮传动不仅与各个组成零件的制造质量直接有关，还与各个零件之间的装配质量密切相关为了保证齿轮传动的质量和互换性，有必要研究齿轮误差对使用性能的影响，探讨提高齿轮加工和测量精度的途径 本章涉及到的齿轮精度标准有GB/T 10095.12008圆柱齿轮 精度制 第1部分：轮齿同侧齿面偏差的定义和允许值，GB/T 10095.22008圆柱齿轮 精度制 第2部分：径向综合偏差和径向跳动的定义和允许值，GB/Z 18620.142008圆柱齿轮检验实施规范等 ,9.1.2 齿轮传动的使用要求 由于齿轮传动的质量对机械产品的工作性能、承载能力、工作精度及使用寿命等都有很大的影响，因此对齿轮传动提出了多项使用要求，归纳起来主要有以下4个方面1. 传递运动的准确性（运动精度） 由于齿轮副的加工误差和安装误差，使从动齿轮的实际转角偏离了理论转角，传动的实际传动比与理论传动比产生差异。

传递运动的准确性就是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，从而保证从动轮与主动轮运动协调一致，满足传递运动的准确性要求2. 传动平稳性 为了减小齿轮传动中的冲击、振动和噪声，应使齿轮在一齿范围内瞬时传动比（瞬时转角）的变化尽量小，以保证传动平稳性要求3. 载荷分布的均匀性 齿轮传动中齿面的实际接触面积小，接触不均匀，就会使齿面载荷分布不均匀，引起应力集中，造成局部磨损，缩短齿轮的使用寿命因此，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4. 适当的齿侧间隙 齿轮副啮合传动时，非工作齿面间应留有一定的间隙，用以储存润滑油，补偿齿轮的制造误差、安装误差以及热变形和受力变形，防止齿轮传动时出现卡死或烧伤现象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，比如： 精密机床、控制系统的分度齿轮和测量仪器的读数齿轮主要要求传递运动的准确性，以保证从动轮与主动轮运动的协调性； 汽车、 拖拉机和机床的变速齿轮主要要求传递运动的平稳性，以减小振动和噪声； 起重机械、矿山机械等重型机械中的低速重载齿轮主要要求载荷分布的均匀性，以保证足够的承载能力； 汽轮机和涡轮机中的高速重载齿轮，对运动的准确性、平稳性和承载的均匀性均有较高的要求，同时还应具有较大的间隙，以储存润滑油和补偿受力产生的变形。

9.2 齿轮的加工误差及其分类,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、调整误差按误差产生的方向，齿轮的加工误差可分为切向误差、径向误差和轴向误差； 按误差在齿轮一转中出现的次数分为长周期误差和短周期误差 现以滚齿机滚切齿轮为例，分析产生齿轮加工误差的主要因素图 9.1 滚切齿轮加工示意图,2. 运动偏心 滚齿加工时机床分度蜗轮与工作台中心线有安装偏心时，就会使齿轮在加工过程中出现蜗轮蜗杆中心距周期性的变化，产生运动偏心，引起齿轮切向误差 几何偏心和运动偏心产生的误差在齿轮一转中只出现一次，属于长周期误差，其主要影响齿轮传递运动的准确性1. 几何偏心 滚齿加工时由于齿坯定位孔与机床心轴之间的间隙等原因，会造成齿坯孔基准轴线与机床工作台回转轴线不重合，产生几何偏心几何偏心使加工过程中齿轮相对于滚刀的径向距离发生变动，引起了齿轮径向误差9.2.1 加工误差的主要来源,3. 滚刀误差 滚刀误差包括制造误差与安装误差滚刀本身的齿距、齿形、基节有制造误差时，会将误差反映到被加工齿轮上，从而使齿轮基圆半径发生变化，产生基节偏差和齿形误差。

齿轮加工中，滚刀的径向跳动使得齿轮相对滚刀的径向距离发生变动，引起齿轮径向误差滚刀的轴向窜动使得齿坯相对滚刀的转速不均匀，产生切向误差滚刀安装误差破坏了滚刀和齿坯之间的相对运动关系，从而使被加工齿轮产生基圆误差，导致基节偏差和齿廓偏差4. 机床传动链误差 当机床的分度蜗杆存在安装误差和轴向窜动时，蜗轮转速发生周期性的变化，使被加工齿轮出现齿距偏差和齿廓偏差，产生切向误差机床分度蜗杆造成的误差在齿轮一转中重复出现，是短周期误差9.2.2 加工误差的分类,1. 按其表现特征可分为： 齿廓误差 指加工出来的齿廓不是理论的渐开线其原因主要有刀具本身的刀刃轮廓误差及齿形角偏差、滚刀的轴向窜动和径向跳动、齿坯的径向跳动以及在每转一齿距角内转速不均等 齿距误差 指加工出来的齿廓相对于工件的旋转中心分布不均匀其原因主要有齿坯安装偏心、机床分度蜗轮齿廓本身分布不均匀及其安装偏心等 齿向误差 指加工后的齿面沿齿轮轴线方向上的形状和位置误差其原因主要有刀具进给运动的方向偏斜、齿坯安装偏斜等 齿厚误差 指加工出来的轮齿厚度相对于理论值在整个齿圈上不一致其原因主要有刀具的铲形面相对于被加工齿轮中心的位置误差、刀具齿廓的分布不均匀等。

2. 按其方向特征可分为：,, 切向误差 指沿被加工齿轮圆周方向(齿厚方 向)的误差由切齿刀具与被加工齿 轮之间分齿滚切运动误差引起(参见 图9.2) 轴向误差 指沿被加工齿轮轴线方向(齿向方 向)的误差由切齿刀具沿被加工齿 轮轴线移动的误差引起(参见图9.2) 径向误差 指沿被加工齿轮直径方向(齿高方向)的误差由切齿刀具与被加 工齿轮之间径向距离的变化引起(参见图9.2)图9.2 齿轮误差的方向,9.3 齿轮的评定指标及其测量 GB/T 10095.12008轮齿同侧齿面偏差的定义和允许值， GB/T 10095.22008径向综合偏差和径向跳动的定义和允许值， GB/Z 18620.142008圆柱齿轮检验实施规范，分别给出了齿轮评定项目的允许值和规定了检测齿轮精度的实施规范1. 切向综合总偏差 指被测齿轮与理想精确的测量齿轮作单面啮合时，在被测齿轮一转范围内，分度圆上实际圆周位移与理论圆周位移的最大差值，如下图所示，以分度圆弧长计值9.3.1 影响传递运动准确性的误差及测量,图 9.3 切向综合偏差,齿轮的切向综合总偏差是在接近齿轮的工作状态下测量出来的，是几何偏心、运动偏心和基节偏差、齿廓偏差的综合测量结果，是评定齿轮传动准确性最为完善的指标。

切向综合总偏差用单面啮合仪测量，如图9.4所示被测齿轮与标准测量齿轮（可以是蜗杆、齿条等）作单面啮合，由于被测齿轮,的转角误差，将产生两路信号相应的相位差两者的角位移信号经比相器比较，由记录仪记下被测齿轮的切向综合总偏差图 9.4 单啮仪工作原理,2. 齿距累积总偏差 Fp 和齿距累积偏差 Fpk 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最大差值，如图9.5所示 Fpk 是指k个齿距间的实际弧长与理论弧长的最大差值，国标GBT 10095.12008中规定 k 的取值范围一般为2z /8，对特殊应用（高速齿轮）可取更小的 k 值图 9.5 齿距累积总偏差和齿距累积偏差,,Fp 在测量中是以被测齿轮的轴线为基准，沿分度圆上每齿测量一点，所取点数有限且不连续，但它可以反映几何偏心和运动偏心造成的综合误差，能较全面的评定齿轮传动的准确性Fp 和Fpk 通常在万能测齿仪、齿距仪和光学分度头上测量，测量的方法有绝对法和相对法两种，但较为常用的是相对法如左图所示，用相对法测量时，将固定量爪和活动量爪在齿高中部分度圆附近与齿面接触，以齿轮上的任意一个齿距为基准齿距，将仪器指示表上的指针调整为零，然后依次测量各轮齿对基准的相对齿距偏差，最后通过数据处理求出Fp 和Fpk 。

图9.6 万能测齿仪测齿距简图（齿距的相对测量法）,3. 径向跳动 Fr Fr 是指在齿轮一转范围内，将测头（球形、圆柱形、砧形）逐个放置在被测齿轮的齿槽内，在齿高中部双面接触，测头相对于齿轮轴线的最大和最小径向距离之差，如图9.7所示图 9.7 齿圈的径向跳动,齿圈的径向跳动主要反映几何偏心引起的齿轮径向长周期误差 对齿形角 a = 20的标准齿轮和变位系数较小的齿轮，为保证测量时球形测头与齿廓在分度圆附近接触，球测头的直径可取 dp=1.68 m， m 为被测齿轮的模数 4. 径向综合总偏差 指被测齿轮与理想精确的测量齿轮双面啮合时，在被测齿轮一转范围内双啮中心距的最大变动量，如下页图9.8(b)所示径向综合总偏差可用双面啮合仪来测量，其工作原理如图9.8(a)所示测量时将被测齿轮安装在固定轴上，理想的精确齿轮安装在可左右移动的滑座轴上，借助于弹簧的弹力，使两齿轮紧密地双面啮合当齿轮啮合传动时，由指示表读出两齿轮中心距的变动量a）双啮仪测径向综合总偏差 （b） 误差曲线 图 9.8 双面啮合仪测量径向综合误差,当被测齿轮存在几何偏心和基节偏差时，被测齿轮与测量齿轮双面啮合传动时的中心距就会发生变化，因此，径向综合总偏差主要反映几何偏心造成的径向长周期误差和齿廓偏差、基节偏差等短周期误差。

用双面啮合仪测量双啮中心距的变动量，所反映齿廓的双面误差与齿轮实际工作状态不符，不能全面地反映运动的准确性，但由于其测量过程与切齿时的啮合过程相似，且双面啮合仪结构简单、操作方便， 故广泛用于批量生产中一般精度齿轮的测量9.3.2 影响传动平稳性的误差及测量 影响传递运动平稳性的误差主要是由刀具误差和机床传动链误差造成的短周期误差，国标规定了以下的检测项目 1. 一齿切向综合偏差 是指被测齿轮与理想精确的测量齿轮作单面啮合时， 在被测齿轮转过一个齿距角内的切向综合偏差，如前图9.3所示，以分度圆弧长计值一齿切向综合偏差主要反映滚刀和机床分度传动链的制造及安装误差所引起的齿廓偏差、齿距误差，是切向短周期误差和径向短周期误差的综合结果，是评定运动平稳性较为完善的指标在单面啮合仪上测量切向综合总偏差 的同时可测出一齿切向综合偏差，即图9.3中小波纹的最大幅值2. 一齿径向综合偏差 是指被测齿轮与理想精确的测量齿轮作双面啮合时， 在被测齿轮转过一个齿距角内，双啮中心距的最大变动量在双面啮合仪上测量径向综合总偏差的同时可以测出一齿径向综合偏差，即前图9.8(b)中小波纹的最大幅值。

一齿径向综合偏差主要反映了短周期径向误差（基节偏差和齿廓偏差）的综合结果，但由于这种测量方法受左、右齿面误差的共同影响，评定传动平稳性不如一齿切向综合偏差精确3. 齿廓偏差 是指实际齿廓偏离设计齿廓的量值， 其在端平面内且垂直于渐开线齿廓的方向计值当无其它限定时，设计齿廓是指端面齿廓在齿廓偏差曲线中（见图9.9），点画线代表设计齿廓，粗实线代表实际渐开线齿廓，虚线代表平均齿廓，E 为有效齿廓起始点， F 为可用齿廓起始点， La 为齿廓计值范围， LAE 为有效长度， LAF为可用长度a）齿廓总偏差； (b）齿廓形状偏差； (c）齿廓倾斜偏差 图 9.9 齿廓偏差,1） 齿廓总偏差Fa（如图9.9(a)所示） Fa 是指在计值范围内，包容实际齿廓迹线的两条设计齿廓迹线间的距离2）齿廓形状偏差 （如图9.9(b)所示） 是指在计值范围内，包容实际齿廓迹线的两条与平均齿廓迹线完全相同的 曲线间的距离，且两条曲线与平均齿廓迹线的距离为常数 3）齿廓倾斜偏差 （如图9.9(c)所示 ） 是指在计值范围内，两端与平均齿廓迹线相交的两条设计齿廓迹线间的距离齿廓偏差主要是由刀具的齿形误差、安装误差以及机床分度链误差造成的。

存在齿廓偏差的齿轮啮合时， 齿廓的接触点会偏离啮合线，如图。