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1、第11章 渐开线圆柱齿轮精度及检测,本章主要内容,1齿轮传动的使用要求； 2齿轮加工误差概述及其检测； 3齿轮误差项目、公差组及检验组； 4齿轮副误差和检验项目； 5渐开线圆柱齿轮精度标准、齿轮副侧隙、 齿坯精度； 6. 齿轮公差的图样标注； 7. 渐开线圆柱齿轮新国家标准简介。,第11章 渐开线圆柱齿轮精度及检测,学 习 指 导,本章学习目的是了解渐开线圆柱齿轮的公差标准及其应用。学习要求是了解具有互换性的齿轮和齿轮副必须满足的四项使用要求；通过分析各种加工误差对齿轮传动使用要求的影响，理解渐开线齿轮精度标准所规定的各项公差及极限偏差的定义和作用；初步掌握齿轮精度等级和检验项目的选用以及确定
2、齿轮副侧隙的大小的方法；掌握齿轮公差在图样上的标注。,第11章 渐开线圆柱齿轮精度及检测,11.1 概述,齿轮的主要功能是传递运动和动力，作为现代产品中应用极为广泛的元件，对其使用要求主要规定了下述四个方面： 传递运动的准确性：运动精度。为了保证齿轮传动的运动精度，应限制齿轮一转中最大转角误差i 。从而保障从动件和主动件运动协调一致； 传动的平稳性：运动平稳性精度。要求齿轮运转平稳，没有冲击、振动和噪声。要限制一齿距角范围内转角误差的最大值i R 。 载荷分布的均匀性：接触精度。要求齿轮在接触过程中，载荷分布要均匀，接触良好，以免引起应力集中，造成局部磨损，影响齿轮的使用寿命。,11.1 概述
3、,传动侧隙：齿侧间隙。在齿轮传动过程中，非接触面一定要有合理的间隙。一方面为了贮存润滑油，一方面为了补偿齿轮的制造、变形误差、安装误差。(否则造成齿轮在传动过程的卡死或烧伤) 上述4项要求，前3项是针对齿轮本身提出的，第4项是对齿轮副的要求。对于不同用途、不同工作条件的齿轮其侧重点也应有所不同。 对于分度机构或仪器仪表中读数机构的齿轮，齿轮一转中的转角误差不超过12，甚至是几秒，此时，传递运动准确性是主要的；当需要可逆传动时，应对齿侧间隙加以限制，以减少反转时的空程误差。,11.1 概述,对于高速、大功率传动装置中用的齿轮，如汽轮机减速器上的齿轮，圆周速度高，传递功率大，其运动精度、工作平稳性
4、精度及接触精度要求都很高，特别是瞬时传动比的变化要求小，以减少振动和噪声； 对于轧钢机、起重机、运输机、透平机等低速重载机械，传递动力大，但圆周速度不高，故齿轮接触精度要求较高，既主要要求载荷分布均匀性，同时要求齿侧间隙也应足够大，而对其运动精度则要求不高。 通常的汽车、拖拉机及机床的变速箱齿轮往往考虑运动平稳性，以降低噪声。,11.1 概述,影响上述4项要求的误差因素，主要包括齿轮的加工（制造）误差和齿轮副的安装误差。 为了便于分析齿轮的各种制造误差对齿轮传动质量的影响，按误差相对于齿轮的方向特征，可分为径向误差、切向误差和轴向误差； 齿轮为圆周分度零件，其误差具有周期性，按误差在齿轮一转中
5、是否多次出现，即在齿轮一转中出现的周期或频率，可分为以齿轮一转为周期的长周期误差，或低频误差，它主要影响传递运动的准确性；以及以齿轮一齿为周期的短周期误差，或高频误差，它主要影响工作平稳性。,11.2 齿轮加工误差及其检测,在机械制造中，齿轮的加工方法按齿廓的形成原理可分成： 范成法：滚齿机上用滚刀切割滚齿加工。 仿形法：铣床上用成型铣刀加工。 范成法加工产生误差： 齿轮孔几何中心与加工时旋转中心不重合几何偏心e几 分度蜗轮安装偏心及加工误差运动偏心e运(上述两项产生齿轮误差以齿轮一转为周期-长周期误差) 传动链高频误差 滚刀安装误差e刀和滚刀加工误差(上述两项产生齿轮误差在齿轮一转中多次重复
6、出现，是短周期误差，即高频误差),图：范成法加工齿轮,1-分度蜗轮 2-分度蜗杆 3-滚刀 4-工件齿坯,11.2 齿轮加工误差及其检测,以滚切直齿圆柱齿轮为例，分析在切齿过程中所产生的主要加工误差 。 齿坯孔与机床心轴的安装偏心(e几)，也称几何偏心，是齿坯在机床上安装时，齿坯基准轴线O1O1与工作台回转轴线OO不重合形成的偏心e。加工时，滚刀轴线与工作台回转轴线OO距离保持不变，但与齿坯基准轴线O1O1的距离不断变化（最大变化量为2e）。使齿轮一边齿高增大（轮齿变得瘦尖），另一边齿高减小（轮齿变得粗肥），滚切成如图所示的齿轮，使齿面位置相对于齿轮基准中心在径向发生了变化，故称为径向误差。工
7、作时产生以一转为周期的转角误差，使传动比不断改变。,11.2 齿轮加工误差及其检测,分度蜗轮轴线与工作台中心线的安装偏心(e运)。O”O”为机床分度蜗轮的轴线，它与机床心轴的轴线OO不重合，形成安装偏心e运。这时尽管螺杆匀速旋转，蜗杆与蜗轮啮合节点的线速度相同，但由于蜗轮上的半径不断改变，从而使蜗轮和齿坯产生不均匀回转，角速度在（+）和（-）之间，以一转为周期变化。 e运使工作台按正弦规律以一转为周期时快时慢旋转，使齿轮产生的偏心误差称为运动偏心。 运动偏心并不产生径向误差，而使齿轮产生切向误差。 以上两项误差均以齿坯一转为周期，是长周期误差。它影响齿轮的运动均匀性。,11.2 齿轮加工误差及
8、其检测,机床分度蜗轮的安装偏心（e蜗杆）和轴向窜动。此误差使蜗轮（齿坯）转速不均匀，加工出的齿轮有齿距偏差和齿形偏差，如蜗杆为单头，蜗轮为n牙，则在蜗轮（齿坯）一转中产生n次误差。这些都是机床传动链的高频误差。 滚刀偏心（e刀）、轴线倾斜及轴向窜动。此误差使加工出的齿轮径向和轴向都产生误差，如滚刀单头，齿轮z牙，则在齿坯一转中产生z次误差。滚刀本身的基节、齿形等制造误差。此误差会复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。,11.2 齿轮加工误差及其检测,以上两项误差在齿坯一转中多次重复出现，为短周期误差或高频误差。此误差会引起齿轮瞬时传动比的急剧变化，影响齿轮的工作平稳性，在高速
9、传动中，将产生振动和噪声。 按齿轮各项误差对齿轮传动使用性能的主要影响，将齿轮加工误差划分为三组： 影响运动准确性的误差； 影响传动平稳性的误差； 影响载荷分布均匀性的误差。,11.2 齿轮加工误差及其检测,影响运动准确性的误差包括下面的五项，它们也是运动精度(齿轮传递运动的准确性)的评定指标： 切向综合误差（F i）-单啮仪 齿距累积误差（Fp） -万能测齿仪相对测量 及K个齿距累积误差（Fpk） 齿圈径向跳动（Fr）-齿圈径向跳动检查仪 径向综合误差（Fi）-双啮仪 公法线长度变动（Fw）-公法线千分尺,11.2.1 影响运动准确性的误差,11.2 齿轮加工误差及其检测,切向综合误差（F
10、i）指被测齿轮与理想精确的测量齿轮单面啮合时，在被测齿轮一转内，实际转角与公称转角之差的总幅度值。它以分度圆弧长计值。 Fi是指在齿轮单面啮合情况下测得的齿轮一转内转角误差的总幅度值，该误差是几何偏心、运动偏心加工误差的综合反映，因而是评定齿轮传递运动准确性的最佳综合评定指标。 但因切向综合误差是在齿轮单面啮合综合检查仪（简称单啮仪）上进行测量的，单啮仪结构复杂，价格昂贵，在生产车间很少使用。,11.2.1 影响运动准确性的误差,11.2 齿轮加工误差及其检测,齿距累积误差（ Fp ）是指在分度圆上，任意两个同侧齿面间的实际弧长与公称弧长之差的最大绝对值。K个齿距累积误差（Fpk）是指在分度圆
11、上，K个齿距间的实际弧长与公称弧长之差的最大绝对值，K为2到小于Z2的整数。规定Fpk是为了限制齿距累积误差集中在局部圆周上。 齿距累积误差反映了一转内任意个齿距的最大变化，它直接反映齿轮的转角误差，是几何偏心和运动偏心的综合结果。因而可以较为全面地反映齿轮的传递运动准确性，是一项综合性的评定项目。但因为只在分度圆上测量，故不如切向综合误差反映的全面。 齿距累积误差可在万能测齿仪上用相对测量法测量。,11.2.1 影响运动准确性的误差,11.2 齿轮加工误差及其检测,齿圈径向跳动（Fr）是指齿轮一转范围内，测头在齿槽内与齿高中部双面接触，测头相对于齿轮轴线的最大变动量。,11.2.1 影响运动
12、准确性的误差,Fr主要是由几何偏心（e几）引起的，它反映由于齿坯偏心引起的齿轮径向长周期误差，Fr=2e几。可用齿圈径向跳动检查仪测量，测头可以用球形或锥形。,11.2 齿轮加工误差及其检测,径向综合误差（Fi）是指被测齿轮与理想精确的测量齿轮双面啮合转动时，在被测齿轮一转内，双啮中心距的最大变动量。双啮中心距指被测齿轮与测量齿轮双面啮合时中心距。 当被测齿轮的齿廓存在径向误差及一些短周期误差（如齿形误差、基节偏差等）时，若它与测量齿轮保持双面啮合转动，其中心距就会在转动过程中不断改变，因此，径向综合误差主要反映由几何偏心引起的径向误差及一些短周期误差。 被测齿轮由于双面啮合综合测量时的啮合情
13、况与切齿时的啮合情况相似，能够反映齿轮坯和刀具安装调整误差，测量所用仪器远比单啮仪简单，操作方便，测量效率高，故在大批量生产中应用很普通。但它只能反映径向误差，且测量状况与齿轮实际工作状况不完全相符。 Fi通常使用齿轮双面啮合综合检查仪（双啮仪）进行测量。,11.2.1 影响运动准确性的误差,11.2 齿轮加工误差及其检测,公法线长度变动（Fw）是指在被测齿轮一周范围内，实际公法线长度的最大值与最小值之差。 Fw=WmaxWmin,11.2.1 影响运动准确性的误差,公法线长度的变动说明齿廓沿基圆切线方向有误差，因此公法线长度变动可以反映滚齿时由运动偏心影响引起的切向误差。即Fw是由e运产生。
14、由于测量公法线长度与齿轮基准轴线无关，因此公法线长度变动可用公法线千分尺、公法线卡尺等测量。,11.2 齿轮加工误差及其检测,传动平稳性反映齿轮瞬时传动比的变化，影响齿轮传动平稳性的误差主要是短周期误差，它们包括下述六项，这些也是平稳性误差的评定指标。 一齿切向综合误差（f i） 一齿径向综合误差（fi） 齿形误差（ff）渐开线检查仪 基节偏差（fpb）基节仪、万能测齿仪 齿距偏差 （fpt ） 螺旋线波度误差（ff）,11.2.2 影响传动平稳性的误差,11.2 齿轮加工误差及其检测,一齿切向综合误差（f i）是指实测齿轮与理想精确的测量齿轮单面啮合时，在被测齿轮一齿距角内，实际转角与公称转
15、角之差的最大幅度值 。 f i主要反映由刀具和分度蜗杆的安装及制造误差所造成的，齿轮上齿形、齿距等各项短周期综合误差，是综合性指标。其测量仪器与测量F i相同，在齿轮单面啮合综合检查仪（简称单啮仪）上进行测量。如图所示，切向综合误差曲线上的高频波纹即为f i。,11.2.2 影响传动平稳性的误差,11.2 齿轮加工误差及其检测,一齿径向综合误差（fi）是指被测齿轮与理想精确的测量齿轮双面啮合时，在被测齿轮一齿角内的最大变动量。 fi综合反映了由于刀具安装偏心及制造所产生的基节和齿形误差，属综合性项目。可在测量径向综合误差时得出，即从记录曲线上量得高频波纹的最大幅度值。由于这种测量受左右齿面的共
16、同影响，因而不如一齿切向综合误差反映那么全面。不宜采用这种方法来验收高精度的齿轮，但因在双啮仪上测量简单，操作方便，故该项目适用于大批量生产的场合。,11.2.2 影响传动平稳性的误差,11.2 齿轮加工误差及其检测,齿形误差（ff）是指是在端截面上，齿形工作部分内（齿顶倒棱部分除外），包容实际齿形且距离为最小的两条设计齿形间的法向距离。设计齿形可以根据工作条件对理论渐开线进行修正为凸齿形或修缘齿形。 齿形误差会造成齿廓面在啮合过程中使接触点偏离啮合线，引起瞬时传动比的变化，破坏了传动的平稳性。并产生振动和噪声。 齿形误差（ff）可在渐开线检查仪上测量。此仪器分为单圆盘式和万能式两种。,11.2.2 影响传动平稳性的误差,11.2 齿轮加工误差及其检测,基节偏差（fpb）是指实际基节与公称基节之差 。实际基节是指基圆柱切平面所截两相邻同侧齿面的交线之间的法向距离。 fpb分常值基节偏差和变值基节偏差。基节偏差主要由刀具误差引起，而与机床传动链误差无关。 fpb在齿轮一转中多次重复出现，误差频率等于齿数，称为齿频误差，它是影响传动的平稳性重
