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1、第十章第十章 圆柱齿轮传动的精度设计圆柱齿轮传动的精度设计根本要求：根本要求： 了解渐开线圆柱齿轮传动的精度要求。了解渐开线圆柱齿轮传动的精度要求。 了解圆柱齿轮传动精度的评定目的。了解圆柱齿轮传动精度的评定目的。 掌握渐开线圆柱齿轮传动精度的设计的掌握渐开线圆柱齿轮传动精度的设计的 根本方法。根本方法。本章涉及的主要国家规范本章涉及的主要国家规范GB/T10095.12-2001 渐开线圆柱齿轮传动精度要求渐开线圆柱齿轮传动精度要求 w传送送运运动的的准准确确性性：是是指指传送送运运动的的准准确确性性。为了了保保证齿轮传动的的运运动精精度度，应限限制制齿轮一一转中中最最大大转角角误差差 。w
2、传动的的平平稳性性：要要求求齿轮运运转平平稳，没没有有冲冲击、振振动和和噪声。要限制一噪声。要限制一齿距角范距角范围内内转角角误差的最大差的最大值i R 。w载荷荷分分布布的的均均匀匀性性：要要求求齿轮在在接接触触过程程中中，载荷荷分分布布要要均均匀匀，接接触触良良好好，以以免免引引起起应力力集集中中，呵呵斥斥部部分分磨磨损，影响影响齿轮的运用寿命。的运用寿命。 w齿侧间隙隙：在在齿轮传动过程程中中，非非接接触触面面一一定定要要有有合合理理的的间隙隙。一一方方面面为了了储存存光光滑滑油油，一一方方面面为了了补偿齿轮的制造和的制造和变形形误差。差。 不同圆柱齿轮的传动精度要求不同圆柱齿轮的传动精
3、度要求 w上述上述4项要求，要求，对于不同用途、不同任于不同用途、不同任务条件的条件的齿轮其其偏重点也偏重点也应有所不同。有所不同。w如：如：对于分度机构，于分度机构，仪器器仪表中表中读数机构的数机构的齿轮，齿轮一一转中的中的转角角误差不超越差不超越12，甚至是几秒，此，甚至是几秒，此时，传送运送运动准确性是主要的；准确性是主要的；w对于高速、大功率于高速、大功率传动安装中用的安装中用的齿轮，如汽，如汽轮机减速机减速器上的器上的齿轮，圆周速度高，周速度高，传送功率大，其运送功率大，其运动精度、精度、任任务平平稳性精度及接触精度要求都很高，特性精度及接触精度要求都很高，特别是瞬是瞬时传动比的比的
4、变化要求小，以减少振化要求小，以减少振动和噪声；和噪声；w对于于轧钢机、起重机、运机、起重机、运输机、透平机等低速重机、透平机等低速重载机械，机械，传送送动力大，但力大，但圆周速度不高，故周速度不高，故齿轮接触精度要求接触精度要求较高，高，齿侧间隙也隙也应足足够大，而大，而对其运其运动精度那么要求不精度那么要求不高。高。 圆柱齿轮传动精度的评定目的圆柱齿轮传动精度的评定目的 根据齿轮精度要求，把齿轮的误差分成影响运动准确性误差、影响运动平稳性误差、影响载荷分布均匀性误差和影响侧隙的误差。并相应提出精度评定目的。齿距偏向 fpt 齿距累积误差Fp及K个齿距累积误差Fpk齿廓总偏向f螺旋线总偏向F
5、径向综合误差Fi一齿径向综合误差fi齿圈径向跳动Fr齿距偏向距偏向 fpt w齿距偏向是指在分度圆上，实践齿距偏向是指在分度圆上，实践齿距与公称齿距之差齿距与公称齿距之差 。w齿距偏向可在丈量齿距累积误差齿距偏向可在丈量齿距累积误差时得到，所以比较简单。该项偏时得到，所以比较简单。该项偏向主要由机床误差产生。向主要由机床误差产生。齿距累距累积误差差Fp及及K个个齿距累距累积误差差Fpk w在分度在分度圆上，恣意两个同上，恣意两个同侧齿面面间的的实践弧践弧长与公称弧与公称弧长之差的最大之差的最大绝对值为齿距累距累积误差。差。K个个齿距累距累积误差是指在分度差是指在分度圆上，上，K个个齿距距间的的
6、实践弧践弧长与公称弧与公称弧长之差的最大之差的最大绝对值，K为2到小于到小于Z2的整数的整数 w规定定Fpk是是为了限制了限制齿距累距累积误差集中在部分差集中在部分圆周上周上 。w齿距累距累积误差反映了一差反映了一转内恣意个内恣意个齿距的最大距的最大变化，它化，它直接反映直接反映齿轮的的转角角误差，是几何偏心和运差，是几何偏心和运动偏心的偏心的综合合结果。因此可以果。因此可以较为全面地反映全面地反映齿轮的的传送运送运动准确准确性，是一性，是一项综合性的合性的评定工程。定工程。几何偏心误差几何偏心误差w以滚切直齿圆柱齿轮为例，分析在切齿过程中所产以滚切直齿圆柱齿轮为例，分析在切齿过程中所产生的主
7、要加工误差生的主要加工误差 。w齿坯孔与机床心轴的安装偏心齿坯孔与机床心轴的安装偏心e，也称几何偏心，也称几何偏心，是齿坯在机床上安装时，齿坯基准轴线是齿坯在机床上安装时，齿坯基准轴线O1O1与任务与任务台回转轴线台回转轴线OO不重合构成的偏心不重合构成的偏心e。加工时，滚刀。加工时，滚刀轴线与任务台回转轴线轴线与任务台回转轴线OO间隔坚持不变，但与齿坯间隔坚持不变，但与齿坯基准轴线基准轴线O1O1的间隔不断变化最大变化量为的间隔不断变化最大变化量为2 e。滚切成如下图的齿轮，使齿面位置相对于齿轮基准滚切成如下图的齿轮，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。任务时中心在
8、径向发生了变化，故称为径向误差。任务时产生以一转为周期的转角误差，使传动比不断改动。产生以一转为周期的转角误差，使传动比不断改动。运动偏心误差运动偏心误差w分度分度蜗轮轴线与任与任务台中心台中心线的安装偏心的安装偏心eK 。O2O2为机床分度机床分度蜗轮的的轴线，它与机床心，它与机床心轴的的轴线OO不重合，构成安装偏心不重合，构成安装偏心eK。这时虽然螺杆匀速旋然螺杆匀速旋转，蜗杆与杆与蜗轮啮合合节点的点的线速速度一度一样，但由于，但由于蜗轮上的半径不断改上的半径不断改动，从而，从而使使蜗轮和和齿坯坯产生不均匀回生不均匀回转，角速度在，角速度在+和和-之之间，以一，以一转为周期周期变化。化。运
9、运动偏心并不偏心并不产生径向生径向误差，而往差，而往齿轮产生切生切向向误差。差。w以上两以上两项误差均以差均以齿坯一坯一转为周期，是周期，是长周期周期误差。差。齿廓廓总偏向偏向f w在在齿齿端端面面上上，齿齿形形任任务务部部分分内内，齿齿顶顶倒倒棱棱部部分分除除外外包包括括包包容容实实践践齿齿形形的的两两条条最最近近的的设设计计齿齿廓廓间间的的法法向向间间隔隔。设设计计齿齿廓廓可可以以根根据据任任务务条条件件对对实实际际渐渐开线进展修正为凸齿廓或修缘齿形。开线进展修正为凸齿廓或修缘齿形。w齿齿廓廓总总偏偏向向会会呵呵斥斥齿齿廓廓面面在在啮啮合合过过程程中中使使接接触触点点偏偏离离啮啮合合线线，
10、引引起起瞬瞬时时传传动动比比的的变变化化，破破坏坏了了传传动的平稳性。动的平稳性。螺旋螺旋线总偏向偏向Fw在分度圆柱面上，齿宽有效部分范围内在分度圆柱面上，齿宽有效部分范围内端部倒角部分除外，包容实践齿线且间端部倒角部分除外，包容实践齿线且间隔为最小的两条设计螺旋线之间的端面间隔为最小的两条设计螺旋线之间的端面间隔为螺旋线总偏向。主要影响齿面接触精隔为螺旋线总偏向。主要影响齿面接触精度。度。 径向径向综合合误差差Fi w与与理理想想准准确确的的丈丈量量齿轮双双面面啮合合时，在在被被测齿轮一一转内内，双双啮中中心心距距的的最最大大变动量量称称为径径向向综合合误差差Fi。w该误差差在在齿轮双双面面
11、啮合合综合合检查仪上上丈丈量量，主主要反映几何偏心要反映几何偏心e几。几。 一一齿径向径向综合合误差差fi w被被测齿轮与理想准确的丈量与理想准确的丈量齿轮双面双面啮合合时，在被，在被测齿轮一一齿角内的最大角内的最大变动量。量。 wfi反映了反映了齿轮转过一一齿距角距角时的径向的径向误差，影响差，影响齿轮运运动的平的平稳性。性。 齿圈径向跳圈径向跳动Fr w齿轮一一转范范围内，内，测头在在齿槽内与槽内与齿高高中部双面接触，中部双面接触，测头相相对于于齿轮轴线的的最大最大变动量称量称齿圈径向跳圈径向跳动。wFr主要反映由于主要反映由于齿轮的几何偏心。可的几何偏心。可用用齿圈径向跳圈径向跳动检查仪
12、丈量，丈量，测头可以可以用球形或用球形或锥形。形。侧隙的评定目的侧隙的评定目的 w为使使齿轮啮合合时有一定的有一定的侧隙，隙，应将箱体中心距加将箱体中心距加大或将大或将轮齿减薄。思索到箱体加工与减薄。思索到箱体加工与齿轮加工的特加工的特点，宜采用减薄点，宜采用减薄齿厚的方法厚的方法获得得齿侧间隙即基中隙即基中心距制。心距制。齿厚减薄量是厚减薄量是经过调整刀具与毛坯的径整刀具与毛坯的径向位置而向位置而获得的，其得的，其误差将影响差将影响侧隙的大小。此外，隙的大小。此外，几何偏心和运几何偏心和运动偏心也会引起偏心也会引起齿厚不均匀，使厚不均匀，使齿轮任任务时的的侧隙也不均匀。隙也不均匀。 w为控制
13、控制齿厚减薄量，以厚减薄量，以获得必要的得必要的侧隙，可以采用隙，可以采用以下以下评定目的：定目的：齿厚偏向厚偏向ES，公法，公法线平均平均长度偏向度偏向EWm 为保保证齿轮到到能能正正常常任任务，齿轮副副必必需需有有一一定定侧隙隙。齿轮副的副的侧隙分隙分圆周周侧隙和法向隙和法向侧隙。隙。圆周周侧隙隙j wt是是指指装装配配好好的的齿轮副副，当当一一个个齿轮固固定定时，另一个另一个齿轮的的圆周晃周晃动量。量。法法向向侧隙隙j bn是是指指装装配配好好的的齿轮副副，当当任任务齿面面接接触触时，非任非任务齿面之面之间的法向最小的法向最小间隔。隔。法向法向侧隙和隙和圆周周侧隙有如下关系：隙有如下关系
14、： j bn= j wt cos b cos式中式中 b基基圆螺旋角；螺旋角；端面端面齿形角；形角； 1、齿侧间隙表示法、齿侧间隙表示法 2、最小侧隙确实定在设计齿轮传动时，必需保证有足够的最小侧隙以保证齿轮机构正常任务。对于任务时节圆线速度小于15m/s的齿轮，最小侧隙jbnmin计算公式如下：3、齿侧间隙检验工程、齿侧间隙检验工程 1用齿厚偏向控制齿厚 齿厚偏向是指在齿轮分度圆柱面上，齿厚的实践值与公称值之差。 齿厚的上偏向ESnS，下偏向ESni普通都为负值。 齿厚公差计算如下：式中br切齿径向进刀公差，可按表10.5选取。那么齿厚下偏向为 2用公法线平均长度偏向控制齿厚用公法线平均长度
15、偏向控制齿厚齿齿轮轮齿齿厚厚的的变变化化必必然然引引起起公公法法线线长长度度的的变变化化。丈丈量量公公法法线线长长度度同同样样可可以以控控制制侧侧隙隙。公公法法线线长长度度的的上偏向上偏向Ebns和下偏向和下偏向Ebni与齿厚偏向的关系有：与齿厚偏向的关系有：齿轮副误差及齿坯精度齿轮副误差及齿坯精度 一、齿轮副的精度 1、轴线的平行度误差f和f 轴线平面内的平行度偏向f是在两轴线的公共平面上丈量的；垂直平面上的平行度误差f是在与轴线公共平面垂直平面上丈量的。 式中L轴承跨距，b齿宽2、中心距偏向、中心距偏向fa 齿轮副副的的中中心心距距偏偏向向是是指指在在齿轮副副的的齿宽中中间平平面面内内，实
16、践践中中心心距距与与设计中中心心距距之之差差。齿轮副副的的中中心心距距偏偏向向会会影影响响齿轮任任务时的的侧隙隙，当当实践践中中心心距距小小于于设计中中心心距距时，会会使使任任务时的的侧隙隙减减小小。中中心心距距偏偏向向引引荐荐值见表表10.6。齿轮副精度齿轮副精度3、接触斑点、接触斑点 接接触触斑斑点点是是指指安安装装好好的的齿轮副副，在在细微微制制动下下运运转后后，齿面面上上分分布布的的接接触触擦擦亮亮痕痕迹迹。其其大大小小在在齿面面展展开开图上上用百分数用百分数计算。算。沿沿齿长方方向向为接接触触痕痕迹迹的的长度度b扣扣除除超超越越模模数数值的的断开部分断开部分c与任与任务长度度b之比，
17、即：之比，即： 沿沿齿高高方方向向为接接触触痕痕迹迹的的平平均均高高度度h与与任任务高高度度h之比，即：之比，即： 齿坯是指齿轮在加工前供制造齿轮的工件，齿坯的尺寸偏向和形位误差直接影响齿轮的加工和检验，影响齿轮副的接触和运转，因此必需加以控制。齿坯尺寸公差和形位公差参考值见表10.8和10.9。 齿顶圆直径偏向对齿轮重合度及齿轮顶隙都有影响，有时还作为丈量、加工基准，因此也要给出公差，普通可以按0.05mn给出。 齿面外表粗糙度和各基准面的外表粗糙度参考图10.10a和10.10b。 齿坯精度渐开线圆柱齿轮传动精度的设计渐开线圆柱齿轮传动精度的设计 w齿齿轮轮精精度度的的设设计计，包包括括确
18、确定定齿齿轮轮齿齿轮轮副副及及齿齿坯坯的的精精度度等等级级、确确定定最最小小侧侧隙隙和和齿齿厚厚偏偏向向、选选择择误误差差检检验验工工程程及及其其齿齿坯坯精精度度确实定。确实定。w 齿轮标注齿轮标注1、精度等、精度等级的的标注注由精度等由精度等级与其相与其相应的偏向工程的偏向工程组成。例成。例 7 GB/T 10095.1 表表示示齿轮各各项偏偏向向工工程程均均应符符合合GB/T 10095.1的要求，精度均的要求，精度均为7级。 7Fp 6(F、F) GB/T 10095.1 表表示示偏偏向向Fp 、F、F均按均按GB/T 10095.1要求，精度分要求，精度分别为7级和和6级。 6 、 G
19、B/T 10095.2 表表示示偏偏向向 、 均均按按GB/T 10095.2要求，精度均要求，精度均为6级。齿轮标注齿轮标注 2、齿厚偏向标注法 ：Sn为法向公称齿厚，Esns为齿厚上偏向，Esni为齿厚下偏向。 ：Wk为跨k个齿的公法线公称长度，Ebns为公法线长度上偏向，Ebni为公法线长度下偏向。小齿轮任务图及标注小齿轮任务图及标注w模数 m=4 基节极限偏向 土fpb =土0.018w齿数 z=96 齿向公差 F =0.011w齿形角 a=20 公法线平均长度极限偏向 =129.37mmw精度等级 877 GK GB1009588 跨齿数 n=11w齿圈径向跳动公差 Fr =0 .071 w公法线长度变动公差 Fw =0. 050 w齿形公差 ff = 0. 016 w技术要求w1正火 170210HB； w2未注圆角半径R5，倒角245
