第十二章 圆柱齿轮传动的互换性

第十二章圆柱齿轮传动的互换性基本要求了解渐开线圆柱齿轮传动的精度要求。了解齿轮误差产生的原因及误差特性。了解圆柱齿轮传动精度的评定指标。掌握渐开线圆柱齿轮传动精度设计的基本方法。齿轮传动互换性的使用要求传递运动的准确性：传递运动的准确性是指要求齿轮在一转范围内传动比变化尽量小以保证从动齿轮与主动齿轮的运动协调。传动的平稳性：传动的平稳性是指要求齿轮传动过程中瞬时传动比变化尽量小，以减小齿轮传动中的冲击、振动和噪声。齿轮传动互换性的使用要求载荷分布均匀性：载荷分布均匀性是指要求齿轮在啮合时，工作齿面接触良好，载荷分布均匀，避免载荷集中于局部齿面，造成局部齿面磨损或折断，以保证齿轮传动有较大的承载能力和较长的使用寿命。侧隙：侧隙即齿侧间隙，是指要求齿轮副啮合时非工作齿面间具有适当的间隙。侧隙是在齿轮、轴、箱体和其他零部件装配成减速器、变速箱或其他传动装置后自然形成的，适当的齿侧间隙用来贮存润滑油，补偿热变形和弹性变形，防止齿轮在工作中发生齿面烧蚀或卡死，以使齿轮副能够正常工作。齿轮传动互换性的使用要求上述4项要求，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。如：对于分度机构，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1'～2'，甚至是几秒，此时，传递运动准确性是主要的；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，齿侧间隙也应足够大，而对其运动精度则要求不高。齿轮加工误差的来源及其特点渐开线齿轮的加工方法很多，如滚齿、插齿、剃齿、磨齿等，下面以应用较广的滚齿来分析齿轮加工误差。1、几何偏心2、运动偏心3、机床传动链的短周期误差齿轮加工误差的来源及其特点几何偏心误差：齿坯孔与机床心轴的安装偏心(e)，也称几何偏心，是齿坯在机床上安装时，齿坯基准轴线O'O'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O'O'的距离不断变化(最大变化量为2e)。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。工作时产生以一转为周期的转角误差，使传动比不断改变。几何偏心误差运动偏心误差运动偏心是指机床分度蜗轮几何偏心复映到被加工齿轮上的误差，O2O2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eK。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(ω+Δω)和(ω-Δω)之间，以一转为周期变化。运动偏心并不产生径向误差，而齿轮产生切向误差。运动偏心误差齿轮传递运动准确性的评定指标切向综合误差（ΔFi'）齿距累积误差（ΔFp）及K个齿距累积误差（ΔFpk）齿圈径向跳动（ΔFr）径向综合误差（ΔFi）公法线长度变动（ΔFw）切向综合误差(ΔFi')切向综合误差(ΔFi')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。切向综合误差是在单面啮合综合检查仪上进行测量的。齿距累积误差(ΔFp)及K个齿距累积误差(ΔFpk)齿轮累积误差ΔFp是指在齿轮分度圆上，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ΔFpk是指K个齿距间的实际弧长与公称弧长的差值中的最大绝对值。齿圈径向跳动（ΔFr）齿圈径向跳动ΔFr是指在齿轮一转范围内，测头在齿槽内于齿高中部的位置双面接触，测头相对于齿轮基准轴线的径向位移的变动量。齿圈径向跳动用径向跳动测量仪来测量，采用球形或锥形测头。齿圈径向跳动检查仪公法线长度变动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称为公法线长度变动，△Fw=Wmax－Wmin。齿轮公法线长度可以用公法线千分尺或其他量仪来测量。1）根据被测齿轮参数，计算（或查表）公法线公称值和跨齿数2）校对公法线千分尺零位值。3）根据右图形式，依次测量齿轮公法线长度值（测量全齿圈），记下读数4）求出公法线长度的平均值及平均值与公称值之差即公法线平均长度偏差wmE5）根据被测齿轮的图纸要求，查出公法线长度变动公差、齿圈径向跳动公差、齿厚上偏差和下偏差，计算公法线平均长度的上、下偏差。7）判断零件的合格性6）将记录的公法线长度最大值与最小值之差，即为公法线长度的变动值ΔFw=ΔWmax-ΔWmin径向综合误差(ΔFi)径向综合误差ΔFi是指被测齿轮与理想精确的测量齿轮双面啮合时，在被测齿轮一转内双啮中心距的变动量。径向综合误差用齿轮双面啮合综合测量仪（双啮仪）来测量。齿轮传动平稳性的评定指标影响齿轮传动平稳性的主要误差是齿轮的基节偏差和齿形误差，主要来源于滚刀和分度蜗杆的制造误差和安装误差。一齿切向综合误差（Δfi'）一齿径向综合误差（Δfi）基节偏差（Δfpb）齿形误差（Δff）齿距偏差（Δfpt）一齿切向综合误差(Δfi'）Δfi'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，实际转角与公称转角之差的最大幅度值。一齿径向综合误差(Δfi)Δfi是指被测齿轮与理想精确的测量齿轮双面啮合时，在被测齿轮一齿距角内的双啮中心距的最大变动量。（2）误差产生的原因：齿坯偏心、刀具安装和调整造成的齿形误差。（3）影响：齿轮传递运动不准确（4）测量：双啮仪1、固定拖扳2、被测齿轮3、测量齿轮4、浮动滑扳5、误差曲线6、记录纸7、滑针8、传送带9、指示表基节偏差（Δfpb）基节偏差是指实际基节与公称基节之差。一对齿轮正常啮合时，当第一个轮齿尚未脱离啮合时，第二个轮齿应进入啮合。当两齿轮基节相等时，这种啮合过程将平稳地连续进行，若齿轮具有基节偏差，则这种啮合过程将被破坏，使瞬时速比发生变化，产生冲击、振动。基节偏差可用基节仪和万能测齿仪进行测量。齿形误差(Δff)齿形误差是指齿轮端截面上实际齿形对渐开线的形状误差。由齿轮啮合的基本定律可知，只有理论渐开线或共轭齿形才能使齿轮啮合传动中啮合线始终通过一点，传动比保持不变。对渐开线齿轮来说，其齿形不可能加工成理论渐开线，实际齿形偏离渐开线，会导致齿轮工作时，瞬时传动比不断变化，影响齿轮传动平稳性。（2）误差产生的原因：刀具制造和安装误差及机床传动链误差。（3）测量仪器——渐开线检查仪齿距偏差(Δfpt)齿距偏差Δfpt是指在分度圆上，实际齿距与公称齿距之差。齿轮载荷分布均匀性的评定指标一对齿轮在啮合过程中，它们的轮齿从齿根到齿顶或从齿顶到齿根，在齿高上依次接触，每一瞬间相互啮合的两个轮齿的接触线为直线，且平行于齿轮基准轴线。齿轮啮合时齿面接触不良会影响载荷分布均匀性。影响齿宽方向载荷分布均匀性的主要误差是齿向误差，影响齿高方向载荷分布均匀性的主要误差是齿形误差和基节偏差。齿向误差(ΔFβ)齿向误差ΔFβ是指在分度圆柱面上，齿宽有效部分范围内（端部倒角部分除外），包容实际齿线且距离为最小的两条设计齿向线之间的端面距离。误差产生原因：机床导轨倾斜，夹具和齿坯安装误差引起齿轮的侧隙评定指标齿轮副侧隙是指一对齿轮啮合时，非工作齿面间的间隙。适当的侧隙是齿轮副正常工作的必要条件。对于齿轮来说，影响侧隙大小和不均匀性的主要因素是实际齿厚的大小及其变动量。为了保证所需的最小侧隙，必须规定齿厚的最小减薄量，即齿厚上偏差。又为了保证侧隙不致过大，必须规定齿厚公差。为控制齿厚减薄量，以获得必要的侧隙，可以采用下列评定指标：齿厚偏差（ΔES），公法线平均长度偏差（ΔEWm）齿厚偏差(ΔES)齿厚偏差ΔES是指在齿轮分度圆柱面上，齿厚的实际值与公称值之差。对于斜齿轮，指法向齿厚实际值与公称值之差。按定义，齿厚是以分度圆弧长计算，而测量时则以弦长（弦齿厚）计值。90SmzSinz（2）测量仪器——齿厚卡尺12azmhm90（Cos）z2daEhh（3）齿厚测量步骤1）用外径千分尺或游标卡尺测量齿顶圆直径，并记录2）计算分度圆实际弦齿高2daEhhh3）按值调整齿厚卡尺的垂直游标4）按上图形式，将齿厚卡尺置于被测齿轮上，使垂直游标尺的定位尺和齿顶接触，然后移动水平游标尺的卡脚，使卡脚紧靠齿廓，从水平游标尺上读出实际弦齿厚。5）沿齿轮外圆，重复步骤4，均匀测量6—8点，记录数据公法线平均长度偏差(ΔEwm)公法线平均长度偏差ΔEW是指在齿轮一周内，公法线长度平均值与公称值之差。即ΔEWm=（W1+W2+…+Wn）/z－W公称齿轮因齿厚减薄使公法线长度也相应减小，所以可用公法线平均长度偏差作为反映侧隙的一项指标。通常是通过跨一定齿数测量公法线长度来检查齿厚偏差的。由于用千分尺测量，不以齿顶圆定位，测量精度高齿轮副的评定指标齿轮副切向综合误差ΔFic'：装配好的齿轮副，在啮合转动足够多的转数内，一个齿轮相对于另一个齿轮的实际转角与公称转角之差的最大幅值。齿轮副的一齿切向综合误差Δfic'：装配好的齿轮副，在啮合转动足够多的转数内，一个齿轮相对于另一个齿轮的一个齿距的实际转角与公称转角之差的最大幅值。齿轮副的接触斑点：安装好的齿轮副，在轻微制动下运转后，齿面上分布的接触擦亮痕迹。齿轮副的侧隙：齿轮副的侧隙分圆周侧隙和法向侧隙。渐开线圆柱齿轮精度标准及应用1、适用范围：mn≥1~40、分度圆直径4000、齿宽≤6302、精度等级：1、2、…12共12个等级1级最高12级最低3~5级为高精度6~8级属于中等精度9~12为低精度级3、精度等级的选择按国家标准分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ公差组Ⅰ——控制传递运动的准确性Ⅱ——控制传动的平稳性、噪声、振动等Ⅲ——控制载荷分布均匀性