齿轮减速器运动精度设计

机械工程实验之减速器精度设计1/18一、实验目的1.通过实验学习机械零件几何参数测量的基本知识和测量方法。2.学习典型测量仪器的测量原理和测量方法，并能熟练操作，了解1～2种大型设备的操作方法。3.学习和掌握“机械精度设计”课程内容在机械设计中的应用。4.学习掌握测量数据处理的基本方法。5.学习掌握1－2种计算机辅助设计软件的使用。二、实验任务1.学习了解机械精度设计相关知识；2.设计一级齿轮减速器的测量方案；3.按照测量方案测量一级齿轮减速器中各运动零件的参数。4.测量零件的各项误差值（形状与位置、表面粗糙度和齿轮误差等）；5.测算齿轮箱体的配合尺寸和相关误差（形状、位置和表面粗糙度）；6.测算被测零件的精度等级；7.用计算机辅助设计软件画图。三、测量方案设计1.齿轮精度的评定根据渐开线圆柱齿轮传动精度的评定指标，齿轮精度主要有以下4个方面的指标：A．运动精度评定指标（切向综合误差'iF、齿距积累误差pF、齿圈径向跳动误差rF、公法线长度变动WF、径向综合误差''iF）B．工作平稳性评定指标（一齿切向综合误差'if、一齿径向综合误差''if、基节偏差pbf、齿形误差ff、齿距偏差ptf、螺旋线波度误差ff）C．接触精度评定指标（齿向误差F、接触线误差bF、轴向齿距偏差pxF）D．侧隙的评定指标（齿厚偏差sE、公法线平均长度偏差WmE）齿轮副精度评定指标：A．齿轮副的安装误差（轴线的平行度误差xf和yf、中心距偏差af）B．齿轮副的评定指标（齿轮副接触斑点、齿轮副的侧隙）而渐开线圆柱齿轮精度分为三个公差组：公差组第Ⅰ公差组第Ⅱ公差组第Ⅲ公差组公差项目'iFpFpkFrF''iFWF'if''ifffpbfptfffFbFpxF检测组'iFpF与pkFpFrF与WF''iF与WFrF'if''ifff与pbfff与ptfpbf与ptfffFbFpxF与ffpxF与bF机械工程实验之减速器精度设计2/18根据要求从以上三个公差组每组至少选1一个检测组，根据实际情况和实验室条件我们选择以下指标作为检测组：评定方面运动精度评定侧隙的评定检测组齿距累积误差pF齿圈径向跳动误差rF与公法线长度变动量WF公法线平均长度偏差WmE测量工具手提式齿距仪齿圈径向跳动检测仪公法线千分尺公法线千分尺精度等级评定注：1)pF是综合评定指标。2)rF、WF分别用于评定径向误差（几何偏心造成）和切向误差（运动偏向造成），要组合使用。3)接触精度评定指标根据实际情况没有选入检测组。2.轴的形状与位置误差精度评定根据形位公差评定原则，首先区分几个概念：1)形状误差：被测实际要素对理想要素的变动量。2)位置误差：关联被测实际要素对其理想要素的变动量。3)定向公差：具有确定方向的功能，即确定被测实际要素相对基准要素的方向精度。4)定位公差：具有确定位置功能，即确定被测实际要素相对基准要素的位置精度。5)跳动公差：具有综合控制能力，即确定被测实际要素的形状和位置两方面的综合精度。形状公差带包括公差带形状、方向、位置和大小等四要素。形状公差项目6项，位置误差有定向、定位、和跳动误差三项，共8个公差项目，具体如下：A.直线度B.平面度C.圆度D.圆柱度E.线轮廓度F.面轮廓A．平行度B．垂直度C．倾斜度D．同轴度E．对称度F．位置度G．圆跳动度H．全跳动度根据测量元件（轴）的实际情况和要求以及实验室条件，我们选择以下三项作为轴类零件形位精度评定的检测组：待测参数轴颈的圆柱度（或全跳动度）轴头于轴颈公共轴线的同轴度测量工具自制组合工具自制组合工具精度等级评定3.表面粗糙度的精度评定机械工程实验之减速器精度设计3/18根据表面粗糙度的评定原则，表面粗糙度的评定参数很多，下面列举几种表面粗糙度的评定参数：A．轮廓最大高度yRB．微观不平度10点高度zRC．轮廓算术平均偏差aRD．轮廓微观不平的平均距离mSE．轮廓单峰平均距离SF．轮廓支承长度pt表面粗糙度一般必须标注高度参数和取样长度，取样长度为推荐数值可不注，高度参数一般标注轮廓算术平均偏差aR，根据配合要求，具有配合面得表面粗糙度都有一定的要求，所以这里取轴与轴承、轴与齿轮配合面的表面粗糙度的值作为被测对象，其他表面粗糙度也必须注明。待测参数轴颈表面粗糙度轴头表面粗糙度齿轮的齿面表面粗糙度齿轮轴孔表面粗糙度测量工具表面粗糙度仪表面粗糙度仪表面粗糙度仪表面粗糙度仪精度等级评定4.轴类零件的尺寸精度评定根据相关原则，具有配合要求的表面的尺寸精度必须满足一定的公差值，所以对于具有配合要求的轴段尺寸需要用比较仪测量以弥补卡尺或千分尺的误差，其他非配合要求的轴段可以直接由卡尺测得。待测参数轴头直径轴颈直径齿轮轴孔内径其他尺寸测量工具卡尺+立式光学比较仪+量块卡尺+立式光学比较仪+量块三坐标测量机卡尺或千分尺精度等级评定5.轴承和键的测量通过测量查表得出标准值。6.按机械制图标准画出轴、齿轮零件图各一张（AutoCAD）四、测量设备及原理常用普通量具（千分尺、游标卡尺、百分表、量块等），齿距仪和公法线千分尺，比较仪，表面粗糙度仪，三坐标测量机，圆柱度仪等。1.游标卡尺A.游标卡尺简介：游标卡尺分为尺身和游标尺，它们上面都有刻度。以准确到0．1毫米的游标卡尺为例,尺身上的最小分度是1毫米，游标尺上有10个小的等分刻度，总长9毫米，每一分度为0．9毫米，比主尺上的最小分度相差0．1毫米。B.卡尺的读数：机械工程实验之减速器精度设计4/18读数时首先以游标零刻度线为准在尺身上读取毫米整数，即以毫米为单位的整数部分。然后看游标上第几条刻度线与尺身的刻度线对齐，如第6条刻度线与尺身刻度线对齐，则小数部分即为0．6毫米（若没有正好对齐的线，则取最接近对齐的线进行读数）。如有零误差，则一律用上述结果减去零误差（零误差为负，相当于加上相同大小的零误差），读数结果为：L＝整数部分＋小数部分－零误差2.千分尺A．千分尺简介：外径千分尺常简称为千分尺也叫螺旋测微仪，它是比游标卡尺更精密的长度测量仪器，常见的一种如图2．4－1所示，它的量程是0－25毫米，分度值是0．01毫米。外径千分尺的结构由固定的尺架、测砧、测微螺杆、固定套管、微分筒、测力装置、锁紧装置等组成。固定套管上有一条水平线，这条线上、下各有一列间距为1毫米的刻度线，上面的刻度线恰好在下面二相邻刻度线中间。微分筒上的刻度线是将圆周分为50等分的水平线，它是旋转运动的。根据螺旋运动原理，当微分筒（又称可动刻度筒）旋转一周时，测微螺杆前进或后退一个螺距──0．5毫米。这样，当微分筒旋转一个分度后，它转过了1／50周，这时螺杆沿轴线移动了1／50×0．5毫米＝0．01毫米，因此，使用千分尺可以准确读出0．01毫米的数值B．千分尺读数：千分尺读数时，先以微分筒的端面为准线，读出固定套管下刻度线的分度值（只读出以毫米为单位的整数），再以固定套管上的水平横线作为读数准线，读出可动刻度上的分度值，读数时应估读到最小刻度的十分之一，即0．001毫米。如果微分筒的端面与固定刻度的下刻度线之间无上刻度线，测量结果即为下刻度线的数值加可动刻度的值；如微分筒端面与下刻度线之间有一条上刻度线，测量结果应为下刻度线的数值加上0．5毫米，再加上可动刻度的值。3.公法线千分尺A．公法线千分尺简介：公法线长度用公法线千分尺测量，图14是公法线千分尺的外形图。它的结构、使用和测量方法与外径千分尺相同，不同之处只是它的量砧制成蝶形，以便深入齿间进行测量。量砧之间的距离即为实际公法线长度kW.B.公法线千分尺的读数：读数方法与千分尺类似。4.立式光学比较仪机械工程实验之减速器精度设计5/18简介：A．立式关系比较仪简介：如图1-1所示，它由底座1、立柱2、横臂5、直角光管6和工作台16等部分组成。直角光管是主要部件,它是由自准直光管和正切杠杆机构组合而成的其光路系统如图1-2所示。光从外面经反射镜1射入光管内的棱镜2，再反射照亮圆分划板3上的刻线尺4。圆分划板的里面半边有刻线尺、外面半边是一条空白长框9(作为成象面)，框外涂黑，框内刻有一条横的断续线（作为指示线）。分划板3位于物镜6的焦平面上，也在目镜8的物方焦平面上。当刻线尺4被照亮后，从刻线尺发出的光束经过直角棱镜5和物镜6，成平行光束投射到平面反射镜7上，光线从7上反射回来后，刻线尺4被物镜6成象在与它对称位置的成象面9上，刻线尺4的象可通过目镜8进行观察。平面反射镜7由三个直径相同的钢球作支承，其中两个作为反射镜的转动支承，而另一个钢球则固定在测杆的顶端12。平面反射镜7的下面用两个小弹簧11钩住，以保证反射镜与钢球接触，并使测头13产生一定的测量力。测量工作前先用量块调整光管上下位置，使刻线尺的象达到零位。此时平面反射镜的镜面与自准直光管的光轴相垂直。当测杆12因工件尺变化而上下移动一个距离s时，见图1-2的左下图，反射镜随之绕支点转动一个角度α，则反射光相对入射光偏转了2α角度，从而使刻线尺的象产生位移量t。因此，直角光管的放大倍数为：K=t/s=Ftg2α/btgα≈2F/b物镜至刻线尺的距离为物镜焦距F（F=200mm），测杆中心至反射镜支点间的距离为b(b=5mm)，则K=80。刻线尺的刻线间距C=0.08mm，则刻线尺的分度值为：i=C/K=0.08/80mm=0.001mm=1um刻线尺上有200条刻线，故其示值范围为±100mm，立式光学比较仪的测量范围为0～180mm。由于目镜放大12倍，人眼看到刻线象的刻线间距为12×0.08mm=0.96mm。B．立式光学比较仪使用步骤：①粗调节松开横臂5上的紧固螺钉4，转动调节螺母3，使横臂缓慢下降，直到测头与量块的测量面接触，而在视场中能看见刻线尺的象时，则将螺钉4扭紧。②细调节松开紧固螺钉12，转动手轮13，使在目镜中看到的象与指示线接近（见图1-3a），然后拧紧螺钉12。③微调节转动微调螺钉10，使刻线尺的零刻线的影象与u指示线重合（见图机械工程实验之减速器精度设计6/181-3b），然后按下拨叉15数次，使零位稳定。④检查零位按下拨叉15，抬起测头14，推出量块组，再推进量块组，放下测头，再微旋螺钉10，使零线影象与指示线再次重合。⑤检查示值按动拨叉三次，若零线影象变动不超过1/10格，则表示光学比较仪的示值稳定可用。5.表面粗糙度仪6.手提式齿距仪A．手提式齿距仪简介：齿距用齿距仪测量，图13是齿距仪的外形图。该仪表主要由仪表架1、定位支脚2、固定量爪3、活动量爪4、紧定螺钉5和指示表6组成。测量时，两定位支脚与齿顶圆接触，固定量爪和活动量爪分别与相邻两齿同侧齿廓齿高中部（分度圆附近）接触。由于活动量爪与指示表相连，因此该量仪能够测量齿距的变化量。B．手提式齿距仪使用方法：根据被测齿轮的模数，调整固定量爪3的位置，然后拧紧螺钉5，调整两固定支脚2，使它们与齿顶圆接触，同时固定量爪和活动量爪分别与相邻两齿同侧齿廓齿高中部（分度圆附近）接触，并且活动量爪仍有测量的活动量。转动指示表的表盘，使零刻度与指示表的长针对齐，稍微移开齿轮，再重新接触2～3次，调整指示表的示值为零。这个齿距作为测量的基准齿距。用调整好的量仪，逐齿测量其他齿距相对基准齿距的偏差，记录指示表的各个数值，测量一周回到基准齿距指示表的示值为零。7.齿圈径向跳动检测仪机械工程实验之减速器精度设计7/18A．齿圈径向跳动仪简介：齿圈径向跳动rF用齿圈径向跳动检查仪测量，如图16—1所示，在测量前根据被测齿轮模数的大小选择测头，以确保测头在齿高中部附近与齿面两边接触。被测齿轮借助心轴安装在顶尖座的顶尖上。指示表架可沿立柱升降和转动，测量斜齿轮时应将指示表架转动一个角度，顶尖座安装在检查仪的支撑滑板上，支撑滑板借助于手轮的转动可沿仪器导轨移动，以调整测头沿齿宽方向上的测量位置（亦可用于直齿轮齿向的测量）。B．齿圈径向跳动仪使用方法：调整仪器如图16—2所示状态。注意指示表指针压缩大约在指示范围中间，但不一定要对准零位。测量时