渐开线圆柱齿轮的公差与检测上

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1、 齿 轮 是 机 器 和 仪 器 中 使 用 较 多 的 传 动 件 ，尤 其 是 渐 开 线 圆 柱 齿 轮 。 为 保 证 齿 轮 传 动 的 精度 和 互 换 性 ， 必 需 规 定 齿 轮 公 差 和 齿 轮 坯 公 差以 及 齿 轮 箱 体 公 差 ， 并 按 精 度 要 求 进 行 检 测 。 本 章 阐 述 了 渐 开 线 圆 柱 齿 轮 的 主 要 加 工 误差 、 精 度 评 定 参 数 、 齿 轮 坯 精 度 要 求 、 齿 轮 副精 度 要 求 及 检 测 方 法 。 一 、 齿 轮 传 动 的 使 用 要 求1.传 递 运 动 准 确 性 是 指 要 求 齿 轮 在 一

2、 转 范 围 内 传 动 比 变 化 尽 量 小 ，以 保 证 主 、 从 动 齿 轮 运 动 协 调 。 即 ： 在 齿 轮 一 转 中 ，转 角 误 差 的 最 大 值 (绝 对 值 )不 得 超 过 一 定 的 限 度 。如 分 度 齿 轮 传 动 、 读 数 齿 轮 等 。 传 递 运 动 准 确 性 用 于 传 递 精 确 的 位 移 ， 如 分 度 、读 数 、 车 床 主 轴 与 丝 杠 间 的 交 换 齿 轮 ， 若 其 传 递 运动 准 确 性 的 精 度 低 ， 会 产 生 较 大 的 运 动 偏 差 。 2.齿 轮 传 动 平 稳 性 指 要 求 齿 轮 回 转 过 程

3、中 瞬 时 传 动 比 变 化 尽 量 小， 即 要 求 齿 轮 在 一 个 较 小 角 度 范 围 内 (如 一 个 齿 距角 范 围 内 )转 角 误 差 变 化 不 得 超 过 一 定 限 度 。 如 高 速 动 力 齿 轮 ， 要 求 传 动 平 稳 ， 若 瞬 时 传 动比 频 繁 地 变 化 ， 会 产 生 撞 击 、 振 动 和 噪 声 。 齿 轮 传 递 运 动 不 准 确 和 不 平 稳 ， 都 是 齿 轮 传 动比 变 化 引 起 的 。 前 者 以 齿 轮 一 转 为 周 期 ， 波 幅 大 ；后 者 是 单 齿 误 差 ， 波 幅 小 。 3.载 荷 分 布 均 匀 性

4、 要 求 齿 轮 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 而 造 成 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 。 如 重 载 传 动 齿 轮 。4.齿 侧 侧 隙 指 两 相 互 啮 合 齿 轮 工 作 齿 面 接 触 时 ， 相 邻 两 非工 作 齿 面 间 形 成 的 间 隙 。 侧 隙 是 自 然 形 成 的 。 适 当的 侧 隙 用 来 储 存 润 滑 油 ， 补 偿 热 变 形 和 弹 性 变 形 ，防 止 齿 轮 在 工

5、作 中 发 生 齿 面 烧 蚀 或 卡 死 ， 以 使 齿 轮副 能 正 常 工 作 。 对 于 经 常 正 反 转 的 齿 轮 ， 为 减 小 回程 误 差 ， 应 适 当 减 小 侧 隙 或 用 消 隙 齿 轮 传 动 。 二、齿轮加工误差产生的原因 齿轮加工方法按齿廓形成原理，分仿形法和范成法。 以滚齿为例，滚刀每转过一转，工作台转过一个齿距角，连续回转，切出轮齿的齿廓。 产 生 加 工 误 差 的 主 要 因 素 为 ：1.几 何 偏 心 指 由 于 齿 轮 坯 在 机 床 工 作 台 心 轴 上 的 安 装 偏心 ， 使 齿 轮 坯 基 准 孔 轴 线 与 工 作 台 回 转 轴 线

6、 不 重合 而 产 生 偏 心 。 这 使 得 滚 刀 切 出 的 轮 齿 不 均 匀 分布 ， 影 响 齿 轮 传 递 运 动 的 准 确 性 。 2 运 动 偏 心 主 要 由 机 床 分 度 蜗 轮 安 装 偏 心 引 起 ， 使 工 作 台回 转 时 快 时 慢 ， 使 轮 齿 的 齿 距 在 分 度 圆 上 分 布 不 均匀 (各 个 齿 距 的 大 小 呈 正 弦 规 律 变 化 )， 影 响 传 递 准确 性 。 齿 轮 几 何 偏 心 和 运 动 偏 心 同 时 存 在 ， 都 造 成 齿 距 分 布不 均 ， 它 们 可 能 叠 加 ， 也 可 能 抵 消 。 在 评 定 齿

7、 轮 传 递 运 动准 确 性 精 度 时 ， 应 以 两 者 的 综 合 结 果 来 评 定 。 3 机 床 传 动 链 的 高 频 误 差 机 床 传 动 链 有 误 差 时 ， 造 成 齿 面 产 生 波 纹 ， 使齿 轮 啮 合 时 产 生 瞬 时 波 动 ， 影 响 传 动 平 稳 性 。4 滚 刀 的 安 装 误 差 和 制 造 误 差 如 滚 刀 的 径 向 跳 动 、 轴 向 窜 动 及 齿 形 角 误 差 等 。 齿 轮 精 度 的 评 定 参 数 GB对 齿 轮 精 度 的 评 定 参 数 规 定 为 轮 齿 同 侧 齿 面 偏差 、 径 向 偏 差 和 径 向 跳 动 三

8、 个 方 面 。一 、 轮 齿 同 侧 齿 面 偏 差1 齿 距 偏 差单 个 齿 距 偏 差 fpt： 齿 轮 同 侧 相 邻 齿 廓 间 的 齿 距 偏 差 ， 是 实际 齿 距 与 理 论 齿 距 的 代 数 差 。齿 距 累 积 偏 差 Fpk： 任 意 k个 齿 距 的 实 际 弧 长 与 理 论 弧 长 的代 数 差 ， 如 图 。 k为 从 2到 z/8整 数 ， 通 常 取 k=z/8就 即 可 。 齿 距 累 积 总 偏 差 Fp： 在 齿 轮 同 侧 齿 面 任 意 弧 段 内 的 最 大齿 距 累 积 偏 差 ， 表 现 为 齿 距 累 积 偏 差 曲 线 的 总 幅 值

9、 。 齿 距 偏 差 反 映 一 齿 和 一 转 内 任 意 个 齿 距 的 最 大 变 化 ，直 接 反 映 齿 轮 的 转 角 误 差 ， 较 全 面 反 映 了 齿 轮 传 递 的 准确 性 和 平 稳 性 ， 是 几 何 偏 心 、 运 动 偏 心 综 合 影 响 的 结 果 。 齿 距 偏 差 可 以 用 绝 对 法 测 量 。 测 量 时 ， 把 实 际 齿 距直 接 与 理 论 齿 距 比 较 ， 以 获 得 齿 距 偏 差 的 角 度 值 或 线 值 。还 可 以 用 相 对 法 测 量 。 一 般 使 用 双 测 头 式 齿 距 比 较 仪 或万 能 测 齿 仪 。2 齿 廓

10、 偏 差 齿 轮 齿 廓 的 形 状 误 差 ， 指 在 齿 轮 端 平 面 内 垂 直 于 渐开 线 齿 廓 方 向 上 的 实 际 齿 廓 形 状 偏 离 设 计 齿 廓 的 量 。 它将 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 。 齿廓总偏差F：包容实际齿廓迹线的且距离为最小的两条设计齿廓迹线之间的法向距离。齿廓形状偏差ffa：包容实际齿廓迹线的且距离为最小的两条平均齿廓迹线之间的法向距离。齿廓倾斜偏差fHa：与平均齿廓迹线相交的两条设计齿廓迹线之间的距离。 齿廓偏差是刀具制造误差和安装误差及机床传动链中短周期误差等综合因

11、素造成的。齿廓偏差常用渐开线测量仪来测量。 3.螺 旋 线 偏 差端 面 基 圆 切 线 方 向 上 测 得 的 实 际 螺 旋 线 对 理 想 螺 旋线 的 偏 离 量 。(1)螺 旋 线 总 偏 差 F： 在 计 值 范 围 内 ， 包 容 实 际 螺旋 线 迹 线 的 两 条 设 计 螺 旋 线 迹 线 间 的 距 离 ， 如 图 。 (2)螺 旋 线 形 状 偏 差 ff： 在 计 值 范 围 内 ， 包 容 实 际 螺 旋 线迹 线 的 两 条 与 平 均 螺 旋 线 迹 线 相 同 曲 线 间 的 距 离 。(3)螺 旋 线 倾 斜 偏 差 fH： 在 计 值 范 围 内 ， 与

12、平 均 螺 旋 线 迹线 相 交 的 设 计 螺 旋 线 迹 线 间 的 距 离 。 螺 旋 线 偏 差 影 响 齿 轮 的 承 载 能 力 和 传 动 质 量 ， 测 量法 有 展 成 法 和 坐 标 法 。4.切 向 综 合 偏 差(1)切 向 综 合 总 偏 差 Fi： 指 单 面 啮 合 检 测 时 ， 被 测 齿 轮 一转 内 ， 分 度 圆 上 实 际 圆 周 位 移 与 理 论 圆 周 位 移 的 最 大 差值 。(2)一 齿 切 向 综 合 偏 差 fi： 指 被 测 齿 轮 一 个 齿 距 范 围 内 实际 圆 周 位 移 与 理 论 圆 周 位 移 之 差 的 最 大 值

13、。 切 向 综 合 偏 差 可 用 于 综 合 评 定 齿 轮 传 递 运 动 的 准 确性 和 平 稳 性 ， 用 齿 轮 单 面 啮 合 综 合 测 量 仪 (单 啮 仪 )来 测量 。 二 、 齿 轮 径 向 综 合 偏 差1.径 向 综 合 总 偏 差 Fi： 指 被 测 齿 轮 与 测 量 齿 轮 双 面 啮 合检 测 时 (前 者 左 、 右 齿 面 同 时 与 后 者 齿 面 接 触 )， 在 被 测 齿轮 一 转 内 双 啮 中 心 距 的 最 大 值 与 最 小 值 之 差 。2.一 齿 径 向 综 合 偏 差 fi： 指 在 被 测 齿 轮 一 转 中 对 应 一 个齿 距

14、 角 (360/z)范 围 内 的 双 啮 中 心 距 变 动 量 。 径 向 综 合 偏 差 主 要 反 映 几 何 偏 心 引 起 的 误 差 ， 但 受 左右 齿 面 共 同 影 响 ， 不 适 应 验 收 高 精 度 齿 轮 。 常 用 齿 轮 双 面啮 合 综 合 测 量 仪 (双 啮 仪 )测 量 。 三 、 齿 轮 径 向 跳 动 齿 轮 径 向 跳 动 Fr： 指 将 测 头 相 继 放 人 被 测 齿 轮 每 个 齿 槽内 ， 在 接 近 齿 高 中 部 的 位 置 与 左 、 右 齿 面 接 触 时 ， 从 测头 到 齿 轮 基 准 轴 线 的 最 大 距 离 与 最 小 距 离 之 差 ， 如 图 。 是 由 于 齿 轮 轴 线 和 基 准 孔 中 心 线 存 在 几 何 偏 心 引 起的 ， 常 用 齿 轮 径 向 跳 动 测 量 仪 测 量 。