螺旋锥齿轮 精度 公差 测量课件

2015年螺旋锥齿轮与磨齿加工技术培训中国齿轮协会教育培训中心河南科技大学2015年6月23日齿轮精度、公差与技术测量第二讲河南科技大学河南科技大学齿轮研究所中国齿轮协会教育培训中心制作2.1概述2.1.1齿轮传动的基本概念齿轮传动是机械传动中最主要的一类传动，主要用来传递运动和动力。由于齿轮传动具有传动效率高、结构紧凑、承载能力大、工作可靠等特点，已广泛应用于汽车、轮船、飞机、工程机械、农业机械、机床、仪器仪表等机械产品中。齿轮传动的质量对机械产品的工作性能、承载能力及使用寿命等都有很大的影响。为了保证齿轮传动的质量、通配与互换性，有必要研究齿轮误差对使用性能的影响，探讨提高齿轮加工和测量精度的途径，并制订出相应的精度标准。2.1.1齿轮传动的基本概念GB/T10095.1~2—2008《渐开线圆柱齿轮精度》GB/Z18620.1~4—2008《圆柱齿轮检验实施规范》2.1.1齿轮传动的基本概念标准名称内容对应ISO标准GB/T10095-2008渐开线圆柱齿轮精度第1部分：轮齿同侧齿面偏差的定义和允许值等同采用ISO1328-1:1997第2部分：径向综合偏差与径向跳动的定义和允许值等同采用ISO1328-2:1997GB/Z18620-2008圆柱齿轮检验实施规范第1部分：轮齿同侧齿面的检验等同采用ISO/TR10064-1:1992第2部分：径向综合偏差、径向跳动、齿厚和侧隙的检验等同采用ISO/TR10064-2:1992第3部分：齿轮坯、轴中心距和轴线平行度等同采用ISO/TR10064-3:1992第4部分：表面结构和轮齿接触斑点的检验等同采用ISO/TR10064-4:19922.1.2齿轮传动的使用要求要求齿轮在一转范围内，其传动比变化尽可能小，以保证准确传递回转运动或准确分度。理论上，渐开线圆柱齿轮的传动比是恒定的；但实际上，由于加工误差的影响，齿廓相对于旋转中心分布不均，且渐开线也不是理论的渐开线。因此，在齿轮传动中必然会引起传动比的变动。1、传递运动的准确性2.1.2齿轮传动的使用要求1、传递运动的准确性主动轮φ1从动轮φ2＝iφ1222fff-=D转角误差：由于从动轮存在误差，使得：应限制从动轮一转范围内最大转角误差。2f实际转角为：f2要求齿轮在一齿范围内，其瞬时传动比变化尽可能小，以保证传动平稳，减少振动、冲击和噪声。由于受齿形误差、齿距误差等影响，即使齿轮转过很小的角度都会引起转角误差，造成瞬时传动比的变化。瞬时传动比的变化是振动、冲击和噪声的根源。2.1.2齿轮传动的使用要求2、传动平稳性要求齿轮在啮合时，齿面接触良好，以保证载荷分布均匀，防止引起应力集中，从而影响齿轮的使用寿命。2.1.2齿轮传动的使用要求3、承载均匀性要求齿轮啮合时，非工作齿面应具有一定的间隙，以便贮存润滑油和补偿齿轮传动受力后的弹性变形、热膨胀以及补偿齿轮传动元件的制造、装配误差，防止卡死或烧伤。同时，侧隙又不能过大，以免增大冲击、噪声和空程误差。2.1.2齿轮传动的使用要求4、齿侧间隙的合理性2.2渐开线圆柱齿轮的加工误差来源与分类齿轮的加工误差主要来源于组成工艺系统的机床、刀具、夹具、齿坯的制造与安装误差。现以最常见的滚齿加工为例，将产生误差的因素归纳为以下几个方面：（1）几何偏心e几（2）运动偏心e运1.误差来源（3）机床传动链的周期误差（4）滚刀的加工误差与安装误差2.2.1误差来源指齿坯在机床上加工时的安装偏心。这是由于齿坯定位孔与机床心轴之间有间隙，使齿坯定位孔中心（0ˊ-0ˊ）与机床工作台的回转中心（0-0）不重合而产生的。1、几何偏心2.2.1误差来源指机床分度蜗轮中心（0〞-0〞）与工作台回转中心（0-0）不重合所引起的偏心。2、运动偏心2.2.1误差来源主要是指分度蜗杆的径向跳动和轴向窜动等引起的轮齿的高频误差。3、机床传动链的高频误差2.2.1误差来源指滚刀的齿形误差、径向跳动、轴向窜动和刀具轴心线的安装倾斜误差等。4、滚刀的制造和安装误差2.2.1误差来源由于滚齿过程是滚刀对齿坯的周期性连续切削过程，因而加工误差具有周期性，这是齿轮误差的特点。在上述4方面产生的齿轮加工误差中，前2项是以齿轮一转为周期的，称为长周期误差（即低频误差）；后2项是以分度蜗杆一转或齿轮一齿为周期的，在齿轮一转中多次重复出现，称为短周期误差（即高频误差）。2.2.1误差分类（1）按周期分类长周期误差短周期误差2.2.1误差分类（2）按方向分类2.2.1误差分类径向误差:由几何偏心、刀具径向跳动等原因引起的误差轴向范成运动径向切向切向误差:由运动偏心、刀具轴向窜动等引起的误差轴向误差:滚刀沿齿坯轴向移动的误差。按误差对齿轮传动性能的影响，可将评定参数分为三个组：第Ⅰ组：影响运动准确性的项目第Ⅱ组：影响传动平稳性的项目第Ⅲ组：影响载荷分布均匀性的项目2.2.1误差分类1.影响运动准确性的项目(第Ⅰ公差组）切向综合误差iFD齿距累积误差pFD齿圈径向跳动rFD径向综合误差iFD公法线长度变动误差wFD2.2.1误差分类2.2.1误差分类2.影响传动平稳性的项目（第Ⅱ公差组）一齿切向综合误差ifD齿形误差ffD一齿径向综合误差ifD基节偏差pbfD齿距偏差ptfD2.2.1误差分类3.影响载荷分布均匀性的误差齿向误差影响接触长度影响接触高度齿形误差2.2.1误差分类4.影响齿轮副侧隙的加工误差齿厚偏差sED公法线平均长度偏差wmED2.3单个渐开线圆柱齿轮的精度评定指标2.3.1轮齿同侧齿面偏差2.3.2轮齿双侧齿面偏差2.3.1轮齿同侧齿面偏差评定指标一、齿距（位置）精度控制指标齿距精度控制指标是单个齿轮精度的重要检测指标。齿距精度控制指标包括：单个齿距偏差——fpt齿距累积偏差——Fpk齿距累积总偏差——Fpptf1、单个齿距偏差指在齿轮端平面上，在接近齿高中部的一个与齿轮轴线同心的圆上，一般为分度圆，实际齿距与理论齿距的代数差。2.3.1轮齿同侧齿面偏差评定指标单个齿距偏差产生的原因：主要是在滚齿加工中分度蜗杆的跳动引起的。它的存在，无论是正值还是负值，都会影响到齿轮传递运动的准确性，而且导致一对进入啮合的齿发生冲撞，从而影响传动平稳性。2.3.1轮齿同侧齿面偏差评定指标pkF2、齿距累积偏差指任意个齿距的实际弧长与理论弧长的代数差。理论上它等于这个齿距的各单个齿距偏差的代数和。一般Fpk值被限定在不大于1/8的圆周上评定，因此Fpk允许值适用于齿距数为2到小于1/8的弧段内。2.3.1轮齿同侧齿面偏差评定指标齿距累积偏差Fpk实际上是控制在局部圆周上的齿距累积偏差，将影响到齿轮传递运动的准确性、平稳性。如果此项偏差过大，将产生严重的振动、冲击和噪声，这在高速齿轮传动中应特别重视。2.3.1轮齿同侧齿面偏差评定指标3、齿距累积总偏差Fp指齿轮同侧齿面任意弧段（k=1至k=z）内的最大齿距累积偏差。它表现为齿距累积偏差曲线的总幅值。2.3.1轮齿同侧齿面偏差评定指标Fp产生的原因：主要是在滚齿加工中几何偏心和运动偏心造成的。Fp可反映出齿轮转一圈过程中传动比的变化，因此它影响齿轮的传动准确性。二、齿廓（形状）精度控制指标齿廓偏差是指实际齿廓偏离设计齿廓的量，该量在端平面内且垂直于渐开线齿廓的方向计值。齿廓图——齿廓迹线是由齿轮齿廓检验设备在纸上或其他适当的介质上画出来的齿廓偏差曲线，能直观地反映出齿廓偏差。齿廓精度控制指标包括：齿廓总偏差Fa、齿廓形状偏差ffa齿廓倾斜偏差fHa。2.3.1轮齿同侧齿面偏差评定指标齿廓计值范围等于在有效长度中从其顶端或倒棱处减去8%。在评价齿廓总偏差和齿廓形状偏差时，在这8%区域内如有超出设计齿廓的材料，从而增加其偏差量时必须计算进去，而在这区域内如多切除材料而形成的偏差值，其公差可予增大。aLAELaFaff2.3.1轮齿同侧齿面偏差评定指标指在计值范围内，包容实际齿廓迹线的两条设计齿廓迹线间的距离。aF2.3.1轮齿同侧齿面偏差评定指标1、齿廓总偏差指在计值范围内，包容实际齿廓迹线的两条与平均齿廓迹线完全相同的曲线间的距离，且两条曲线与平均齿廓迹线的距离为常数。aff2.3.1轮齿同侧齿面偏差评定指标2、齿廓形状偏差指在计值范围的两端与平均齿廓迹线相交的两条设计齿廓迹线间的距离aHf2.3.1轮齿同侧齿面偏差评定指标3、齿廓倾斜偏差为了齿轮质量分等，只需检验齿廓总偏差即可。有时为了某些目的，如为了分析齿轮加工中的工艺误差，也可检测和。齿廓偏差产生的原因：主要是刀具的制造和安装误差，以及机床传动链的误差。齿廓总偏差主要影响齿轮传动平稳性，因为有的齿轮，其齿廓不是标准正确的渐开线，易产生振动与噪声。aFaffaHfaFaF2.3.1轮齿同侧齿面偏差评定指标三、齿向（方向）精度控制指标齿向精度控制指标包括：螺旋线总偏差螺旋线形状偏差螺旋线倾斜偏差FffHf2.3.1轮齿同侧齿面偏差评定指标螺旋线偏差是指在端面基圆切线方向上测得的实际螺旋线偏离设计螺旋线的量。螺旋线图包括螺旋线迹线，是由螺旋线检验设备在纸上或其他适当的介质上画出来的曲线。2.3.1轮齿同侧齿面偏差评定指标螺旋线计值范围等于迹线长度两端各减去5%的迹线长度，但减去量不超过1个模数。在评定螺旋线总偏差和螺旋线形状偏差时，若在这5%区域内有多余的材料，则增加的偏差必须考虑进去，而在这区域内如多切除材料而形成的偏差值，其公差可予增大。LFff2.3.1轮齿同侧齿面偏差评定指标指在计值范围内，包容实际螺旋线迹线的两条设计螺旋线迹线间的距离F2.3.1轮齿同侧齿面偏差评定指标1、螺旋线总偏差指在计值范围内，包容实际螺旋线迹线的两条与平均螺旋线迹线完全相同的曲线间的距离，且两条曲线与平均螺旋线迹线的距离为常数ff2.3.1轮齿同侧齿面偏差评定指标2、螺旋线形状偏差指在计值范围的两端与平均螺旋线迹线相交的设计螺旋线迹线间的距离。Hf2.3.1轮齿同侧齿面偏差评定指标3、螺旋线倾斜偏差为了齿轮质量分等，只需检验螺旋线总偏差即可。有时为了某些目的，也可检测螺旋线形状偏差和螺旋线倾斜偏差。FffHf对于直齿圆柱齿轮，螺旋角=0，此时又称为齿向偏差。F2.3.1轮齿同侧齿面偏差评定指标螺旋线偏差产生的原因主要有：机床刀架垂直导轨与工作台回转中心线有倾斜误差，齿坯安装误差，以及机床差动传动链（加工斜齿轮）的调整误差。螺旋线总偏差主要影响齿轮的承载均匀性。F2.3.1轮齿同侧齿面偏差评定指标四、切向（综合）精度控制指标切向精度控制指标包括：切向综合总偏差一齿切向综合偏差iFif2.3.1轮齿同侧齿面偏差评定指标指被测齿轮与测量齿轮单面啮合检验时，被测齿轮一转内，齿轮与分度圆上实际圆周位移与理论圆周位移的最大差值。测量齿轮是测量仪上的理想精确齿轮，精度应比被测齿轮高。iF2.3.1轮齿同侧齿面偏差评定指标1、切向综合总偏差单啮仪的工作原理图为齿轮单面啮合测量仪上给出的切向综合偏差曲线图。横坐标表示被测齿轮转角，纵坐标表示偏差。2.3.1轮齿同侧齿面偏差评定指标Fi’是在模拟齿轮的工作状态下测得的，能够反映出齿轮在一转内转速忽快忽慢、周期性变化情况，是评定齿轮传动准确性的一项比较理想的综合指标。但由于测量仪器较昂贵，使用较少。2、一齿切向综合偏差if指被测齿轮与测量齿轮单面啮合检验时，在被测齿轮一个齿距内的切向综合偏差。所有轮齿的fi’最大值不应超过规定的允许值。2.3.1轮齿同侧齿面偏差评定指标fi’综合反映了齿轮各种短周期误差（高频误差），是评定齿轮传动平稳性的一项综合指标。2.3.2轮齿双侧齿面偏差评定指标一、径向综合偏差1、径向综合总偏差iF指在径向（双面）综合检验时，产品齿轮（指正在被测量或评定的齿轮）的左、右齿面同时与测量齿轮接触，转过一整圈时出现的中心距最大值和最小值之差主要反映径向的综合误差，是评定齿轮传动准确性的一项综合指标。由于的测量与齿轮的工作状态不符，不能全面反映传动准确性。但的测量仪器较简单，测量