10-齿轮设计解析优秀PPT.ppt
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1、第九章 渐开线圆柱轮精度的测量与评定基本要求w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。w了解齿轮误差产生的缘由及误差特性。了解齿轮误差产生的缘由及误差特性。w了解圆柱齿轮传动精度的评定指标。了解圆柱齿轮传动精度的评定指标。w驾驭渐开线圆柱齿轮传动精度的设计的基驾驭渐开线圆柱齿轮传动精度的设计的基本方法。本方法。一、渐开线圆柱齿轮传动精度要求一、渐开线圆柱齿轮传动精度要求 w运运动动精精度度:是是指指传传递递运运动动的的精精确确性性。为为了了保保证证齿齿轮轮传传动动的运动精度,应限制齿轮一转中最大转角误差的运动精度,应限制齿轮一转中最大转角误差i。w运运动动平平稳稳性
2、性精精度度:要要求求齿齿轮轮运运转转平平稳稳,没没有有冲冲击击、振振动动和和噪噪声声。要要限限制制一一齿齿距距角角范范围围内内转转角角误误差差的的最最大大值值i R。w接接触触精精度度:要要求求齿齿轮轮在在接接触触过过程程中中,载载荷荷分分布布要要匀匀整整,接接触触良良好好,以以免免引引起起应应力力集集中中,造造成成局局部部磨磨损损,影影响响齿齿轮的运用寿命。轮的运用寿命。w齿齿侧侧间间隙隙:在在齿齿轮轮传传动动过过程程中中,非非接接触触面面确确定定要要有有合合理理的的间间隙隙。一一方方面面为为了了贮贮存存润润滑滑油油,一一方方面面为为了了补补偿偿齿齿轮轮的制造和变形误差。的制造和变形误差。种
3、类种类作用作用传递传递运动运动和和动力动力 变更轴的转速与转向变更轴的转速与转向 圆柱齿轮圆柱齿轮圆锥齿轮圆锥齿轮蜗轮蜗杆蜗轮蜗杆用于用于两平行轴两平行轴的传动。的传动。用于用于两相交轴两相交轴的传动。的传动。用于用于两交叉轴两交叉轴的传动。的传动。圆柱齿轮圆柱齿轮 圆锥齿轮圆锥齿轮 蜗轮蜗杆蜗轮蜗杆二、渐开线圆柱齿轮的制造误差 w依据影响的误差因素,加工误差和齿轮副的安装误差。依据影响的误差因素,加工误差和齿轮副的安装误差。w按误差相对于齿轮的方向特征,可分为径向误差、切向按误差相对于齿轮的方向特征,可分为径向误差、切向误差和轴向误差;误差和轴向误差;w按误差在齿轮一转中出现的周期或频率,可
4、分为按误差在齿轮一转中出现的周期或频率,可分为w以齿轮一转为周期的长周期误差,或低频误差以齿轮一转为周期的长周期误差,或低频误差:w 主要影响传递运动的精确性;主要影响传递运动的精确性;w以齿轮一齿为周期以齿轮一齿为周期:短周期误差,或高频误差,短周期误差,或高频误差,w 主要影响工作平稳性。主要影响工作平稳性。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生的主要加工误差。w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O1O1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O1O1的距
5、离不断变更(最大变更量为2 e)。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更,故称为径向误差。工作时产生以一转为周期的转角误差,使传动比不断变更。运动偏心误差w分度蜗轮轴线与工作台中心线的安装偏心(eK)。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变更,从而使蜗轮和齿坯产生不匀整回转,角速度在(+)和(-)之间,以一转为周期变更。运动偏心并不产生径向误差,而往齿轮产生切向误差。w以上两项误差均以齿坯一转为周期,是长周期误差。短周期误差机床分度蜗轮的安装偏心(e
6、w)和轴向窜动。此误差使蜗轮(齿坯)转速不匀整,加工出的齿轮有齿距偏差和齿形偏差,如蜗杆为单头,蜗轮为n牙,则在蜗轮(齿坯)一转中产生n次误差。滚刀偏心(ed)、轴线倾斜及轴向窜动。此误差使加工出的齿轮径向和轴向都产生误差,如滚刀单头,齿轮z牙,则在齿坯一转中产生z次误差。滚刀本身的基节、齿形等制造误差。此误差会复映到被加工齿轮的每一齿上,使之产生基节偏差和齿形误差。以上三项误差在齿坯一转中多次重复出现,为短周期误差。HOME三、圆柱齿轮传动精度的评定指标w运动精度的评定指标 w平稳性的评定指标w接触精度的评定指标 w侧隙的评定指标 w齿轮副精度的评定指标 HOME1、运动精度的评定指标 w
7、切向综合误差(F i)w齿距累积误差(Fp)及K个齿距累积误差(Fpk)w齿圈径向跳动(Fr)w径向综合误差(Fi)w公法线长度变动(Fw)切向综合误差(F i)w 切向综合误差(F i)指被测齿轮与志向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。wFi是指在齿轮单面啮合状况下测得的齿轮一转内转角误差的总幅度值,该误差是几何偏心、运动偏心加工误差的综合反映,因而是评定齿轮传递运动精确性的最佳综合评定指标。w但因切向综合误差是在单面啮合综合检查仪(简称单啮仪)上进行测量的,单啮仪结构困难,价格昂贵,在生产车间很少运用。齿距累积误差(Fp)及K
8、个齿距累积误差(Fpk)w在分度圆上,随意两个同侧齿面间的实际弧长与公称弧长之差的最大确定值为齿距累积误差。K个齿距累积误差是指在分度圆上,K个齿距间的实际弧长与公称弧长之差的最大确定值,K为2到小于Z2的整数 w规定Fpk是为了限制齿距累积误差集中在局部圆周上。w齿距累积误差反映了一转内随意个齿距的最大变更,它干脆反映齿轮的转角误差,是几何偏心和运动偏心的综合结果。因而可以较为全面地反映齿轮的传递运动精确性,是一项综合性的评定项目。但因为只在分度圆上测量,故不如切向综合误差反映的全面。齿圈径向跳动(Fr)w齿轮一转范围内,测头在齿槽内与齿中学部双面接触,测头相对于齿轮轴线的最大变动量称齿圈径
9、向跳动。wFr主要反映由于齿坯偏心引起的齿轮径向长周期误差。可用齿圈径向跳动检查仪测量,测头可以用球形或锥形。径向综合误差(Fi)w与志向精确的测量齿轮双面啮合时,在被测齿轮一转内,双啮中心距的最大变动量称为径向综合误差Fi。w当被测齿轮的齿廓存在径向误差及一些短周期误差(如齿形误差、基节偏差等)时,若它与测量齿轮保持双面啮合转动,其中心距就会在转动过程中不断变更,因此,径向综合误差主要反映由几何偏心引起的径向误差及一些短周期误差。w被测齿轮由于双面啮合综合测量时的啮合状况与切齿时的啮合状况相像,能够反映齿轮坯和刀具安装调整误差,测量所用仪器远比单啮仪简洁,操作便利,测量效率高,故在大批量生产
10、中应用很一般。但它只能反映径向误差,且测量状况与齿轮实际工作状况不完全相符。公法线长度变动(Fw)w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=WmaxWmin。w公法线长度的变动说明齿廓沿基圆切线方向有误差,因此公法线长度变动可以反映滚齿时由运动偏心影响引起的切向误差。由于测量公法线长度与齿轮基准轴线无关,因此公法线长度变动可用公法线千分尺、公法线卡尺等测量。HOME2、平稳性的评定指标 w一齿切向综合误差(f i)w一齿径向综合误差(fi)w基节偏差(fpb)w齿形误差(ff)w齿距偏差(fpt)一齿切向综合误差(f i)w实测齿轮与志向精确的测量齿轮
11、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。wf i主要反映由刀具和分度蜗杆的安装及制造误差所造成的,齿轮上齿形、齿距等各项短周期综合误差,是综合性指标。其测量仪器与测量F i相同,如图,切向综合误差曲线上的高频水纹即为f i。一齿径向综合误差(fi)w被测齿轮与志向精确的测量齿轮双面啮合时,在被测齿轮一齿角内的最大变动量。wfi综合反映了由于刀具安装偏心及制造所产生的基节和齿形误差,属综合性项目。可在测量径向综合误差时得出,即从记录曲线上量得高频水纹的最大幅度值。由于这种测量受左右齿面的共同影响,因而不如一齿切向综合误差反映那么全面。不宜接受这种方法来验收高精度的齿
12、轮,但因在双啮仪上测量简洁,操作便利,故该项目适用于大批量生产的场合。基节偏差(fpb)w基节偏差是指实际基节与公称基节之差。w一对齿轮正常啮合时,当第一个轮齿尚未脱离啮合时,其次个轮齿应进入啮合。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,使瞬时速比发生变更,产生冲击、振动。w基节偏差可用基节仪和万能测齿仪进行测量。齿形误差(ff)w齿形误差是在端截面上,齿形工作部分内(齿顶部分除外),包涵实际齿形且距离为最小的两条设计齿形间的法向距离。设计齿形可以依据工作条件对理论渐开线进行修正为凸齿形或修缘齿形。w齿形误差会造成齿廓面在啮合过程中使接触点
13、偏离啮合线,引起瞬时传动比的变更,破坏了传动的平稳性。齿距偏差(fpt)w齿距偏差是指在分度圆上,实际齿距与公称齿距之差。w齿距偏差fpt 也将和基节偏差、齿形误差一样,在每一次转齿和换齿的啮合过程中产生转角误差。w齿距偏差可在测量齿距累积误差时得到,所以比较简洁。该项偏差主要由机床误差产生。HOME3、接触精度的评定指标 w齿轮工作时,两齿面接触良好,才能保证齿面上载荷分布匀整。在齿高方向上,齿形误差会影响两齿面的接触;在齿宽方向上,齿向误差会影响两齿面的接触。w齿向误差(F):在分度圆柱面上,齿宽有效部分范围内(端部倒角部分除外),包涵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为齿
14、向误差。w齿向线是齿面和分度圆柱面的交线。通常直齿轮的齿向线为直线,斜齿轮的齿向线是螺旋线。HOME4、侧隙的评定指标 w为使齿轮啮合时有确定的侧隙,应将箱体中心距加大或将轮齿减薄。考虑到箱体加工与齿轮加工的特点,宜接受减薄齿厚的方法获得齿侧间隙(即基中心距制)。齿厚减薄量是通过调整刀具与毛坯的径向位置而获得的,其误差将影响侧隙的大小。此外,几何偏心和运动偏心也会引起齿厚不匀整,使齿轮工作时的侧隙也不匀整。w为限制齿厚减薄量,以获得必要的侧隙,可以接受下列评定指标:齿厚偏差(ES),公法线平均长度偏差(EWm)齿厚偏差(ES)w齿厚偏差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
15、轮,指法向齿厚。w为了保证确定的齿侧间隙,齿厚的上偏差(ESS),下偏差(ESi)一般都为负值。公法线平均长度偏差(EWm)w公法线平均长度偏差EW是指在齿轮一周内,公法线长度平均值与公称值之差。即w EWm=(W1+W2+Wn)/z W公称 w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。通常是通过跨确定齿数测量公法线长度来检查齿厚偏差的。w 跨齿数 k=Z/9+0.5HOME 公法线千分尺公法线千分尺跨齿数跨齿数 k=Z/9+0.55、齿轮副精度的评定指标 w齿轮副切向综合误差齿轮副切向综合误差Fic:装配好的齿轮副,在啮合:装配好的齿轮副,在啮合
16、转动足够多的转数内,一个齿轮相对于另一个齿轮的实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际转角与公称转角之差的最大幅值。w齿轮副的一齿切向综合误差齿轮副的一齿切向综合误差fic:装配好的齿轮副,: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。轮的一个齿距的实际转角与公称转角之差的最大幅值。w齿轮副的接触斑点齿轮副的接触斑点:安装好的齿轮副,在略微制动下运:安装好的齿轮副,在略微制动下运转后,齿面上分布的接触擦亮痕迹转后,齿面上分布的接触擦亮痕迹
17、 w齿轮副的侧隙齿轮副的侧隙:齿轮副的侧隙分圆周侧隙和法向侧隙。:齿轮副的侧隙分圆周侧隙和法向侧隙。HOME四、渐开线圆柱齿轮传动精度的设计 w齿轮精度等级的确定齿轮精度等级的确定w齿轮误差检验组的选择齿轮误差检验组的选择w齿轮副侧隙的确定齿轮副侧隙的确定 w图样标注图样标注1、齿轮精度等级的确定、齿轮精度等级的确定w齿轮及齿轮副共规定有齿轮及齿轮副共规定有12个精度等级,用个精度等级,用1,2,12表示。其中表示。其中1级精度最高,级精度最高,12级精度最级精度最低。低。w齿轮和齿轮副的误差项目都规定了相应的公差齿轮和齿轮副的误差项目都规定了相应的公差或极限偏差,除接触斑点外,其余项目的公差
18、或极限偏差,除接触斑点外,其余项目的公差代号均为对应的误差代号去掉代号均为对应的误差代号去掉;w将单个齿轮的公差项目分为将单个齿轮的公差项目分为、公差组公差组,各公差组中的公差项目、代号、所用公差值符各公差组中的公差项目、代号、所用公差值符号、公差值计算公式及齿轮副的有关公差列于号、公差值计算公式及齿轮副的有关公差列于表表。三个公差组的含义三个公差组的含义w第第公差组公差组 传递运动的精确性传递运动的精确性w第第公差组公差组 工作的平稳性工作的平稳性w第第公差组公差组 载荷分布的匀整性载荷分布的匀整性齿轮精度等级的确定(续)齿轮精度等级的确定(续)w齿齿轮轮的的精精度度等等级级应应依依据据齿齿
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