齒輪傳動的精度設計

1、1第 12 章 機 械 零 件 的 精 度 設 計內(nèi)內(nèi) 容容 提提 要要1. 機械零件精度設計的內(nèi)容及選用；2. 圓柱齒輪精度設計的內(nèi)容及選用：（1）單個齒輪的精度設計內(nèi)容及選用；（2）齒輪坯的精度設計內(nèi)容及選用；（3) 齒輪副的精度設計內(nèi)容及選用。3. 軸的精度設計內(nèi)容及選用；4. 齒輪減速器箱體的精度設計內(nèi)容及選用；5. 裝配圖上標注的尺寸和配合代號。212.1 典 型 零 件 的 精 度 設 計 我們以齒輪減速器為例來說明機械零件的精度設計問題。減速器的主要技術(shù)參數(shù)如表12.1所示。08634200379203.9514504.0齒輪變位系數(shù) 齒輪螺旋 角 齒輪齒形 角 n齒輪法向模數(shù)

2、mn從動 齒輪齒數(shù) z2主動 齒輪齒數(shù) z1傳動 比 i輸入 轉(zhuǎn)速/r*min-1輸入功率/kW 從動齒輪寬度 b = 60mm ,其基準孔的基本尺寸為58mm,滾動軸承孔的跨距 L = 100 mm, 齒輪為鋼制，箱體材料為鑄鐵。312.1.1 齒輪的精度設計 齒輪的精度設計1. 齒輪的精度等級精度等級2. 齒輪和齒坯的尺寸精度尺寸精度3.齒輪和齒坯的幾何精度幾何精度4.齒輪和齒坯的表面粗糙度表面粗糙度41. 確定齒輪的精度等級確定齒輪精度等級的方法采用類比法。見表10.4所示，減速器用齒輪精度等級為69級。計算齒輪圓周線速度，確定其平穩(wěn)性精度。)s/m(10006022ndv5從動輪轉(zhuǎn)速為

3、從動輪分度圓直徑為394.23999. 1/793 4368cos/793cos/022 zmdnmin)/ r (36795. 3/1450/12inn)s/m(6.4 100060367394.239 100060 22ndv則6根據(jù)v = 4.6 m/s查表10.5得平穩(wěn)性精度為 :8 級級。 運動精度要求不高，故也選選8級級；載荷分布均勻性精度一般不低于平穩(wěn)性精度，我們選選7級級。72. 確定齒輪必檢偏差項目的允許值確定齒輪必檢偏差項目的允許值運動準確性:齒距累積總偏差齒距累積總偏差 FP = 平穩(wěn)性： 單個齒距偏差單個齒距偏差 fpt = 齒廓總偏差齒廓總偏差 F = 載荷分布均勻性

4、：螺旋線總偏差螺旋線總偏差 F=由表由表10.1、和、和 表表10.2(在下頁在下頁)得：得：0.070.0180.0250.0212008)82008)93. 確定齒輪的最小法向側(cè)隙和齒厚上、下偏差確定齒輪的最小法向側(cè)隙和齒厚上、下偏差（1）最小法向側(cè)隙的確定minbnj根據(jù)中心距根據(jù)中心距a查表查表10.6。mm1503468cos2)7920(3cos2)(21nzzma用插入法得 jbnmin= 0.155mm。2008)10(2) 齒厚上、下偏差的計算齒厚上、下偏差的計算nnbnminbnsnstan2cos ) 5 .10(afJjE由式222221ptbn/34. 02)(88.

5、 0 ) 4 .10(FblffJpt由式 由表10.1和表10.2查得 fpt1=17m, fpt2=18m, F=21 m 和 L = 100 , b = 60 。將上述數(shù)據(jù)代入上式(10.4)m312160/10034. 02)1817(88. 02222bnJ由表10.8得 fa=31.5 m。 上偏差：11將上述數(shù)據(jù): tancos2nnbnminbnsnsafJjE代人式(10.5)得齒厚上偏差為0nbnminbn200315. 0,031. 0,155. 0和afJj110. 020tan0315. 02cos200.0310.155- 0012 下偏差：ssnssniTEEn2

6、2rtan2 )7 .10(rsFbT由式由表10.7 求 br0.1450.1151.26IT926. 1rb056. 0 1 .10rF得由表113. 020tan2056. 0145. 0 022sT則ssnssniTEE223. 0113. 0110. 013(3) 公法線長度及其上、下偏差的計算 對于中等模數(shù)的齒輪通常用公法線長度上、下偏差代替齒厚上、下偏差。公法線長度按下式計算nnninv5 . 0coszkmWk端面分度圓壓力角 t 為36765. 03468cos20tancostantan0nt101120t14引用齒數(shù) z按下式計算按下式計算31.81014904. 001

7、5339. 079inv201011inv2079invinvntzz跨齒數(shù) k按下式計算按下式計算)10( 53. 95 . 0931.815 . 09取zknnninv5 . 0cos zkmWk014904. 031.815 . 01020cos3 則551.87 15 根據(jù)Esns=-0.110、 Esni=-0.223和 Fr=0.056代入式（10.8），可得公法線長度上、下偏差為 sin72. 0cosnnsnsbns EE sin72. 0cosnnsnibni EE 按計算結(jié)果，在圖樣上的標注為圖樣上的標注為117. 0196. 0551.87kW117. 020sin056

8、. 072. 020cos110. 0 00196. 020sin056. 072. 020cos223. 000164. 確定齒坯精度(1) 基準孔的尺寸公差和幾何公差由表10.10得基準孔58的尺寸公差為IT7即即58H7 =EE03. 00 58 基準孔的尺寸公差17 基準孔的幾何公差 根據(jù)式（10.12）和式（10.13）計算值中較小的值為基準孔的圓柱度公差FbLt4 . 01p21 . 0 Ft 為便于加工，取 = 0.003007. 007. 01 . 00014. 0021. 0601004 . 018(2) 齒頂園的尺寸公差和幾何公差齒頂園的尺寸公差和幾何公差 齒頂園的尺寸公差

9、由表10.10得齒頂園（作基準）的尺寸公差為IT80 072. 039.2458h39.245 ad即19 齒頂園的幾何公差齒頂園的圓柱度公差值為= 0.003（同基準孔） 由式（10.15）得齒頂圓對基準孔軸線的圓跳動公差為= 0.3FP=0.30.07=0.021 如果齒頂園不做基準時，其尺寸公差帶為h11,圖樣上不必給出注出幾何公差。20(3) 基準端面的圓跳動公差 由式（10.14）得基準端面對基準孔軸線的圓跳動公差為 /2 . 0diFbDt5. 確定齒輪副精度（1） 齒輪副中心距極限偏差由表10.8查得 fa=0.0315則在圖樣上標注為則在圖樣上標注為0315. 0150a016

10、. 0021. 0232/600.221（2） 軸線平行度偏差 由式（10.11）得垂直平面上的平行度偏差最大值為 /FbLf 由式（10.10）得軸線平面上的平行度偏差最大值為 /5 . 0FbLf035. 0021. 060/100018. 0021. 060/1005 . 0226. 確定齒輪內(nèi)孔鍵槽尺寸及其極限偏差齒輪內(nèi)孔與軸結(jié)合采用普通平鍵正常聯(lián)結(jié)。根據(jù)齒輪內(nèi)孔為58查表8.1，鍵槽寬度公差帶為16JS9=160.0215,t2=4.3,圖上標準尺寸為2 . 00 2 . 00 23 .62)(tD23 鍵槽配合表面的中心平面對基準孔軸線對稱度公差取8級和 b = 16,查表4.16

11、得對稱度公差值為對稱度公差值為 t = 0.02。表4.16247. 確定齒輪各部分的表面粗糙度參數(shù)值（1）齒面齒面 (表表10.11）： 齒面表面粗糙度為齒面表面粗糙度為 Ra1.25m25（2）基準孔基準孔（表10.12）：Ra的上限值為1.252.5m 取2 m。26(3) 基準端面和頂圓基準端面和頂圓(表表10.12）： 取取3.2 m。(4) 鍵槽鍵槽（5）其余表面其余表面 ： Ra12.5m?；鶞识嗣婧晚攬A基準端面和頂圓Ra的上限值為2.55m配合表面： Ra3.2m；非配合表面： Ra6.3m。278. 確定齒輪的未注尺寸公差和未注幾何公差確定齒輪的未注尺寸公差和未注幾何公差（1

12、） 未注尺寸公差按GB/T1804給出 取中等級m 。（2） 未注幾何公差按GB/T1184給出 取中等級K 。9. 齒輪工作圖齒輪工作圖( 在下頁在下頁)282912.1.2 軸軸 的的 精精 度度 設設 計計 軸類零件的精度設計應根據(jù)與軸相配合零件軸類零件的精度設計應根據(jù)與軸相配合零件（如滾動軸承、齒輪等）對軸的精度要求，合理（如滾動軸承、齒輪等）對軸的精度要求，合理地確定軸的各部位的地確定軸的各部位的尺寸公差、幾何公差和表面尺寸公差、幾何公差和表面粗糙度參數(shù)值粗糙度參數(shù)值。 我們以圖12.1減速器的輸出軸為例來說明軸的精度設計。554552555862305545525558651. 確

13、定尺寸精度（1） 55（與0級滾動軸承內(nèi)圈配合）軸頸尺寸公差07. 0015. 0021. 0 8650013201804）（）（額定動負荷當量徑向負荷該軸承的CP屬于輕負荷。 軸承工作時承受定向負荷作用。內(nèi)圈與軸一起轉(zhuǎn)動，故內(nèi)圈承受旋轉(zhuǎn)負荷。根據(jù)表6.2 得兩軸頸的公差帶代號為55k6 。E55k6E31554552555865(2) 58（與齒輪基準孔的配合）軸頸 的尺寸公差帶 根據(jù)齒輪最高精度等級為7級，查表10.10得內(nèi)孔尺寸公差為IT7 ，與其配合的軸為IT6。 根據(jù)表3.10 可選軸的基本偏差代號為r,則軸的公差帶代號為58r6 。其配合代號為58H7/r6。E58r6E32（3）

14、45（與IT9齒輪基準孔的配合）軸頸的 尺寸公差帶 同理(同58）可選45軸頸軸頸與齒輪基準孔的配合代號為55455255586545n7 E45H8/n733(4) 58r6 和45n7軸上軸上 的鍵槽寬度尺寸公差的鍵槽寬度尺寸公差 帶公差帶帶公差帶若都采用普通平鍵聯(lián)結(jié)，根據(jù)表8.1得58r6 軸上的鍵槽公差帶為軸上的鍵槽公差帶為16N9。45n7 軸上的鍵槽公差帶為軸上的鍵槽公差帶為14N9。5545n7525558r66514N916N9342. 確定幾何公差（1）與軸承內(nèi)圈、齒輪內(nèi)孔配合軸頸表面，故 采用包容要求 。 與軸承內(nèi)圈配合表面要求圓柱度公差，按0級軸承查表6.6, 得圓柱度公

15、差值為0.005。（3）65軸肩兩端面對55k6 兩軸線的公共基準 AB軸向圓跳動公差，由表6.6查得為0.015。526545 n758 r655 k655 k6BA35(4) 為保證55、58和45軸線與AB同軸，應 規(guī)定它們的徑向圓跳動公差。根據(jù)齒輪精度為8級 和式（10.15）得tr= 0.3FP=0.30.07=0.021,按尺寸 大小類比法，得58的徑向圓跳動公差tr= 0.022， 45的徑向圓跳動公差tr= 0.017。14N9526545 n758 r655 k655 k6BA16N9（5）58和45軸上的鍵槽對稱度公差，按8級查 表4.16得公差值為0.02。363. 確定

16、表面粗糙度參數(shù)值526555k645n758r655k6（1）255k6軸頸表面粗糙度查表6.7 ,得Ra上限值為0.8m；65兩端面Ra上限值為3.2 m 。（2） 45n7和58r6軸頸表面粗糙度Ra上限值為0.8 m (參考表5.7選取)。定位端面表面粗糙度Ra上限值分 別為3.2和1.6 m。（3）52軸頸與密封件接觸，此表面表面粗糙度一 般選Ra上限值為1.6 m。37(4) 45n7和58r6軸頸兩鍵槽配合表面配合表面表面粗 糙度一般選Ra上限值為3.2 m； 鍵槽底部鍵槽底部選6.3 m。(5) 該軸其他表面粗糙度Ra上限值選為 12.5 m。526555k645n758r655

17、k6385545525558654. 確定未注尺寸公差和未注幾何公差等級（1）確定未注尺寸公差按GB/T1804m加工；（2）確定未注幾何公差按GB/T1184K加工。395. 畫出該軸的零件圖并將述技術(shù)要求標注在圖上4012.1.3 箱體的精度設計 現(xiàn)以圖12.1減速器中下箱體為例來說明箱體的精度設計。1. 確定尺寸精度（1）軸承孔的公差帶 由圖12.1可見，280和2100四孔與滾動軸承外圈配合，因此，四孔的公差帶應由滾動軸承的精度、負荷大小和運轉(zhuǎn)狀態(tài)來確定。 軸承精度為0級，外圈承受定向輕負荷，根據(jù)表6.3得四孔公差帶分別為2100H7 ( )280H7（ )41(2) 中心距允許偏差

18、齒輪副中心距a=150mm, 齒輪精度為8級，查表10.8得齒輪副中心距允許偏差為 fa=31.5m。箱體中心距允許偏差為m255 .318 . 08 . 0aaff（3）螺紋公差帶 根據(jù)表9.7 選取安裝軸承蓋的M8螺孔為中等級優(yōu)先選用的公差帶6H（可省略標注）;箱座右側(cè)安裝油塞的M161.5螺孔公差帶6H。 安裝油標的M12螺孔精度要求較低，選粗糙級公差帶7H,即M127H。422. 確定幾何公差（1）箱體 280H7和2100H7的幾何公差為了保證齒輪傳動載荷分布均勻性，故要規(guī)定軸線平行度公差。 根據(jù)齒輪載荷分布均勻性精度為7級和式（10.10）、式（10.11）得（見本章齒輪精度設計）

19、;035. 0 f軸線平面上018. 0 ff垂直平面上箱體軸線平行度公差一般?。?035. 0 ff軸線平面上018. 0 f垂直平面上43 280H7和2100H7 圓柱度公差 280H7和2100H7同軸度公差 為了保證配合性質(zhì)的要求，對同一對（前后）孔應規(guī)定采用最大實體要求零形位公差給出同軸度公差。2100H7280H7由表6.6得80H7圓柱度公差為0.008； 100H7 圓柱度公差為0.01。44(2) 箱體結(jié)合面上螺栓孔的位置度公差 箱體蓋和箱座用螺栓連接。因螺栓為M12,其連接的孔為13，所以位置度公差為 t = 1,并采并采用最大實體要求。用最大實體要求。（3）箱體（與軸承

20、蓋配合的）兩端面垂直度公差 兩端面對孔的軸線垂直度公差取8級， 查表4.15得0.08。 0.08 t即11213 t45（5）固定軸承蓋的螺紋孔位置度公差 固定螺釘為M8,通孔為9，則螺孔位置度公 差為5 . 02/89 t 該位置度公差以箱體端面為第一基準，以孔的軸線為第二基準，并采用最大實體要求。（4）箱體（與箱蓋結(jié)合）表面的平面度公差箱體表面的平面度公差取8級，查表4.13得 0.04。04. 0 t即463. 確定表面粗糙度參數(shù)值 （1） 按表6.7 選取280H7和2100H7孔表面孔表面粗糙度Ra上限值為1.6m，其端面端面的表面粗糙度Ra上限值為3.2m。 （2） 根據(jù)經(jīng)驗，箱

21、蓋與箱座結(jié)合表面結(jié)合表面的表面粗糙度Ra上限值為6.3m，箱座箱座底平面底平面表面粗糙度Ra上限值為12.5m。（3） 其余表面其余表面的表面粗糙度Ra上限值為50m。4. 確定箱體未注尺寸公差和幾何公差（1）未注尺寸公差按GB/T1804m加工；（2）未注幾何公差按GB/T1184K加工。475. 將上述已確定的各項公差標注在箱體零件圖上4812.2 裝配圖上標注的尺寸和配合代號在裝配圖上應 標注的尺寸尺寸 外形尺寸 特性尺寸 如傳動件的中心距 安裝尺寸 有配合性質(zhì)要求的尺寸在裝配圖上一 般應標注的 配合代號配合代號 孔、軸配合代號 花鍵配合代號 螺紋副配合代號等4912.2.1 減速器中重要結(jié)合面的配合尺寸 1. 圓錐滾子軸承與軸頸、箱體軸承孔的配合 （1） 對滾動軸承內(nèi)圈、外圈分別與軸頸、外殼孔相配合時，只需標注軸頸和外殼孔尺寸的公只需標注軸頸和外殼孔尺寸的公差帶代號差帶代號。 齒輪軸、輸出軸上的軸頸的公差帶代號 （見本章軸的精度設計）分別為6k5527n45和（2）箱體軸承孔的公差帶代號分別為7H10027H802和502. 軸承端蓋與箱體軸承孔的配合 軸承端蓋用于軸承外圈的軸向定位，它與外殼孔的配合，只要求裝配方便，因此，宜選間隙配合間隙配合。 但此處配合要求不高，所以，軸承端蓋圓柱面的公差等級可低可低23級級。 由于外殼孔的公差帶（H7）已經(jīng)按軸承要求確定了。故應以外