機械測量技術(shù)課題8課件

1、 主編課題8直齒圓柱齒輪精度及其檢測1.掌握齒輪傳動的使用要求,齒輪主要加工誤差的分組方法和漸開線圓柱齒輪的公差項目以及測量方法。2.掌握漸開線圓柱齒輪精度的選擇及確定方法。3.熟悉漸開線圓柱齒輪的精度標(biāo)準(zhǔn)和齒輪主要加工誤差產(chǎn)生原因的分析方法?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】8.1齒輪傳動的基本要求各種機械上所用的齒輪傳動的要求因用途的不同而不同,但歸納起來有以下四項:1.傳遞運動的準(zhǔn)確性傳動運動的準(zhǔn)確性是指從動輪與主動論運動協(xié)調(diào)一致,即齒輪在一轉(zhuǎn)范圍內(nèi)傳動比的變化應(yīng)盡量小;要求齒輪在一轉(zhuǎn)范圍內(nèi)實際轉(zhuǎn)動比iR相對于理論轉(zhuǎn)動比iT的變動量i應(yīng)限制在允許的范圍內(nèi),或者說一轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)角誤差在允許的范圍內(nèi),如圖

2、8-1所示。2.傳遞運動的平穩(wěn)性傳遞運動的平穩(wěn)性是指齒輪傳動在一齒范圍內(nèi)瞬時傳動比的變化盡量i小,應(yīng)限制在允許范圍內(nèi),以保證低噪聲、低沖擊和較小振動,如圖8-1所示。3.載荷分布的均勻性載荷分布的均勻性是指傳動時工作齒面接觸良好,在全齒寬上載荷分布均勻,避免載荷集中于局部區(qū)域引起應(yīng)力集中,造成局部過早磨損,以提高齒輪的使用壽命。4.齒側(cè)間隙的合理性齒側(cè)間隙是指齒輪傳動的非工作齒面應(yīng)留一定的間隙,如圖8-2所示。8.2齒輪誤差分析8.2.1齒輪加工誤差的來源齒輪加工方法很多,按齒廓形成的原理,可分為仿形法(如成形銑刀在銑床上銑齒)和展成法(如滾齒、插齒、磨齒等)。圖8-3滾齒加工示意圖1.幾何偏

3、心e這是由于加工時齒輪坯基準(zhǔn)孔軸線O1與滾齒機工作臺旋轉(zhuǎn)軸線O不重合而引起的安裝偏心,如圖8-4a所示;加工出的齒輪會在一轉(zhuǎn)內(nèi)產(chǎn)生齒圈徑向跳動誤差,并且齒距和齒厚也會產(chǎn)生周期性變化,如圖8-4b所示。圖8-4齒坯安裝偏心引起的誤差它是指機床分度蝸輪中心與工作臺回轉(zhuǎn)中心不重合所引起的偏心,會造成工作臺及齒輪坯的轉(zhuǎn)速在一轉(zhuǎn)范圍內(nèi)時快時慢地變化,當(dāng)角速度增加到+時,切齒提前使齒距和公法線都變長;當(dāng)角速度由減少到-時,切齒滯后使齒距和公法線都變短,從而造成齒輪的齒距和公法線長度在局部上變長或變短,使齒輪產(chǎn)生切向誤差,如圖8-5所示。2.運動偏心eK圖8-5齒輪的切向誤差3.機床傳動鏈的短周期誤差機床分

4、度蝸桿有安裝偏心ed和軸向竄動使分度蝸輪(齒輪坯)轉(zhuǎn)速不均勻,造成齒輪的齒距和齒形誤差。4.滾刀安裝誤差當(dāng)滾刀有安裝偏心ed、軸線傾斜及軸向竄動時,會使加工出的齒輪徑向和軸向都產(chǎn)生誤差。5.滾刀的制造誤差滾刀本身的基節(jié)、齒形等制造誤差也會反映到被加工齒輪的每一齒上,使之產(chǎn)生基節(jié)偏差和齒形誤差。8.2.2齒輪主要加工誤差的分類齒輪是一個多參數(shù)的零件,影響齒輪傳動使用要求的因素很多,因而齒輪加工誤差也多,為便于分析,從上述誤差在轉(zhuǎn)嫁給齒輪時,所反映的周期、相對于齒輪分布方向和對使用要求的不同影響,將齒輪主要加工誤差分為四個方面進(jìn)行論述。1.影響傳遞運動準(zhǔn)確性的主要誤差齒輪一轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)角誤差,是以齒輪旋

5、轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)為周期的,一轉(zhuǎn)中出現(xiàn)一次,通常稱為長周期誤差或低頻誤差。2.影響傳動平穩(wěn)性的主要誤差齒輪一齒轉(zhuǎn)角誤差,是以齒輪轉(zhuǎn)過一齒距角為周期的,一轉(zhuǎn)中定期地多次重復(fù)出現(xiàn),通常稱為短周期誤差或高頻誤差。3.影響載荷分布均勻性的主要誤差齒輪軸向誤差一般是線性變化的非周期誤差,主要包括齒長方向或齒高方向的接觸誤差。4.影響齒輪副側(cè)隙的主要誤差對于單個齒輪,齒厚偏差是影響齒輪副側(cè)隙的一個因素。8.2.3漸開線圓柱齒輪的偏差和公差GB/T 10095.12008和GB/T 10095.22008對齒輪、齒輪副的誤差及齒輪副的側(cè)隙規(guī)定了若干個評定指標(biāo)。1.影響運動準(zhǔn)確性的誤差項目和測量在齒輪傳動中,影響運動準(zhǔn)確

6、性的誤差項目有四項。(1)切向綜合總偏差Fi被測齒輪是裝在齒輪單面嚙合綜合檢查儀的心軸上,在保持設(shè)計中心距a不變的情況下,與測量齒輪作單面嚙合轉(zhuǎn)動,測出其轉(zhuǎn)角誤差。如圖8-6所示。圖8-6切向綜合總偏差曲線圖8-7光柵式齒輪單嚙儀的測量原理圖(2)齒距累積總偏差Fp和齒距累積偏差Fpk 必要時還應(yīng)控制齒輪的齒距累積偏差Fpk。圖8-8齒距累積總偏差曲線圖8-9測量齒距由于徑向跳動的測量是以齒輪孔的軸線為基準(zhǔn),只反映徑向誤差,齒輪一轉(zhuǎn)中最大誤差只出現(xiàn)一次,是長周期誤差。(3)徑向跳動Fr 徑向跳動是指測頭(球形、圓柱形)相繼置于每個齒槽內(nèi)時,從它到齒輪軸線的最大和最小徑向距離之差,如圖8-10所

7、示。(4)徑向綜合總偏差Fi圖8-12徑向綜合總偏差曲線圖8-13雙面嚙合綜合測量1儀器座2固定滑座3可動滑座4指示表5調(diào)整固定滑座位置用手輪6鎖緊手柄7標(biāo)尺8彈簧2.影響傳動平穩(wěn)性的誤差項目和測量影響齒輪傳動平穩(wěn)性的誤差項目有以下四項。(1)一齒切向綜合偏差fi這種在齒輪一轉(zhuǎn)中多次重復(fù)出現(xiàn)的小波紋常常是由刀具制造和安裝誤差(波長為一齒距角),以及機床傳動鏈短周期誤差引起的。一齒徑向綜合偏差也反映齒輪的短周期誤差,但與fi是有差別的。(3)齒廓總偏差F有時為了進(jìn)一步分析齒廓總偏差對傳動質(zhì)量的影響,標(biāo)準(zhǔn)中又把齒廓總偏差細(xì)分為齒廓形狀偏差ff和齒廓傾斜偏差fH。(2)一齒徑向綜合偏差fi圖8-14

8、齒廓偏差a)齒廓總偏差b)齒廓形狀偏差c)齒廓傾斜偏差點畫線表示設(shè)計齒廓;粗實線表示實際齒廓;虛線表示平均齒廓(4)單個齒距偏差fpt單個齒距偏差也用齒距檢查儀測量,在測量齒距累積總偏差的同時,可得到單個齒距偏差值。3.影響載荷分布均勻性的誤差項目和測量單項指標(biāo)有:螺旋線總偏差F(齒長方向)、齒廓形狀偏差fr(齒高方向)。如圖8-16所示。4.側(cè)隙合理性的誤差項目和測量齒輪齒厚的減薄量可用下列指示中的一項指標(biāo)來評定。(1)齒厚偏差Esn(齒厚極限偏差:齒厚上極限偏差Esns、齒厚下極限偏差Esni)齒厚偏差是指在分度圓柱面上,齒厚實際值與公稱值之差,如圖8-21所示。對于斜齒輪,指法向齒厚。為

9、了得到設(shè)計所需的齒輪副最小極限側(cè)隙,通常必須使齒厚作必要減薄。(2)公法線長度偏差Ebn(公法線長度極限偏差:上極限偏差Ebns、下極限偏差Ebni) 齒輪齒厚的變化必然引起公法線長度的變化,因此測量公法線長度可以控制齒側(cè)間隙。圖8-23用公法線千分尺測量齒輪的公法線長度8.2.4齒輪副的偏差和公差上面所討論的都是單個齒輪的誤差項目,為了保證安裝好的齒輪副的傳動性能,應(yīng)控制以下幾項齒輪副的安裝誤差。1.軸線的平行度偏差f、f除單個齒輪的誤差項目,齒輪副軸線的平行度偏差也同樣影 響接觸精度。圖8-24軸線平行度偏差和中心距偏差2.齒輪副的中心距偏差fa(中心距極限偏差fa)齒輪副的中心距偏差是指

10、在齒寬中間平面內(nèi),實際中心距與公稱中心距之差,如圖8-24所示。3.接觸斑點在齒輪箱體上安裝好的配對齒輪所產(chǎn)生的接觸斑點的大小,影響齒面的接觸精度和輪齒間載荷分布的均勻性,對此時的接觸斑點進(jìn)行檢測,可用于評估齒間載荷分布的均勻性。8.3齒輪精度8.3.1精度等級1.齒輪同側(cè)齒面偏差的精度等級GB/T 10095.12008中,對于分度圓直徑從510000mm、模數(shù)(法向模數(shù))從0.570mm、齒寬從41000mm的漸開線圓柱齒輪的11項同側(cè)齒面偏差,規(guī)定了0,1,2,12共13個精度等級。2.徑向綜合偏差GB/T 10095.22008對于分度圓直徑從51000mm、模數(shù)(法向模數(shù))從0.21

11、0mm的漸開線圓柱齒輪的徑向綜合偏差Fi和一齒徑向綜合偏差fi,規(guī)定了4,5,12共9個精度等級。3.徑向跳動GB/T 10095.22008在附錄B中對于分度圓直徑從510000mm、模數(shù)(法向模數(shù))從0.570mm的漸開線圓柱齒輪的徑向跳動,推薦了0,1,12共13個精度等級。級間公比計算出來的。 8.3.2齒輪偏差的允許值 GB/T 10095.12008、GB/T 10095.22008中分別規(guī)定:齒輪同側(cè)齒面偏差、徑向綜合偏差、徑向跳動的公差或極限偏差表格中的數(shù)值是用對5級精度按規(guī)定的公式計算而得到的結(jié)果乘以8.3.3齒輪精度等級的確定確定齒輪精度等級的依據(jù)通常是齒輪的用途、使用要求

12、、傳動功率和圓周速度以及其他技術(shù)條件等。1.計算法 根據(jù)機構(gòu)最終達(dá)到的精度要求,應(yīng)用傳動尺寸鏈的方法計算和分配各級齒輪副的傳動精度,確定齒輪的精度等級。2.類比法此種方法是查閱類似機構(gòu)的設(shè)計方案,根據(jù)經(jīng)過實際驗證的已有的經(jīng)驗結(jié)果或者一些參考手冊來確定的精度。8.3.4齒輪檢驗項目的確定在檢驗中,測量全部齒輪要素的偏差既不經(jīng)濟(jì)也沒有必要,因為其中有些要素對于特定齒輪的功能并沒有明顯的影響;另外,有些測量項目可以代替別的一些項目,如:切向綜合偏差檢驗?zāi)艽纨X距偏差檢驗,徑向綜合偏差檢驗?zāi)艽鎻较蛱鴦訖z驗。8.3.5齒輪精度等級及其在圖樣上的標(biāo)注GB/T 10095.12008和GB/T 10095

13、.22008的標(biāo)準(zhǔn)文本中沒有公差組、檢驗組概念,明確規(guī)定把測量出的單個齒距偏差fpt、齒距累積總偏差Fp、齒廓總偏差F、螺旋線總偏差F四項的實測值與相應(yīng)的允許值作比較,以評定齒輪精度等級(012級)。8.3.6齒輪坯的精度有關(guān)齒輪輪齒精度參數(shù)的數(shù)值,只有明確其特定的旋轉(zhuǎn)軸線時才有意義。1.基準(zhǔn)軸線與工作軸線的關(guān)系 基準(zhǔn)軸線是制造者(和檢測者)對單個零件確定齒輪幾何形狀的軸線,基準(zhǔn)軸線是由基準(zhǔn)面中心確定的,齒輪將依此軸線來確定齒輪的細(xì)節(jié),特別是確定齒距、齒廓和螺旋線的偏差。2.基準(zhǔn)軸線的確定基準(zhǔn)軸線是由基準(zhǔn)面確定的,由下列三種基本的方法來實現(xiàn)。1)用兩個“短的”圓柱或圓錐形基準(zhǔn)面上設(shè)定的兩個圓的圓心來確定軸線上的兩個點,如圖8-25所示。圖中,A、B是預(yù)定的軸承安裝面。2)用一個“長的”圓柱或圓錐形的面來同時確定軸線的位置和方向。3)用一個“短的”圓柱形基準(zhǔn)面上的一個圓的圓心來確定軸線的位置,3.齒輪坯精度的確定(1)基準(zhǔn)面的幾何公差(2)工作及制造安裝面的形狀公差(3)工作軸線的跳動偏差表8-10安裝面的跳動偏差(摘自GB/Z 18620.32008)4.齒輪齒面表面粗糙度試驗研究和使用檢驗表明,齒面粗糙度將影響齒輪的