齒輪傳動(dòng)的精度設(shè)計(jì)

1第12章機(jī)械零件的精度設(shè)計(jì)內(nèi)容提要1.機(jī)械零件精度設(shè)計(jì)的內(nèi)容及選用；2.圓柱齒輪精度設(shè)計(jì)的內(nèi)容及選用：（1）單個(gè)齒輪的精度設(shè)計(jì)內(nèi)容及選用；（2）齒輪坯的精度設(shè)計(jì)內(nèi)容及選用；（3)齒輪副的精度設(shè)計(jì)內(nèi)容及選用。3.軸的精度設(shè)計(jì)內(nèi)容及選用；4.齒輪減速器箱體的精度設(shè)計(jì)內(nèi)容及選用；5.裝配圖上標(biāo)注的尺寸和配合代號(hào)。212.1典型零件的精度設(shè)計(jì)我們以齒輪減速器為例來說明機(jī)械零件的精度設(shè)計(jì)問題。減速器的主要技術(shù)參數(shù)如表12.1所示。08°6′34″200379203.9514504.0齒輪變位系數(shù)χ齒輪螺旋角β齒輪齒形角

αn齒輪法向模數(shù)

mn從動(dòng)齒輪齒數(shù)

z2主動(dòng)齒輪齒數(shù)

z1傳動(dòng)比i輸入轉(zhuǎn)速/r*min-1輸入功率/kW

從動(dòng)齒輪寬度b=60mm,其基準(zhǔn)孔的基本尺寸為Φ58mm,滾動(dòng)軸承孔的跨距L=100mm,齒輪為鋼制，箱體材料為鑄鐵。312.1.1齒輪的精度設(shè)計(jì)

齒輪的精度設(shè)計(jì)1.齒輪的精度等級(jí)2.齒輪和齒坯的尺寸精度3.齒輪和齒坯的幾何精度4.齒輪和齒坯的表面粗糙度41.確定齒輪的精度等級(jí)確定齒輪精度等級(jí)的方法采用類比法。見表10.4所示，減速器用齒輪精度等級(jí)為6~9級(jí)。計(jì)算齒輪圓周線速度，確定其平穩(wěn)性精度。5從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速為從動(dòng)輪分度圓直徑為6根據(jù)v=4.6m/s查表10.5得平穩(wěn)性精度為:8級(jí)。運(yùn)動(dòng)精度要求不高，故也選8級(jí)；載荷分布均勻性精度一般不低于平穩(wěn)性精度，我們選7級(jí)。72.確定齒輪必檢偏差項(xiàng)目的允許值運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性:齒距累積總偏差FP=

平穩(wěn)性：單個(gè)齒距偏差fpt=

齒廓總偏差Fα=

載荷分布均勻性：螺旋線總偏差Fβ=由表10.1、和表10.2(在下頁)得：0.07±0.0180.0250.0212008)82008)93.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)隙根據(jù)中心距a查表10.6。用插入法得jbnmin=0.155mm。2008)10(2)齒厚上、下偏差的計(jì)算由表10.1和表10.2查得

fpt1=17μm,fpt2=18μm,Fβ=21μm

和L=100,b=60。將上述數(shù)據(jù)代入上式(10.4)由表10.8得fa=31.5

μm。①上偏差：11將上述數(shù)據(jù):代人式(10.5)得齒厚上偏差為12②下偏差：由表10.7求br13(3)公法線長度及其上、下偏差的計(jì)算對(duì)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(jì)算端面分度圓壓力角αt

為14引用齒數(shù)z′按下式計(jì)算跨齒數(shù)k按下式計(jì)算則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

按計(jì)算結(jié)果，在圖樣上的標(biāo)注為164.確定齒坯精度(1)基準(zhǔn)孔的尺寸公差和幾何公差由表10.10得基準(zhǔn)孔Φ58的尺寸公差為IT7即Φ58H7=EE①基準(zhǔn)孔的尺寸公差17②基準(zhǔn)孔的幾何公差

根據(jù)式（10.12））和式（10.13）計(jì)算值中較小的值為基準(zhǔn)孔的圓柱度公差為便于加工，取=0.003t18(2)齒頂園的尺寸公差和幾何公差①齒頂園的尺寸公差由表10.10得齒頂園（作基準(zhǔn)）的尺寸公差為IT819②齒頂園的幾何公差齒頂園的圓柱度公差值為t=0.003（同基準(zhǔn)孔）由式（10.15）得齒頂圓對(duì)基準(zhǔn)孔軸線的圓跳動(dòng)公差為t→=0.3×FP=0.3×0.07=0.021

如果齒頂園不做基準(zhǔn)時(shí)，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(zhǔn)端面的圓跳動(dòng)公差

由式（10.14）得基準(zhǔn)端面對(duì)基準(zhǔn)孔軸線的圓跳動(dòng)公差為5.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(biāo)注為21（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由式（10.10）得軸線平面上的平行度偏差最大值為226.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Φ58查表8.1，鍵槽寬度公差帶為16JS9=16±0.0215,t2=4.3,圖上標(biāo)準(zhǔn)尺寸為23

鍵槽配合表面的中心平面對(duì)基準(zhǔn)孔軸線對(duì)稱度公差取8級(jí)和b=16,查表4.16得對(duì)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(表10.11）：齒面表面粗糙度為

Ra≤1.25μm25（2）基準(zhǔn)孔（表10.12）：Ra的上限值為1.25~2.5μm取2μm。26(3)基準(zhǔn)端面和頂圓(表10.12）：

取3.2μm。(4)鍵槽（5）其余表面

：Ra≤12.5μm。基準(zhǔn)端面和頂圓Ra的上限值為2.5~5μm配合表面：Ra≤3.2μm；非配合表面：Ra≤6.3μm。278.確定齒輪的未注尺寸公差和未注幾何公差（1）未注尺寸公差按GB/T1804給出取中等級(jí)m。（2）未注幾何公差按GB/T1184給出取中等級(jí)K。9.齒輪工作圖(在下頁)282912.1.2軸的精度設(shè)計(jì)

軸類零件的精度設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)與軸相配合零件（如滾動(dòng)軸承、齒輪等）對(duì)軸的精度要求，合理地確定軸的各部位的尺寸公差、幾何公差和表面粗糙度參數(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(shè)計(jì)。Φ55Φ45Φ52Φ55Φ58Φ6230Φ55Φ45Φ52Φ55Φ58Φ651.確定尺寸精度（1）Φ55（與0級(jí)滾動(dòng)軸承內(nèi)圈配合）軸頸尺寸公差屬于輕負(fù)荷。軸承工作時(shí)承受定向負(fù)荷作用。內(nèi)圈與軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，故內(nèi)圈承受旋轉(zhuǎn)負(fù)荷。根據(jù)表6.2得兩軸頸的公差帶代號(hào)為Φ55k6。EΦ55k6E31Φ55Φ45Φ52Φ55Φ58Φ65(2)Φ58（與齒輪基準(zhǔn)孔的配合）軸頸的尺寸公差帶

根據(jù)齒輪最高精度等級(jí)為7級(jí)，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(hào)為r,則軸的公差帶代號(hào)為Φ58r6。其配合代號(hào)為Φ58H7/r6。EΦ58r6E32（3）Φ45（與IT9齒輪基準(zhǔn)孔的配合）軸頸的尺寸公差帶同理(同Φ58）可選Φ45軸頸與齒輪基準(zhǔn)孔的配合代號(hào)為Φ55Φ45Φ52Φ55Φ58Φ65Φ45n7EΦ45H8/n733(4)Φ58r6和Φ45n7軸上

的鍵槽寬度尺寸公差帶公差帶若都采用普通平鍵聯(lián)結(jié)，根據(jù)表8.1得Φ58r6

軸上的鍵槽公差帶為16N9。Φ45n7

軸上的鍵槽公差帶為14N9。Φ55Φ45n7Φ52Φ55Φ58r6Φ6514N916N9342.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。E

與軸承內(nèi)圈配合表面要求圓柱度公差，按0級(jí)軸承查表6.6,得圓柱度公差值為0.005。（3）Φ65軸肩兩端面對(duì)Φ55k6兩軸線的公共基準(zhǔn)

A－B軸向圓跳動(dòng)公差，由表6.6查得為0.015。EΦ52Φ65Φ45n7EΦ58r6EΦ55k6EΦ55k6EBA35(4)為保證Φ55、Φ58和Φ45軸線與A－B同軸，應(yīng)規(guī)定它們的徑向圓跳動(dòng)公差。根據(jù)齒輪精度為8級(jí)和式（10.15）得tr=0.3FP=0.3×0.07=0.021,按尺寸大小類比法，得Φ58的徑向圓跳動(dòng)公差tr=0.022，Φ45的徑向圓跳動(dòng)公差tr=0.017。14N9Φ52Φ65Φ45n7EΦ58r6EΦ55k6EΦ55k6EBA16N9（5）Φ58和Φ45軸上的鍵槽對(duì)稱度公差，按8級(jí)查表4.16得公差值為0.02。363.確定表面粗糙度參數(shù)值Φ52Φ65Φ55k6Φ45n7Φ58r6Φ55k6（1）2－Φ55k6軸頸表面粗糙度查表6.7,得Ra上限值為0.8μm；Φ65兩端面Ra上限值為3.2μm。（2）Φ45n7和Φ58r6軸頸表面粗糙度Ra上限值為0.8μm

(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1.6μm。（3）Φ52軸頸與密封件接觸，此表面表面粗糙度一般選Ra上限值為1.6μm。37(4)Φ45n7和Φ58r6軸頸兩鍵槽配合表面表面粗糙度一般選Ra上限值為3.2μm；

鍵槽底部選6.3μm。(5)該軸其他表面粗糙度Ra上限值選為

12.5μm。Φ52Φ65Φ55k6Φ45n7Φ58r6Φ55k638Φ55Φ45Φ52Φ55Φ58Φ654.確定未注尺寸公差和未注幾何公差等級(jí)（1）確定未注尺寸公差按GB/T1804－m加工；（2）確定未注幾何公差按GB/T1184－K加工。395.畫出該軸的零件圖并將述技術(shù)要求標(biāo)注在圖上4012.1.3箱體的精度設(shè)計(jì)現(xiàn)以圖12.1減速器中下箱體為例來說明箱體的精度設(shè)計(jì)。1.確定尺寸精度（1）軸承孔的公差帶

由圖12.1可見，2—Φ80和2—Φ100四孔與滾動(dòng)軸承外圈配合，因此，四孔的公差帶應(yīng)由滾動(dòng)軸承的精度、負(fù)荷大小和運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來確定。

軸承精度為0級(jí)，外圈承受定向輕負(fù)荷，根據(jù)表6.3得四孔公差帶分別為

+0.03502—Φ100H7()

+0.03002—Φ80H7（)41(2)中心距允許偏差

齒輪副中心距a=150mm,齒輪精度為8級(jí)，查表10.8得齒輪副中心距允許偏差為

fa=±31.5μm。箱體中心距允許偏差為（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(jí)優(yōu)先選用的公差帶6H（可省略標(biāo)注）;箱座右側(cè)安裝油塞的M16×1.5螺孔公差帶6H。安裝油標(biāo)的M12螺孔精度要求較低，選粗糙級(jí)公差帶7H,即M12－7H。422.確定幾何公差（1）箱體2－Φ80H7和2－Φ100H7的幾何公差為了保證齒輪傳動(dòng)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(jí)和式（10.10）、式（10.11）得（見本章齒輪精度設(shè)計(jì)）箱體軸線平行度公差一般?。?3③2－Φ80H7和2－Φ100H7圓柱度公差②2－Φ80H7和2－Φ100H7同軸度公差為了保證配合性質(zhì)的要求，對(duì)同一對(duì)（前后）孔應(yīng)規(guī)定采用最大實(shí)體要求零形位公差給出同軸度公差。A-BФ0M2－Φ100H7C-DФ0M2－Φ80H7由表6.6得Φ80H7圓柱度公差為0.008；

Φ100H7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Φ13，所以位置度公差為t=Φ1,并采用最大實(shí)體要求。（3）箱體（與軸承蓋配合的）兩端面垂直度公差兩端面對(duì)孔的軸線垂直度公差取8級(jí)，查表4.15得0.08。⊥45（5）固定軸承蓋的螺紋孔位置度公差

固定螺釘為M8,通孔為Φ9，則螺孔位置度公差為該位置度公差以箱體端面為第一基準(zhǔn)，以孔的軸線為第二基準(zhǔn)，并采用最大實(shí)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(jí)，查表4.13得0.04。463.確定表面粗糙度參數(shù)值（1）按表6.7選取2－Φ80H7和2－Φ100H7孔表面粗糙度Ra上限值為1.6μm，其端面的表面粗糙度Ra上限值為3.2μm。（2）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，箱蓋與箱座結(jié)合表面的表面粗糙度Ra上限值為6.3μm，箱座底平面表面粗糙度Ra上限值為12.5μm。（3）其余表面的表面粗糙度Ra上限值為50μm。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/T1804－m加工；（2）未注幾何公差按GB/T1184－K加工。475.將上述已確定的各項(xiàng)公差標(biāo)注在箱體零件圖上4812.2裝配圖上標(biāo)注的尺寸和配合代號(hào)在裝配圖上應(yīng)標(biāo)注的尺寸①外形尺寸②特性尺寸如傳動(dòng)件的中心距③安裝尺寸④有配合性質(zhì)要求的尺寸在裝配圖上一般應(yīng)標(biāo)注的

配合代號(hào)①孔、軸配合代號(hào)②花鍵配合代號(hào)③螺紋副配合代號(hào)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(duì)滾動(dòng)軸承內(nèi)圈、外圈分別與軸頸、外殼孔相配合時(shí)，只需標(biāo)注軸頸和外殼孔尺寸的公差帶代號(hào)。齒輪軸、輸出軸上的軸頸的公差帶代號(hào)（見本章軸的精度設(shè)計(jì)）分別為（2）箱體軸承孔的公差帶代號(hào)分別為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。

但此處配合要求不高，所以，軸承端蓋圓柱面的公差等級(jí)可低2~3級(jí)。

由于外殼孔的公差帶（H7）已經(jīng)按軸承要求確定了。故應(yīng)以外殼孔為基準(zhǔn)來選軸承端蓋圓柱面的公差帶代號(hào)。軸承端蓋圓柱面和定位套筒孔的基本偏差代號(hào)見表12.2所示。51外殼孔的基本偏差代號(hào)軸承端蓋的基本偏差代號(hào)軸頸的基偏差代號(hào)套筒孔的基本偏差代號(hào)HfhFJejEK、M、Ndk、m、nD表12.2軸承端蓋圓柱面、定位套筒孔的基本偏差由表12.2可確定本例中四處外殼孔與軸承端蓋圓柱面的配合分別為523.套筒孔與軸頸的配合套筒用