齿轮测量基本方法原理.docx

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1、齿轮测量根本方法原理（转）长度计量技术中对齿轮参数的测量.测量圆柱齿轮和圆锥齿轮误差的方法有单项测量和综合测量两种.单项测量主要是测量齿形误差、周节累积误差、周节偏差、齿向误差和齿圈径向跳动等.齿形测量图1为齿轮齿形测量的原理.常用的测量方法有展成法和坐标法.展成法：基圆盘的直径等于被测渐开线理论基圆直径.当直尺带动与它紧密相切的基圆盘和与基圆盘同轴安装的被测齿轮转动时，与直尺工作面处于同一平面上的测量杠杆的刀口相对于被测齿轮回转运动的轨迹是一理论渐开线.以它与被测渐开线齿形比拟,即可由测微仪见比较仪指示出齿形误差.利用此法测量齿形误差的工具有单盘渐开线测量仪和万能渐开线测量仪见渐开线测量仪）

2、.坐标法:按齿形形成原理列出齿廓上任一点的坐标方程式，然后计算出齿廓上假设干点的理论坐标值,以此与实际测得的被测齿形上相应点的坐标值比拟,即可得到被测齿形误差.有直角坐标法和法线展开角坐标法两种.前者的测量原理是被测齿廓上各点的坐标值X、y）分别由X和Y方向的光栅测量系统见光栅测长技术测出,经电子计算机计算后得出齿形误差.此法适用于测量大型齿轮的齿形.法线展开角坐标法用于测量渐开线齿形.当与被测齿轮同轴安装的圆光栅转动一个展开角Q时,由长光栅测量系统测出被测渐开线基圆的展开弧长P,由电子计算机按计算式=10式中r为基圆半径计算出被测弧长与理论弧长之差值.按需要在齿廓上测量假设干点，由记录仪记录

3、出齿形误差曲线图.周节测图2为齿轮周节测量的原理.周节测量有绝对测量法和相对测量法.绝对测量法：被测齿轮与圆光栅长度传感器同轴安装.测量时,被测齿轮缓慢回转,当电感式长度传感器的测头与齿面到达预定接触位置时，电感式长度传感器发出计数开始信号，利用电子计算机计算由圆光栅长度传感器发出的经过处理后得到的电脉冲数，直至测头与下一齿面到达预定接触位置为止.如此逐齿进行,测出相当于各实际周节的电脉冲数,经电子计算机处理后即可得出周节偏差和周节累积误差.相对测量法：利用两电感式长度传感器的测头安置组成相当于被测齿轮任一实际周节，以此逐齿与所有其他各实际周节比拟.测得的差值经过电子线路和电子计算机处理,即可

4、得出周节偏差和周节累积误差.用直角坐标法测值齿形设基用法线展开角坐标测盘齿形深差图1齿形测盘工作原理电StIU眼胧小电氧长酷M2陋蕾眦32畔麻工，理/齿向测图3为齿轮齿向测量的原理.齿向测量常用的有导程法和基圆螺旋角法这两种方法都是根据斜齿轮回转一周，与齿面接触的任一点沿轴向移动一个导程的原理.导程法：当滑架沿轴线方向移动时,安装在滑架上的正弦尺推动直尺并带动圆盘和与圆盘同轴安装的被测齿轮转动.正弦尺的倾斜角度是按计算导程的方法调整的,测量头相对于被测齿轮作螺旋运动而测出齿向误差.基圆螺旋角法：在渐开线测量仪上增加度盘、测角读数显微镜图中未表示等进行测量.当直尺带动基圆盘和被测齿轮转动时,电感

5、式长度传感器的测头由固定在直尺上的滑块和滑架圆盘上倾斜的直槽限制着向下移动.利用度盘等使直槽的倾斜角度等于被测齿轮的基圆螺旋角，因此测头相对于被测齿轮作螺旋运动而测出齿向误差.采用此法的齿轮测量工具通常称为渐开线和螺旋线测量仪.20世纪70年代初,开始利用长光栅或激光、圆光栅等组成的测量系统、电子计算机自动限制系统和数据处理系统等组成的自动测量系统，在同一台齿轮量仪上测量齿向误差,齿形误差和周节偏差等.直齿圆柱齿轮的齿向误差也常在具有精密直线导轨的齿圈径向跳动仪上测量.齿圈径向跳动测量以被测齿轮轴心线定位,利用带有球形测头或锥角等于2倍齿形角的圆锥形测头的测微仪,使测头位于齿高中部与齿廓双面接

6、触.测头相对于齿轮轴心线的最大变动量即齿圈径向跳动.测量齿圈径向跳动的仪器是齿圈径向跳动仪.综合测量通过测量齿轮与被测齿轮啮合传动来测量齿轮的传动精度.测量齿轮是一种精度比被测齿轮高两级以上的齿轮,也有以测量蜗杆代替测量齿轮的.综合测量有双面啮合法和单面啮合法两种.双面啮合法：利用测量齿轮与被测齿轮作双面啮合转动，以被测齿轮转动一转内的中央距最大变动量表示被测齿轮的径向综合误差.利用此法的齿轮测量工具称为齿轮双面啮合检查仪见齿轮综合检查仪.单面啮合法：利用测量齿轮与被测齿轮在公称中央距下啮合转动，以转角误差形式表示被测齿轮的切向综合误差.采用此法的齿轮测量工具有齿轮单面啮合检查仪和齿轮单面啮合

7、整体误差测量仪见齿轮整体误差测量技术.综合测量还可用于检查齿轮副接触斑点和噪声等.对于圆锥齿轮,一般采用综合测量，以检验齿轮副的接触斑点为主，也有测量齿轮副径向综合误差、齿轮副切向综合误差和噪声的.单项测量一般是测量周节累积误差和齿圈径向跳动,测量方法与圆柱齿轮的相同，但要保持测量头轴线垂直于圆锥素线.70年代后期，人们开始利用三坐标测量机测量圆锥齿轮的齿形,并用绘图仪描绘出被测齿面的轮廓图形.一工艺过程分析图917所示为一双联齿轮,材料为40Cr,精度为7-66级,其加工工艺过程见表9一6.从表中可见,齿轮加工工艺过程大致要经过如下几个阶段：毛坯热处理、齿坯加工、齿形加工、齿端加工、齿面热处

8、理、精基准修正及齿形精加工等.齿号11齿号I11模数22基节偏差齿数2842齿形公差精度等级7GK7JL齿向公差公法线长度变动量公法线平均长度OO-齿圈径向跳动跨齿数序号工序内容准8011121314毛坯锻造正火粗车外圆及端面,留余量2mm,钻锋花键底孔至尺寸030H12拉花键孔钳工去毛刺上芯轴,精车外圆,端面及槽至要求检验滚齿Z二42，留剃余量M插齿z二28),留剃余量,4mm倒角1、11齿12牙角钳工去毛刺剃齿z二42，公法线长度至尺寸上限剃齿(z=28，采用螺旋角度为5的剃齿刀,剃齿后公法线长度至尺寸上限齿部高频淬火：G52推孔珀齿总检入库外圆及端面O30H12孔及A面花键孔及A面花键孔

9、及B面花键孔及A面花键孔及端面花键孔及A面花键孔及A面花键孔及A面花键孔及A面加工的第一阶段是齿坯最初进入机械加工的阶段.由于齿轮的传动精度主要决定于齿形精度和齿距分布均匀性,而这与切齿时采用的定位基准孔和端面的精度有着直接的关系，所以,这个阶段主要是为下一阶段加工齿形准备精基准,使齿的内孔和端面的精度根本到达规定的技术要求.在这个阶段中除了加工出基准外,对于齿形以外的次要外表的加工,也应尽量在这一阶段的后期加以完成.第二阶段是齿形的加工.对于不需要淬火的齿轮,一般来说这个阶段也就是齿轮的最后加工阶段,经过这个阶段就应当加工出完全符合图样要求的齿轮来.对于需要淬硬的齿轮,必须在这个阶段中加工出

10、能满足齿形的最后精加工所要求的齿形精度,所以这个阶段的加工是保证齿轮加工精度的关键阶段.应予以特别注意.加工的第三阶段是热处理阶段.在这个阶段中主要对齿面的淬火处理,使齿面到达规定的硬度要求.加工的最后阶段是齿形的精加工阶段.这个阶段的目的，在于修正齿轮经过淬火后所引起的齿形变形,进一步提升齿形精度和降低外表粗糙度,使之到达最终的精度要求.在这个阶段中首先应对定位基准面孔和端面进行修整,因淬火以后齿轮的内孔和端面均会产生变形,如果在淬火后直接采用这样的孔和端面作为基准进行齿形精加工,是很难到达齿轮精度的要求的.以修整过的基准面定位进行齿形精加工,可以使定位准确可靠，余量分布也比拟均匀,以便到达

11、精加工的目的.二定位基准确实定定位基准的精度对齿形加工精度有直接的影响.轴类齿轮的齿形加工一般选择顶尖孔定位,某些大模数的轴类齿轮多项选择择齿轮轴颈和一端面定位.盘套类齿轮的齿形加工常采用两种定位基准.1内孔和端面定位选择既是设计基准又是测量和装配基准的内孔作为定位基准,既符合“基准重合原那么，又能使齿形加工等工序基准统一，只要严格限制内孔精度,在专用芯轴上定位时不需要找正.故生产率高,广泛用于成批生产中.2外圆和端面定位齿坯内孔在通用芯轴上安装,用找正外圆来决定孔中央位置,故要求齿坯外圆对内孔的径向跳动要小.因找正效率低,一般用于单件小批生产.三齿端加工如图9一18所示,齿轮的齿端加工有倒圆

12、、倒尖、倒棱,和去毛刺等.倒圆、倒尖后的齿轮,沿轴向滑动时容易进入啮合.倒棱可去除齿端的锐边,这些锐边经渗碳淬火后很脆,在齿轮传动中易崩裂.用铳刀进行齿端倒圆,如图9-19所示.倒圆时,铳刀在高速旋转的同时沿圆弧作往复摆动每加工一齿往复摆动一次.加工完一个齿后工件沿径向退出,分度后再送进加工下一个齿端.齿端加工必须安排在齿轮淬火之前,通常多在滚插齿之后.齿轮轴的加工工艺及设备刀具：1、下料锯床.2、粗车一车床.3、热处理-一箱式炉.4、精车一一车床.5、铳键槽-一铳床.6、滚齿-滚齿机.7、齿面淬火-高频淬火机床.8、磨一外圆磨床.锥齿轮用铳床可以加工第一步当然是下料,锯切第二步,车,外形第三

13、步,铳,齿形如果需要可以磨削和淬火或调质细长轴的齿轮轴加工工艺以45号钢为例：一、毛坯下料二、调质处理提升齿轮轴的韧性和轴的刚度三、带跟刀架、用皂化液充分冷却的前提下,粗车齿轮轴四、去应力退火五、精车齿坯至尺寸带跟刀架、用皂化液充分冷却六、假设轴上有键槽时,可先加工键槽等七、滚齿八、齿面高频淬火,淬火硬度HRC48-58具体硬度值需要依据工况、载荷等因素而定九、磨齿十、成品的最终检验注：细长轴类零件的放置一定要垂吊放置用铁丝系住,悬挂在挂架上，不得平放！希望以上答复能够对你有所帮助.用于中小型轧钢机传动箱体中的齿轮轴,设计上一般为软齿面,即小齿轮轴硬度为280320HB,大齿轮轴硬度为2502

14、90HB,模数mn=825,技术要求一般为调质处理.这种零件在无感应加热淬火设备的工厂中加工时,其加工工艺路线为：锻毛坯T粗加工T调质T精加工T制齿T磨轴颈.按这样的工艺流程生产出来的模数mnW10的齿轮轴,使用情况根本良好,但模数mn?12时,使用寿命短.突出表现为轮齿不耐磨,使用半年以后,齿面已有明显磨痕，当发生较大冲击时,还会出现断齿现象.针对这种情况,我们对原有工艺进行了分析,找出工艺路线中所存在的缺陷,并提出了新的制作工艺方法.1原工艺路线存在的问题原加工工艺路线中的粗加工，即粗车毛坯的外圆及轴向长度.调质后，经过精加工外圆及轴向尺寸,最后制齿.这样轮齿的硬度分布如图1所示,齿顶处的

15、硬度最高,齿根处的硬度最低.轮齿的硬度分布显然与图2所示的实际受力要求的硬度分布不符.这种情况随着模数的增大越显突出，有时齿根接触部根本无硬化层,齿轮的耐磨性大大降低.由于齿根部的强度显著降低,这样就削弱了轮齿的弯曲强度,此时一旦发生冲击,便可能断齿.2工艺改良探索增加外表淬火工序针对存在的问题,首先提出的解决方案是采用火焰外表淬火,即在原工艺路线的最后增加火焰外表淬火工序.从理论上讲,采用火焰外表淬火能够改善轮齿的硬度,且能显著提升轮齿的弯曲疲劳强度,延长齿轮轴的使用寿命.但实际操作中却难以限制.主要表现在以下两个方面.模数的大小影响淬火后的外表硬度.小模数的轮齿,由于齿槽小,如图3所示,随

16、着A面的淬火,已淬过火的B面发生了回火.这种情况常发生在mnW16的轮齿淬火中.由于回火,轮齿外表硬度常常达不到要求,但比不经过外表淬火工序的轮齿质量要好.淬火操作的可实施性差，且常发生局部过热及烧熔现象.由于齿轮轴的结构各不相同，甚至存在很大差异,生产中难以做到用机械自动法进行火焰外表淬火,大多数采用人工操作.造成同一齿轮上不同部位的轮齿，由于淬火的先后顺序及操作者的熟练程度不同,使淬火后的硬度也不同，且差距明显.更为严重的是常发生局部齿面过热、烧熔而生成硬度很高的凸点和凹坑,对齿轮运动精度、接触精度及工作平稳性均有严重影响.基于以上两个难以解决的问题,于是我们把机加工与热处理结合起来,采用

17、了下面的工艺方法.粗制齿、后调质、精制齿工艺原调质工艺最大的缺点在于轮齿外表的硬度沿齿高分布不合理.如果使轮齿的外表硬度沿齿高方向分布均匀,那么轮齿的强度及使用寿命就会有很大提高.从这个方面考虑,我们将工艺调整为：锻毛坯T粗车外圆及端面T粗制齿T热处理T精车外圆及端面T精制齿T磨轴颈.该工艺的重点在粗制齿,让工件的轮齿成形后再热处理，从而实现硬度沿齿面的均匀分布.该工艺经详细确定各工序工艺参数后,并屡次试行,逐一解决了各工序的工艺难点,但需要注意以下几个方面的问题热处理变形.影响热处理变形的因素有轮齿的螺旋角、齿向宽度及材质.对于螺旋角较大、齿向宽度较大的齿轮轴,粗制齿时轮齿受到较大的偏挤压力

18、作用，齿形内部存在着较大的内应力，并有着朝减小螺旋角方向变形的趋势.正由于有内应力和变形趋势的存在,在热处理过程中会发生齿向翘曲变形,导致热处理后轮齿螺旋角变小.这种情况常发生在螺旋角b225及齿向宽度B2350mm以上的齿轮轴中.制作中遇到这类齿轮轴时,应注意粗制齿余量要偏大,否那么会发生精制齿后留有黑皮的情况.在注意上述情况的同时,还要根据材料的不同,结合螺旋角的大小,调整淬火温度.通常材质为45钢的齿轮轴,其淬火温度应比正常同材质的工件低IOT5.合金材质的齿轮轴其淬火温度应比正常同材质的同类工件低10左右,为预防淬烈,冷却要在油中进行.车床断续硬车削.粗制齿热处理后的齿轮轴，其齿顶的精

19、加工是断续的，精加工层的硬度常在290320HB之间.要在普通车床上完成该工序我厂在CW61100X8000车床上完成，首先必须认真检修机床，保证主轴的回转精度好,进刀机构的刚性和精度好.其次选择既硬而结实又具有韧性的刀具.粗加工余量的大小.粗车外圆及端面和粗制齿所留余量的大小,对热处理及其后的精加工有极大影响.如余量留大,精车外圆难度就大,精制齿费工多,且难以保证齿面的硬度分布合理：余量留小后,热处理变形限制难,可能无法实现精制齿.对此,总体上可按模数越大,螺旋角越大,齿面宽度越大,余量便留大的原那么来限制余量.经我厂所加工的模数mn212v螺旋角b=2431、齿面宽B=30096Omm的齿

20、轮轴,粗加工最小余量为2mm,最大余量为4mm.3结论模数mn212的齿轮轴,采用粗制齿后调质、精制齿工艺后,轮齿的表面硬度在280HB以上,完全能够满足技术要求,并经使用证实其耐磨性及寿命均较以前大大提升.圆柱齿轮加工工艺过程常因齿轮的结构形状、精度等级、生产批量及生产条件不同而采用不同的工艺方案.下面列出两个精度要求不同的齿轮典型工艺过程供分析比拟.一、普通精度齿轮加工工艺分析一工艺过程分析图示为一双联齿轮,材料为40Cr,精度为766级,其加工工艺过程见表1.从表中可见,齿轮加工工艺过程大致要经过如下几个阶段：毛坯热处理、齿坯加工、齿形加工、齿端加工、齿面热处理、精基准修正及齿形精加工等

21、.苴余穹I福山I12双联齿轮齿号I.II齿号1II模数2.2基节偏差0.016+0.016齿数2842齿形公差0.0170.018精度等级7GK7JL齿向公差0.0170.017公法线长度变动量0.039C.024公法舞平均长度,21.3600.0527.600.05齿围径向跳动0.0500.042跨齿数45序号工序内容定苞:理推1-4c7C111313毛运锻诰邛灰程车沙应双端巴笛米里皿祜撑花握底孔至尺七瞳任1摩拉在隧孔转工去韦剂上芯油桶车外曼,楼面,梗至更求拴驳跳齿的=我：悭剃亲筐L.&U,1UM怔齿中区二之却：中剃余隹以11二口OE也国角1、：1齿牙知让工大毛涮利齿（E=I2：力往较长度至

22、尺寸上限、刹齿G二曲,乘曲博睢角度为FT闱刑齿51间旨后公法法代及至尺寸上眼内部高频诺:姣枇2椎孔电齿鼠桁入库外国.茂瑞面方加旧1成皮工甫花潼孔双仙在锲孔及口面地母孔及面花髓孔及端面右盖孔及师有律打虑A面在镶孔茂,画花藻孔及人面加工的第一阶段是齿坯最初进入机械加工的阶段.由于齿轮的传动精度主要决定于齿形精度和齿距分布均匀性,而这与切齿时采用的定位基准孔和端面的精度有着直接的关系,所以,这个阶段主要是为下一阶段加工齿形准备精基准，使齿的内孔和端面的精度根本到达规定的技术要求.在这个阶段中除了加工出基准外,对于齿形以外的次要外表的加工,也应尽量在这一阶段的后期加以完成.第二阶段是齿形的加工.对于不

23、需要淬火的齿轮，一般来说这个阶段也就是齿轮的最后加工阶段，经过这个阶段就应当加工出完全符合图样要求的齿轮来.对于需要淬硬的齿轮,必须在这个阶段中加工出能满足齿形的最后精加工所要求的齿形精度，所以这个阶段的加工是保证齿轮加工精度的关键阶段.应予以特别注意.加工的第三阶段是热处理阶段.在这个阶段中主要对齿面的淬火处理，使齿面到达规定的硬度要求.加工的最后阶段是齿形的精加工阶段.这个阶段的目的，在于修正齿轮经过淬火后所引起的齿形变形，进一步提升齿形精度和降低外表粗糙度，使之到达最终的精度要求.在这个阶段中首先应对定位基准面孔和端面进行修整,因淬火以后齿轮的内孔和端面均会产生变形,如果在淬火后直接采用

24、这样的孔和端面作为基准进行齿形精加工,是很难到达齿轮精度的要求的.以修整过的基准面定位进行齿形精加工,可以使定位准确可靠,余量分布也比拟均匀，以便到达精加工的目的.二定位基准确实定定位基准的精度对齿形加工精度有直接的影响.轴类齿轮的齿形加工一般选择顶尖孔定位,某些大模数的轴类齿轮多项选择择齿轮轴颈和一端面定位.盘套类齿轮的齿形加工常采用两种定位基准.1内孔和端面定位选择既是设计基准又是测量和装配基准的内孔作为定位基准，既符合“基准重合原那么,又能使齿形加工等工序基准统一,只要严格限制内孔精度,在专用芯轴上定位时不需要找正.故生产率高,广泛用于成批生产中.2外圆和端面定位齿坯内孔在通用芯轴上安装

25、,用找正外圆来决定孔中央位置，故要求齿坯外圆对内孔的径向跳动要小.因找正效率低,一般用于单件小批生产.三齿端加工如下图,齿轮的齿端加工有倒圆、倒尖、倒棱,和去毛刺等.倒圆、倒尖后的齿轮,沿轴向滑动时容易进入啮合.倒棱可去除齿端的锐边,这些锐边经渗碳淬火后很脆,在齿轮传动中易崩裂.用铳刀进行齿端倒圆,如图9-19所示.倒圆时,铳刀在高速旋转的同时沿圆弧作往复摆动每加工一齿往复摆动一次.加工完一个齿后工件沿径向退出，分度后再送进加工下一个齿端.图979齿端镯圆加工示意齿端加工必须安排在齿轮淬火之前,通常多在滚插齿之后.四精基准修正齿轮淬火后基准孔产生变形,为保证齿形精加工质量,对基准孔必须给予修正

26、.对外径定心的花键孔齿轮,通常用花键推刀修正.推孔时要预防歪斜,有的工厂采用加长推刀前引导来预防歪斜,已取得较好效果.对圆柱孔齿轮的修正,可采用推孔或磨孔,推孔生产率高,常用于未淬硬齿轮；磨孔精度高,但生产率低,对于整体淬火后内孔变形大硬度高的齿轮,或内孔较大、厚度较薄的齿轮,那么以磨孔为宜.磨孔时一般以齿轮分度圆定心,如图9-20所示,这样可使磨孔后的齿圈径向跳动较小,对以后磨齿或桁齿有利.为提升生产率,有的工厂以金刚锋代替磨孔也取得了较好的效果.图9-20齿轮分度圆定心示意二、高精度齿轮加工工艺特点一高精度齿轮加工工艺路线图921所示为一高精度齿轮,材料为40Cr,精度为655级,其工艺路

27、线见表9-7.*号工序内容定苞:理推1-4c7KC111313毛运锻诰邛次程车沙应双端巴笛米里皿祜捶花握底孔至尺七瞠任1摩拉布隧孔转工去韦剂上芯油桶车外曼,楼面,梗至更求拴驳液齿日=我：悭剃余是L&U,1UJm怔齿中区二之却：中剃余星以11二口OE也国库1、：1齿牙知让工大毛涮利齿（E=I2：力往较长度至尺寸上限、刹齿G二曲，乘曲博睢角度为FT闱刑齿51间旨后公法法代及至尺寸上眼内部高频诺:姣枇2椎孔电齿鼠桁入库外国.茂瑞面方加旧1成皮工甫花潼孔双疝5在锲孔及口面地母孔及杷花髓孔及端面右盖孔及$面有律打虑A面在镶孔茂,画花藻孔及人面棋数.3.5基节累积误差0.045齿向公差0.007齿数S3基

28、节极限偏差0.0065公法线平均长度70.130-0.05精度等级655KM匹形公差0.007躇齿数7二高精度齿轮加工工艺特点1定位基准的精度要求较高由图9-21可见,作为定位基准的内孔其尺寸精度标注为085H5,基准端面的粗糙度较细,为um,它对基准孔的跳动为,这几项均比一般精度的齿轮要求为高,因此,在齿坯加工中，除了要注意限制端面与内孔的垂直度外,尚需留一定的余量进行精加工.精加工孔和端面采用磨削,先以齿轮分度圆和端面作为定位基准磨孔,再以孔为定位基准磨端面,限制端面跳动要求,以保证齿形精加工用的精基准的精确度.高精度齿轮加工工艺过程序号L序内容定位基准1毛屋锻造外喇及端面2正火外围及端面

29、；3粗牢各部优,留余量L内孔及4面4精车各局部.内孔至箱4.阳7,总长雷加工余盘口.2皿,其余至尺寸内孔及2面5检脸内孔技正用及月面O:滚齿1齿厚密磨加工余量11口出心.15加分度恻和B面找正用7倒角内孔8铝工去毛刺A齿部高频淬烝：G5Z内孔及4面10插瞧槽11磨内孔至彼5H512靠磨大端且面13平面度方面至总长度尺寸磨齿2齿形精度要求高图上标注655级.为满足齿形精度要求,其加工方案应选择磨齿方案,即滚插齿一齿端加工一高频淬火一修正基准一磨齿.磨齿精度可达4级,但生产率低.本例齿面热处理采用高频淬火,变形较小,故留磨余量可缩小到mm左右，以提升磨齿效率.第十章圆柱齿轮公差与检测要求一般理解与

30、掌握的内容有：齿轮传动的使用要求,影响齿轮传动的误差和公差.要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有：齿轮的必检精度指标、侧隙指标及其检测.6-1概述一、齿轮传动互换性的使用要求：三性一隙齿轮传动是机器及仪器中常用的一种机械传动形式,它广泛地用于传递运动和动力.齿轮传动的质量将影响到机器或仪器的工作性能、承载水平、使用寿命和工作精度.因此,现代工业中的各种机器和仪器对齿轮传动互换性的使用提出了多方面的要求,归纳起来主要有四个方面：(-传递运动的准确性齿轮传动理论上应按设计规定的传动比来传递运动,即主动轮转过一个角度时.从动轮应按传动比关系转过一个相应的角度.由于齿轮存在有加工误差和安装误差,实际齿轮

31、传动中要保持恒定的传动比是不可能的,因而使得从动轮的实际转角产生了转角误差.传递运动的准确性就是要求齿轮在转一周范围内,传动比的变化要小,其最大转角误差应限制在一定范围内，以保证一对齿轮Z1和Z2啮合时,满足齿廓啮合基本定律I=n1n2=z2z1=常量.机床的一些传动齿轮对传递运动准确性的精度较高.二传动的平稳性齿轮任一瞬时传动比的变化,将会使从动轮转速在不断变化,从而产生瞬时加速度和惯性冲击力,引起齿轮传动中的冲击、振动和噪声.传动的平稳性就是要求齿轮在一转范围内,屡次重复的瞬时传动比要小，一齿转角内的最大转角误差要限制在一定范围内.千分表、机床变速箱等对传动平稳性的要求较高.三载荷分布的均

32、匀性载荷分布的均匀性是指为了使齿轮传动有较高的承载水平和较长的使用寿命,要求啮合齿面在齿宽与齿高方向上能较全面地接触,使齿面上的载荷分布均匀,预防载荷集中于齿面的一端而造成轮齿折断.重型机械的传动齿轮对此比拟偏重.四传动侧隙在齿轮传动中，为了贮存润滑油,补偿齿轮受力变形和热变形以及齿轮制造和安装误差.齿轮相啮合轮齿的非工作面应留有一定的齿侧间隙.否那么齿轮传动过程中可能会出现卡死或烧伤的现象.但该侧隙也不能过大,尤其是对于经常需要正反转的传动齿轮,侧隙过大,会产生空程,引起换向冲击.因此应合理确定侧隙的数值.为了保证齿轮传动具有较好的工作性能,对上述四个方面均要有一定的要求.但用途和工作条件不

33、同的齿轮,对上述四方面应有不同的侧重.运动精度：是指传递运动的准确性.为了保证齿轮传动的运动精度,应限制齿轮一转中最大转角误差Z.运动平稳性精度：要求齿轮运转平稳,没有冲击、振动和噪声.要限制一齿距角范围内转角误差的最大值iR.接触精度：要求齿轮在接触过程中.载荷分布要均匀,接触良好.以免引起应力集中,造成局部磨损.影响齿轮的使用寿命.齿侧间隙：在齿轮传动过程中,非接触面一定要有合理的间隙.一方面为了贮存润滑油,一方面为了补偿齿轮的制造和变形误差.不同圆柱齿轮的传动精度要求 上述4项要求,对于不同用途不同工作条件的齿轮其侧重点也应有所不同. 如：对于分度机构.仪器仪表中读数机构的齿轮,齿轮一转

34、中的转角误差不超过1-2,甚至是几秒,此时,传递运动准确性是主要的； 对于高速大功率传动装置中用的齿轮,如汽轮机减速器上的齿轮.圆周速度高.传递功率大.其运动精度、工作平稳性精度及接触精度要求都很高,特别是瞬时传动比的变化要求小，以减少振动和噪声; 对于轧钢机起重机运输机透平机等低速重载机械,传递动力大,但圆周速度不高.故齿轮接触精度要求较高,齿侧间隙也应足够大,而对其运动精度那么要求不高.渐开线圆柱齿轮的制造误差 影响上述4项要求的误差因素.主要包括齿轮的加工误差和齿轮副的安装误差. 为了便于分析齿轮的各种制造误差对齿轮传动质量的影响,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

35、向误差； 齿轮为圆周分度零件,其误差具有周期性,按误差在齿轮一转中是否屡次出现,即在齿轮一转中出现的周期或频率,可分为以齿轮一转为周期的长周期误差,或低频误差,它主要影响传递运动的准确性；以齿轮一齿为周期短周期误差,或高频误差,它主要影响工作平稳性.几何偏心误差图7-2 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. 齿坯孔与机床心轴的安装偏心1，也称几何偏心,是齿坯在机床上安装时,齿坯基准轴线O101与工作台回转轴线00不重合形成的偏心6.加工时,滚刀轴线与工作台回转轴线00距离保持不变.但与齿坯基准轴线OlOl的距离不断变化最大变化量为2e.滚切成如下图的齿轮.使齿面位置相

36、对于齿轮基准中央在径向发生了变化,故称为径向误差.工作时产生以一转为周期的转角误差,使传动比不断改变.运动偏心误差分度蜗轮轴线与工作台中央线的安装偏心10.0202为机床分度蜗轮的轴线,它与机床心轴的轴线00不重合,形成安装偏心6九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改变,从而使蜗轮和齿坯产生不均匀回转,角速度在（3+A3）和3-A3之间，以一转为周期变化.运动偏心并不产生径向误差.而往齿轮产生切向误差.以上两项误差均以齿坯一转为周期,是长周期误差.图7-3短周期误差机床分度蜗轮的安袋偏心1叩和轴向窜动.此误差使蜗轮齿坯转速不均匀,加工出的齿轮有齿距偏差

37、和齿形偏差,如蜗杆为单头.蜗轮为n牙.那么在蜗轮齿坯J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,那么在齿坯一转中产生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屡次重复出现,为短周期误差.圆柱齿轮传动精度的评定指标 根据齿轮精度要求,把齿轮的误差分成影响运动准确性误差、影响运动平稳性误差、影响载荷分布均匀性误差和影响侧隙的误差.并相应提出精度评定指标. 运动精度的评定指标 平稳性的评定指标 接触精度的评定指标 侧隙的评定指标 齿轮

38、副精度的评定指标运动精度的评定指标切向综合误差AF 齿距累积误差AFp及K个齿距累积误差（AFpk） 齿圈径向跳动 径向综合误差AFi 公法线长度变动4曰切向综合误差AFi 切向综合误差（AFi指被测齿轮与理想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. AFi,是指在齿轮单面啮合情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准确性的最正确综合评定指标. 但因切向综合误差是在单面啮合综合检查仪简称单啮仪J上进行测量的,单啮仪结构复杂.价格昂贵,在生产车间很少使用.齿距累积误差（

39、AFpJ及K个齿距累积误差（AFpkJ 在分度圆上,任意两个同侧齿面间的实际弧长与公称弧长之差的最大绝对值为齿距累积误差.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绝对值.K为2到小于Z/2的整数 规定AFpk是为了限制齿距累积误差集中在局部圆周上. 齿距累积误差反映了一转内任意个齿距的最大变化.它直接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准确性,是一项综合性的评定工程.但由于只在分度圆上测量,故不如切向综合误差反映的全面.图7-5齿圈径向跳动AFT 齿轮一转范围内.测头在齿槽内与齿高中部双面接触,测头相对于齿轮轴

40、线的最大变动量称齿圈径向跳动. aFr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.图7-6径向综合误差(Fi) 与理想精确的测量齿轮双面啮合时,在被测齿轮一转内,双啮中央距的最大变动量称为径向综合误差Fi. 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.假设它与测量齿轮保持双面啮合转动,其中央距就会在转动过程中不断改变，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. 被泅齿轮由于双面啮合综合测量时的啮合情况与切齿时的啮合情况相似,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单,操作方

41、便,测量效率高,故在大批量生产中应用很普通.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.图7-7公法线长度变动(Fw)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,EwnWmaxWmin.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.图7-8平稳性的评定指标 一齿切向综合误差Afi, 一齿径向综合误差、：I 基节偏差CAfpb) 齿形误差(4ff) 齿距偏差JfpC一齿切向综合误差Af 实测齿轮

42、与理想精确的测量齿轮单面啮合时,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. Afi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AFi，相同,如图.切向综合误差曲线上的高频波纹即为Afi,.图7-9一齿径向综合误差、)被测齿轮与理想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. 、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,属综合性工程.可在测量径向综合误差时得出,即从记录曲线上量得高频波纹的最大幅度值.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.不宜采用

43、这种方法来验收高精度的齿轮,但因在双啮仪上测量简单,操作方便,故该工程适用于大批量生产的场合.图7-10基节偏差CAfpbJ 基节偏差是指实际基节与公称基节之差.一对齿轮正常啮合时,当第一个轮齿尚未脱离啮合时,第二个轮齿应进入啮合.当两齿轮基节相等时.这种啮合过程将平稳地连续进行,假设齿轮具有基节偏差,那么这种啮合过程将被破坏,使瞬时速比发生变化,产生冲击、振动.基节偏差可用基节仪和万能测齿仪进行测量.图7-11齿形误差(4ff)齿形误差是在端截面上,齿形工作局部内齿顶局部除外.包容实际齿形且距离为最小的两条设计齿形间的法向距离.设计齿形可以根据工作条件对理论渐开线进行修正为凸齿形或修缘齿形.

44、齿形误差会造成齿廓面在啮合过程中使接触点偏离啮合线,引起瞬时传动比的变化,破坏了传动的平稳性.图7-12距偏差LfPC齿距偏差是指在分度圆上,实际齿距与公称齿距之差.齿距偏差afpt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齿距偏差可在测量齿距累积误差时得到,所以比拟简单.该项偏差主要由机床误差产生.图7-13接触精度的评定指标 齿轮工作时,两齿面接触良好,才能保证齿面上载荷分布均匀.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. 齿向误差aFBJ：在分度圆柱面上,齿宽有效局部范围内端部倒角局部除外,包容实际齿线且距离为最小的

45、两条设计齿向线之间的端面距离为齿向误差. 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.图7-14侧隙的评定指标 为使齿轮啮合时有一定的侧隙,应将箱体中央距加大或将轮齿减薄.考虑到箱体加工与齿轮加工的特点,宜采用减薄齿厚的方法获得齿侧间隙即基中央距制.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均匀,使齿轮工作时的侧隙也不均匀. 为限制齿厚减薄量,以获得必要的侧隙,可以采用以下评定指标：齿厚偏差$，公法线平均长度偏差AEWm齿厚偏差LES 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.对于斜齿轮,指法向齿厚. 为了保