1、互換性與測互換性與測量技術基礎量技術基礎主講：冷岳峰主講：冷岳峰 機械工程學院機械工程學院 車輛工程系車輛工程系第九章第九章 圓柱齒輪精度設計與檢測圓柱齒輪精度設計與檢測v內容內容:齒輪傳動的使用要求，齒輪加工精度的齒輪傳動的使用要求，齒輪加工精度的評定參數（必檢參數、可檢參數），齒輪側隙評定參數（必檢參數、可檢參數），齒輪側隙的確定方法，齒輪零件的精度設計。的確定方法，齒輪零件的精度設計。v重點重點:齒輪傳動的使用要求，齒輪加工精度的齒輪傳動的使用要求，齒輪加工精度的必檢參數，齒輪零件的精度設計。必檢參數，齒輪零件的精度設計。v實驗實驗:齒輪的精度測量齒輪的精度測量本章知識點本章知識點1傳遞

2、運動的準確性傳遞運動的準確性一、齒輪傳動的使用要求一、齒輪傳動的使用要求2傳動的平穩性傳動的平穩性 即保證齒輪傳動的每個瞬間傳動比變化即保證齒輪傳動的每個瞬間傳動比變化小，以減小振動小，以減小振動,降低噪聲（主要控制齒輪以一齒為周期的降低噪聲（主要控制齒輪以一齒為周期的短周期轉角誤差）。短周期轉角誤差）。3載荷分布的均勻性載荷分布的均勻性 即要求齒輪嚙合時齒面接觸良好，即要求齒輪嚙合時齒面接觸良好，以免引起應力集中，造成齒面局部磨損加劇，影響齒輪的使以免引起應力集中，造成齒面局部磨損加劇，影響齒輪的使用壽命。用壽命。4傳動側隙的合理性傳動側隙的合理性 即保證齒輪嚙合時，非工作齒面間即保證齒輪嚙

3、合時，非工作齒面間應留有一定的間隙。它對貯藏潤滑油、補償齒輪傳動受力后應留有一定的間隙。它對貯藏潤滑油、補償齒輪傳動受力后的彈性變形、熱膨脹以及齒輪傳動裝置制造誤差和裝配誤差的彈性變形、熱膨脹以及齒輪傳動裝置制造誤差和裝配誤差等都是必需的。否則，齒輪在傳動過程中可能卡死或燒傷。等都是必需的。否則，齒輪在傳動過程中可能卡死或燒傷。二齒輪加工誤差產生的原因二齒輪加工誤差產生的原因1.幾何偏心幾何偏心指齒坯在機床工作臺心軸上的安裝偏心指齒坯在機床工作臺心軸上的安裝偏心1234e幾e運e刀e蝸桿oooooooo機床工作臺回轉軸線oo 工件孔軸線 oo分度蝸輪幾何軸線oo齒坯e幾oo齒圈孔的同心圓o o

4、e幾 幾何偏心的影響（徑向誤差）幾何偏心的影響（徑向誤差）2. 運動偏心運動偏心指機床分度蝸輪幾何偏心復映到被加工齒指機床分度蝸輪幾何偏心復映到被加工齒 輪上的誤差（切向誤差）輪上的誤差（切向誤差）3. 機床傳動鏈的高頻誤差機床傳動鏈的高頻誤差 4. 滾刀的安裝誤差滾刀的安裝誤差(e刀刀)和制造誤差和制造誤差(1)當主動輪基節大于從動輪基節時當主動輪基節大于從動輪基節時(2)當主動輪基節小于從動輪基節時當主動輪基節小于從動輪基節時小 結 齒輪傳動的使用要求齒輪傳動的使用要求 影響使用要求的誤差（或因素）影響使用要求的誤差（或因素） 傳遞運動的準確性傳遞運動的準確性 長周期誤差：長周期誤差：包括

5、幾何偏心和運動偏心分別引起的徑向和包括幾何偏心和運動偏心分別引起的徑向和切向長周期（一轉）誤差。兩種偏心同時存在，可能疊加，切向長周期（一轉）誤差。兩種偏心同時存在，可能疊加，也可能抵消。這類誤差用齒輪上的長周期偏差作為評定指也可能抵消。這類誤差用齒輪上的長周期偏差作為評定指標標 傳動的平穩性傳動的平穩性 短周期（一齒）誤差：短周期（一齒）誤差：包括齒輪加工過程中的刀具誤差、包括齒輪加工過程中的刀具誤差、機床傳動鏈的短周期誤差。這類誤差用齒輪上的短周期偏機床傳動鏈的短周期誤差。這類誤差用齒輪上的短周期偏差作為評定指標差作為評定指標 載荷分布的均勻性載荷分布的均勻性 齒坯軸線歪斜、機床刀架導軌的

6、誤差等。齒坯軸線歪斜、機床刀架導軌的誤差等。種類誤差用輪齒種類誤差用輪齒同側齒面軸向偏差來評定同側齒面軸向偏差來評定側隙的合理性側隙的合理性 影響側隙的主要因素是齒輪副的影響側隙的主要因素是齒輪副的中心距偏差中心距偏差和和齒厚偏差齒厚偏差 一、影響傳遞運動準確性的誤差一、影響傳遞運動準確性的誤差理想齒輪理想齒輪- - 相對法測量齒距偏差相對法測量齒距偏差, 測得值經數據處理得測得值經數據處理得 fpt、 Fp徑向綜合總誤差徑向綜合總誤差主要反映齒坯安裝主要反映齒坯安裝偏心偏心對齒廓分布對齒廓分布均勻的影響，即均勻的影響，即徑向綜合誤差徑向綜合誤差Fi和一齒徑向綜合誤差和一齒徑向綜合誤差fi的測

7、量的測量二、影響傳遞平穩性的誤差二、影響傳遞平穩性的誤差 指被測齒輪與理想精確的測量齒輪指被測齒輪與理想精確的測量齒輪(一般高于一般高于被測齒被測齒輪精度輪精度34級級)單面嚙合時，在被測齒輪單面嚙合時，在被測齒輪的的, 以以計值。計值。 主要反映主要反映齒廓誤差和基齒廓誤差和基節偏差節偏差的影響，即的影響，即fi主要反映主要反映齒廓誤差齒廓誤差和基節偏差和基節偏差的影響，的影響，即即反映齒輪傳動的穩反映齒輪傳動的穩定性。定性。徑向綜合總誤差徑向綜合總誤差齒頂齒根齒頂齒根AEFAEF+_FbffLLLAELAELAFLAFLLLAELAELAFLAFAEFAEF+_LLLAELAELAFLAF

8、AEFAEFFbff+_Fbffi)ii)iii)基圓基圓分度圓分度圓 iii)ii)設計螺旋線實際螺旋線平均螺旋線 +_+FLbFLbLbLbLbLb_+_+_+_ffffffFi)三、影響載荷分布均勻性的誤差三、影響載荷分布均勻性的誤差 四、影響齒輪副側隙的加工誤差四、影響齒輪副側隙的加工誤差 五、齒輪副的誤差五、齒輪副的誤差 六、齒輪評定參數新舊標準比較六、齒輪評定參數新舊標準比較（一）影響傳遞運動準確性的誤差（一）影響傳遞運動準確性的誤差六、齒輪評定參數新舊標準比較六、齒輪評定參數新舊標準比較（二）影響傳動平穩性的誤差（二）影響傳動平穩性的誤差 六、齒輪評定參數新舊標準比較六、齒輪評定

9、參數新舊標準比較（三）影響載荷分布均勻性的誤差（三）影響載荷分布均勻性的誤差 六、齒輪評定參數新舊標準比較六、齒輪評定參數新舊標準比較（四）影響齒輪副側隙的誤差（四）影響齒輪副側隙的誤差一、漸開線圓柱齒輪精度等一、漸開線圓柱齒輪精度等級級 v 齒輪及齒輪副共規定有12個精度等級，用1，2，12表示。其中1級精度最高，12級精度最低。 v 齒輪和齒輪副的誤差項目都規定了相應的公差或極限偏差，除接觸斑點外，其余項目的公差代號均為對應的誤差代號去掉；并將單個齒輪的公差項目分為、公差組，各公差組中的公差項目、代號、所用公差值符號列于表12-1。v 齒輪的精度等級應根據齒輪的用途、使用要求、傳遞功率及圓

10、周速度及其它技術要求而定，同時考慮切齒工藝及經濟性。齒輪3個公差組的精度等級應分別規定，可采用同級，也可以不同級，但同一公差組中的項目必須同級。齒輪副中兩齒輪對應公差組的精度采用同級，也允許不同級。v 一般齒輪傳動多按齒輪圓周線速度確定第公差組的精度等級。當對傳遞運動準確性沒有特別要求時，第公差組的精度常比第 公差組低一個等級，當所傳遞的功率不特別大時，第公差組一般采用和第公差組相同的精度等級。二、齒輪精度等級的選擇二、齒輪精度等級的選擇 1計算法計算法 依據齒輪傳動用途的主要要求，計算確定出其中一種使依據齒輪傳動用途的主要要求，計算確定出其中一種使用要求的精度等級，再按其他方面要求，作適當協

11、調，來確用要求的精度等級，再按其他方面要求，作適當協調，來確定其它使用要求的精度等級定其它使用要求的精度等級 2類比法類比法 類比法是依據以往產品設計、性能試驗以及使用過程中類比法是依據以往產品設計、性能試驗以及使用過程中所積累的經驗，以及較可靠的各種齒輪精度等級選擇的技術所積累的經驗，以及較可靠的各種齒輪精度等級選擇的技術資料，經過與所設計的齒輪在用途、工作條件及技術性能上資料，經過與所設計的齒輪在用途、工作條件及技術性能上作對比后，選定其精度等級。作對比后，選定其精度等級。 圓柱齒輪精度的適用范圍圓柱齒輪精度的適用范圍精度等級精度等級456789圓周速度圓周速度(m/s)直齒輪直齒輪35斜

12、齒輪斜齒輪70直齒輪直齒輪20斜齒輪斜齒輪40直齒輪至直齒輪至15斜齒輪至斜齒輪至30直齒輪至直齒輪至10斜齒輪至斜齒輪至15直齒輪至直齒輪至6斜齒輪至斜齒輪至10直齒輪至直齒輪至2斜齒輪至斜齒輪至4工作條件工作條件與與適用范圍適用范圍特別精密分度特別精密分度機構中或在最機構中或在最平穩、且無噪平穩、且無噪聲的極高速情聲的極高速情況下工作的齒況下工作的齒輪；特別精密輪；特別精密分度機構中的分度機構中的齒輪；高速汽齒輪；高速汽輪機齒輪；檢輪機齒輪；檢測測6 67 7級齒輪級齒輪用的測量齒輪用的測量齒輪精密分度機精密分度機中或要求極中或要求極平穩且無噪平穩且無噪聲的高速工聲的高速工作的齒輪；作的齒

13、輪；精密分度機精密分度機構用齒輪；構用齒輪；高速汽輪機高速汽輪機齒輪；檢測齒輪；檢測8 89 9級齒輪級齒輪用測量齒輪用測量齒輪要求最高要求最高效率且無噪效率且無噪聲的高速平聲的高速平穩工作的齒穩工作的齒輪；分度機輪；分度機構的齒輪；構的齒輪；特別重要的特別重要的航空、汽車航空、汽車齒輪；讀數齒輪；讀數裝置中特別裝置中特別精密傳動的精密傳動的齒輪齒輪增速和減速增速和減速用齒輪傳動；用齒輪傳動；金屬切削機金屬切削機床進刀機構床進刀機構用齒輪；高用齒輪；高速減速器用速減速器用齒輪；航空、齒輪；航空、汽車用齒輪；汽車用齒輪；讀數裝置用讀數裝置用齒輪齒輪無需特別精密無需特別精密的一般機械制的一般機械制

14、造用齒輪；分造用齒輪；分度鏈以外的機度鏈以外的機床傳動齒輪；床傳動齒輪；航空、汽車制航空、汽車制造業中不重要造業中不重要齒輪；起重機齒輪；起重機構用齒輪；農構用齒輪；農業機械中的小業機械中的小齒輪；通用減齒輪；通用減速器齒輪速器齒輪用于粗糙用于粗糙工作的齒工作的齒輪輪各種機械采用的齒輪的精度等級各種機械采用的齒輪的精度等級應用范圍應用范圍精度等級精度等級應用范圍應用范圍精度等級精度等級測量齒輪測量齒輪3 35 5拖拉機拖拉機6 61010汽輪減速器汽輪減速器3 36 6一般用途的減速器一般用途的減速器6 69 9金屬切削機床金屬切削機床3 38 8軋鋼設備的小齒輪軋鋼設備的小齒輪6 61010

15、內燃機車與電氣機車內燃機車與電氣機車6 67 7礦用絞車礦用絞車8 81010輕型汽車輕型汽車5 58 8起重機機構起重機機構7 71010重型汽車重型汽車6 69 9農業機械農業機械8 81111航空發動機航空發動機4 47 7三、齒輪副側隙的確定三、齒輪副側隙的確定 v 獲得側隙的方法有兩種，一種是基齒獲得側隙的方法有兩種，一種是基齒厚制，即固定齒厚的極限偏差，通過厚制，即固定齒厚的極限偏差，通過改變中心距的基本偏差來獲得不同的改變中心距的基本偏差來獲得不同的最小極限側隙，此方法用于中心距可最小極限側隙，此方法用于中心距可調的機構。另一種方法是調的機構。另一種方法是基中心距制，基中心距制，

16、即固定中心距的極限偏差，通過改變即固定中心距的極限偏差，通過改變齒厚的上偏差來得到不同的最小極限齒厚的上偏差來得到不同的最小極限側隙，國標采用后一種。側隙，國標采用后一種。 v 國標規定了國標規定了14種齒厚極限偏差的數種齒厚極限偏差的數值，值，并用并用14個大寫的英文字母表示個大寫的英文字母表示。每一種代號代表的齒厚極限偏差的數每一種代號代表的齒厚極限偏差的數值均以齒距極限偏差（值均以齒距極限偏差（fpt）的倍數表）的倍數表示。示。四、齒輪精度等級在圖樣上的標注四、齒輪精度等級在圖樣上的標注例例1：766 G M GB/T100951988 v 表示齒輪第表示齒輪第、公差組的精度分別為公差組

17、的精度分別為7級、級、6級、級、6級，齒厚上、下偏差代號分別為、。級，齒厚上、下偏差代號分別為、。 如果三個公差組的精度等級相同，則只需標注的一個數字如果三個公差組的精度等級相同，則只需標注的一個數字例例2：7 F GB/T100951988v 表示齒輪第表示齒輪第、公差組的精度同為公差組的精度同為7級，齒厚上、級，齒厚上、下偏差代號分別為下偏差代號分別為F、L。 例例3：（ ）GB/T100951988v 表示齒輪第表示齒輪第、公差組的精度同為公差組的精度同為4級，齒厚上、級，齒厚上、下偏差值分別為下偏差值分別為-.330mm、-0.495mm。-0.330-0.495 例例1 某機床主軸箱

18、傳動軸上的一對直齒圓柱齒輪，某機床主軸箱傳動軸上的一對直齒圓柱齒輪，小齒輪和大齒輪的齒數分別為小齒輪和大齒輪的齒數分別為Z1=26，Z2=56，模，模數數m=2.75mm，齒寬分別為，齒寬分別為b1=28mm，b2=24mm，小齒輪基準孔的基本尺寸為小齒輪基準孔的基本尺寸為 30mm。轉速。轉速n1=1650 r/min，箱體上兩對軸承孔的跨距，箱體上兩對軸承孔的跨距L相等，相等，皆為皆為90mm。齒輪材料為鋼，箱體材料為鑄鐵，。齒輪材料為鋼，箱體材料為鑄鐵，單件小批生產，試設計小齒輪精度，并畫出齒輪單件小批生產，試設計小齒輪精度，并畫出齒輪工作圖。工作圖。 齒輪舊國標的評定指標（GB/T10

19、0951988）舊國標的公差組和單個齒輪的評定指標舊國標的公差組和單個齒輪的評定指標 公公差差組組評定指標評定指標公差或極限偏差公差或極限偏差對傳動性能的對傳動性能的主要影響主要影響注注第第公公差差組組齒距累積誤差齒距累積誤差Fpk個齒距累積誤差個齒距累積誤差Fp k切向綜合誤差切向綜合誤差Fi徑向綜合誤差徑向綜合誤差Fi齒圈徑向跳動齒圈徑向跳動Fr公法線長度變動公法線長度變動Fw齒距累積公差齒距累積公差Fpk個齒距累積公差個齒距累積公差Fp k切向綜合公差切向綜合公差Fi徑向綜合公差徑向綜合公差Fi齒圈徑向跳動公差齒圈徑向跳動公差Fr公法線長度變動公差公法線長度變動公差Fw主要影響主要影響傳

20、遞運動的準傳遞運動的準確性確性舊國標將齒輪各項公差和極限偏差舊國標將齒輪各項公差和極限偏差按其對使用要求的影響分為三個公按其對使用要求的影響分為三個公差組，每個公差組規定了差組，每個公差組規定了12個公差個公差等級，并推薦了個公差組的檢驗組。等級，并推薦了個公差組的檢驗組。可根據齒輪的使用要求和生產規模，可根據齒輪的使用要求和生產規模，在每個公差組的檢驗組中各選擇一在每個公差組的檢驗組中各選擇一個檢驗組來鑒定和驗收齒輪的精度。個檢驗組來鑒定和驗收齒輪的精度。新國標沒有這樣的規定和推薦。新國標沒有這樣的規定和推薦。第第公公差差組組一齒切向綜合誤差一齒切向綜合誤差fi一齒徑向綜合誤差一齒徑向綜合誤

21、差fi齒形誤差齒形誤差ff齒距偏差齒距偏差fpt基節偏差基節偏差fpb螺旋線波度誤差螺旋線波度誤差ff一齒切向綜合公差一齒切向綜合公差fi一齒徑向綜合公差一齒徑向綜合公差fi齒形公差齒形公差ff齒距極限偏差齒距極限偏差fpt基節極限偏差基節極限偏差fpb螺旋線波度公差螺旋線波度公差ff主要影響主要影響傳遞運動的平傳遞運動的平穩性穩性第第公公差差組組齒向誤差齒向誤差F接觸線誤差接觸線誤差Fb軸向齒距偏差軸向齒距偏差Fpx齒向公差齒向公差F接觸線公差接觸線公差Fb軸向齒距極限偏差軸向齒距極限偏差Fpx主要影響主要影響載荷分布的均載荷分布的均勻性勻性齒厚偏差齒厚偏差Es公法線平均長度偏差公法線平均長

22、度偏差Ewm齒厚極限偏差（上偏差齒厚極限偏差（上偏差Ess、下偏差下偏差Esi）公法線平均長度極限偏差（公法線平均長度極限偏差（上偏差上偏差Ewms、下偏差、下偏差Ewmi）主要影響齒輪主要影響齒輪副的側隙副的側隙舊國標對齒厚極限偏差規定了舊國標對齒厚極限偏差規定了14個字母代號，每個代號對應有數值。個字母代號，每個代號對應有數值。新國標沒有這樣的規定，也未推薦新國標沒有這樣的規定，也未推薦齒厚極限偏差的數值。齒厚極限偏差的數值。 齒輪新國標的評定指標（GB/T100952001）齒輪傳動使用要求的評定指標齒輪傳動使用要求的評定指標(單個齒輪單個齒輪) 評定指標評定指標公差或極限偏差公差或極限偏差評定指標評定指標公差公差對傳動性能的主要影響對傳動性能的主要影響輪輪齒齒同同側側齒齒面