第9章 圆柱齿轮传动的互换性+第5节

第9章圆柱齿轮传动的互换性9.5 渐开线圆柱齿轮精度标准2023/2/119.5.1齿轮精度等级和公差值（1）精度等级

国家标准对单个渐开线圆柱齿轮，精度等级由高至低划分为0、1、2、…、12共13个精度等级。

0～2级：展望级；3～5级：高精度等级；6～8级：中等精度等级；

9级：较低精度等级；10～12级：低精度等级。2023/2/12（2）偏差的允许值（公差）

单个齿距偏差见表9-1，齿距累积总偏差见表9-2，齿廓总偏差见表9-3，螺旋线总偏差见表9-4，一齿切向综合偏差、齿廓形状偏差、径向跳动公差见表9-5，径向综合总偏差、一齿径向综合偏差见表9-6，螺旋线形状偏差、螺旋线倾斜偏差见表9-7(各表均为摘录)。鉴于表9-1至9-7均涉及的数据较多，且幅面较大，本课件中不再图示，详见教材。2023/2/139.5.2齿轮精度等级的选择

确定齿轮精度等级的依据是齿轮的用途、使用要求、传动功率和圆周速度以及其它技术条件。选用齿轮精度等级的方法一般有计算法和类比法两种，目前大多采用类比法。2023/2/14（1）计算法根据机构最终达到的精度要求，应用传动尺寸链的方法计算和分配各级齿轮副的传动精度，确定齿轮的精度等级。此方法仅适用于特殊精度机构使用的齿轮。（2）类比法此种方法是查阅类似机构的设计方案，根据经过实际验证的已有的经验结果来确定齿轮的精度。具体可见表9-8。2023/2/15精度等级工作条件与适用范围圆周速度m/s齿面的最后加工直齿斜齿3用于最平稳且无噪声的极高速下工作的齿轮；特别精密的分度机构中的齿轮；特别精密机械中的齿轮；控制机构齿轮；检测5、6级的测量齿轮。

＞50＞75特精密的磨齿和研齿，用精密滚刀或单边剃齿后的大多数不经淬火的齿轮。4用于精密分度机构的齿轮；特别精密机械中的齿轮；高速透平齿轮；控制机构齿轮；检测

7级的测量齿轮。＞35＞70精密磨齿；大多数用精密滚刀滚齿和研齿或单边剃齿。5用于高平稳且低噪声的高速传动中的齿轮；精密机构中的齿轮；透平传动的齿轮；检测

8、9级的测量齿轮。重要的航空、船用齿轮箱齿轮。＞20＞40精密磨齿；大多数用精密滚刀加工，进而研齿或剃齿。6用于高速下平稳工作、需要高效率及低噪声的齿轮；航空、汽车用齿轮；读数装置中的精密齿轮；机床传动链齿轮；机床传动齿轮。到15到30精密磨齿或剃齿。7在高速和适度功率或大功率及适当速度下工作的齿轮；机床变速箱进给齿轮；高速减速器齿轮；起重机齿轮；汽车以及读数装置中的齿轮。到10到15无需热处理的齿轮，用精确刀具加工；对于淬硬齿轮必须精整加工(磨齿、研齿)。8一般机器中无特殊精度要求的齿轮；机床变速齿轮；汽车制造业中不重要齿轮；冶金、起重、机械齿轮通用减速器的齿轮；农业机械中的重要齿轮。到6到10滚、插齿均可，不用磨齿；必要时剃齿或研齿。9用于无精度要求的粗糙工作的齿轮；因结构上考虑受载低于计算载荷的传动用齿轮；重载、低速不重要工作机械的传力齿轮；农机齿轮。到2到4不需要特殊的精加工工序。表9-8各精度等级齿轮的适用范围2023/2/169.5.3齿轮检验项目标准规定：切向综合偏差（F′i

，f′i）是该标准的检验项目，但不是必检项目。齿廓的形状偏差和倾斜偏差（ffα，fHα）及螺旋线的形状偏差和倾斜偏差（ffβ，fHβ），有时作为有用的参数和评定值，但不是必检项目。评定单个齿轮的加工精度应检查项目：齿距偏差（Fp，Fpk

，fpt）、齿廓总偏差（Fα）、螺旋线总偏差（Fβ）及齿厚偏差。齿厚偏差由设计者按齿轮副侧隙计算确定。必检项目可以客观地评定齿轮的加工质量和齿轮制造水平，而那些非必检项目可以根据供需双方共同协商结果来确定。2023/2/17

根据国内企业多年来贯彻旧标准的经验和目前齿轮生产的控制水平，建议供需双方依据齿轮功能要求、生产批量和手段，按表9-9推荐的检验组来选取某一个检验组。表9-9检验组（推荐）

检验组检验项目偏差代号1fpt

、Fp、Fα、Fβ、Fr2fpt

、Fpk、Fp、Fα、Fβ、Fr3F″i

、f″i4fpt、Fr

（10～12级）5F′i

、f′i

（有协议要求时）2023/2/189.5.4齿轮副侧隙齿轮副侧隙由齿轮工作条件决定，与齿轮的精度等级无关。齿轮副侧隙是在装配后自然形成的，侧隙的大小主要决定于齿厚和中心距。（1）最小法向侧隙jbnmin影响最小法向侧隙jbnmin的因素主要有：箱体、轴和轴泵的偏斜；因箱体偏差和轴承的间隙导致齿轮轴线的不对准和歪斜；安装误差；轴承的径向跳动；温度影响；旋转零件的离心胀大；由于润滑剂的允许污染以及非金属材料的熔胀等。2023/2/19（2）齿厚偏差标准对齿厚偏差是由设计者规定。从而使标准更具灵活性。最小侧隙jhnmin是由齿厚上偏差Esns（为负值）保证的。若主动轮与被动轮取相同的齿厚上偏差，即Esns1=Esns2则有：Esns1＝Esns2＝－jbnmin/2cosαn

2023/2/110最大侧隙由齿厚下偏差Esni控制。齿厚上偏差Esns确定后，根据齿厚公差

可确定其下偏差Esni。其中齿厚公差计算值

，由齿圈径向跳动公差Fr和切齿时径向进刀公差br两项组成，将它们按随机误差合成得：式中：Fr为齿轮径向跳动公差，

br为切齿径向进刀公差，相当于一般尺寸的加工误差，按加工精度确定。2023/2/111当然，根据齿厚公差计算值Tsn

，可求出齿厚下偏差计算值Esni：

Esni＝Esns－Tsn2023/2/112（3）公法线平均长度偏差的换算在实际测量齿轮时，常用测公法线长度极限偏差取代齿厚偏差测量，它们之间存在以下关系：公法线长度上偏差

公法线长度下偏差

2023/2/1137.4.5齿轮副精度（1）中心距极限偏差±fa中心距偏差不但会影响齿侧间隙，而且对齿轮啮合的重合度也有影响，因此必须加以控制。通常±fa值按影响传动平稳性的偏差项目的精度等级确定，参考表9-12（见下页）选取。2023/2/114表9-12

中心距极限偏差土fa数值(摘自GBl0095—88)

(μm)2023/2/115（2）轴线平行度偏差垂直平面内的轴线平行度偏差fΣβ：fΣβ＝0.5(L/b)Fβ式中:L为轴承中间距离，b为齿宽，Fβ为螺旋线总偏差（对直齿轮为齿向公差）。轴线平面内的平行度偏差fΣδ：fΣδ＝2fΣβ2023/2/116（3）接触斑点检验产品齿轮在其箱体内啮合所产生的接触斑点可用于评定齿面间的载荷分布情况，这对于低速动力齿轮尤为重要。其具体取值见GB/Z18620.4-2002。2023/2/117

7.5.6齿轮坯的精度

齿坯的尺寸偏差、形位误差和表面粗糙度等几何参数误差不仅直接影响齿轮的加工质量和检验精度，还影响齿轮副的接触精度和运行的平稳性。因此，应尽量控制齿轮坯的精度以保证齿轮的加工质量。2023/2/118（1）确定基准轴线的方法设计时应使基准轴线和工作轴线重合，即将安装面作为确定基准轴线的基准面。确定基准轴线，通常有三种方法：1）用两个“短”圆柱或圆锥形基准面上设定的两个圆的圆心来确定轴线上的两个点（见图9-13）。图9-13

基准轴线的确定方法2023/2/1192）用一个“长的”圆柱或圆锥形的面来同时确定轴线的位置和方向（见图9-14）。孔的轴线可以用与之相匹配正确地装配的工作芯轴的轴线来代表。图9-14

基准轴线的确定方法2023/2/1203）用一个“短的”圆柱形基准面上的一个圆的圆心来确定，而其方向则用垂直于此轴线的一个基准面来确定（见图9-15）。图9-15

基准轴线的确定方法2023/2/121（2）齿轮坯公差的给定方法

齿轮坯公差是指在齿轮坯上，影响轮齿加工精度和齿轮传动质量的表面的几何公差：尺寸公差、形位公差以及表面粗糙度。1）尺寸公差对作为定位和安装基准的齿轮内孔、齿轮轴、顶圆的尺寸公差和形状公差可按表9-13（见下页）选用。2023/2/122表9-13尺寸公差和形状公差(摘自GBl0095—88)注：1.当齿轮的三个公差组的精度等级不同时，按最高的精度等级确定公差值。

2.当顶圆不作测量齿厚的基准时，其尺寸公差按ITll给定，但不大于0．1mn。2023/2/1232)形状公差基准面与安装面的形状公差可按表9-14选取；表9-14基准面与安装面的形状公差(摘自GB/Z18620.3—2002)注：齿轮坯的公差应减至能经济地制造的最小值。2023/2/124安装面的跳动公差可按表9-15选用。表9-15安装面的跳动公差(摘自GB/Z18620.3—2002)注：齿轮坯的公差应减至能经济地制造的最小值。2023/2/1253）表面粗糙度齿面的表面粗糙度可按表9-16选用。表9-16

算术平均偏差Ra的推荐值（摘自GB/Z18620.4-2002）

（m）2023/2/126

9.5.7齿轮精度的标注齿轮精度等级及齿厚极限偏差在图样上的标注，建议采用如下方法：（1）齿轮精度等级的标注若齿轮的各检验项目为同一精度等级，可直接标注精度等级和标准号。如齿轮各检验项目精度同为7级，则标注为:7GB/T10095.l－2008或7GB/T10095.2－20082023/2/127若齿轮各检验项目的精度等级不同，应分别标注，如齿廓总偏差为6级，齿距累积总偏差和螺旋线总偏差为7级，则标注为:6(Fα)、7(Fp、Fβ)GB/T10095.1－2008（2）齿厚偏差的标注齿厚偏差标注是在齿轮工作图右上角的参数表中标出其公称值和偏差。2023/2/1289.5.8齿轮精度设计

（1）齿轮精度设计方法及步骤：1)确定齿轮的精度等级；2)选择齿轮的检验组及其确定公差值；3)计算齿轮副侧隙和齿厚偏差；4)确定齿轮坯公差和表面粗糙度；5)公法线平均长度极限偏差的换算；6)绘制齿轮零件图。2023/2/129（2）齿轮精度设计示例如下：例9.1某机床变速箱中一对直齿圆柱齿轮，模数m＝3mm，齿数z1

＝30，齿数z2

＝90，齿形角α=20º，齿宽b1

＝20，转速n1=1200r/min,齿轮材料为45号钢，单件小批生产。试确定小齿轮精度等级，确定检验项目，计算齿轮副侧隙和齿厚偏差，并将齿厚极限偏差换算成公法线平均长度极限偏差。画出齿轮工作图。2023/2/130①确定齿轮的精度等级根据圆周速度确定其影响传动平稳性的偏差项目的精度等级。参考表9-8，选影响传动平稳性的偏差项目的精度等级为8级。选影响传递运动准确性的偏差项目的精度等级为9级。选影响载荷分布均匀性的偏差项目的精度等级为8级。2023/2/131②选择齿轮的检验组及其确定公差值参考表9-9选第1检验组，检验项目为fpt

、Fp、Fα、Fβ、Fr

。

单个齿距偏差±fpt，查表9-1得

fpt＝±17μｍ齿距累积总偏差Fp，查表9-2得Fp＝76μｍ

齿廓总偏差Fα，查表9-3得

Fα＝22μｍ螺旋线总偏差Fβ，查表9-4得

Fβ＝21μｍ径向跳动公差Fr

，查表9-5得

Fr＝61μｍ2023/2/132③计算齿轮副侧隙和齿厚偏差齿轮中心距代入式（9-1）求出最小侧隙推荐值=0.106mm

2023/2/133③计算齿轮副侧隙和齿厚偏差由式（9-2）得齿厚上偏差由表9-11查得br＝IT10＝0.140mm由式（9-3）得齿厚公差