齿轮基本知识和检测仪器

齿轮基本知识和检测仪器第一页，共二十六页，2022年，8月28日目录一、齿轮传动的分类 二、渐开线圆柱齿轮的基本参数 三、其它类型齿轮 四、齿轮精度评定标准 五、齿轮精度项目的定义及评定 六、齿轮精度公差组检测仪器七、常用齿轮仪器生产厂家八、齿轮测量仪器的发展沿革九、计量器具管理的相关知识十、齿轮测量仪器的校准/检定依据

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一、齿轮传动的分类1、按两齿轮轴线的相对位置及轮齿的形状（1）平行轴齿轮传动直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动人字齿圆柱齿轮传动

（2）相交轴齿轮传动直齿圆锥齿轮传动斜齿圆锥齿轮传动曲齿圆锥齿轮传动（3）交错轴齿轮传动

交错轴斜齿圆柱齿轮传动蜗轮蜗杆传动

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2、按齿轮啮合方式

3、按齿轮齿廓曲线的形状

◆渐开线齿轮传动◆摆线齿轮传动◆圆弧齿轮传动直齿圆柱齿轮传动◆外啮合齿轮传动◆内啮合齿轮传动◆齿轮齿条啮合传动

外齿轮

内齿轮

齿条｛｝｛｝第四页，共二十六页，2022年，8月28日

二、渐开线圆柱齿轮的基本参数1、几何参数（1）齿数z

（5）齿宽b

（2）法向模数m（mn）（6）齿顶高系数han*（3）法向压力角α（αn）（7）齿顶隙系数cn*（4）螺旋升角β（8）高度变位系数xn2、几何尺寸计算：（1）分度圆直径d=mn*z/cosβ

（2）基圆直径db=mn*z/cosβ*cos（atan（tanαn/cosβ））

（3）齿顶高ha=（han*+xn）*mn（4）齿根高hf=（han*+cn*-xn）*mn（5）分度圆齿厚s=π*mn/2

（6）齿顶圆直径da=mn*z/cosβ+2*（han*+xn）*mn（7）齿根圆直径df=mn*z/cosβ-2*（han*+cn*-xn）*mn

（8）全齿高h=ha+hf

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三、其它类型齿轮1、双圆弧齿轮2、锥齿轮（1）直线齿A.GB/T12369-1990B.

直齿锥齿轮----Gleason制C.斜齿锥齿轮----埃尼姆斯制（2）曲线齿A.弧齿锥齿轮1）Gleason制2）埃尼姆斯制3)洛卡氏制B.零度弧齿锥齿轮----Gleason制C.

摆线齿锥齿轮1）Oerlikon制2）Klingelnberg制（3）能容纳各种齿线的锥齿轮：非零分锥综合变位3、蜗杆（1）普通圆柱蜗杆A.阿基米德圆柱蜗杆ZAB.渐开线圆柱蜗杆ZIC.法向直廓蜗杆ZND.锥面包络圆柱蜗杆ZKE.圆弧圆柱蜗杆ZC（2）环面蜗杆A.直廓环面蜗杆TSLB.平面包络环面蜗杆

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四、齿轮精度评定标准1、齿轮精度评定标准（1）ISO标准：由ISO/TC60/WG2，齿轮技术委员会第二工作组制定，包括2部分：A.ISO1328-1:1995；B.ISO1328-2:1997。（2）德国标准：DIN3962-1978，德国标准化学会制定，DIN3960～3967-1978；（3）美国标准：ANSI/AGMA2015和AGMA915，美国齿轮制造商协会制定；A.ANSI/AGMA2015-1-A01；B.ANSI/AGMA2015-2-A06。C.资料图表：3个：

a.AGMA915-1-A02；b.AGMA915-2-A05；c.AGMA915-3-A99；（4）日本标准：JISB1702-1998，日本工业调查会制定；A.JISB1702-1-1998；B.JISB1702-2-1998。（5）中国标准：GB/T10095-2008，全国齿轮标准化技术委员会制定；A.GB/T10095-1-2008；B.GB/T10095-2-2008。2、国标GB/T10095-2008规定的齿轮精度检测项目：第七页，共二十六页，2022年，8月28日

3、国标GB/T10095-2008规定的齿轮精度分级：（1）GB/T10095-1-2008轮齿同侧齿面公差：共13级，0级最高，12级最低；（2）GB/T10095-2-2008径向综合公差：共9级，4级最高，12级最低；4、齿轮精度公差组5、齿轮精度检验组：（1）Fpt，Fp，Fα，Fβ，Fr；（2）Fpt，Fpk，Fp，Fα，Fβ，Fr。说明：以上2个检验组不能同时使用。6、齿轮精度检验项目（推荐）：（1）单项检验项目：A.

fpt，Fpk，FpB.

FαC.

FβD.

EsnE.

Fr

（2）综合检验项目：A.单面啮合综合检验；1）fi′；2）Fi′。------切向综合偏差B.双面啮合综合检验；1）fi″；2）Fi″。------径向综合偏差说明：以上2个检验形式不能同时使用。第八页，共二十六页，2022年，8月28日

五、齿轮精度项目的定义及评定1、齿距及齿距偏差：（1）齿距：齿轮分度圆上同侧齿面之间的弧长。（2）齿距偏差：A.单个齿距偏差fpt

；在齿轮端平面上，接近齿高中部的一个与齿轮基准轴线同心的圆上，实际齿距与理论齿距的代数差，取其中绝对值最大者（图1-1）：

图1-1B.齿距累积偏差Fpk

；任意k个齿距的实际弧长与理论弧长的代数差，K=2～z/8的整数（图1-2）：C.齿距累积总偏差Fp

；在齿轮端平面上，接近齿高中部的一个与齿轮基准轴线同心的圆上，任意两个同侧齿面间实际弧长与理论弧长代数差最大绝对值（图1-3）。

图1-2图1-3fPtFPkfpt第九页，共二十六页，2022年，8月28日

2、齿廓及齿廓偏差：（1）齿廓：对于渐开线齿轮而言，齿廓形状是渐开线。（2）齿廓偏差：A.齿廓总偏差Fα；在计值范围内，包容实际齿廓工作部分且距离最小的两条设计齿廓（理论齿廓）之间的法向距离。见图2-1、图2-2：图2-1图2-2

B.齿廓形状偏差ffα；在计值范围内，包容实际齿廓迹线的两条与平均齿廓迹线完全相同的曲线之间的距离。见图2-3：

C.齿廓倾斜偏差fHα；在计值范围内，两端与平均螺旋迹线相交的两条设计齿廓迹线之间的距离见图2-4：

图2-3图2-4

注：Lα-----齿廓计值范围，LAE------齿廓有效长度，LAF------齿廓可用长度第十页，共二十六页，2022年，8月28日

3、螺旋线及螺旋线偏差：（1）螺旋线：对于直齿轮，其设计螺旋线（理论螺旋线）是一条平行于齿轮基准轴线的平行线。（2）螺旋线偏差：A.螺旋线总偏差Fβ；在计值范围Lβ内，包容实际螺旋线迹线且距离为最小的两条设计螺旋线迹线之间的距离。见图3-1：图3-1

B.螺旋线形状偏差ffβ；在计值范围内，包容实际螺旋线迹线的两条与平均螺旋线迹线完全相同的曲线之间的距离。见图3-2：

C.螺旋线倾斜偏差fHβ；在计值范围内，两端与平均螺旋迹线相交的两条设计螺旋迹线之间的距离。见图3-3：

图3-3图3-4

注：Lβ-----螺旋线计值范围，b------齿宽第十一页，共二十六页，2022年，8月28日

4、切向综合偏差：（1）切向综合总偏差Fi′：被测齿轮与测量齿轮单面啮合检测时，在被测齿轮一转内分度圆上实际圆周位移与理论圆周位移的最大差值。（2）一齿切向综合总偏差fi′：被测齿轮一转中对应一个齿距范围内的实际圆周位移与理论圆周位移的最大差值。

图4第十二页，共二十六页，2022年，8月28日

5、径向综合偏差：（1）径向综合总偏差Fi″：被测齿轮与测量齿轮双面啮合检测时，在被测齿轮一转内中心距的最大值与最小值之差。见图5-1：（2）一齿径向综合总偏差fi″：被测齿轮与测量齿轮双面啮合检测时，被测齿轮一个齿距角范围内的中心距最大变动量。见图5-2：（3）齿轮径向跳动Fr：将测头相继放入被测齿轮每个齿槽内，于接近齿高中部的位置与左、右齿面接触时，从该测头到该齿轮基准轴线的最大距离与最小距离之差。见图5-3：图5-1

图5-3图5-2Fi″fi″第十三页，共二十六页，2022年，8月28日

6、齿厚及齿厚偏差（1）齿厚Sn：在分度圆的圆周上，一个轮齿两侧齿廓间的弧长。（2）齿厚偏差Esn：在分度圆上，实际齿厚与公称齿厚Sn(齿厚理论值)之差。见图6：7、公法线长度（1）公法线长度Wk：与两个非对应齿面相切的两个平行平面之间的距离。（2）公法线长度变动Fw：在齿轮一周范围内,所有位置的公法线最大值与最小值之差。（3）公法线平均长度偏差Ew：在齿轮一周范围内，实际公法线长度的平均值与公称值之差。见图7：图6图7SnaSnEsn第十四页，共二十六页，2022年，8月28日

六、齿轮精度公差组检测仪器1、影响运动准确性的误差：（1）切向综合误差（Fi′）：

------齿轮单面啮合检查仪（2）齿距累积总误差（Fp）：

------万能渐开线检测仪（3）齿距累积误差（Fpk）：

------万能渐开线检测仪（4）切向综合总误差（Fi〞）：

------齿轮双面啮合检查仪（5）齿圈径向跳动（Fr）：

------齿圈径向跳动检查仪（6）公法线长度变动（Fw）：

------公法线千分尺齿圈径跳仪单啮仪公法线千分尺第十五页，共二十六页，2022年，8月28日

2、影响传动平稳性（噪声、振动）的误差：（1）一齿切向综合总误差（fi′）：

------齿轮单面啮合检查仪（2）齿廓形状误差（ffα）：

------万能渐开线检测仪（3）单个齿距误差（fpt）：

------万能渐开线检查仪（4）基节偏差（fpb）：

------万能渐开线检查仪/齿轮基节检查仪（5）一齿径向综合总误差（fi″）：

------齿轮双面啮合检查仪（6）螺旋线形状误差（ffβ）：

------万能渐开线检测仪单啮仪齿圈径跳仪公法线千分尺万能渐开线仪第十六页，共二十六页，2022年，8月28日

3、影响载荷分布均匀性的误差：（1）螺旋线总误差（Fβ）：

------齿轮单面啮合检查仪（3）接触线误差（Fb）：

------齿形齿向检查仪（3）轴向齿距偏差（Fpx）：

----------渐开线检测仪单啮仪齿圈径跳仪公法线千分尺万能渐开线仪第十七页，共二十六页，2022年，8月28日

七、常用齿轮仪器生产厂家1、齿轮单项误差的检测（1）齿圈径向跳动：（2）齿距：序号仪器名称型号生产厂家备注1齿轮跳动检查仪1-6哈量中国2齿圈径跳检查仪EVRMHofler德国GTR-4C/20C/30CS大阪精机OSAKA日本3万能齿轮检查仪3903哈量中国序号仪器名称型号生产厂家备注1齿距检查仪3406（自动）哈量中国ZJY-3D（微机）成量中国ES-401（微机）MAAG瑞士UP-200/400/600HOFLER德国2万能渐开线检查仪PAP-70（自动）Osaka日本3201哈量中国VG450CarlZeiss德国第十八页，共二十六页，2022年，8月28日

（3）公法线：A.公法线千分尺D.带表游标卡尺B.公法线杠杆千分尺E.万能渐开线齿形齿向检查仪C.公法线指示卡规F.万能工具显微镜（4）齿形（齿廓）：序号仪器名称型号生产厂家备注1万能渐开线检查仪3201哈量中国2齿形齿向检查仪3204哈量中国3万能渐开线螺旋升角检查仪891/891SMhar德国4渐开线导程检查仪PFSU640Klingelnberg德国5渐开线螺旋线检查仪EFR-S630Hofler德国PFS600Klingelnberg德国6齿轮测量中心SP-60MAAG瑞士891EMhar德国第十九页，共二十六页，2022年，8月28日

（5）基节：（6）齿向（螺旋线）：（7）齿厚：A.光学测厚卡尺B.齿厚游标卡尺C.万能渐开线检查仪序号仪器名称型号生产厂家备注1万能渐开线检查仪3201哈量中国2基节检查仪867/机械上置式Mhar德国TML/机械上置式TESA瑞士HYQ004A中国3万能工具显微镜JX7新天中国序号仪器名称型号生产厂家备注1螺旋线检查仪3301哈量中国2导程仪2HGOULDERMIKRON英国2.5HGOULDERMIKRON英国3HGOULDERMIKRON英国第二十页，共二十六页，2022年，8月28日

2、齿轮误差的综合检测：（1）单面啮合综合检验：序号仪器名称型号生产厂家备注1单面啮合测量仪CD320G-B/光栅式中国2万能单面啮合测量仪CD320W北量中国3单面啮合整体误差测量仪CZ450成量中国4惯性式单啮仪GCD300/700成量中国5光栅式单啮仪CSF/2（592）

Gleason美国PSKE900Klingelnberg德国6磁分度式单啮仪ToslMo-200StepanekIMO捷克ToslMo-DK40StepanekIMO捷克第二十一页，共二十六页，2022年，8月28日

（2）双面啮合综合检验：序号仪器名称型号生产厂家备注1小模数双啮仪CA120北量中国2中模数双啮仪CA300北量中国3101哈量中国SNY-3成量中国3双啮仪DO-2PCGearspect美国ZWG8315Hommel德国GTR-30大阪精机Osaka日本第二十二页，共二十六页，2022年，8月28日

八、齿轮测量仪器的发展沿革1、齿轮测量仪器发展历史上的标志性事件：（1）1923年，德国Zeiss公司在世界上首次研究成功“TooothSurfaceTester”机械展成式万能渐开线检查仪，1925年实用化。在我国广泛使用的VG450就是其改进产品。（2）50年代初，机械展成式万能螺旋线标准仪出现，齿轮质量全面控制成为现实。（3）1965年，英国R·Munro博士研制成功光栅式单啮仪，标志着齿轮动态高精度测量时代的来临。（4）1970年，以黄潼年为代表的中国技术人员研制开发出齿轮整体误差测量技术，标志着运动几何法齿轮测量的开始。（5）1970年，美国Fellow公司在芝加哥博览会展出Microlog50，标志着数控齿轮测量中心开始投入使用。（6）80年代末，日本大阪精机Osaka推出基于光学全息原理的非接触齿面分析机PS-35，标志着齿轮非接触测量法的开始。第二十三页，共二十六页，2022年，8月28日

2、齿轮测量仪器发展的技术沿革：（1）测量原理方面，由“比较测量”到“啮合运动测量”，直至“模型化测量”。（2）测量原理实现的技术手段上，由“以机械为主”到“机电结合”，直至“光—机—电”与信息技术综合集成的演变。

(3)测量结果的表述与利用方面：（A）从“指示表加目视读取”到“记录仪器记录加人工研判”，直至“计算机自动分析并将测量结果反馈到制造系统”。（B）从单品种单参数的仪器(如单盘渐开线检查仪)、单品种多参数仪器(如齿形齿向检查仪)到多品种多参数仪器(如齿轮测量中心)。3、现代齿轮前沿测量技术（整体误差测量技术和齿轮测量中心）在技术路线上的差异：（1）齿轮整体误差测量技术是从综合测量中提取单项误差和其它有用信息。经过30年的完善与推广，已发展成为传统元件的运动几何测量法，基本思想是将被测对象与标准元件啮合运动，通过啮合运动误差来反求出被测量的误差，特点是形象地反映了齿轮啮合传动过程并精确地揭示了齿轮单项误差的变化规律以及误差间的关系，适合齿轮工艺误差分析和动态性能预报。仪器测量效率高，适用于大批量检测。（2）齿轮测量中心采用圆柱(极)坐标测量原理，即“模型化测量”。将被测齿轮作为几何形体，测量实际齿轮的坐标值(直角坐标、柱坐标、极坐标等)，与理想形体的数模比对，得出测量偏差。其特点是通用性强，主机结构简单，测量精度很高。现代光电技术、微电子技术、计算机技术、软件工程、精密机械等技术的发展使齿轮坐标测量法的优越性得以充分发挥。第二十四页，共二十六页，2022年，8月28日4、齿轮测量中心在实现方式上的差异：（1）测量传感器等方面，角度基准采用高精度圆光栅，长度基准，高精度齿轮或标准器（如渐开线或螺旋线样板），采用双频(或单频)激光干涉仪，一般情况下，则采用高精度线性光栅。（2）机械系统方面，无一例外都采