漸開(kāi)線圓柱齒輪精度設(shè)計(jì)的研究

李海燕

(滄州師范學(xué)院 機(jī)電工程系，河北 滄州061001）

齒輪傳動(dòng)常用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，廣泛應(yīng)用于機(jī)器、儀器制造業(yè)。齒輪傳動(dòng)有四項(xiàng)使用要求：要求傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確，傳動(dòng)平穩(wěn)性，載荷分布均勻，傳動(dòng)側(cè)隙合理。但用途和工作條件不同的齒輪，對(duì)上述四方面應(yīng)有不同的側(cè)重。由于齒輪加工時(shí)除了存在尺寸誤差、形位誤差、表面粗糙度三大誤差外還存在著很多參數(shù)誤差，這些誤差影響齒輪傳動(dòng)的使用要求，影響機(jī)器的質(zhì)量降低機(jī)器的使用壽命，因此齒輪的精度設(shè)計(jì)尤為重要。

齒輪的精度設(shè)計(jì)需要解決如下問(wèn)題：第一，正確選擇齒輪的精度等級(jí)；第二，正確選擇評(píng)定指標(biāo)(檢驗(yàn)參數(shù))；第三，正確設(shè)計(jì)齒側(cè)間隙；第四，正確設(shè)計(jì)齒坯及箱體的尺寸公差與表面粗糙度。

1 齒輪的精度等級(jí)及其選擇

1.1 齒輪的精度等級(jí)

齒輪及齒輪副共規(guī)定有13個(gè)精度等級(jí)，用0，1，2，…，12表示。其中0級(jí)精度最高，12級(jí)精度最低。其中5級(jí)是基本級(jí)（基礎(chǔ)級(jí)），用一般切齒加工方法可以達(dá)到，用途最廣。

齒輪副一般取同一精度等級(jí)。

齒輪精度等級(jí)的選擇實(shí)質(zhì)是保證齒輪四項(xiàng)使用要求評(píng)定指標(biāo)精度等級(jí)的選擇，我們把保證傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性的指標(biāo)：切向綜合誤差（ΔFi′）、齒距累積誤差（ΔFp）及K 個(gè)齒距累積誤差（ΔFpk、齒圈徑向跳動(dòng)（△Fr）、徑向綜合誤差（△Fi〞）、公法線長(zhǎng)度偏差（△Ew）稱為第Ⅰ公差組；保證傳動(dòng)平穩(wěn)性的指標(biāo)：一齒切向綜合偏差（Δfi′）、一齒徑向綜合偏差（△fi〞）、基節(jié)偏差（△fpb）、齒廓總偏差（△Fα）稱為第Ⅱ公差組；保證載荷分布均勻的指標(biāo):螺旋線總偏差（△Fβ）稱為第Ⅲ公差組。不同的公差組根據(jù)實(shí)際情況可選相同的公差等級(jí)也可選不同的公差等級(jí)，但同一公差組必須選相同的公差等級(jí)。

1.2 齒輪精度等級(jí)的選擇考慮的因素

齒輪精度等級(jí)應(yīng)根據(jù)傳動(dòng)的用途、使用條件、傳動(dòng)功率和圓周速度等，參考各種精度等級(jí)齒輪的使用和加工方法，機(jī)械手冊(cè)中常用5-9級(jí)精度齒輪允許的最大圓周速度對(duì)照表，并根據(jù)對(duì)運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性、傳動(dòng)平穩(wěn)性和載荷分布均勻性的要求不同綜合考慮確定。

齒輪精度等級(jí)的選擇原則是在滿足使用要求的前提下.盡量選用精度較低的等級(jí)。如分度、讀數(shù)齒由于齒輪傳動(dòng)的用途和工作條件不同，具體齒輪對(duì)三個(gè)公差組的精度要求也不一致.各有其側(cè)重點(diǎn)，應(yīng)首先計(jì)算出齒輪一轉(zhuǎn)中允許的最大轉(zhuǎn)角誤差，由此定出第Ⅰ公差組的精度等級(jí)，然后再根據(jù)工作條件確定其它精度要求；高速動(dòng)力齒輪：應(yīng)首先確定第Ⅱ公差組的精度等級(jí)。通常第Ⅲ公差組的精度不宜低于第Ⅱ公差組，第Ⅰ公差組的精度也不應(yīng)過(guò)低；低速動(dòng)力齒輪：首先根據(jù)強(qiáng)度和壽命要求確定第Ⅲ公差組的精度等級(jí)，其次選擇第I、Ⅱ公差組的精度等級(jí)。

2 選擇評(píng)定指標(biāo)(檢驗(yàn)參數(shù))

2.1 要與齒輪精度相適應(yīng)

齒輪精度低，由機(jī)床產(chǎn)生的誤差可不檢驗(yàn)。齒輪精度高可選用綜合性檢驗(yàn)項(xiàng)目，反映全面，第Ⅰ公差組可選切向綜合誤差（ΔFi′）、齒距累積誤差（ΔFp）中的一個(gè)；第Ⅱ公差組可選一齒切向綜合偏差（Δfi′）、一齒徑向綜合偏差（△fi〞）中的一個(gè)；第Ⅲ公差組用螺旋線總偏差（△Fβ）。

2.2 要與齒輪的規(guī)格相適應(yīng)

直徑≤400mm的齒輪可放在固定儀器上檢驗(yàn)，大尺寸的齒輪一般采用量具放在齒輪上進(jìn)行單項(xiàng)檢驗(yàn)。

2.3 與生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)

大批量應(yīng)采用綜合性檢驗(yàn)項(xiàng)目，以提高生產(chǎn)率，小批量生產(chǎn)一般采用單項(xiàng)檢驗(yàn)。第Ⅰ公差組可選齒圈徑向跳動(dòng)（△Fr）、）、公法線長(zhǎng)度偏差（△Ew）或徑向綜合誤差（△Fi〞）、公法線長(zhǎng)度偏差（△Ew）；第Ⅱ公差組可選齒廓總偏差（△Fα）。

2.4 設(shè)備條件

要考慮工廠儀器設(shè)備條件及習(xí)慣檢驗(yàn)方法。

3 正確設(shè)計(jì)齒側(cè)間隙

3.1 側(cè)隙的評(píng)定指標(biāo)

為使齒輪嚙合時(shí)有一定的側(cè)隙，應(yīng)將箱體中心距加大或?qū)⑤嘄X減薄。考慮到箱體加工與齒輪加工的特點(diǎn)，宜采用減薄齒厚的方法獲得齒側(cè)間隙（即基中心距制）。齒厚減薄量是通過(guò)調(diào)整刀具與毛坯的徑向位置而獲得的，其誤差將影響側(cè)隙的大小。此外，幾何偏心和運(yùn)動(dòng)偏心也會(huì)引起齒厚不均勻，使齒輪工作時(shí)的側(cè)隙也不均勻。

為控制齒厚減薄量，以獲得必要的側(cè)隙，可以采用下列評(píng)定指標(biāo)：齒厚偏差（△Ens），公法線平均長(zhǎng)度偏差（△Ew）。

3.2 齒厚極限偏差的確定

3.2.1 齒輪副最小極限間隙：等于補(bǔ)償溫升引起變形所需的最小側(cè)隙量加上保證正常潤(rùn)滑所需的最小法向側(cè)隙量

3.2.2 確定齒厚上、下偏差及其代號(hào)

齒厚下偏差Esni：齒厚下偏差=齒厚上偏差-齒厚公差

4 正確設(shè)計(jì)齒坯及箱體的尺寸公差、形位公差與表面粗糙度

齒輪在加工、檢驗(yàn)、裝配時(shí)，徑向基準(zhǔn)面和軸向輔助基準(zhǔn)面應(yīng)盡量一致，通常采用齒坯內(nèi)孔（頂圓）和端面為基準(zhǔn)，其精度對(duì)齒輪的加工質(zhì)量、使用性能有較大影響。齒坯精度確定查機(jī)械手冊(cè)。形位公差一般標(biāo)注端面圓跳動(dòng)、頂園的徑向圓跳動(dòng)，基準(zhǔn)孔的尺寸公差由齒輪的精度等級(jí)確定，表面粗糙度由齒輪的精度等級(jí)和加工方法確定。

總之，即要考慮齒輪的功能要求又要考慮經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)出符合使用要求的齒輪。

［1］呂天玉.公差配合與技術(shù)測(cè)量[M].大連理工大學(xué)出版社,2001.

［2］方昆凡.公差與配合實(shí)用手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2006.