齿轮精度制(一)

齿轮精度制
即有关齿轮精度等级、误差项目、公差或偏差、检验组合以及齿轮规定画法、图样格式、技术要求等方面的统一技术规定。其中主要的技术标准有：《渐开线圆柱齿轮精度》、《圆柱蜗杆、蜗轮精度》、《锥齿轮精度》、《圆弧圆柱齿轮精度》以及《齿轮画法》等。

齿轮精度等级
确定齿轮精确程度的等级。
渐开线圆柱齿轮及齿轮副有12个精度等级，第1级的精度最高，第12级的精度最低。齿轮副中两个齿轮的精度等级一般情况下应取为相同，在特殊情况下也允许取成不相同。
齿轮精度等级应根据传动的用途、使用条件、传递功率和圆周速度以及其它技术、经济指标决定。例如，特别精密的分度机构、高速透平机传动装置中的齿轮以及检验7级精度齿轮用的测量齿轮可选用4级；精密分度机构中的齿轮以及检验8、9级精度齿轮用测量齿轮可选用5级；分度机构的齿轮，飞机制造中重要的主动齿轮以及读数装置中的齿轮可选用6级；金属切削机床中的齿轮，减速箱的齿轮以及飞机制造中的齿轮可选用7级；一般机械中用的齿轮，一般机床用齿轮，汽车、拖拉机制造中不重要的小齿轮，农业机械中的重要主动齿轮以及标准减速器的齿轮可选用8级；在粗糙条件下工作的齿轮可选用9级。
通常齿轮精度等级可根据齿轮工作的圆周速度来选定，设计时可按下表参考选用。

1、2级齿轮是远景级。3级用作测量齿轮时的标准齿轮。

齿轮公差组
设计者允许的齿轮各参数变动量的分组。
为保证齿轮传动性能满足使用要求，在齿轮图样中，要按三个公差组标注公差项目的名称、代号、公差值或极限偏差值。
根据齿轮使用要求的不同，允许各公差组选用不同的精度等级。但在同一公差组内，各项公差或极限偏差应保持相同的精度等级。
第Ⅰ公差组限定齿轮一转范围内误差的总幅度值，以保证齿轮传递运动的准确性。该组的公差项目有：切向综合公差F_i′、齿距累积公差F_p和K个齿距累积公差F_pk、径向综合公差F_i″、齿圈径向跳动公差F_r以及公法线长度变动公差F_w。
第Ⅱ公差组限定齿向转动一个齿距角范围内，重复出现的误差的幅度，以保证齿轮传动的平稳性，包含限定噪声及振动等。该组的公差项目有：一齿切向综合公差f_i′、一齿径向综合公差f_i″、齿形公差f_f、齿距极限偏差±f_pt、基节极限偏差±f_pb和螺旋线波纹度公差f_pβ。
第Ⅲ公差组限定齿向线的误差，以保证载荷分布的均匀性。该组的公差项目有：齿向公差F_β、接触线公差f_b和轴向齿距极限偏差±F_px。
根据齿轮的精度等级、齿轮副的工作要求以及生产状况，在各公差组中可选择一项或两项作为检验组。检验组与齿轮精度等级的对应关系以及常用的测量仪器和量具如下表。要注意：
①对第Ⅲ公差组允许以检验接触斑点来F_β或F_px的检验。
②有特殊需要时，可加检f_pb。
③表列的两项中有一项超差时，应加检验F_p来判定齿轮是否合格。
④必要时加检F_pk。
⑤对10～12级精度的齿轮，第Ⅰ公差组可以只检查F_r，第Ⅱ公差组可只检查f_pt。
⑥在第Ⅲ公差组中，对轴向重合度ε_β等于或小于1.25，齿向线不作修正的斜齿轮，可规定F_b；对ε_β大于1.25，齿向线不作修正的斜齿轮，可规定F_px与F_b。

齿轮副检验组
齿轮副检验项目的组合。
齿轮副的检验包括四个方面：齿轮副的切向综合误差ΔF_ic′；齿轮副的一齿切向综合误差Δf_ic′；齿轮副的接触斑点位置和分布面积的大小；齿轮副侧隙。另外还要检查齿轮副的轴线平行度误差ΔF_x和ΔF_y。此外还要检查两齿轮的中心距离。
前两项应在装配后实测，或按两个单个齿轮的切向综合误差ΔF_i′之和，以及一齿切向综合误差Δf_i′之和，来进行考核。当两个齿轮的齿数比为不大于3的整数，且采用选配时，F_ic′可比计算值压缩25%或更多。

切向综合误差
被测齿轮与理想精确的测量齿轮（允许用齿条、蜗杆、测头等测量元件代替）单面啮合时（只工作面相互啮合，而非工作面之间存在齿侧间隙），在被测齿轮一转内，被测齿轮实际转角相对于测量齿轮转角（视为公称转角）之差的总幅度值，并以分度圆弧长计值。
切向综合误差的代号为ΔF_i′，属于第Ⅰ公差组的误差参数，是评定齿轮传递运动准确性较为完善的指标。这是因为它同时反映切向误差和径向误差的综合大小，又同时反映长周期误差以及短周期误差的综合结果，而且是在近似于齿轮工作状态下测定的。
切向综合误差可使用单面啮合综合检查仪进行测量。理想精确的测量齿轮，其精度等级可分为3级或4级；其模数当然要与被测齿轮的相同，但其齿数却不一定相等。图12-1是某被测齿轮在使用单面啮合综合检查仪测量时所得的切向综合误差记录曲线。
图中横坐标表示公称转角位置φ，纵坐标表示各公称转角位置处被测齿轮上的转角误差Δφ，在曲线上可找出360°范围内转角误差的最大值，即为该被测齿轮的切向综合误差ΔF_i′。
为限定切向综合误差，对精度等级高的齿轮，在检验项目中可规定切向综合公差。公差代号为F_i′，并且公差数值等于齿距累积公差F_p与齿形公差f_f之和，即：F_i′=F_p+f_f
蜗轮、锥齿轮、圆弧圆柱齿轮等，都有该项误差及相应的公差项目。

范成误差
加工齿轮时，机床工作台在一转内实际转角对公称转角（相对于滚刀而言）偏差的累积值。单位为角度量“秒”。其代号为Δφ_∑，公差代号为δφ_∑。
在加工过程中，齿轮加工机床传动链中的这种误差会转嫁到被加工齿轮上，是齿轮运动误差的组成部分。因此，限制范成误差也就能在某种程度上保证被加工齿轮传递运动的准确性。

一齿切向综合误差
被测齿轮与理想精确的测量齿轮（允许用齿条、蜗杆、测头等测量元件代替）单面啮合时，在被测齿轮一齿距角内，被测齿轮实际转角相对于测量齿轮转角（视为公称转角）之差的最大幅度值（图12-1），并以分度圆弧长计值。
一齿切向综合误差的代号为Δf_i′，属于第Ⅱ公差组的误差参数，是评定齿轮传动平稳性较为完善的指标。这是因为它同时反映齿形误差和齿距误差的综合结果，而且测量状态很近似于齿轮的工作状态。
为限定一齿切向综合误差，对精度等级高的齿轮，在检验项中可规定一齿切向综合公差。公差代号为f_i′，并且公差数值等于齿距极限偏差±f_pt的f_pt值与齿形公差值f_f之和的0.6倍，即：f_i′=0.6（f_pt+f_f）
蜗轮、锥齿轮、圆弧圆柱齿轮等，都有该项误差及相应的公差项目。

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，在被测齿轮一转内，双啮中心距的最大变动量，其代号为ΔF_i″。
径向综合误差可使用双面啮合综合检查仪进行测量。理想精确的测量齿轮，其精度等级可分为4级或5级，其模数当然要与被测齿轮的相同，但其齿数却不一定相等。图12-2是使用双面啮合综合检查仪测量某齿轮时所记录的径向综合误差曲线。
图中横坐标表示被测齿轮与测量齿轮双面啮合时的中心距α，纵坐标表示被测齿轮旋转时双啮中心距的变动量Δα，在曲线上可给出被测齿轮一转内，双啮中心距的最大变动量，即为该被测齿轮的径向综合误差值ΔF_i″。
径向综合误差属于第Ⅰ公差组的误差参数，是评定齿轮传递运动准确性的指标。该项误差主要反映齿轮几何偏心所引起的长周期误差，也包含有基节误差和齿形误差等短周期误差的影响。由于测量该项误差是在双面啮合状态下进行的，与齿轮的工作状态不符，测量结果受左、右两侧齿廓误差的影响，特别是不能反映切向误差，故仅按这一指标评定齿轮传递运动的准确性是不够充分的，必须组合以反映切向误差的指标。
为限定径向综合误差，可规定径向综合公差。公差代号为F_i″ 。
蜗轮也有该项误差及相应的公差项目。

双啮中心距
利用精确齿轮与被测齿轮作无侧隙的双面啮合，测量齿轮的径向综合误差时，两齿轮轴线间的距离称为双面啮合中心距，简称双啮中心距，又称度量中心距。

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，在被测齿轮旋转一齿距角内，双啮中心距的最大变动量。其代号为Δf_i″（图12-2）。
一齿径向综合误差，属于第Ⅱ公差组的误差参数，是评定齿轮传动平稳性的综合指标。它同时反映齿形误差和齿距误差的综合结果。
为限定一齿径向误差，可规定一齿径向综合公差。公差代号为f_i″。
蜗轮也有该项误差及相应的公差项目。

齿距累积误差
在分度圆（允许在尽可能接近分度圆的检查圆）上，任意两个同侧齿面间的实际弧长与公称弧长的最大差值，代号为ΔF_p。若有特殊需要，指定的齿距数为K时，则K个齿距间实际弧长与公称弧长的最大差值，称为K个齿距累积误差，代号为ΔF_pk。K为2到小于z/2的整数（z为被测齿轮全齿数）。
齿距累积误差可用齿距仪测量确定。图12-3是测量示意图和记录曲线。
记录曲线图的横坐标z表示轮齿顺序，纵坐标ΔP_t表示齿距偏差。图中ΔF_pk中的K等于2，ΔF_pk表示2个齿距的累积误差。ΔF_p表示该被测齿轮的齿距累积误差。这种误差一般出现于1/2齿数之间。
齿距累积误差主要是由几何偏心和运动偏心所引起，包含了径向误差和切向误差，能较全面地反映齿轮传递运动的准确性。
在齿轮零件的检验项目中，可规定齿距累积公差，代号为F_p。必要时，还可规定K个齿距累积公差，代号为F_pk。
蜗轮、锥齿轮、圆弧圆柱齿轮等都有该项误差及公差项目，必要时也可规定K个齿距公差。蜗轮允许在靠近中间平面的齿高中部测量，锥齿轮允许在齿面中部测量；圆弧圆柱齿轮在检查圆上测量。检查圆位于凸齿中部和凹齿中部与分度圆同心的圆上。

齿圈径向跳动
被测齿轮一转范围内，测头在齿槽内或轮齿上，于齿高中部双面接触，测头相对于齿轮旋转轴线的最大变动量。
齿圈径向跳动这项误差的代号为ΔF_r，可用径跳仪进行测量。图12-4是测量示意图、测头示意图和误差记录曲线。
测量示意图表示出，当齿轮以分度圆（齿高中部）确定的轴线O1与测量时的旋转轴线O存在几何偏心e时，测头相对于旋转轴线O的径向位置在不断地变动，若不考虑其他误差，其变动的最大量为2e，且一转范围内最大变动量只出现一次，所以该项误差能说明齿轮一转范围内传递运动的准确性，属于第Ⅰ公差组的误差参数。但测量时常使用如图所示的锥形量头或V形量头，具时，基本上不能反映由于加工中存在运动偏心所引起的切向误差，即使选用球形量头，测得的齿圈子径向跳动也仅仅能反映一部分由运动偏心引起的切向误差。因此，只用该项误差来说明齿轮传动准确性的高低是不完整的，必须组合以反映切向误差的检验参数。
为限定齿圈径向跳动，可规定齿圈径向跳动公差，公差代号为F_r。
蜗轮、锥齿轮、圆弧圆柱齿轮等都有该项误差及相应的公差项目。

公法线长度变动
在齿轮一周范围内，实际公法线长度最大值与最小值之差。这项误差的代号为F_w。
公法线长度变动可使用公法线卡尺测量确定。图12-5是公法线卡尺两平行量爪跨若干个齿分别与左、右齿廓相切，测量实际公法线长度的一个示意图。
图中的W表示公法线长度相当于在基圆上的弧长。理论上同一个齿轮的各条公法线长度是相等的，实际却并不相等。这是由于加工设备中存在的运动偏心因素而引起的齿轮切向误差。
测得的公法线长度最大值W_max与最小值W_min就是公法线长度变动ΔF_w，即:ΔF_w=W_max-W_min
公法线长度变动反映齿轮的切向误差，且为一转内出现一次的长周期误差，故可用以评定齿轮传动准确性，但由于:ΔF_w的测量没有以齿轮旋转轴线为基准，故不能反映齿轮的径向误差，因而ΔF_w必须组合以反映径向误差的参数才能全面地评定齿轮传动准确性。
为限定公法线长度变动，可规定公法线长度变动公差。公差代号为:ΔF_r。
圆弧圆柱齿轮也有该项误差及相应公差项目。