齒輪設(shè)計(jì)應(yīng)用管理論文

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摘要

我國機(jī)械工業(yè)迅速發(fā)展的今天，每年所生產(chǎn)的齒輪數(shù)以千萬計(jì)，而加工時(shí)由于機(jī)床，刀具及工件系統(tǒng)的影響，被切齒輪的齒形會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。這個(gè)誤差如果不能控制在一定范圍內(nèi)，將會(huì)影響齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性，并引起噪音和振動(dòng)。因此對齒形誤差進(jìn)行測量是評定齒輪質(zhì)量的一個(gè)重要方面。同時(shí)還能從中分析出產(chǎn)生誤差的原因，并研究出提高質(zhì)量的措施。

隨著科學(xué)技術(shù)和制造業(yè)的發(fā)展，許多機(jī)器和設(shè)備所需的動(dòng)力速度愈來愈大，因而對齒輪的精度要求也將越來越高。一些老式的齒輪測量儀已經(jīng)跟不上時(shí)代的步伐，但在其基礎(chǔ)上，通過某些方面的改進(jìn)，可使之重新煥發(fā)青春，以免過早淘汰。

本次設(shè)計(jì)的目的是對一臺(tái)單盤式漸開線檢查儀進(jìn)行改裝，以改善其功能。

原來的單盤式漸開線檢查儀，存在著諸多不足，在設(shè)計(jì)過程中，我著重考慮了以下三個(gè)方面的不足：

一、定位裝置采用圓錐定位，限制了儀器只能測量帶孔齒輪，而對帶軸齒無能為力。

二、每次測量均要以繁瑣的中調(diào)零過程來保證測量的準(zhǔn)確性。

三、采用百分表讀數(shù)，精度太低。

針對這幾個(gè)不足，我作如下進(jìn)：

一、定位裝置采用頂尖定位，使儀器可測帶軸齒輪，擴(kuò)大了儀器使用范圍。

二、在儀器中增設(shè)了對中調(diào)零裝置，使這一過程得到簡化。

三、用傳感器代替百分表讀數(shù)，效率和精度大大提高。

由此可見，通過定位裝置，對中裝置，記錄裝置三方面的改進(jìn)，儀器在通用性，高效性準(zhǔn)確性等到方面有了很大改善，達(dá)到了設(shè)計(jì)任務(wù)的要求。

關(guān)鍵詞：定位裝置，對中裝置，記錄裝置，通用性，準(zhǔn)確性

1設(shè)計(jì)任務(wù)

要求：一、改進(jìn)定位裝置；

二、改進(jìn)對中調(diào)零裝置；

三、改進(jìn)記錄裝置；

四、進(jìn)行精度分析，須能夠測量分度圓直徑100左右，6-9級精度的齒輪法向模數(shù)目3.5~6.3。

目的：對實(shí)驗(yàn)室的單盤式漸開線檢查儀進(jìn)行改裝，以改善其功能。

齒輪傳動(dòng)的基本要求

瞬時(shí)傳動(dòng)比基本不變，否則傳動(dòng)將不平穩(wěn)，不準(zhǔn)確。齒輪傳動(dòng)中反映瞬時(shí)傳動(dòng)比變化的因素很多，如周節(jié)、基節(jié)、公法線變動(dòng)，齒形等。齒輪傳動(dòng)裝置由齒輪副、軸、軸承及機(jī)座組成，其運(yùn)動(dòng)質(zhì)量與互換性主要取決于齒輪的加工和安裝精度。同于齒輪廣泛地用于傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。因此，各種機(jī)器和儀器的工作性能，與齒輪傳動(dòng)的質(zhì)量密切相關(guān)，對于齒輪傳動(dòng)，主要由以下四個(gè)方面的要求：

一、傳遞運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性

在齒輪副中，從動(dòng)輪齒數(shù)Z2和主動(dòng)輪齒數(shù)Z1的比值叫傳動(dòng)比，即。傳動(dòng)比是根據(jù)傳動(dòng)的需要設(shè)計(jì)的，對于精密機(jī)械傳動(dòng)應(yīng)保持瞬時(shí)傳動(dòng)比基本不變，否則傳動(dòng)將不平穩(wěn)，不準(zhǔn)確。齒輪傳動(dòng)中反映瞬時(shí)傳動(dòng)比變化的因素很多，如周節(jié)、基節(jié)、公法線變動(dòng)，齒形等。

二、傳動(dòng)的平穩(wěn)性

用于準(zhǔn)確傳遞運(yùn)動(dòng)和分度的齒輪，如傳動(dòng)不平穩(wěn)，也無法保證準(zhǔn)確和傳遞運(yùn)動(dòng)和分度。對于高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力齒輪，它對工作平穩(wěn)性無更高的要求，希望噪音小，沖擊和振動(dòng)小，這樣不僅可保證工作精度，而且還可以延長壽命。由于加工誤差使得齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)不可避免地產(chǎn)生瞬時(shí)傳動(dòng)比的變化。轉(zhuǎn)速時(shí)快時(shí)慢，從而產(chǎn)生噪音，沖擊

和振動(dòng)，因此要對它加以限制，即要求齒輪在每一轉(zhuǎn)中多次重復(fù)出現(xiàn)的轉(zhuǎn)角誤差（高頻誤差）要小。

三、載荷分布的均勻性

對于低速動(dòng)力齒輪，要求其在嚙合時(shí)其齒面的實(shí)際接觸面積要

大，而且接觸要密合，這樣齒面載荷分布得均勻，不易磨損，可延長使用壽命，但是由于加工和安裝中有誤差，實(shí)際上不可能在全齒寬上接觸，因此要對接觸精度提出要求。

四、齒側(cè)間隙

為了潤滑齒面和防止齒輪傳動(dòng)時(shí)因熱膨脹變形引起尺寸的變化甚至卡死，故要求齒輪不接觸的非工作齒面之間有一定的齒側(cè)間隙，間隙過大，對需要正反轉(zhuǎn)的齒輪會(huì)引起換向沖擊，對分度用的齒輪則會(huì)有較大的空程誤差。

2.2齒輪傳動(dòng)的公差標(biāo)準(zhǔn)

為了保證齒輪的傳動(dòng)質(zhì)量和互換性，要用齒輪傳動(dòng)公差標(biāo)準(zhǔn)來對齒輪的加工精度提各種不同的要求。

GB10095-88《漸開線圓柱齒輪精度》對圓柱齒輪規(guī)定了幾個(gè)精度等級，其中一級最高，以后名級依次降低。對于3~12級精度大致分為三類：

3~5級為高精度級

6~8級為中等精度級

9~12級為低精度級

按齒輪各項(xiàng)誤差的特性和對使用性能的主要影響，將其各項(xiàng)公差或使用偏差分為三個(gè)公差組，以滿足各方面精度要求的選擇。

表2.1齒輪公差組

公差組公差與極限偏差項(xiàng)目誤差特性對傳動(dòng)性能主要影響

Ⅰ

一轉(zhuǎn)周期誤差傳遞運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性

Ⅱ

一齒誤差、傳動(dòng)的平穩(wěn)性

Ⅲ

齒向誤差載荷分布均勻性

一般情況下，一個(gè)齒輪的三個(gè)公差組應(yīng)選用相同的精度等級，當(dāng)使用時(shí)對齒輪有某個(gè)方面的特殊要求時(shí)，也可選用不同的精度等級。

2.2.1漸開線圓柱齒輪誤差分析

（一）傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性的誤差

（二）影響傳動(dòng)平穩(wěn)性的誤差

齒輪傳動(dòng)是通過齒輪副的嚙合來進(jìn)行的，所以要使齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)，必須保證齒輪正確連續(xù)嚙合的條件，所謂連續(xù)嚙合是指前一對齒脫離接觸前，后面一對齒進(jìn)入嚙合，否則如不正確嚙合，傳動(dòng)將不平穩(wěn)而產(chǎn)生誤差。

1、傳動(dòng)平穩(wěn)性的誤差因素

影響傳動(dòng)平穩(wěn)性和引起噪音振動(dòng)的誤差因素主要是齒輪在一轉(zhuǎn)過程多

次反復(fù)出現(xiàn)的短周期誤差。對高速齒輪副，長周期誤碼差也影響平穩(wěn)性。

由前面漸開線齒輪嚙合原理和條件可知，保證齒輪副瞬間傳動(dòng)比不變

和正確嚙合的主要條件，是兩齒輪漸開線齒形一致過程中多次反復(fù)的轉(zhuǎn)角誤差，是影響平穩(wěn)性的基本參數(shù)。從每個(gè)輪齒的嚙合過程也可看出，基節(jié)偏差

將產(chǎn)生撞擊或頂刃嚙合，而輪齒正常進(jìn)入嚙合到脫離嚙合之前傳動(dòng)是否平穩(wěn)，則主要取決于齒形誤差。

周節(jié)偏差是反映傳動(dòng)平穩(wěn)性的另一指標(biāo)，周節(jié)與基節(jié)有如下幾何關(guān)系：

式中分度周壓力角α為20°

上式微分后的近似有：

由上式可以看出，如果周節(jié)存在誤差則必將影響基節(jié)偏差，從而影響齒輪的傳動(dòng)平穩(wěn)性，但當(dāng)齒形角的誤碼差存在時(shí)，控制周節(jié)偏差并不等同于控制基節(jié)偏差

2.2.2誤差來源

齒形誤差主要來源于齒輪加工機(jī)床的周期誤差，刀具誤差以及加工中的振動(dòng)。機(jī)床周期誤差主要是分度蝸桿本身的制造和安裝誤差引起的。有誤差的蝸桿在分度蝸輪的嚙合傳動(dòng)中，將使蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)呈現(xiàn)以蝸桿每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)為周期的周期性不均勻，其不均勻性取決于蝸桿的頭數(shù)。一般機(jī)床分度蝸桿多采用單頭所以這種誤碼差在被加工齒輪每轉(zhuǎn)中的頻率就是分度蝸輪的齒數(shù)，它使?jié)u開線齒形上產(chǎn)生波度誤差。

刀具的制造和安裝誤差（徑向跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)）經(jīng)常是齒形差的主要來源。就滾齒來說，幾乎滾刀上所有誤差參數(shù)都有影響被加工齒輪的齒形誤差。生產(chǎn)實(shí)踐表明，齒數(shù)少的小齒輪，刀具誤差對齒形誤差的影響尤為突出。但對齒數(shù)較多的大齒輪，則機(jī)床誤差的影響往往占主導(dǎo)地位。

加工的振動(dòng)也將引起齒形誤差。特別是對高精度齒輪的加工不可忽視。

由于以上三者的影響。會(huì)使切出的輪齒形狀發(fā)生誤差即實(shí)際得到的漸

開線齒形如圖2.1中的黑線所示（而其中的Δ是齒頂?shù)菇遣糠郑┧^漸形開線齒形誤差是指在齒輪的端截面上，齒形的工作部分（h）范圍內(nèi)（齒頂?shù)?/p>

棱部分除外），包容實(shí)際齒形距離為最小的兩條設(shè)計(jì)齒形（B、C）間的法向距離。設(shè)計(jì)齒形可以是修正的理論漸開線包括修緣齒形，突齒形等。工作齒形不是正確的漸開線時(shí)，則其嚙合點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)理論上已不符合齒輪基本定律，即這時(shí)的瞬時(shí)傳動(dòng)比將發(fā)生變化，所以齒形誤差會(huì)影響傳動(dòng)的工作平穩(wěn)性。

目錄

1設(shè)計(jì)任務(wù)…………………………………….....……………1

2緒論……………………………………………….………….1

2．1齒輪傳動(dòng)的基本要求………….……………………….…....1

2．2齒輪傳動(dòng)的公差標(biāo)準(zhǔn)……….…………………….…………2

2．2．1漸開線圓柱齒輪誤差分析……………………...3

2．2．2誤差來源…………………………………………4

3漸開線及其特點(diǎn).………………………………...…………..5

3．1漸開線定義及特點(diǎn)……………………………………..……..5

3．2漸開線理論在齒檢儀上的應(yīng)用………………………..….….8

4原單盤式漸開線檢查儀簡介……………………….…….....9

5齒形測量儀器參考…………………………………..………12

5．1漸開線齒形的測量…………………………………………..12

5．2漸開線儀器及其測量原理…………………………………..12

5．2．1漸開線比較測量儀…………………………..……12

5．2．2漸開線絕對測量儀……………………………..…25

5．2．3電子范成式漸開線檢查儀………………..………27

6方案選擇………………….………….………..…..….……..30

6．1方案選擇1：關(guān)于定位裝置………………………………30

6．2方案選擇2：關(guān)于對中調(diào)零裝置…………………………32

6．2．1原單盤式漸開線檢查儀存在的不足…………..…32

6．2．2改進(jìn)思路………………………………….……..…33

6．2．3采用什么樣的限位裝置………………………..…33

6．3方案選擇3：關(guān)于記錄裝置………………………………34

6．3．1單盤式漸開線檢查儀存在的不足……………..…34

6．3．2改進(jìn)思路………………………………………..…35

6．3．3采用什么類型的傳感器…………………….……35

7單盤式漸開線檢查儀精度分析……………..……………....37

7．1誤差分析概述……………………..………….……………37

7．2精度分析…………………………..…………………….…38

7．2．1上下頂尖同軸度誤差……………………………38

7．2．2主軸回轉(zhuǎn)跳動(dòng)誤差………………………………40

7．2．3儀器總誤差…………………..…………..………45

7．2．4判斷精度達(dá)以要求否………………..…..………45

8結(jié)束語…………………………………….………………....46

9參考文獻(xiàn)……………………………….…………...……….47

10致謝……………………………………..…………...……..49