齿轮在加工过程中会产生各种误差,按各项误差对齿轮传动使用性能的影响可将其分为三组:影响运动准确性的误差、影响传动平稳性的误差和影响载荷分布均匀性的误差。前面对“影响齿轮运动准确性的误差”和“影响传动平稳性的误差”,本文主要对影响载荷分布均匀性的误差进行简单介绍。
一、概述
理论上,若不考虑弹性变形的影响,一对轮齿在啮合过程中,由齿顶到齿根的每个瞬间都会沿着整个齿宽形成一条接触线。如图1所示,对于直齿轮,齿面是切于基圆柱的平面上的直线L-L的运动轨迹——渐开面,故轮齿每瞬间的接触线是一根平行于轴线的直线L-L。
对于斜齿轮,齿面是切于基圆柱的平面、且与轴线夹角为βb的直线L-L的运动轨迹——渐开螺旋面。故切于基圆柱的平面与斜齿轮齿面的交线为一条直线L-L,该直线即为齿面某瞬时的接触线,它与基圆柱母线间的夹角为βb,如图2所示。
实际上,由于齿轮的制造和安装误差,啮合过程中并不是沿全齿高进行接触,在啮合齿的齿长方向上也并不是沿全齿宽接触。对于直齿轮,影响接触高度的是齿形误差,影响接触长度的是齿向误差;对于宽斜齿轮,影响接触高度的是齿形误差和基节误差,影响接触长度的是轴向齿距误差。
从评定齿轮承载能力的大小来看,应主要控制接触长度,而接触高度则主要影响齿轮传动的平稳性。
二、影响载荷分布均匀性的误差
影响载荷分布均匀性的误差主要包括3个:轴向齿距偏差、接触线误差和齿向误差。
1、轴向齿距偏差——ΔFpx
轴向齿距偏差ΔFpx是指在与齿轮基准轴线平行且大约通过齿高中部的一条直线上,任意两个同侧齿面间的实际距离与公称距离之差、沿齿面法线方向的计值,如图3所示。
轴向齿距偏差ΔFpx主要反映斜齿轮的螺旋角误差。在滚齿中,它是由滚齿机差动传动链的调整误差、刀具托板的倾斜、齿坯端面跳动等引起的。此项误差影响斜齿轮齿宽方向上的接触长度,并使宽斜齿轮有效接触齿数减少,从而影响齿轮承载能力,因此宽斜齿轮应控制此误差。
2、接触线误差——ΔFb
基圆柱切平面与齿面的交线即为接触线。斜齿轮的理论接触线为一根与基圆柱母线夹角为βb的直线,但实际接触线可能有方向偏差和形状误差。
接触线误差ΔFb是指在基圆柱的切平面内,平行于公称接触线并包容实际接触线的两条最近的直线间的法向距离,如图4所示。
在滚齿中,接触线误差ΔFb主要来源于滚刀误差。滚刀的安装误差(径向跳动、轴线偏斜)引起接触线形状误差,此项误差在端面上表现为齿形误差。滚刀齿形角误差引起接触线方向误差,此项误差也是产生基节偏差的原因。
对于窄斜齿轮,用检验接触线误差代替齿向误差ΔFβ。
3、齿向误差——ΔFβ
齿向误差ΔFβ是指在分度圆柱面上,齿宽工作部分范围内(端部倒角部分除外),包容实际齿向线的两条最近的设计齿向线之间的端面距离,如图5所示。
齿向误差包括形状误差和齿向线的方向误差。
为了改善齿面接触,提高齿轮的承载能力,设计齿向线常采用修正的圆柱螺旋线,如图5(b)所示的鼓形齿、图5(c)所示的齿端修薄及其他修形曲线。
齿向误差ΔFβ主要是由刀架导轨倾斜和齿坯端面跳动引起的。对于斜齿轮,还受机床差动传动链的调整误差影响。
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