按照GB 10095-2008规定,齿轮及齿轮副分为13个精度等级。本文主要对齿轮精度等级的相关内容进行简单介绍。
一、精度等级的选择
按照GB 10095-2008规定,齿轮及齿轮副分为13个精度等级,由高到低依次为0、1、2、3……11、12级。一对啮合齿轮副中的两个齿轮一般是取相同的精度等级,也允许取不同的精度等级。
精度等级的选择通常要遵循以下原则:在一般情况下,齿轮的三个公差组(即“齿轮误差的检验”介绍的公差组)应选用相同的精度等级,但在国标中规定,根据齿轮使用要求的不同,也允许对三个公差组选用不同的精度等级。而在同一组内各项公差与极限偏差应保持相同的精度等级。
由于齿轮传动的用途和工作条件不同,对第Ι、Ⅱ、Ⅲ公差组的要求也各不相同。通常是根据齿轮传动性能的主要要求,首先确定一个公差组的精度等级,然后再确定齿轮其余的精度等级。
选择齿轮的精度等级时,必须根据其用途、工作条件及技术要求(如传递功率、圆周速度、运动精度、振动噪声、工作持续时间以及使用寿命)等方面的要求来确定,同时还应考虑工艺的可能性和经济性。典型的齿轮精度等级选择如下:
1、分度齿轮、读数齿轮
如精密机床分度机构和仪器读数机构中的齿轮,用于传递精确的角位移,其主要要求是传递运动的准确性。
这类齿轮可以根据传动链的运动精度要求,按误差传递规律计算出齿轮一转中允许的最大转角误差,由此定出第一公差组的精度等级,然后再根据工作条件确定其他精度要求。
2、高速动力齿轮
如汽轮机减速器齿轮,用于传递大的动力,其特点是传递功率大、速度高,主要要求是传动平稳、振动噪声小,同时对齿面接触也有较高的要求。
这类齿轮首先要根据圆周速度或噪声强度的要求确定第Ⅱ公差组的精度等级。通常第Ⅲ公差组的精度等级不宜小于第Ⅱ公差组,第Ι公差组的精度等级也不宜过低。因为齿轮的转速较高时,一转的传动比变化对传动平稳性也是有影响的。
3、低速动力齿轮
如轧钢机、矿山机械以及起重机械用的齿轮,其特点是传递功率大、速度低,主要要求是齿面接触良好,而对运动的准确性和传动平稳性则要求不高。
对这类齿轮,首先要根据强度和寿命要求确定第Ⅲ公差组的精度等级,其次再选择第Ι、Ⅱ公差组的精度。因为第Ⅱ公差组的误差,如齿形误差、基节误差也会影响齿面接触精度,所以第Ⅱ公差组的精度不应过分低于第Ⅲ公差组的精度。一般情况下,低速重载齿轮可以选择第Ⅲ公差组的精度高于第Ⅱ公差组的精度,中、轻载齿轮第Ⅱ、Ⅲ公差组选择同级精度。
不同类型的机械传动中齿轮所采用的精度等级如图1所示。
不同精度齿轮的加工方法如图2所示。
机床、航空、船舶、车辆等不同工作条件下的齿轮精度等级选择如图3~图5所示。
图3 机床齿轮的不同精度等级应用
图4 航空车辆等齿轮的不同精度应用
图5 动力传动及其他
其中,单级传动效率同样适用于机床和船舶、车辆等对应的精度等级。
各级精度圆柱齿轮传动的应用范围及性能参数如图6~图7所示。
图6 各级精度的应用范围和性能1
图7 各级精度的应用范围和性能2
二、公差与精度等级
各级精度的齿轮及齿轮副所规定的各项公差或极限偏差如图8~图14所示,各图均为摘录。
图8 单个齿距极限偏差(单位:um)
图9 径向跳动公差(单位:um)
图10 基节极限偏差(单位:um)
图11 公法线长度变动公差(单位:um)
图12 齿向公差(单位:um)
图13 中心距极限偏差(单位:um)
其中,IT为标准公差,不同基本尺寸下对应的数值不同,后面的文章中会进行介绍。
需要说明的是,接触斑点的分布位置应趋近于齿面中部,齿顶及两个端部的棱边处不允许接触;括号内的数值用于轴向εβ>0.8的斜齿轮。
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