齒輪基本知識和檢測儀器

齒輪基本知識和檢測儀器

目錄一、齒輪傳動的分類 二、漸開線圓柱齒輪的基本參數(shù) 三、其它類型齒輪 四、齒輪精度評定標準 五、齒輪精度項目的定義及評定 六、齒輪精度公差組檢測儀器七、常用齒輪儀器生產(chǎn)廠家八、齒輪測量儀器的發(fā)展沿革九、計量器具管理的相關(guān)知識十、齒輪測量儀器的校準/檢定依據(jù)

一、齒輪傳動的分類1、按兩齒輪軸線的相對位置及輪齒的形狀（1）平行軸齒輪傳動直齒圓柱齒輪傳動斜齒圓柱齒輪傳動人字齒圓柱齒輪傳動

（2）相交軸齒輪傳動直齒圓錐齒輪傳動斜齒圓錐齒輪傳動曲齒圓錐齒輪傳動（3）交錯軸齒輪傳動

交錯軸斜齒圓柱齒輪傳動蝸輪蝸桿傳動

2、按齒輪嚙合方式

3、按齒輪齒廓曲線的形狀

◆漸開線齒輪傳動◆擺線齒輪傳動◆圓弧齒輪傳動直齒圓柱齒輪傳動◆外嚙合齒輪傳動◆內(nèi)嚙合齒輪傳動◆齒輪齒條嚙合傳動

外齒輪

內(nèi)齒輪

齒條｛｝｛｝

二、漸開線圓柱齒輪的基本參數(shù)1、幾何參數(shù)（1）齒數(shù)z

（5）齒寬b

（2）法向模數(shù)m（mn）（6）齒頂高系數(shù)han*（3）法向壓力角α（αn）（7）齒頂隙系數(shù)cn*（4）螺旋升角β（8）高度變位系數(shù)xn2、幾何尺寸計算：（1）分度圓直徑d=mn*z/cosβ

（2）基圓直徑db=mn*z/cosβ*cos（atan（tanαn/cosβ））

（3）齒頂高ha=（han*+xn）*mn（4）齒根高hf=（han*+cn*-xn）*mn（5）分度圓齒厚s=π*mn/2

（6）齒頂圓直徑da=mn*z/cosβ+2*（han*+xn）*mn（7）齒根圓直徑df=mn*z/cosβ-2*（han*+cn*-xn）*mn

（8）全齒高h=ha+hf

三、其它類型齒輪1、雙圓弧齒輪2、錐齒輪（1）直線齒A.GB/T12369-1990B.

直齒錐齒輪----Gleason制C.斜齒錐齒輪----埃尼姆斯制（2）曲線齒A.弧齒錐齒輪1）Gleason制2）埃尼姆斯制3)洛卡氏制B.零度弧齒錐齒輪----Gleason制C.

擺線齒錐齒輪1）Oerlikon制2）Klingelnberg制（3）能容納各種齒線的錐齒輪：非零分錐綜合變位3、蝸桿（1）普通圓柱蝸桿A.阿基米德圓柱蝸桿ZAB.漸開線圓柱蝸桿ZIC.法向直廓蝸桿ZND.錐面包絡(luò)圓柱蝸桿ZKE.圓弧圓柱蝸桿ZC（2）環(huán)面蝸桿A.直廓環(huán)面蝸桿TSLB.平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿

四、齒輪精度評定標準1、齒輪精度評定標準（1）ISO標準：由ISO/TC60/WG2，齒輪技術(shù)委員會第二工作組制定，包括2部分：A.ISO1328-1:1995；B.ISO1328-2:1997。（2）德國標準：DIN3962-1978，德國標準化學會制定，DIN3960～3967-1978；（3）美國標準：ANSI/AGMA2015和AGMA915，美國齒輪制造商協(xié)會制定；A.ANSI/AGMA2015-1-A01；B.ANSI/AGMA2015-2-A06。C.資料圖表：3個：

a.AGMA915-1-A02；b.AGMA915-2-A05；c.AGMA915-3-A99；（4）日本標準：JISB1702-1998，日本工業(yè)調(diào)查會制定；A.JISB1702-1-1998；B.JISB1702-2-1998。（5）中國標準：GB/T10095-2008，全國齒輪標準化技術(shù)委員會制定；A.GB/T10095-1-2008；B.GB/T10095-2-2008。2、國標GB/T10095-2008規(guī)定的齒輪精度檢測項目：

3、國標GB/T10095-2008規(guī)定的齒輪精度分級：（1）GB/T10095-1-2008輪齒同側(cè)齒面公差：共13級，0級最高，12級最低；（2）GB/T10095-2-2008徑向綜合公差：共9級，4級最高，12級最低；4、齒輪精度公差組5、齒輪精度檢驗組：（1）Fpt，F(xiàn)p，F(xiàn)α，F(xiàn)β，F(xiàn)r；（2）Fpt，F(xiàn)pk，F(xiàn)p，F(xiàn)α，F(xiàn)β，F(xiàn)r。說明：以上2個檢驗組不能同時使用。6、齒輪精度檢驗項目（推薦）：（1）單項檢驗項目：A.

fpt，F(xiàn)pk，F(xiàn)pB.

FαC.

FβD.

EsnE.

Fr

（2）綜合檢驗項目：A.單面嚙合綜合檢驗；1）fi′；2）Fi′。------切向綜合偏差B.雙面嚙合綜合檢驗；1）fi″；2）Fi″。------徑向綜合偏差說明：以上2個檢驗形式不能同時使用。

五、齒輪精度項目的定義及評定1、齒距及齒距偏差：（1）齒距：齒輪分度圓上同側(cè)齒面之間的弧長。（2）齒距偏差：A.單個齒距偏差fpt

；在齒輪端平面上，接近齒高中部的一個與齒輪基準軸線同心的圓上，實際齒距與理論齒距的代數(shù)差，取其中絕對值最大者（圖1-1）：

圖1-1B.齒距累積偏差Fpk

；任意k個齒距的實際弧長與理論弧長的代數(shù)差，K=2～z/8的整數(shù)（圖1-2）：C.齒距累積總偏差Fp

；在齒輪端平面上，接近齒高中部的一個與齒輪基準軸線同心的圓上，任意兩個同側(cè)齒面間實際弧長與理論弧長代數(shù)差最大絕對值（圖1-3）。

圖1-2圖1-3fPtFPkfpt

2、齒廓及齒廓偏差：（1）齒廓：對于漸開線齒輪而言，齒廓形狀是漸開線。（2）齒廓偏差：A.齒廓總偏差Fα；在計值范圍內(nèi)，包容實際齒廓工作部分且距離最小的兩條設(shè)計齒廓（理論齒廓）之間的法向距離。見圖2-1、圖2-2：圖2-1圖2-2

B.齒廓形狀偏差ffα；在計值范圍內(nèi)，包容實際齒廓跡線的兩條與平均齒廓跡線完全相同的曲線之間的距離。見圖2-3：

C.齒廓傾斜偏差fHα；在計值范圍內(nèi)，兩端與平均螺旋跡線相交的兩條設(shè)計齒廓跡線之間的距離見圖2-4：

圖2-3圖2-4

注：Lα-----齒廓計值范圍，LAE------齒廓有效長度，LAF------齒廓可用長度

3、螺旋線及螺旋線偏差：（1）螺旋線：對于直齒輪，其設(shè)計螺旋線（理論螺旋線）是一條平行于齒輪基準軸線的平行線。（2）螺旋線偏差：A.螺旋線總偏差Fβ；在計值范圍Lβ內(nèi)，包容實際螺旋線跡線且距離為最小的兩條設(shè)計螺旋線跡線之間的距離。見圖3-1：圖3-1

B.螺旋線形狀偏差ffβ；在計值范圍內(nèi)，包容實際螺旋線跡線的兩條與平均螺旋線跡線完全相同的曲線之間的距離。見圖3-2：

C.螺旋線傾斜偏差fHβ；在計值范圍內(nèi)，兩端與平均螺旋跡線相交的兩條設(shè)計螺旋跡線之間的距離。見圖3-3：

圖3-3圖3-4

注：Lβ-----螺旋線計值范圍，b------齒寬

4、切向綜合偏差：（1）切向綜合總偏差Fi′：被測齒輪與測量齒輪單面嚙合檢測時，在被測齒輪一轉(zhuǎn)內(nèi)分度圓上實際圓周位移與理論圓周位移的最大差值。（2）一齒切向綜合總偏差fi′：被測齒輪一轉(zhuǎn)中對應一個齒距范圍內(nèi)的實際圓周位移與理論圓周位移的最大差值。

圖4

5、徑向綜合偏差：（1）徑向綜合總偏差Fi″：被測齒輪與測量齒輪雙面嚙合檢測時，在被測齒輪一轉(zhuǎn)內(nèi)中心距的最大值與最小值之差。見圖5-1：（2）一齒徑向綜合總偏差fi″：被測齒輪與測量齒輪雙面嚙合檢測時，被測齒輪一個齒距角范圍內(nèi)的中心距最大變動量。見圖5-2：（3）齒輪徑向跳動Fr：將測頭相繼放入被測齒輪每個齒槽內(nèi)，于接近齒高中部的位置與左、右齒面接觸時，從該測頭到該齒輪基準軸線的最大距離與最小距離之差。見圖5-3：圖5-1

圖5-3圖5-2Fi″fi″

6、齒厚及齒厚偏差（1）齒厚Sn：在分度圓的圓周上，一個輪齒兩側(cè)齒廓間的弧長。（2）齒厚偏差Esn：在分度圓上，實際齒厚與公稱齒厚Sn(齒厚理論值)之差。見圖6：7、公法線長度（1）公法線長度Wk：與兩個非對應齒面相切的兩個平行平面之間的距離。（2）公法線長度變動Fw：在齒輪一周范圍內(nèi),所有位置的公法線最大值與最小值之差。（3）公法線平均長度偏差Ew：在齒輪一周范圍內(nèi)，實際公法線長度的平均值與公稱值之差。見圖7：圖6圖7SnaSnEsn

六、齒輪精度公差組檢測儀器1、影響運動準確性的誤差：（1）切向綜合誤差（Fi′）：

------齒輪單面嚙合檢查儀（2）齒距累積總誤差（Fp）：

------萬能漸開線檢測儀（3）齒距累積誤差（Fpk）：

------萬能漸開線檢測儀（4）切向綜合總誤差（Fi〞）：

------齒輪雙面嚙合檢查儀（5）齒圈徑向跳動（Fr）：

------齒圈徑向跳動檢查儀（6）公法線長度變動（Fw）：

------公法線千分尺齒圈徑跳儀單嚙儀公法線千分尺

2、影響傳動平穩(wěn)性（噪聲、振動）的誤差：（1）一齒切向綜合總誤差（fi′）：

------齒輪單面嚙合檢查儀（2）齒廓形狀誤差（ffα）：

------萬能漸開線檢測儀（3）單個齒距誤差（fpt）：

------萬能漸開線檢查儀（4）基節(jié)偏差（fpb）：

------萬能漸開線檢查儀/齒輪基節(jié)檢查儀（5）一齒徑向綜合總誤差（fi″）：

------齒輪雙面嚙合檢查儀（6）螺旋線形狀誤差（ffβ）：

------萬能漸開線檢測儀單嚙儀齒圈徑跳儀公法線千分尺萬能漸開線儀

3、影響載荷分布均勻性的誤差：（1）螺旋線總誤差（Fβ）：

------齒輪單面嚙合檢查儀（3）接觸線誤差（Fb）：

------齒形齒向檢查儀（3）軸向齒距偏差（Fpx）：

----------漸開線檢測儀單嚙儀齒圈徑跳儀公法線千分尺萬能漸開線儀

七、常用齒輪儀器生產(chǎn)廠家1、齒輪單項誤差的檢測（1）齒圈徑向跳動：（2）齒距：序號儀器名稱型號生產(chǎn)廠家備注1齒輪跳動檢查儀1-6哈量中國2齒圈徑跳檢查儀EVRMHofler德國GTR-4C/20C/30CS大阪精機OSAKA日本3萬能齒輪檢查儀3903哈量中國序號儀器名稱型號生產(chǎn)廠家備注1齒距檢查儀3406（自動）哈量中國ZJY-3D（微機）成量中國ES-401（微機）MAAG瑞士UP-200/400/600HOFLER德國2萬能漸開線檢查儀PAP-70（自動）Osaka日本3201哈量中國VG450CarlZeiss德國

（3）公法線：A.公法線千分尺D.帶表游標卡尺B.公法線杠桿千分尺E.萬能漸開線齒形齒向檢查儀C.公法線指示卡規(guī)F.萬能工具顯微鏡（4）齒形（齒廓）：序號儀器名稱型號生產(chǎn)廠家備注1萬能漸開線檢查儀3201哈量中國2齒形齒向檢查儀3204哈量中國3萬能漸開線螺旋升角檢查儀891/891SMhar德國4漸開線導程檢查儀PFSU640Klingelnberg德國5漸開線螺旋線檢查儀EFR-S630Hofler德國PFS600Klingelnberg德國6齒輪測量中心SP-60MAAG瑞士891EMhar德國

（5）基節(jié)：（6）齒向（螺旋線）：（7）齒厚：A.光學測厚卡尺B.齒厚游標卡尺C.萬能漸開線檢查儀序號儀器名稱型號生產(chǎn)廠家備注1萬能漸開線檢查儀3201哈量中國2基節(jié)檢查儀867/機械上置式Mhar德國TML/機械上置式TESA瑞士HYQ004A中國3萬能工具顯微鏡JX7新天中國序號儀器名稱型號生產(chǎn)廠家備注1螺旋線檢查儀3301哈量中國2導程儀2HGOULDERMIKRON英國2.5HGOULDERMIKRON英國3HGOULDERMIKRON英國

2、齒輪誤差的綜合檢測：（1）單面嚙合綜合檢驗：序號儀器名稱型號生產(chǎn)廠家備注1單面嚙合測量儀CD320G-B/光柵式中國2萬能單面嚙合測量儀CD320W北量中國3單面嚙合整體誤差測量儀CZ450成量中國4慣性式單嚙儀GCD300/700成量中國5光柵式單嚙儀CSF/2（592）

Gleason美國PSKE900Klingelnberg德國6磁分度式單嚙儀ToslMo-200StepanekIMO捷克ToslMo-DK40StepanekIMO捷克

（2）雙面嚙合綜合檢驗：序號儀器名稱型號生產(chǎn)廠家備注1小模數(shù)雙嚙儀CA120北量中國2中模數(shù)雙嚙儀CA300北量中國3101哈量中國SNY-3成量中國3雙嚙儀DO-2PCGearspect美國ZWG8315Hommel德國GTR-30大阪精機Osaka日本

八、齒輪測量儀器的發(fā)展沿革1、齒輪測量儀器發(fā)展歷史上的標志性事件：（1）1923年，德國Zeiss公司在世界上首次研究成功“TooothSurfaceTester”機械展成式萬能漸開線檢查儀，1925年實用化。在我國廣泛使用的VG450就是其改進產(chǎn)品。（2）50年代初，機械展成式萬能螺旋線標準儀出現(xiàn)，齒輪質(zhì)量全面控制成為現(xiàn)實。（3）1965年，英國R·Munro博士研制成功光柵式單嚙儀，標志著齒輪動態(tài)高精度測量時代的來臨。（4）1970年，以黃潼年為代表的中國技術(shù)人員研制開發(fā)出齒輪整體誤差測量技術(shù)，標志著運動幾何法齒輪測量的開始。（5）1970年，美國Fellow公司在芝加哥博覽會展出Microlog50，標志著數(shù)控齒輪測量中心開始投入使用。（6）80年代末，日本大阪精機Osaka推出基于光學全息原理的非接觸齒面分析機PS-35，標志著齒輪非接觸測量法的開始。

2、齒輪測量儀器發(fā)展的技術(shù)沿革：（1）測量原理方面，由“比較測量”到“嚙合運動測量”，直至“模型化測量”。（2）測量原理實現(xiàn)的技術(shù)手段上，由“以機械為主”到“機電結(jié)合”，直至“光—機—電”與信息技術(shù)綜合集成的演變。

(3)測量結(jié)果的表述與利用方面：（A）從“指示表加目視讀取”到“記錄儀器記錄加人工研判”，直至“計算機自動分析并將測量結(jié)果反饋到制造系統(tǒng)”。（B）從單品種單參數(shù)的儀器(如單盤漸開線檢查儀)、單品種多參數(shù)儀器(如齒形齒向檢查儀)到多品種多參數(shù)儀器(如齒輪測量中心)。3、現(xiàn)代齒輪前沿測量技術(shù)（整體誤差測量技術(shù)和齒輪測量中心）在技術(shù)路線上的差異：（1）齒輪整體誤差測量技術(shù)是從綜合測量中提取單項誤差和其它有用信息。經(jīng)過30年的完善與推廣，已發(fā)展成為傳統(tǒng)元件的運動幾何測量法，基本思想是將被測對象與標準元件嚙合運動，通過嚙合運動誤差來反求出被測量的誤差，特點是形象地反映了齒輪嚙合傳動過程并精確地揭示了齒輪單項誤差的變化規(guī)律以及誤差間的關(guān)系，適合齒輪工藝誤差分析和動態(tài)性能預報。儀器測量效率高，適用于大批量檢測。（2）齒輪測量中心采用圓柱(極)坐標測量原理，即“模型化測量”。將被測齒輪作為幾何形體，測量實際齒輪的坐標值(直角坐標、柱坐標、極坐標等)，與理想形體的數(shù)模比對，得出測量偏差。其特點是通用性強，主機結(jié)構(gòu)簡單，測量精度很高?，F(xiàn)代光電技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、軟件工程、精密機械等技術(shù)的發(fā)展使齒輪坐標測量法的優(yōu)越性得以充分發(fā)揮。4、齒輪測量中心在實現(xiàn)方式上的差異：（1）測量傳感器等方面，角度基準采用高精度圓光柵，長度基準，高精度齒輪或標準器（如漸開線或螺旋線樣板），采用雙頻(或單頻)激光干涉儀，一般情況下，則采用高精度線性光柵。（2）機械系統(tǒng)方面，無一例外都采用高精度軸承，直線導軌的精度有依靠機械精度保證的，也有采用動態(tài)誤差修正技術(shù)的。（3）數(shù)控系統(tǒng)方面，70年代，NC開環(huán)控制；80年代，CNC控制，多數(shù)采用直流伺服電機，交流伺服系統(tǒng)或直線電機也開始應用。（4）在測頭方面，有單維電感測頭，也有三維數(shù)字測頭，甚至剛性測頭也有使用。5、齒輪測量中心的組成及特點（1）組成：一般由主機、CNC數(shù)控單元、數(shù)據(jù)采集單元、機間通訊接口、計算機及外設(shè)測量軟件和數(shù)據(jù)處理軟件等部分組成。（2）特點：A.性能上,高效、高精度、易操作。采取精密機械優(yōu)化設(shè)計、32位CNC4-5軸數(shù)控系統(tǒng)、直線電機、三維測頭和誤差修正技術(shù)。B.功能上，包括：

a.齒輪(內(nèi)、外)、齒輪刀具(滾刀、插齒刀、剃齒刀)、錐齒輪、蝸輪、蝸桿、螺桿、凸齒輪、拉刀等回轉(zhuǎn)類零件的主要誤差項目測量；b.軸類零件的形位公差測量；c.強大的分析功能，如接觸分析、工藝誤差分析、齒根形狀分析、參數(shù)反求等；d.可耦合到加工系統(tǒng)中，實時數(shù)據(jù)通信。C.維修性方面，具有故障自診斷、網(wǎng)絡(luò)遠程故障診斷能力。D.可升級性。包括軟件的可升級和硬件的可升級。6、齒輪測量技術(shù)發(fā)展的新趨勢：（1）齒輪整體誤差測量技術(shù)與齒輪坐標測量技術(shù)合二為一。成都工具研究所推出標準蝸桿帶測頭的齒輪測量機CZN450，國外的CNC齒輪測量中心也能給出“虛擬整體誤差”。（2）齒輪測量中心與三坐標測量機的合二為一，如美國TSK公司的Rdaiance和ProcessEquipementCompany的ND430。（3）功能測試與分析測試功能合二為一。（4）簡化測量成為發(fā)展趨勢。（5）齒輪整體誤差測量技術(shù)因高效率地給出齒輪全部信息而被齒輪制造業(yè)所接受。

7、齒輪測量技術(shù)未來的研發(fā)重點：（1）齒輪網(wǎng)絡(luò)化測量技術(shù)；（2）基于實測結(jié)果的齒輪性能虛擬分析技術(shù)(智能配對、動力學性能預報等)；（3）齒輪整體誤差測量技術(shù)(指標量化、性能優(yōu)化等)；（4）齒輪誤差的智能分析技術(shù)；（5）齒輪統(tǒng)計誤差概念體系的建立及其相應的測量技術(shù)；（6）生產(chǎn)現(xiàn)場的齒輪快速測量與分析技術(shù)（7）精密機械、光電技術(shù)、微電子技術(shù)、軟件工程等技術(shù)在齒輪上的應用。

九、計量器具管理的相關(guān)知識1、計量監(jiān)督管理的法規(guī)：《中華人民共和國計量法》（2014版）2013-12-28簽署，2014-3-1施行2、計量器具校準和檢定的區(qū)別：（1）目的：A.校準是自行確定監(jiān)視及測量裝置量值是否準確，屬自下而上的量值溯源，評定示值誤差；

B.檢定是對計量特性進行強制性的全面評定,屬自上而下的量值傳遞、量值統(tǒng)一,檢定是否符合規(guī)定要求。（2）對象：A.校準是針對除強制檢定之外的計量器具和測量裝置；B.檢定是國家強制檢定：計量基準器；計量標準器；用于貿(mào)易結(jié)算、安全防護、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境