圓柱齒輪 檢驗實施規(guī)范 第3部分：
齒輪坯、軸中心距和軸線平行度
1范圍
本指導性技術文件對齒輪坯、中心距的尺寸偏差和軸線平行度提供了推薦數(shù)值。
本指導性技術文件中所列的數(shù)值不應認為是嚴格的質(zhì)量準則，而是對鋼制或鐵制的齒輪在商訂相互的協(xié)議時，作為一個指導。
2 引用標準
下列標準所包含的條文，通過在本指導性技術文件中引用而構(gòu)成為本指導性技術文件條文。本指導性技術文件出版時，所示版本均為有效。所有標準都會被修訂，使用本指導性技術的各方應探討使用下列標準最新版本的可能性。
GB/T 1356-2001 通用機械和重型機械用圓柱齒輪 標準基本齒條齒廓（idt ISO 53:1998）
GB/T 1357-1987 漸開線圓柱齒輪模數(shù)（neq ISO 54:1977）
GB/T 1800.1-1997 極限與配合 基礎 第1部分：詞匯（neq ISO 286-1:1988）
GB/T 10095.1-2001 漸開線圓柱齒輪 精度 第1部分：輪齒同側(cè)齒面偏差的定義和允許值（idt ISO 1328-1:1997）
GB/T 10095.2-2001 漸開線圓柱齒輪 精度 第2部分：徑向綜合偏差與徑向跳動的定義和允許值（idt ISO 1328-2:1997）
3 符號和定義
3．1 符號
單項要素測量所用的偏差符號，用小寫字母（如f）加上相應的下標組成；而表示若干單項要素偏差組合的“總”偏差所用的符號，采用大寫字母（如F）加上相應的下標組成。
a
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a |
中心距 |
mm |
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b |
齒寬 |
mm |
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Dd |
基準面直徑 |
mm |
|
Df |
安裝面直徑 |
mm |
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f∑β |
軸線平面內(nèi)的軸線平行度偏差 |
μm |
|
f∑β |
垂直平面上的軸線平行度偏差 |
μm |
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Fβ |
螺旋線總偏差 |
μm |
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FP |
齒距累積總偏差 |
μm |
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L |
較大的軸承跨距 |
mm |
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n |
公差鏈中的鏈節(jié)數(shù) |
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3.2 定義
本指導性技術文件采用下列定義。
3.2.1 工作安裝面
是用來安裝齒輪的面。
3.2.2 工作軸線
是指齒輪在工作時繞其旋轉(zhuǎn)的軸線，它是由工作安裝面的中心確定的。工作軸線只有在考慮整個齒輪組件時才有意義。
3.2.3 基準面
是用來確定基準軸線的面。
3.2.4 基準軸線
是由基準面中心確定的。齒輪依此軸線來確定齒輪的細節(jié)，特別是確定齒距、齒廓和螺旋線的公差。
3.2.5 制造安裝面
是齒輪制造或檢測時用來安裝齒輪的面。
4 齒輪坯的精度
本章論述的基準軸線、用來確定它的基準面以及其他相關的基準面的選擇并給予充分明確的規(guī)定。
有關齒輪輪齒精度（齒廓偏差、相鄰齒距偏差等等）的參數(shù)的數(shù)值，只有明確其特定的旋轉(zhuǎn)軸線時才有意義。當測量時齒輪圍繞其旋轉(zhuǎn)的軸如有改變，則這些參數(shù)測量值也將改變。因此在齒輪的圖紙上必須把規(guī)定輪齒公差的基準軸線明確表示出來，事實上所有整個齒輪的幾何形狀均以其為準。
齒輪坯的尺寸偏差和齒輪箱體的尺寸偏差對于齒輪副的接觸條件和運行狀況有著極大的影響。由于在加工齒輪坯和箱體時保持較緊的公差，比加工高精度的輪齒要經(jīng)濟得多。因此應首先根據(jù)擁有的制造設備的條件，盡量使齒輪坯和箱體的制造公差保持最小值。這種辦法，可使加工的齒輪有較松的公差，從而獲得更為經(jīng)濟的整體設計。
4.1 基準軸線與工作軸線之間的關系
基準軸線是制造者（和檢測者）用來對單個零件確定輪齒幾何形狀的軸線，設計者的責任是確保基準軸線得到足夠清楚和精確的確定，從而保證齒輪相應于工作軸線的技術要求得以滿足。
滿足此要求的最常用的方法是確定基準軸線使其與工作軸線重合，即將安裝面作為基準面
然而，在一般情況下首先需確定一個基準軸線，然后將其他所有的軸線（包括工作軸線及可能還有一些制造軸線）用適當?shù)墓钆c之相聯(lián)系，在此情況下，公差鏈中所增加的鏈節(jié)的影響應該考慮進去。
4.2 確定基準軸線的方法
一個零件的基準軸線是用基準面來確定的，有三種基本方法實現(xiàn)它：
4.2.1 第1種方法 如圖1所示，用兩個“短的”圓柱或圓錐形基準面上設定的兩個圓心來確定軸線上的兩個點。
4.2.2 第2種方法 如圖2所示，用一個“長的”圓柱或圓錐形的面來同時確定軸線的位置和方向。孔的軸線可以用與之相匹配正確地裝配的工作芯軸的軸線來代表。
4.2.3 第3種方法 如圖3所示，軸線的位置用一個“短的”圓柱形基準面上的一個圓的圓心來確定，而其方向則用垂直于此軸線的一個基準端面來確定。
如果采用第1或第3種方法，其圓柱或圓錐形基準面必須是軸向很短的，以保證它們自己不會單獨確定另一條軸線。在第3種方法中，基準面的直徑應該越大越好。
在與小齒輪做成一體的軸上常常用一段需安裝大齒輪的地方，此安裝面的公差值必須選擇得與大齒輪的質(zhì)量要求相適應。
注：A和B是預定的軸承安裝表面。
圖1 用兩個“短的”基準面確定基準軸線
圖2 用一個“長的”基準面確定基準軸線
圖3用一個圓柱和一個端面確定基準軸線
4.3 中心孔的應用
在制造和檢測時，對待與軸做成一體的小齒輪最常用也是最滿意的方法，是將該零件安置于兩端的頂尖上。這樣，兩個中心孔就確定了它的基準軸線，齒輪公差及（軸承）安裝面的公差均須相對于此軸線來規(guī)定（見圖4），而且很明顯，安裝面相對于中心孔的跳動公差必須規(guī)定很緊的公差值（見4.6）.
務必注意中心孔60°接觸角范圍內(nèi)應對準成一直線。
4.4 基準面的形狀公差
基準面的要求精度取決于：
——規(guī)定的齒輪精度，這些面的極限值應確定得大大緊于單個輪齒的極限值；
——這些面的相對位置，一般地說，跨距占齒輪分度圓直徑的比例越大，給定的公差可以越松。
這些面的精度要求，必須在零件圖上規(guī)定。
所有基準面的形狀公差不應大于表1中所規(guī)定的數(shù)值。公差應減至最小。
圖4 用中心孔確定基準軸線
表1 基準面與安裝面的形狀公差
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確定軸線的基準面 |
公差項目 |
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圓度 |
圓柱度 |
平面度 |
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兩個“短的”圓柱或圓錐形基準面 |
0.04(L/b)Fβ或0.1Fp
取兩者中之小值 |
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一個“長的”圓柱或圓錐形基準面 |
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0.04(L/b)Fβ或0.1Fp
取兩者中之小值 |
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一個短的圓柱面
和一個端面 |
0.06Fp |
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0.06(Dd/b) Fβ |
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注：齒輪坯的公差應減至能經(jīng)濟地制造的最小值。 |
4.5 工作及制造安裝面的形狀公差
工作安裝面的形狀公差，不應大于表1中所給定的數(shù)值。如果用了另外的制造安裝面時，應采用同樣的限限制。
4.6 工作軸線的跳動公差
如果工作安裝面被選擇為基準面，則不涉及本條。當基準軸線與工作軸線并不重合時，則工作安裝面相對于其準軸線的跳動必須在圖樣上予以控制。跳動公差不應大于表2中規(guī)定的數(shù)值。
表2 安裝面的跳動公差
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確定軸線的基準面 |
跳動最（總的指示幅度） |
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徑向 |
軸向 |
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僅指圓柱或圓錐形基準面 |
0.05(L/b) Fβ或0.3 Fp
取兩者中之大值 |
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一個圓柱基準面和一個端面基準面 |
0.3 Fp |
0.2(Dd/b) Fβ |
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注：齒輪坯的公差應減至能經(jīng)濟地制造的最小值。 |
4.7 齒輪切削和檢測時使用的安裝面
在制造中，切削輪齒使其達到規(guī)定的公差以及在檢測時，測量其實際偏差使測量值有足夠的精確度，十分重要的一點是在制造中檢測過程中，齒輪的安裝應使其旋轉(zhuǎn)的實際軸線盡可能地與圖樣上規(guī)定的基準線相接近。
除非在制造和檢測中用不定期安裝齒輪的安裝面就是基準面，否則這些安裝面相對于基準軸線的位置也必須予以控制。表2中所給的數(shù)值可作為這些面合適的公差值。為了獲得最高的精度，如制造高質(zhì)量齒輪時所做的，將跳動“高點”的位置和數(shù)值標記在基準面的附近，在每一步找正時，重復其相當?shù)奶鴦恿俊?/DIV>
在制造齒輪坯的嚴格過程控制中，要應用精確的膨脹式芯軸以齒輪坯的中心定位，要應用一適當?shù)膴A具以支承齒輪坯使之在限定的跳動量內(nèi)，還要用高質(zhì)量的齒輪加工機床，在齒輪加工機床上，齒輪坯的位置只須對一批工件中的首件進行檢查。這個步驟是大批量加工齒時的典型步驟。
對于高精度齒輪，必須設置專門的基準面（見圖5）。對于很高精度的齒輪（例如果GB/T 10095.1的4級精度或更高），齒輪加工前需裝在軸上，在這種情況下，軸頸可用作基準面。
4.8 齒頂圓柱面
設計都應適當選擇頂圓直徑的公差以保證最小限度的設計重合度，同時又具有足夠的面隙。如果把齒頂圓柱面作為基準面，上述數(shù)值仍可用作尺寸公差，而其形狀公差不應大于表1中的適當數(shù)值。
4.9 公差的組合
當工作軸線與基準軸線重合時，或可直接從工作軸線來規(guī)定公差時，可應用表2的公差。不是這種情形時，則兩者之間存在著一公差鏈，此時就需要把那些表1和表2中的單項公差數(shù)值適當減小。減小的程度取決于該公差鏈排列，一般大致與n的平方根成正比，其中n為公差鏈中的鏈節(jié)數(shù)。
圖5 高精度齒輪帶有基準面
對于很高精度的齒輪，通常需要先把齒輪裝到軸上然后再精加工輪齒。如果做不到時，可將裝配后的齒輪，在其基準面上測量跳動量，用此法來表明所要求的總的齒輪精度已經(jīng)達到。這種測量不僅能發(fā)現(xiàn)由于所有工作安裝面的綜合跳動所導致的誤差，而且還能發(fā)現(xiàn)由于裝在軸上的任何軸承圈的跳動所導致的誤差。
4.10 其他齒輪的安裝面
在與小齒輪做成一體的軸上，常常有一段安裝一個大齒輪。這時大齒輪安裝面的公差應妥善考慮大齒輪輪齒的質(zhì)量要求所進行選擇。常用的適當辦法是相當于已經(jīng)確定的基準軸線規(guī)定允許的跳動量。
4.11 基準面
基準面是這樣的（軸向和徑向的）基準帶，它們應加工得與齒輪坯的實際軸孔、軸頸和肩部完全同心（見圖5）。
當安裝在齒輪機床上加工時，或安裝在檢測儀上時以及最后在使用中安裝時，用它們可以進行找正。對于更高精度的工件，基準面還須進行校驗，對其跳動的高點，要標明其量值和位置。這個高點以及它的量值，在加工過程的每一步找正中均應復現(xiàn)出來，以保證很高精度齒輪的要求。
但是，很多校驗齒輪裝置是小批量生產(chǎn)的。在些情況下，裝在齒輪加工機床上的齒輪的位置，在切削之前都必須校驗，是校驗每件齒輪坯還是部分校驗，取決于齒輪制造者的經(jīng)驗。對于中等精度的齒輪。齒頂圓柱面的一部分可用來作為徑向基準面，而軸向位置則可用齒輪切削時的安裝面進行校驗。
5 中心距和軸線的平行度
設計者應對中心距a和軸線的平行度兩項偏差選擇適當?shù)墓�。公差值的選擇應按其使用要求能保證相嚙合輪齒間的側(cè)隙和齒長方向正確接觸。提供在裝配時調(diào)整軸承位置的設施，可能是達到高精度要求最為有效的技術措施。然而，在很多情況下，其成本之高昂很難令人接受。
在齒輪只是單向承載運轉(zhuǎn)面不經(jīng)常反轉(zhuǎn)的情況下，量大側(cè)隙的控制不是一個重要的考慮因素，此時中心距允許偏聽偏信差主要取決于重合度的考慮。
在控制運動用的齒輪中，其側(cè)隙必須控制；還有當輪齒上的負載常常反向時，對中心距的公差必須很仔細地考慮下列因素：
——軸、箱體和軸承的偏斜；
——由于箱體的偏差和軸承的間隙導致齒輪軸線的不一致；
——由于箱體的偏差的間隙導致齒輪軸線的錯斜；
——安裝誤差：
——軸承跳動；
——溫度的影響（隨箱體和齒輪零件間的溫差，中心距和材料不同而變化）；
——旋轉(zhuǎn)件的離心伸脹；
——其他因素，例如潤滑劑污染的允許程度用非金屬齒輪材料的溶脹。
當確定影響側(cè)隙偏差的所有尺寸的公差時，應該遵照GB/Z 18620.2中關于齒厚公差和側(cè)隙的推薦內(nèi)容。
高速傳動裝置中心距公差的選擇，還有其他考慮，不在本文件的范圍之內(nèi)。
齒輪傳動中，有一個齒輪帶動若干個齒輪（或反過來）的情形，例如行星齒輪傳動中有若干個行星輪；又如在全橋驅(qū)動車的分動器或動力輸出齒輪，在此情況下，為了使所有的嚙合得到適當?shù)呢摵煞峙洳⒂姓_的工作條件，需要限制中心距的允許偏差。這種條件，要求對工作和制造的限制條件作詳細的研究，不屬于本文件的范圍。
5.2 軸線平行度公差
由于軸線平行度偏差的影響與其向量的方向有關，對“軸線平面內(nèi)的偏差”f∑δ各“垂直平面上的偏差” f∑δ作了不同的規(guī)定（見圖6）。
“軸線平面內(nèi)的偏差” f∑δ是在兩軸線公共平面上測量的，這公共平面是用兩軸承跨距中較長的一個L和另一根軸上的一個軸承來確定的，如果兩個軸承的跨距相同，則用小齒輪軸和大齒輪軸的一個軸承�！按怪逼矫嫔系牡钠睢� f∑δ是在與軸線公共平面相相垂直的“交錯軸平面”上測量的。
每項平行度度偏差是以與有關軸軸承間距離L（“軸承中間距”L）相關連的值來表示的，見圖6。
軸線平面內(nèi)的軸線偏差影響螺旋線嚙合偏差，它的影響是工作壓力角的正弦函數(shù)，而垂直平面上的軸線偏差的影響則是工作壓力角的余弦函數(shù)�？梢娨欢康拇怪逼缴掀顚е碌膰Ш掀顚⒈韧瑯哟笮〉钠矫鎯�(nèi)偏差導致的嚙合偏差要大2～3倍。因此，對這兩種偏差要素要規(guī)定不同的最大推薦值。
圖6 軸線平行度偏差
5.3 軸線偏差的推薦最大值
a)垂直平面上偏差f∑δ的推薦最大值為：
f
∑δ=0.5(
)……………………（1）
b)軸線平面內(nèi)偏差f∑δ的推薦最大值為：
f∑δ=2f∑β……………………（2）
附錄A
（提示的附錄）
文獻目錄
1）GB/T 2821-1992 齒輪幾何要素代號
2）GB/T 1182-1996 形狀和位置公差 通則、定義、符號和圖樣表示法
3）GB/T3374-1992 齒輪基本術語
4）GB/T17851-1999 形狀和位置公差 基準和基準體系
5）GN/Z 18620.1-2002 圓柱齒輪 檢驗實施規(guī)范 第1部分：輪齒同側(cè)齒面的檢驗
6）GB/Z 18620.2-2002 圓柱齒輪 檢驗實施規(guī)范 第2部分：徑向綜合偏、徑向跳動、齒厚和側(cè)隙的檢驗
7）GB/Z 18620.4-2002 圓柱齒輪 檢驗實施規(guī)范 第4部分：表面結(jié)構(gòu)和輪齒接觸斑點的檢驗
