===== 齿轮的安装精度 =====

即使齿轮的精度很高, 但如果安装精度有问题的话,也会引起齿轮的轮齿接触不良、[[齿轮知识:齿轮技术资料:齿轮的噪音及对策|噪音]]、磨耗、[[齿轮知识:齿轮技术资料:齿轮的损伤及对策|损伤]]等问题的发生。

==== 8.1 中心距精度 ====

中心距误差对齿轮副的侧隙产生影响。中心距越大,齿轮副的侧隙也越大, 啮合变浅, 工作齿高变小, 重合率低下。反之中心距小则侧隙变小。侧隙过小可能造成齿轮无法旋转。\\ 表8.1 是正齿轮及斜齿齿轮的中心距容许差, 摘自JGMA1101-01(2000)。\\ 此表中给出的容许差数值, 适用于钢制渐开线正齿轮及斜齿轮。

**表8.1 齿轮副的中心距容许公差 ± f<sub>a</sub>单位μm**

^ 中心距（mm） ^^ 齿轮的精度等级 ^^^^
| 超过 | 以下 | N3,N4 | N5,N6 | N7,N8 | N9,N10 |
| 5 | 20 | 6 | 10 | 16 | 26 |
| 20 | 50 | 8 | 12 | 20 | 31 |
| 50 | 125 | 12 | 20 | 32 | 50 |
| 125 | 280 | 16 | 26 | 40 | 65 |
| 280 | 560 | 22 | 35 | 55 | 88 |

{{ :gear:techref:chapter8_axis_parallelism_and_staggering_error.jpg?nolink | 图8.1 轴平行误差与交错误差 }}

**图8.1 轴平行误差与交错误差**

==== 8.2 轴平行精度 ====

平行轴间的精度由平行误差和交错误差所构成。这些误差主要影响齿线方向的齿接触, 有在齿宽端部发生 不良轮齿接触的危险。随误差增大, 可能造成侧隙变小、产生噪音、轮齿损伤等不良结果。\\ 表8.2/8.3 是正齿轮及斜齿齿轮的轴平行误差及交错误差的容许值。摘自JGMA1102-01(2000)。

**表8.2 相对齿宽的轴平行误差的容许值 f<sub>x</sub>'单位μm**

^ 分度圆直径\\ d（mm） ^ 齿宽\\ b（mm） ^ 精度等级 ^^^^^^
| ::: | ::: | N5 | N6 | N7 | N8 | N9 | N10 |
| 5≤d≤20 | 4≤b≤10 | 6.0 | 8.5 | 12 | 17 | 24 | 35 |
| ::: | 10<b≤20 | 7.0 | 9.5 | 14 | 19 | 28 | 39 |
| 20<d≤50 | 4≤b≤10 | 6.5 | 9.0 | 13 | 18 | 25 | 36 |
| ::: | 10<b≤20 | 7.0 | 10 | 14 | 20 | 29 | 40 |
| ::: | 20<b≤40 | 8.0 | 11 | 16 | 23 | 32 | 46 |
| ::: | 40<b≤80 | 9.5 | 13 | 19 | 27 | 38 | 54 |
| 50<d≤125 | 4≤b≤10 | 6.5 | 9.5 | 13 | 19 | 27 | 38 |
| ::: | 10<b≤20 | 7.5 | 11 | 15 | 21 | 30 | 42 |
| ::: | 20<b≤40 | 8.5 | 12 | 17 | 24 | 34 | 48 |
| ::: | 40<b≤80 | 10 | 14 | 20 | 28 | 39 | 56 |
| 125<d≤280 | 4≤b≤10 | 7.0 | 10 | 14 | 20 | 29 | 40 |
| ::: | 10<b≤20 | 8.0 | 11 | 16 | 22 | 32 | 45 |
| ::: | 20<b≤40 | 9.0 | 13 | 18 | 25 | 36 | 50 |
| ::: | 40<b≤80 | 10 | 15 | 21 | 29 | 41 | 58 |
| ::: | 80<b≤160 | 12 | 17 | 25 | 35 | 49 | 69 |
| 280<d≤560 | | | | | | | |
| ::: | 10<b≤20 | 8.5 | 12 | 17 | 24 | 34 | 48 |
| ::: | 20<b≤40 | 9.5 | 13 | 19 | 27 | 38 | 54 |
| ::: | 40<b≤80 | 11 | 15 | 22 | 31 | 44 | 62 |

**表8.3 相对齿宽的轴交错误差的容许值 f<sub>y</sub>'单位μm**

^ 分度圆直径\\ d（mm） ^ 齿宽\\ b（mm） ^ 精度等级 ^^^^^^
| ::: | ::: | N5 | N6 | N7 | N8 | N9 | N10 |
| 5≤d≤20 | 4≤b≤10 | 3.1 | 4.3 | 6.0 | 8.5 | 12 | 17 |
| ::: | 10<b≤20 | 3.4 | 4.9 | 7.0 | 9.5 | 14 | 19 |
| 20<d≤50 | 4≤b≤10 | 3.2 | 4.5 | 6.5 | 9.0 | 13 | 18 |
| ::: | 10<b≤20 | 3.6 | 5.0 | 7.0 | 10 | 14 | 20 |
| ::: | 20<b≤40 | 4.1 | 5.5 | 8.0 | 11 | 16 | 23 |
| ::: | 40<b≤80 | 4.8 | 6.5 | 9.5 | 13 | 19 | 27 |
| 50<d≤125 | 4≤b≤10 | 3.3 | 4.7 | 6.5 | 9.5 | 13 | 19 |
| ::: | 10<b≤20 | 3.7 | 5.5 | 7.5 | 11 | 15 | 21 |
| ::: | 20<b≤40 | 4.2 | 6.0 | 8.5 | 12 | 17 | 24 |
| ::: | 40<b≤80 | 4.9 | 7.0 | 10 | 14 | 20 | 28 |
| 125<d≤280 | 4≤b≤10 | 3.5 | 5.0 | 7.0 | 10 | 14 | 20 |
| ::: | 10<b≤20 | 4.0 | 5.5 | 8.0 | 11 | 16 | 22 |
| ::: | 20<b≤40 | 4.5 | 6.5 | 9.0 | 13 | 18 | 25 |
| ::: | 40<b≤80 | 5.0 | 7.5 | 10 | 15 | 21 | 29 |
| ::: | 80<b≤160 | 6.0 | 8.5 | 12 | 17 | 25 | 35 |
| 280<d≤560 | | | | | | | |
| ::: | 10<b≤20 | 4.3 | 6.0 | 8.5 | 12 | 17 | 24 |
| ::: | 20<b≤40 | 4.8 | 6.5 | 9.5 | 13 | 19 | 27 |
| ::: | 40<b≤80 | 5.5 | 7.5 | 11 | 15 | 22 | 31 |

==== 8.3 齿轮的轮齿接触 ====

齿轮的齿接触与精度相同, 是对齿轮的噪音及效率产生重大影响的要素之一。\\ 要想获得好的轮齿接触, 需要注意以下几点:

**● 齿线( 螺旋线) 修整**

对齿轮施行鼓型加工或修薄加工。

**● 提高齿轮精度**

对齿轮施行磨削加工或磨齿加工。

**● 提高齿轮箱精度**

提高平行度, 垂直度等加工精度。

以上几点都是与齿轮及齿轮箱的加工精度有关的指 标。\\ 但是, 尽管在加工阶段尽了最大的努力, 仍然会出现 最终组装后轮齿接触检查时, 发生轮齿接触不良的问 题。这种情况下, 对于锥齿轮或蜗杆蜗轮副来说, 通过 将齿轮沿轴方向移动, 轮齿接触会得到一定程度的改 善。\\ 齿轮的轮齿接触是齿轮精度的一部分, 特别是对锥 齿轮及蜗杆蜗轮副来说是一项极为重要的指标。与正 齿轮及斜齿齿轮相比, 锥齿轮及蜗轮的精度测试比较 困难。做为最后的精度确认方法, 轮齿接触的检查非 常重要。\\ 关于轮齿接触, JGMA1002-01（2003）标准中做有规定。\\ 在这个标准中, 齿轮的轮齿接触被分为A、B、C 三级。

**表8.4 轮齿接触的百分比**

^ 区分 ^ 齿轮类型 ^ 轮齿接触百分比 ^^
| ::: | ::: | 齿线方向 | 齿高方向 |
| A | 圆柱齿轮 | 70％以上 | 40％以上 |
| ::: | 锥齿轮 | 50％以上 | ::: |
| ::: | 蜗轮 | ::: | ::: |
| B | 圆柱齿轮 | 50％以上 | 30％以上 |
| ::: | 锥齿轮 | 35％以上 | ::: |
| ::: | 蜗轮 | ::: | ::: |
| C | 圆柱齿轮 | 35％以上 | 20％以上 |
| ::: | 锥齿轮 | 25％以上 | ::: |
| ::: | 蜗轮 | 20％以上 | ::: |

这里所示的轮齿接触百分比是相对各个齿轮的有效齿线及有效(工作) 齿高的指标。

=== 8.3.1 锥齿轮的轮齿接触 ===

制作锥齿轮时, 利用轮齿接触测试仪进行轮齿接触 及侧隙检查是必不可少的。通过这个检查, 可以判断 齿轮的综合性能。\\ 利用试验机检查轮齿接触的原理是: 首先在对齿轮 施加轻制动负荷的状态下使齿面接触, 此时的理想轮 齿接触如图8.2 所示, 齿宽中央部靠近小端。对于锥齿轮, 随负载增大, 齿接触面逐渐向齿宽中央移动。负载值达到锥齿轮使用时的全负载量, 轮齿接触面刚好在齿宽中央部附近时为最理想状态。

{{ :gear:techref:chapter8_center_near_small_end_contact.jpg?nolink | 图8.2 中央靠近小端接触 }}

**图8.2 中央靠近小端接触**

锥齿轮如图所示, 在加工阶段即使得到了理想的轮齿接触, 由于齿轮箱的加工精度不良, 齿轮的装配位置 不良等原因, 最终, 轮齿接触会无法达到理想状态。\\ 影响锥齿轮轮齿接触的原因, 可以考虑有如下三种\\ 误差:

(1)齿轮箱的偏心误差\\ (2)齿轮箱的轴角误差\\ (3)齿轮的装配距离误差

在以上三种误差中, (1)和 (2)的误差的情况下, 不重新 加工齿轮箱的话, 无法得到理想的轮齿接触。关于(3)的误差, 可以通过沿轴向移动齿轮(小齿轮)的调整,得到理想的轮齿接触。\\ 这三种误差, 虽然程度不同, 但都对侧隙产生很大的 影响。

== （１）齿轮箱的偏心误差 ==

如图8.3 所示, 齿轮箱有偏心误差时, 轮齿会出现交 叉接触。\\ 齿轮箱的偏心误差, 如同齿轮有齿线误差( 螺旋角误差) , 同样对轮齿接触产生影响。

{{ :gear:techref:chapter8_tooth_contact_in_gearboxes_with_eccentricity_error.jpg?nolink | 图8.3 齿轮箱有偏心误差时的轮齿接触 }}

**图8.3 齿轮箱有偏心误差时的轮齿接触**

== （2）齿轮箱的轴角误差 ==

如同8.4 所示, 齿轮箱的轴角误差有正误差时, 锥齿 轮的轮齿接触、小齿轮共同靠近小端。\\ 相反, 负误差时, 共同靠近大端。

{{ :gear:techref:chapter8_gear_tooth_contact_in_gearbox.jpg?nolink | 图8.4 齿轮箱有轴角误差时的轮齿接触 }}

**图8.4 齿轮箱有轴角误差时的轮齿接触**

== （3）齿轮的装配距离误差 ==

如图8.5 所示, 小齿轮在组装时出现正误差, 在齿高 方向, 小齿轮的齿接触变低, 大齿轮则出现高位接触。\\ 这是因为小齿轮装配距离出现正误差时, 与小齿轮的 压力角有正误差时产生同样影响。\\ 相反的, 小齿轮的装配距离出现负误差时, 小齿轮会 出现高位接触, 而大齿轮则为低位接触。与小齿轮的 压力角有负误差时, 带来同样效果。

装配距离的误差, 可以通过组装时的垫片调整等方法加以修正。

{{ :gear:techref:chapter8_tooth_contact_in_case_of_error.jpg?nolink | 图8.5 齿轮装配距离有误差时的轮齿接触 }}

**图8.5 齿轮装配距离有误差时的轮齿接触**

装配距离的误差对齿隙的大小也产生影响。误差正向增加时, 齿隙也随之变大。\\ 因为小齿轮的装配距离误差对轮齿接触的影响很大。所以, 对侧隙做微小调整时, 一般采用仅沿轴向调整大齿轮的方法。对侧隙做较大调整时, 应同时对大小齿轮沿轴向做调整, 避免对轮齿接触造成不良影响。

=== 8.3.2 蜗杆副的轮齿接触 ===

在日本国内, 还没有关于蜗杆蜗轮的精度标准。日本的工业标准中, 有关齿轮的轮齿接触的标准, 只有JGMA1002-01（2003）。\\ 因此, 关于蜗杆蜗轮的轮齿接触及齿隙的检查, 最一般的方法是使用轮齿接触测试仪。\\ 轮齿接触测试时, 理想的轮齿接触状况示意于图8.6中。

{{ :gear:techref:chapter8_ideal_gear_tooth_contact.jpg?nolink | 图8.6 理想的轮齿接触 }}

**图8.6 理想的轮齿接触**

图中所示的轮齿接触, 齿线方向的齿接触中心多少有些偏向出口侧, 以确保油膜形成时所必要的入口间隙。\\ 实际上, 即使能保证生产出理想的轮齿接触的蜗杆蜗轮, 由于齿轮箱的加工精度不够, 蜗杆的组装位置不良等, 仍然会造成轮齿的接触不良。\\ 影响蜗杆副轮齿接触的误差, 可以考虑有以下三种:

(1)齿轮箱的轴角误差\\ (2)齿轮箱的中心距离误差\\ (3)蜗轮的装配位置误差\\

其中, (1)和 (2)的误差无法调整, 只能重新加工齿轮箱。(3)的误差, 可以通过沿轴向移动蜗轮调整安装位置而 获得正确的轮齿接触。\\ 上述的三种误差, 虽然程度不同, 但都对齿隙产生很大影响。

== （1）齿轮箱的轴角误差 ==

如图8.7 所示, 齿轮箱有轴角误差时, 轮齿将出现交叉接触。\\ 交叉接触在齿轮有齿线方向误差时( 螺旋角误差)也同样发生。

{{ :gear:techref:chapter8_tooth_contact_in_gearboxes_with_shaft_angle_error.jpg?nolink | 图8.7 齿轮箱有轴角误差时的轮齿接触 }}

**图8.7 齿轮箱有轴角误差时的轮齿接触**

== （2）齿轮箱的中心距误差 ==

如图8.8 所示, 齿轮箱的中心距误差非常大时, 轮齿 也将出现交叉接触。\\ 产生这种误差时, 不仅仅是对齿轮的轮齿接触, 对齿隙的大小也将产生很大的影响。正侧误差时, 齿隙变大,有负侧误差时齿隙变小。\\ 负侧误差过大会造成无齿隙状态, 致使齿轮无法啮合。

{{ :gear:techref:chapter8_tooth_contact_in_gearboxes.jpg?nolink | 图8.8 齿轮箱有中心距误差时的轮齿接触 }}

**图8.8 齿轮箱有中心距误差时的轮齿接触**

== （3）蜗轮的安装位置误差 ==

如图8.9 所示, 蜗轮有安装位置误差时, 轮齿接触会向齿的端部移动, 齿接触的移动方向与蜗轮的安装位置误差的方向一致, 安装误差对齿隙产生很大影响,随 误差之增加, 齿隙减小。\\ 安装位置误差可以通过组装时的垫片调整加以修正。

{{ :gear:techref:chapter8_tooth_contact_of_worm_gears.jpg?nolink | 图8.9 蜗轮有安装位置误差时的轮齿接触 }}

**图8.9 蜗轮有安装位置误差时的轮齿接触**

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