齿轮的装配技术

齿轮的装配技术

摘要：齿轮传动是各种机械中最常用的传动方式之一，可用来传递运动和动力，改变速度的大小或方向，还可把传动变为移动。齿轮传动在机床、汽车、拖拉机和其他机械中应用很广泛，其原因是具有以下特点：能保证一定的瞬时传动比，传动准确可靠，传递的功率和速度变化范围大，传动效率高，使用寿命长以及结构紧凑，体积小等，但也有一定缺点，如噪音大，传动不如带传动平稳，齿轮装配和制造要求高等。齿轮传动质量的好坏，与齿轮的制造和装配精度有着密切关系。研究齿轮的装配技术具有重要意义。

目 录

一、引言 …………………………………………………………………………………………………………… 2

二、齿轮的种类 …………………………………………………………………………………………………..2

（一）平行轴之齿轮 …………………………………………………………………………………………2

（二）直交轴之齿轮 …………………………………………………………………………………………2

（三）错交轴之齿轮 …………………………………………………………………………………………2

三、齿轮传动的基本要求…………………………………………………………………………………………2

（一）传递运动的准确性 …………………………………………………………………………………..2

（二）传动的平稳性 …………………………………………………………………………………………2

（三）载荷分布的均匀性 …………………………………………………………………………………..2

（四）传动侧隙的合理性………………………………………………………………………………………2

四、齿轮传动机构的精度要求 ………………………………………………………………………………..3

（一）齿轮的加工精度 ……………………………………………………………………………………...3

（二）齿轮的精度等级…………………………………………………………………………………………4

（三）齿轮副的接触精度 …………………………………………………………………………………..4

（四）齿轮副的侧隙 …………………………………………………………………………………………4

五、齿轮的装配与检查 ……………………………………………………………………………………….…5

（一）圆柱齿轮传动机构的装配………………………………………………………………………….…5

（二）锥齿轮传动机构的装配………………………………………………………………………………..5

（三）蜗杆传动机构的装配和差速器的装配 ………………………………………………………....5

六、齿轮传动的失效形式及措施………………………………………………………………………………..6

（一）齿轮折断……………………………………………………………………………………………………6

（二）齿面点蚀……………………………………………………………………………………………………7

（三）齿面磨粒磨损……………………………………………………………………………………………..7

（四）齿面胶合……………………………………………………………………………………………………7

（五）齿面塑性变形……………………………………………………………………………………………..7

七、影响齿轮传动效率因素……………………………………………………………………………………….7

八、结论………………………………………………………………………………………………………………….7

一、 引言

齿轮是现代机械传动中的重要组成部分。从国防机械到民用机械，从重工业机械到轻工业机械，无不广泛的采用齿轮传动。随着我国工农业生产和科学技术的飞跃发展，对于齿轮的需要显着增加。因此，齿轮的配合技术，便成为发展机械工业的一个重要环节。

二、齿轮的种类

（一）平行轴之齿轮

１、正齿轮（直齿轮）：齿筋平行于轴心之直线圆筒齿轮。

２、齿条：与正齿轮咬合之直线条状齿轮，可以说是齿轮之节距在大小变成无限大时之特殊情形。

３、内齿轮：与正齿轮咬合之直线圆筒内侧齿轮。

４、螺旋齿轮：齿筋成螺旋线之圆筒齿轮。

５、斜齿齿条：与螺旋齿轮咬合之直线状齿轮。

６、双螺旋齿轮：左右旋齿筋所形成之螺旋齿轮。

（二）直交轴之齿轮

１、直齿伞形齿轮：齿筋与节圆锥之母线（直线）一致之伞形齿轮。

２、弯齿伞形齿轮：齿筋为具有螺旋角之弯曲线的伞形齿轮。

３、零螺旋弯齿伞形齿轮：螺旋角为零之弯齿伞形齿轮。

（三）错交轴之齿轮

１、圆筒蜗轮齿轮：圆筒蜗轮齿轮为蜗杆及齿轮之总称。

２、错交螺旋齿轮:此为圆筒形螺旋齿轮，利用要错交轴（又称歪斜轴）间传动时称之。

３、其它之特殊齿轮：

面齿轮：为能与正齿轮或与螺旋齿轮咬合之圆盘形的面齿轮。 鼓形蜗轮齿轮：凹鼓形蜗杆及与此咬合之齿轮的总称。

戟齿轮：传达错交轴之圆锥状齿轮。形状类似弯齿伞形齿轮。

三、齿轮传动的基本要求

（一）传递运动的准确性

由齿轮啮合原理可知，在一对理论的渐开线齿轮传动过程中，两齿轮之间的传动比

是确定的，这时传递运动是准确的。但由于不可避免地存在着齿轮的加工误差和齿轮副的装配误差，使两轮的传动比发生变化。从而影响了传递运动的准确性，具体情况是，在从动轮转动360°的过程中，两轮之间的传动比成一个周期性的变化，其转角往往不同于理论转角，即发生了转角误差，而导致传动运动的不准确，这种转角误差会影响产品的使用性能，必须加以限制。

（二）传动的平稳性

齿轮传动过程中发生冲击、噪音和振动等现象，影响齿轮传动的平稳性，关系到机器的工作性能、能量消耗和使用寿命以及工作环境等。因此，根据机器不同的使用情况，提出相应的齿轮传动平稳性要求，产生齿轮传动不平稳的原因，主要是由于传动过程中传动比发生高频地瞬时突变的结果。在从动齿轮转一转的过程中，引起传递不准确的传动比变化只有一个周期，而引起传动不平稳的传动比变化有许多周期，两者是不同的，实际上在齿轮传动过程中，上述两种传动比的变化同时存在。

（三）载荷分布的均匀性

两齿轮相互啮合的齿面，在传动过程中接触情况如何，将影响到被传递的载荷是否能均匀的分布在齿面上，这关系到齿轮的承载能力，也影响到齿面的磨损情况和使用寿命。

（四）传动侧隙的合理性

传动侧隙是指齿轮传递过程中，一对齿轮在非工作齿面间所形成的齿侧间隙。不同用途的齿轮，对传动侧隙的要求不同，因此，应合理的确定其数值，一般传递动力和传递速度的齿轮副，其侧隙应稍大，其作用是提供正常的润滑所必须的储油间隙，以及补偿传动时产生的弹性变形和热变形，对于需要经常正转或者反转的传动齿轮副，其传动侧隙应小些，以免在变换转向时产生空程和冲击。

四、齿轮传动机构的精度要求

（一）齿轮的加工精度

齿轮加工时，由于种种原因，使加工出来的齿轮总是存在不同程度的误差。制造误差大了，精度就低，它将直接影响齿轮传动的运转质量和承载能力；而精度要求过高，将给加工带来困难。根据齿轮使用的要求，对齿轮制造精度提出下面四方面的要求：

1、 运动精度，运动精度决定齿轮在转动一周范围内转角的全部误差数值，要求齿齿轮传动时有正确的传动比。

2、 工作平稳性，工作平稳性决定齿轮在转动一周内转角误差值中多次重复的数值。齿轮在转过一个很小的角度时（例如一个齿），它的转速也是忽快忽慢的，即也存在着理论转角和实际转角之差。这种转角差，在齿轮旋转一周中，变化的次数非常频繁，多次周期性的出现，因而引起冲击、振动和噪声，使齿轮传动不平稳。简言之，运动精度是指齿轮在转动一周中的最大转角误差，而工作平稳性则是指瞬时的传动变化，两者是有区别的。

3、 接触精度，接触精度决定齿轮传动中啮合齿面接触半点的比例大小。齿面接触是否良好

直接影响齿轮的承载能力和齿轮工作的寿命。

4、 齿侧间隙，在齿轮传动中，相互啮合的一对齿轮在非工作齿面留出的一定间隙称为尺侧间隙。齿侧间隙不是一项精度指标，而是需要按齿轮工作条件的不同，确定不同的齿侧间隙。齿侧间隙的作用是使润滑油流通、补偿齿轮制造和装配误差、防止因受热膨胀或受力变形而使齿轮运转时咬住。对于侧隙的要求按使用场合的不同来区分：仪器中读数齿轮的侧隙一般为零值；经常正反转、转数不高的齿轮侧隙可小些；一般传动齿轮采用标准侧隙；高速高温传动齿轮的侧隙可较大些。

（二）齿轮的精度等级 对齿轮及齿轮副规定13个精度等级，其中0级精度最高，其余各级精度依次降低，12级精度最低。齿轮副中两个齿轮的精度等级一般相同。若齿轮副中两个齿轮的精度等级不同，则按其精度较低者确定齿轮副的精度等级。3～5级属于精密级；6～8级属于中精度级，常用于机床中；9～12级为低精度等级。 齿轮的传动精度，按照要限制的各项公差和极限偏差，可分为三个公差组。第Ⅰ组为运动精度，影响传递运动的准确性，用限制齿圈径向圆跳动公差、公法线长度变动公差等来保证；第Ⅱ组为工作平稳性精度，影响传递运动的平稳性、噪声和振动，一般用限制齿距和基节极限偏差以及切向和径向综合公差来保证；第Ⅲ组为接触精度，影响齿面载荷分布的均匀性，一般用限制齿向公差、接触线公差等来保证。这三个组的精度标准指标，按使用要求的不同，允许采用相同的精度等级，也允许采用不同的精度等级。

（三）齿轮副的接触精度

它是用齿轮副的接触斑点和接触位置来评定的，所谓接触斑点就是装配好的齿轮副，在轻微的制动下运转后齿面上分布的接触擦亮痕迹。接触痕迹的大小是在齿面展开图上用百分表来计算的。接触斑点的分布位置应趋近齿面中部，齿顶和两端部棱边处不允许接触。

（四）齿轮副的侧隙 装配好的齿轮副，若固定其中一个齿轮，另一个齿轮能转过的节圆弧长的最大值，称为圆周侧隙。齿轮副的侧隙要求应根据工作条件，用最大极限侧隙与最小极限侧隙来规定。侧隙要求是通过选择适当的中心距偏差、齿厚极限偏差（或公法线平均长度偏差）等来保证。

五、 齿轮的装配与检查

（一）圆柱齿轮传动机构的装配

装配圆柱齿轮传动机构，一般可按下述顺序进行：把齿轮装在轴上；把齿轮轴部件装入箱体中。

1、齿轮与轴的装配。齿轮是装在轴上工作的，轴安装齿轮的部位应光洁并符合图样要求。齿轮在轴上可以空转、滑移或固定连接。在轴上空转或滑移的齿轮，与轴为间隙配合，装配后的精度主要取决于零件本身的加工精度。这类齿轮的装配比较方便，装配后，齿轮在轴上不得有晃动现象。在轴上固定的齿轮，通常与轴为过渡配合或少量过盈配合，装配时需加一定外力。压装时，要避免齿轮歪斜和产生变形等。若配合的过盈量较小，可用手工工具敲击压装，过盈量较大的，可用压力机压装或采用热装法进行装配。

将齿轮安装在轴上，常见的误差是齿轮的偏心、歪斜和丢安眠未贴紧轴肩。精度要求高的齿轮传动机构，在压装后需要检查。检查其径向圆跳动和端面圆跳动误差。径向圆跳动误差的检查方法。将齿轮轴支持在V形架或两顶尖上，使轴与平板平行，把圆柱规放在齿轮的轮齿间，将百分表测量头抵在圆柱规上，从百分表上得出一个读数。然后转动齿轮，每隔3～4个齿重复进行测量，测得百分表最大读数与最小读数之差，就是齿轮分度圆上的径向圆跳动误差。

端面圆跳动误差的检查方法，用顶尖将轴颈在中间，使百分表测量头抵在齿轮端面上，在齿轮

轴旋转一周范围内，百分表的最大读数与最小读书之差即为齿轮端面圆跳动误差。

这里还要指出，安装在非剖分式箱体内的传动齿轮，将齿轮先装在轴上后，不能安装进箱体中时，齿轮与轴的装配是在装入箱体的过程中同时进行的。齿轮与轴为锥面配合时，常用语定心精度较高的场合。装配前，用涂色法检查内外锥面的接触情况，贴合端面圆跳动误差的检查方法，用顶尖将轴颈在中间，使百分表测量头抵在齿轮端面上，在齿轮轴旋转一周范围内，百分表的最大读数与最小读书之差即为齿轮端面圆跳动误差。

这里还要指出，安装在非剖分式箱体内的传动齿轮，将齿轮先装在轴上后，不能安装进箱体中时，齿轮与轴的装配是在装入箱体的过程中同时进行的。齿轮与轴为锥面配合时，常用语定心精度较高的场合。装配前，用涂色法检查内外锥面的接触情况，贴合面不良的可用三角刮刀进行修正，装配后，轴端与齿轮端面应有一定的间隙。

2、将齿轮轴部件装入箱体。这是一个极为重要的工序，装配方法应根据轴在箱体中的结构特点而定。为了保证质量，装配前应检验箱体的主要部件是否达到规定的技术要求。检验内容主要有：孔和平面的尺寸精度及几何形状精度；孔和平面的表面粗糙度及外观质量；孔和平面的表面粗糙度及外观质量；孔和平面的相互位置精度。前两项检验比较简单，这里就孔和平面的相互位置精度检验方法介绍如下：

同轴线孔的同轴度误差的检验。在成批生产中，用专用检验心轴检验，若心轴能自由地推入几个孔中，表明孔的同轴度误差在规定范围之内。对精度要求不高的孔，为减少专用检验心轴数量，可用几副不同外径的检验套配合检验。若要确定同轴度误差值，可用检验心轴及百分表，在两孔中装入专用套，将心轴插入套中，再将百分表固定在心轴上，转动心轴即可测出同轴度误差值。

（二）锥齿轮传动机构的装配

1、锥齿轮轴向位置确定：准确确定两锥齿轮在轴上的轴向位置，必须使两齿轮分度圆锥相切，两锥顶重合。

2锥齿轮啮合质量检查与直齿轮基本相同。

（三）蜗杆传动机构的装配和差速器的装配

1、对涡轮蜗杆传动的技术要求：

（１）涡杆中心线与涡轮中心线相互垂直。

（２）蜗杆轴线应在涡轮轮齿的对称中心面内。

（３）蜗杆与涡轮间的中心距要准确。

（４）有适当的齿侧间隙。

（５）有正确的接触斑点。

２、蜗杆传动机构的装配过程

蜗杆传动机构的装配工艺过程配顺序，应根据具体结构而定。一般是先装涡轮，但也有先装蜗杆，后装涡轮的。一般情况下，按下列顺序进行：

（１）组合式涡轮，应先将齿轮圈压装在轮毂上，压装方法与过盈装配相同，并用螺钉加以紧固。

（２）将涡轮装在轴上，其装配与检验方法与装配圆柱齿轮相同。

（３）把涡轮轴组件装入箱体，然后再装入蜗杆，因蜗杆轴的位置已由箱体孔决定，要使蜗杆轴线位于涡轮轮齿的对称中心面内，只能通过改变调整垫片厚度的方法，调整涡轮的轴向位置

３、蜗杆传动机构装配质量的检验

（1）箱体孔中心距的检验,测量时，将两根检验心轴分别插入箱体，装配涡轮轴和蜗杆的孔中，用三支千斤顶将箱体支撑在平板上。调整千斤顶，使其中一根心轴与平板平面平行后，再分别测量出两心轴至平板平面的距离，最后根据测出两轴线之间的中心距。

（2）箱体孔轴心线之间垂直度检验。检验时，先将心轴1、2分别插入箱体上涡轮轴和蜗杆的安装孔中，在心轴1上的一端套上装有百分表的支架，并用螺钉紧固。百分表测量头抵住心轴2，旋转心轴1，百分表在心轴2上L长度范围内的读数差，即为两轴线在L长度内的垂直度误差。

４、蜗杆传动机构啮合质量的检验

（1）百分表法：直接测量法和测量杆的测量法。

（2）涡轮接触斑点法：将红丹粉涂在蜗杆上，轻轻转动。

（3）检查运转的灵活性，手转动蜗杆时，是否松紧一致，是否有咬住现象等。

5、差速器的装配要求：

（1）、装配场所与器具及劳保用品不得有影响装配质量的污染。

（2）、装配时不得用钢锤直接敲打零件。

（3 )、文明装配，轻拿轻放，尤其是配合表面不得有磕碰伤痕和毛刺。

( 4 )、齿轮与十字轴、壳体及垫片之间配合部位应以机油润滑。

( 5 )、差速器左右壳必须有相同的组合件序号，且印记必须对准。

( 6 )、总成装配后用带花键的轴转动半轴齿轮时应很轻便，无卡住现象。

( 7 )、装配后的差速器总成应完全浸入润滑油中，使齿轮在工作中处于完全的润滑状态。

六、齿轮传动的失效形式及措施

（一）齿轮折断 危害：当齿根弯曲应力过大，突然过载、冲击载荷等易产生折断

措施：1、增大齿根过渡曲线半径

2、降低表面粗糙度值，减轻加工损伤，采用表面强化处理

3、增大轴及轴承的刚度，使接触表面受力均匀。

（二）齿面点蚀

危害：接触应力多次作用后，靠近界限的齿根面处表面层会出现若干微小的裂纹，润滑油被挤进裂纹中产生高压，使裂纹进一步扩展，在载荷作用下最终导致表层金属呈小片状脱落，在零件表面留下微小的凹坑。

措施：1、提高齿面硬度和降低表面粗糙值

2、在许用范围内采用大的变位系数和，以增大综合曲率半径

3、采用粘度较高的润滑油

4、减小动载荷

（三）齿面磨粒磨损 危害：磨损后，正确齿形遭到破坏，齿厚减薄，最后导致轮齿因强度不足而折断。

措施：1、提高齿面硬度

2、降低表面粗糙度值

3、降低滑动系数

4、注意润滑油的清洁和定期更换等

5、采用闭式传动

6、对于开式传动，应特别注意清洁，减小磨粒侵入

（四）齿面胶合 危害：在高速、正在传动中，高温、高压使两接触面熔黏在一起而产生的。

措施：1、采用角度变位齿轮传动

2、减小模数和齿高以降低滑动速度

3、采用极压润滑油

4、选用抗胶合性能好的齿轮副材料

5、材料相同时，使大、小齿轮保持适当硬度差

6、提高齿面硬度和降低表面粗糙度值等

（五）齿面塑性变形 危害：齿面较软的轮齿，重载时可能在摩擦力作用下产生齿面塑性流动，从而破坏正确的齿面啮合。

措施：1、适当齿面硬度

2、采用粘度较大的润滑油

七、影响齿轮传动效率因素

１、啮合中的摩擦损失

２、润滑油被搅动的油阻损失

３、轴承中的摩擦损失

八、结论

随着科学技术和制造业的发展，许多机器和设备所需的动力速度愈来愈大，因而对齿轮的精度要求也将越来越高。齿轮传动的装配是机器安装与检修时比较重要且要求较高的工作，装配良好的齿轮传动，噪声小，振动小，使用寿命长。所以，研究齿轮的配合技术对工业领域具有重大意义。