齿轮加工误差的来源与分类详解

11.1.2.1　齿轮加工误差的来源

齿轮的加工方法很多，按齿廓形成原理可分为仿形法和展成法。仿形法可用成形铣刀在铣床上铣齿；展成法可用滚刀或插齿刀在滚齿机、插齿机上与齿坯作啮合滚切运动，加工出渐开线齿轮。齿轮通常采用展成法加工。

在各种齿轮加工方法中，齿轮的加工误差都来源于组成工艺系统的机床、夹具、刀具、齿坯等本身的误差及其安装、调整等误差。现以滚刀在滚齿机上加工齿轮为例（见图11.5），分析加工误差的主要原因。

图11.5　滚齿机加工齿轮

（1）几何偏心ej。

加工时，齿坯基准孔轴线O1与滚齿机工作台旋转轴线O不重合而发生偏心称为几何偏心，其偏心量为ej。几何偏心的存在使得齿轮在加工工程中，齿坯相对于滚刀的距离发生变化，切出的齿一边短而肥、一边瘦而长。当以齿轮基准孔定位进行测量时，在齿轮一转内产生周期性的齿圈径向跳动误差，同时齿距和齿厚也产生周期性变化。

有几何偏心的齿轮装在传动机构中之后，就会引起每转为周期的速比变化，产生时快时慢的现象。对于齿坯基准孔较大的齿轮，为了消除此偏心带来的加工误差，工艺上有时采用液性塑料可胀心轴来安装齿坯。设计上，为了避免由于几何偏心带来的径向误差，齿轮基准孔和轴的配合一般采用过渡配合或过盈量不大的过盈配合。

（2）运动偏心ek。

运动偏心是由于滚齿机分度蜗轮加工误差和分度蜗轮轴线O2与工作台旋转轴线O有安装偏心ek引起的。运动偏心的存在使齿坯相对于滚刀的转速不均匀，忽快忽慢，破坏了齿坯与刀具之间的正常滚切运动，而使被加工齿轮的齿廓在切线方向上产生了位置误差。这时，齿廓在径向位置上没有变化。这种偏心，一般称为运动偏心，又称为切向偏心。

（3）机床传动链的高频误差。

直齿轮在加工时，受分度传动链传动误差eω（主要是分度蜗杆的径向跳动和轴向窜动）的影响，蜗轮（齿坯）在一周范围内转速发生多次变化，加工出的齿轮产生齿距偏差和齿形误差。斜齿轮在加工时，除了分度传动链误差外，还受差动传动链传动误差的影响。

（4）滚刀的安装误差和加工误差。

滚刀的安装偏心ed使被加工齿轮产生径向误差。滚刀刀架导轨或齿坯轴线相对于工作台旋转轴线的倾斜及轴向窜动，使滚刀的进刀方向与轮齿的理论方向不一致，直接造成齿面沿轴向方向歪斜，产生齿向误差。

滚刀的加工误差主要指滚刀的径向跳动、轴向窜动和齿形角误差等，它们将使加工出来的齿轮产生基节偏差和齿形误差。

11.1.2.2　齿轮加工误差的分类

（1）齿轮误差按其表现特征可分为以下4类。

①齿廓误差：指加工出来的齿廓不是理论的渐开线。其原因主要有刀具本身的切削刃轮廓误差及齿形角误差、滚刀的轴向窜动和径向跳动、齿坯的径向跳动以及在每转一齿距角内转速不均等。

②齿距误差：指加工出来的齿廓相对于工件的旋转中心分布不均匀。其原因主要有齿坯安装偏心、机床分度蜗轮齿廓本身分布不均匀及其安装偏心等。(www.xing528.com)

③齿向误差：指加工后的齿面沿齿轮轴线方向的形状和位置误差。其原因主要有刀具进给运动的方向偏斜、齿坯安装偏斜等。

④齿厚误差：指加工出来的轮齿厚度相对于理论值在整个齿圈上不一致。其原因主要有刀具的铲形面相对于被加工齿轮中心的位置误差、刀具齿廓的分布不均匀等。

（2）齿轮误差按其方向特征可分为以下3类（见图11.6）。

图11.6　齿轮加工误差

1—径向误差；2—切向误差；3—轴向误差。

①径向误差：沿被加工齿轮直径方向（齿高方向）的误差。由切齿刀具与被加工齿轮之间径向距离的变化引起。

②切向误差：沿被加工齿轮圆周方向（齿厚方向）的误差，由切齿刀具与被加工齿轮之间分齿滚切运动误差引起。

③轴向误差：沿被加工齿轮轴线方向（齿向方向）的误差，由切齿刀具沿被加工齿轮轴线移动的误差引起。

（3）齿轮误差按其周期或频率特征可分为以下2类。

①长周期误差：在被加工齿轮转过一周的范围内，误差出现一次最大和最小值，如由偏心引起的误差。长周期误差也称低频误差。

②短周期误差：在被加工齿轮转过一周的范围内，误差曲线上的峰、谷多次出现，如由滚刀的径向跳动引起的误差。短周期误差也称高频误差。

当齿轮只有长周期误差时，其误差曲线如图11.7（a）所示，将产生运动不均匀，是影响齿轮运动准确性的主要误差；但在低速情况下，其传动还是比较平稳的。

当齿轮只有短周期误差时，其误差曲线如图11.7（b）所示，这种在齿轮一转中多次重复出现的高频误差将引起齿轮瞬时传动比的变化，使齿轮传动不平稳，在高速运转中，将产生冲击、振动和噪声。因而，对这类误差必须加以控制。

实际上，齿轮运动误差是一条复杂的周期函数曲线，如图11.7（c）所示，它既包含有长周期误差，也包含有短周期误差。

图11.7　齿轮的周期性误差

齿轮误差的存在会使齿轮的各设计参数发生变化，影响传动质量。为此，国家出台和实施了新标准：《渐开线圆柱齿轮精度第1部分：轮齿同侧齿面偏差的定义和允许值》（GB/T 10095.1—2001）和《渐开线圆柱齿轮精度第2部分：径向综合偏差与径向跳动的定义和允许值》（GB/T 10095.2—2001）。并把有关齿轮检测方法的说明和建议以指导性技术文件的形式，与GB/T 10095的第1部分和第2部分一起，组建了一个具有标准性和指导性的技术文件体系。