第八章 齿轮.docx

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第八章齿轮

第八章齿轮

（一）

教学目标

（一）能力目标

1.会选择齿轮的类型

2.能根据齿轮的参数计算其几何尺寸

（二）知识目标

1.了解齿轮传动的类型、特点及应用

2.理解渐开线的形成及特性

3.掌握渐开线齿轮的基本参数及几何尺寸的计算

教学内容

1.齿轮机构的特点及类型

    2.渐开线齿轮的齿廓及传动比

    3.渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸的计算

教学的重点与难点

重点：

渐开线齿轮的基本参数及几何尺寸的计算。

难点：

渐开线的形成及特性。

教学方法与手段

采用多媒体教学（加动画演示），结合教具，提高学生的学习兴趣。

一、齿轮传动的特点及基本类型

1、齿轮传动的特点

2、齿轮传动的类型

齿轮传动的类型很多，按照齿轮轴线间相互位置、齿向和啮合情况，齿轮传动可分为如下图。

齿轮传动最基本的要求是传动平稳、传动比保持恒定不变，同时要使传动负载能力大，重量轻，结构尺寸合理。

二、渐开线齿轮的齿廓及传动比

1、渐开线的形成

2、渐开线的性质

3、渐开线方程

4、渐开线齿廓的啮合特点

。

1、四线合一

啮合线、公法线、两基圆的内公切线、正压力的作用线——四线合一。

2、渐开线齿廓啮合具有可分性。

3、渐开线齿廓啮合的啮合角不变

4、齿面的滑动

三、渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸的计算

1、齿轮各部分的名称和符号

齿顶圆：

连接各轮齿齿顶的圆，其直径用da表示。

齿槽：

相邻两齿之间的空间。

齿根圆：

过齿槽底部连成的圆，其直径用df表示。

齿厚：

任意直径dk的圆周上，轮齿两侧齿廓之间的弧长，用sk表示；

齿槽宽：

齿槽两侧齿廓之间的弧长，用

表示；

齿距：

相邻两齿同侧齿廓之间的弧长，用pk表示。

显然，pk＝sk+ek。

在直径为dk的圆周长为pkz，同时又等于πdk，即

或

=

m=

2、标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸的计算

齿顶高

齿根高

全齿高

式中

齿顶高系数。

正常齿，

；短齿，

；

顶隙系数。

正常齿，

；短齿

。

小结：

1、齿轮传动的类型、特点及应用。

2、渐开线的形成及特性。

3、渐开线齿轮的基本参数及几何尺寸的计算。

作业与思考：

1、渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数有哪几个？

哪些是有标准的，其标准值为多少？

为什么这些参数为基本参数？

2、一个渐开线齿轮任意圆上的模数是否都一样？

通常我们说齿轮的模数指的是什么？

3、齿距、法向齿距和基圆齿距是怎样定义的？

它们之间有什么关系？

4、渐开线的形状取决于什么？

若两个渐开线齿轮的模数和齿数分别相等，但压力角不同，它们齿廓渐开线形状是否相同？

5、试准确叙述分度圆和标准齿轮的定义。

齿轮啮合

（二）

教学目标

（一）能力目标

1.能判断一对齿轮是否正确啮合及传动是否连续

2.熟悉渐开线齿轮的切齿方法

（二）知识目标

1.理解直齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件及连续传动条件

2.掌握直齿轮不产生根切的最小齿数

教学内容

1.渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动

    2.渐开线标准齿轮的切齿原理

    3.渐开线齿廓的根切与标准外啮合齿轮的最小齿数

    4.变位齿轮传动

教学的重点与难点

重点：

直齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件及连续传动条件。

难点：

实际啮合线段、理论啮合线段的绘制。

教学方法与手段

采用多媒体教学（加动画演示），讲授时联系实际。

一、渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动

1、渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件

1）两齿轮的模数必须相等

2）两齿轮分度圆上的压力角必须相等

即，

根据正确啮合条件，传动比可改写成

2、渐开线齿轮传动的重合度

重合度：

B1B2与Pb的比值，用ε表示

ε＝B1B2／Pb

故连续传动条件为

ε＝B1B2／Pb≥1

3、渐开线齿轮的无侧隙啮合

1、外啮合传动

1）标准安装

（能实现无侧隙啮合）

标准中心距：

顶隙

→标准值

常数

2）非标准安装

2、齿轮齿条啮合

二、渐开线齿轮的加工方法

齿轮的切齿方法就其原理来说可概括为仿形法和展成法两种。

1、仿形法

2、展成法

（1）齿轮插刀 是一个齿廓为刀刃的外齿轮；

（2）齿条插刀 是一个齿廓为刀刃的齿条

（3）齿轮滚刀 像梯形螺纹的螺杆，轴向剖面齿廓为精确的直线齿廓，滚刀转动时相当于齿条在移动。

可以实现连续加工，生产率高。

三、渐开线齿廓的根切与标准外啮合齿轮的最小齿数

1、根切现象

2、最小齿数

四、变位齿轮传动

1、变位齿轮

变位齿轮：

在不改变被切齿轮齿数的情况下，改变刀具与轮呸的相对位置而达到不产生根切时切制的齿轮。

2、最小变位系数

当α＝200，ha＝1时，xmin＝（17－z）／17

X－变位系数，x>0正变位；x<0负变位；x=0零变位。

3、变位齿轮的几何尺寸和传动的类型

1、变位齿轮的几何尺寸

变位齿轮的几何尺寸计算见表10.7。

2、变位齿轮传动的类型

（1）零传动

若一对齿轮的变位系数之和为零（x1＋x2=0），称零传动。

（2）正传动

若一对齿轮的变位系数之和大于零（x1＋x2＞0），称正传动。

z1+z2＜2zmin

适用于实际中心距大于标准中心距的情况，即a′＞a。

（3）负传动

若一对齿轮的变位系数之和小于零（x1＋x2＜0＝，称负传动。

z1+z2>2zmin

齿轮（三）

教学目标

（一）能力目标

1.能根据工作条件判断齿轮传动的失效形式及建立设计准则，并进行设计计算

2.会选择合适的齿轮材料

（二）知识目标

1.熟悉齿轮传动的失效形式及建立设计准则

2.掌握齿轮传动的受力分析及强度计算

教学内容

1.齿轮传动的失效形式及计算准则

    2.齿轮材料及热处理

    3.直齿圆柱齿轮传动的强度计算

    4.渐开线标准斜齿圆柱齿轮传动

教学的重点与难点

重点：

齿轮传动的强度计算。

难点：

齿轮传动的受力分析。

教学方法与手段

采用多媒体教学，结合实际，提高学生的学习兴趣。

一、齿轮传动的失效形式和设计准则

齿轮传动：

开式传动、闭式传动、半开式传动

1、齿轮传动的失效形式

1、轮齿折断

1）疲劳折断轮齿是受一脉冲交变应力，在轮齿根部的过渡圆角处发生疲劳裂纹而发生折断。

2）过载折断短时过载或强烈冲击。

2、疲劳点蚀

3、胶合

避免措施：

采用有添加剂的抗胶合润滑油；提高齿面硬度和降低粗糙度；

4、齿面磨粒磨损

5、齿面塑性变形

2、计算准则

1．开式齿轮传动

主要失效形式齿面磨损，当磨损量过大，产生轮齿折断。

设计准则：

按齿根弯曲强度计算。

2．软齿面闭式齿轮传动

主要实效形式是齿面点蚀，点蚀又与齿面接触强度有关。

设计准则：

按齿面接触强度计算，并验算齿根弯曲强度。

3．硬齿面闭式齿轮或铸铁齿轮传动

主要失效形式是轮齿折断。

设计准则：

按齿根弯曲强度计算，并验算齿面接触强度。

二、齿轮的常用材料及许用应力

1、齿轮材料的基本要求

材料要求：

齿面硬，齿芯韧、良好的加工工艺性及热处理性能。

2、齿轮的常用材料及热处理

1、锻钢

是制造齿轮的主要材料，一般采用含碳量为0.1%—0.6%的碳素钢或合金钢。

按轮齿表面硬度要求又可分为：

HBS≤350和HBS>350两类。

2、铸钢

通常用于尺寸较大（一般d>400～600㎜）、轮坯不宜锻出的齿轮。

3、铸铁

一般用于尺寸较大而低速的齿轮，并多采用优质铸铁（如灰铁HT300、球铁QT450—5等）铸造。

4、非金属材料

常用的热处理工艺有：

调质、正火（软齿面）；表面淬火、渗碳淬火、渗氮（硬齿面）

3、许用应力

许用接触力

H按下式计算

许用弯曲应力

可按下式计算

三、渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算

1、轮齿的受力分析

法向压力：

齿轮啮合传动时，若忽略轮齿间的摩擦，则轮齿间存在着沿着法线方向的作用力，称为法向压力，用Fn表示，又称名义载荷。

2、计算载荷

3、齿根弯曲疲劳强度计算

轮齿的弯曲强度校核公式为

将齿宽系数

代入上式，得弯曲强度的设计公式为

（

4、齿面接触疲劳强度计算

四、平行轴斜齿圆柱齿轮传动

1、齿廓曲面的形成及啮合特点

2、斜齿圆柱齿轮传动几何尺寸的计算

3、斜齿圆柱齿轮正确啮合条件和重合度

4、当量齿数

zv=z/cos3β

5、斜齿圆柱齿轮的强度计算

1、轮齿的受力分析

力的大小：

力的方向：