第07章-齿轮传动.ppt

1、,第七章 齿轮传动,第七章 齿轮传动,1 概述2 齿廓啮合基本定律3 渐开线齿廓曲线4 渐开线齿轮各部分的名称、符号和几何尺寸的计算 5 渐开线直齿圆柱齿轮传动6 渐开线齿廓的切制原理、根切和最少齿数,7 变位齿轮8 齿轮材料和强度计算准则9 斜齿圆柱齿轮传动10 圆锥齿轮传动11 蜗杆传动12 轮系13 齿轮传动链的设计,主要用途：1）传递任意两轴之间的运动和转矩（平行，相交，交错）2）变换运动方式3）变速,第一节 概述,传动比恒定，结构紧凑。传递较大的功率（力）。传动效率高、寿命长。制造，安装成本高。吸振性差。,特点,平面齿轮传动（轴线平行）,外齿轮传动,内齿轮传动,齿轮齿条,直齿,斜齿,

2、人字齿,圆柱齿轮,非圆柱齿轮,空间齿轮传动（轴线不平行）,按相对运动分,按齿廓曲线分,直齿,斜齿,曲线齿,圆锥齿轮,两轴相交,两轴交错,蜗轮蜗杆传动,螺旋齿轮,准双曲面齿轮,渐开线齿轮,圆弧齿轮摆线齿轮抛物线齿轮,按速度高低分:,按传动比分:,按封闭形式分：,齿轮传动的类型,高速、中速、低速齿轮传动。,定传动比、变传动比齿轮传动。,开式齿轮传动、闭式齿轮传动。,球齿轮,分类,对齿轮传动的基本要求之一是其瞬时传动比保持恒定。要保证瞬时传动比恒定不变，则齿轮的齿廓必须符合一定的条件。本节研究这种条件，即齿廓啮合基本定律。,第二节 齿廓啮合基本定律,图中部分符号说明C1、C2-齿廓1，2VK1、VK

3、2-C1,C2在K点的线速度VK2K1-两齿廓接触点的相对速度K-两齿廓接触点；P-节点N1N2-两齿廓在K点处公法线 要使一对齿廓能连续接触传动，VK1、VK2 在公法线NN上的分速度应相等。,图8-2,第二节 齿廓啮合基本定律,不论两齿廓在任何位置接触，过接触点（啮合点）的公法线必须与两齿轮的连心线交于一定点（图中P点）。凡满足上述定律而互相啮合的一对齿廓，称为共轭齿廓。目前常用的齿廓曲线有渐开线、摆线、修正摆线等。本章主要介绍渐开线齿廓（容易制造、便于安装、互换性好。）,齿廓啮合基本定律,抛物线齿轮传动,摆线齿轮传动(用于钟表),一、渐开线的形成及其性质 渐开线的生成 直线沿圆周做无滑滚

4、动，直线上任一点的轨迹称为渐开线。,图8-3,发生线,基圆,渐开线,k展角,第三节 渐开线齿廓曲线,渐开线的性质1、2、NK 是渐开线在K点的法线，与基圆相切。3、N为渐开线上K点的曲率中心，为曲率半径。4、渐开线的形状取决于基圆的大小。5、基圆内无渐开线。,一、渐开线的形成及其性质,压力角,二、渐开线方程式,1、渐开线齿廓能保证瞬时传动比恒定2、节圆以O1、O2为圆心，以、为半径的圆。节圆是在一对齿轮啮合时才存在的。节圆半径r,三、渐开线齿廓满足齿廓啮合基本定律,齿顶圆（da）齿根圆（df）齿厚(sk)齿槽宽(ek)齿 距（pk）分度圆（d）s=e齿 数（z）模 数（m=p/，mm）分度圆压

5、力角（）齿顶高(ha)齿根高(hf)齿宽（b）,一、齿轮各部分的名称和符号,分度圆是计算齿轮各部分尺寸的基准圆，具有标准模数和压力角。,第四节 渐开线齿轮的基本参数,齿轮（教材 表）齿条 齿数无穷多的齿轮，一种特殊形式,主要特点：齿廓为直线 齿廓上各点速度大小方向一致,齿廓上各点压力角相同，等于齿廓的倾斜角 齿廓上各点齿距相同,二、标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算,任意圆齿厚：式中 任意圆上压力角：,计算齿顶圆、节圆和基圆上的齿厚时，只要把式中的ri和i进行相应的替换即可。,三、渐开线圆柱齿轮任意圆上的齿厚,开始啮合点从动轮齿顶圆与啮合线交点B1终止啮合点主动轮齿顶圆与啮合线交点B2B1B2实际啮

6、合线 实际啮合线不能超过极限点N1和N2。N1N2理论啮合线啮合角,一、啮合过程分析,第五节 渐开线直齿圆柱齿轮传动,1 本质条件：两齿轮的法向齿距应相等。注：法向齿距相邻两齿同侧齿廓之间的垂直距离。基节基圆齿距。pb1pb22 推演条件：m1cos1=m2cos23 结论：两齿轮分度圆上的模数和压力角必须分别相等。（渐开线齿轮互换的必要条件）m1=m2=m 1=2=,二、正确啮合条件,1.正确安装：两轮分度圆相切，节圆与分度圆重合。=。1)标准中心距 a=r1+r2=m(z1+z2)/22)正确安装时无齿侧间隙,三、正确安装和可分性,2.可分性：渐开线齿轮的角速度与两轮的基圆半径成反比，当两

7、齿轮制成后，基圆半径不变，所以中心距改变后传动比不变。,三、正确安装和可分性,1、实际啮合线 理论啮合线 啮 合 弧2、重叠系数（重合度）：啮合弧与齿距之比。一对齿轮连续啮合的条件：考虑制造与安装误差，应,四、连续传动条件,3、正确安装的标准齿轮传动 与模数m无关，随齿数z1、z2以及 的而。4、物理意义 实际啮合线 取,实际啮合线C1C2区段是单齿啮合区，B1C2和C1B2区段是双齿啮合区。重合度越大，双齿啮合区越长。,四、连续传动条件,一、齿廓切制原理仿形法 使用与被切齿轮齿槽形状相同的刀具加工齿轮。精度低，效率低，成本低。,第六节 渐开线直齿廓的切制原理,一、齿廓切制原理 范成法 利用一

8、对齿轮互相啮合传动时，两轮的齿廓互为包络加工齿轮。1、插齿 一把刀具可加工各种齿数齿轮；确保被加工齿轮有相同的模数和压力角；可加工内齿轮；效率偏低。,第六节 渐开线直齿廓的切制原理,一、齿廓切制原理范成法 2、滚齿 一把刀具可加工各种齿数齿轮；确保被加工齿轮有相同的模数和压力角；切削主运动为连续旋转运动，效率较高。,第六节 渐开线直齿廓的切制原理,二、齿廓根切现象 用范成法加工齿轮时，当刀具的齿顶线与啮合线的交点超过被切齿轮的极限啮合点N时，刀具的齿顶将把被切齿轮的渐开线齿廓切去一部分，称为根切现象。,第六节 渐开线直齿廓的切制原理,三、最少齿数 极限点N1和B2点重合时是不发生根切的极限情况

9、。即 设zmin为不发生根切的最小齿数，有 所以有,对20的标准齿轮，正常齿，=1，zmin=17；短齿，=0.8，zmin=14。,第六节 渐开线直齿廓的切制原理,一、变位齿轮及其特点1、用改变刀具与轮坯的相对位置来切制的齿轮称为变位齿轮。以切制标准齿轮位置为基准，刀具所移动的距离xm称为移距或变位，x 称为移距或变位系数。刀具远离移出xm称为 正变位，x为正值。刀具靠近移入xm称为 负变位，x为负值(此时，齿轮的齿数一定要大于最 少齿数，否则根切）。,第七节 变位齿轮,一、采用变位齿轮的原因减小产生根切的最少齿数；凑中心距；aa，齿侧隙增大，重叠系数减小，传动不平稳。加强（小）齿轮强度。相

10、同材料的标准齿轮传动中，小齿轮的齿廓曲率半径较小，齿根的厚度较薄，且啮合次数较多，故轮齿强度较弱，磨损较严重，易损坏。,第七节 变位齿轮,二、变位齿轮及其特点（续）2、特点 可以利用变位的方法改变渐开线曲率半径，达到改善齿轮传动质量的目的。标准齿轮s=e，正变位se，负变位se 正变位齿根高减小，齿顶高增大。负变位反之。正变位齿根变厚，负变位反之。,第七节 变位齿轮,三、最小变位系数（略）为避免根切，刀具正变位，刀具的齿顶线不超过极限啮合点N，即 推导出,四、变位齿轮传动几何尺寸的计算（表8-5）,第七节 变位齿轮,五、变位齿轮传动的类型高度变位齿轮传动：x1=-x20，x1+x2=0 一般小

11、齿轮正变位，大齿轮负变位。特点：=,a=a,两齿轮分度圆与节圆重合 齿顶高和齿根高非标准值，全齿高标准。优点：可 z小 zmin，从而使整个结构尺寸减小。小齿轮齿根加厚，强度增加。中心距仍为标准中心距，可成对替换标准齿轮。缺点：必须成对设计、制造和使用，无互换性。小齿轮齿顶变尖。重叠系数略有减小。,第七节 变位齿轮,五、变位齿轮传动的类型(续)角度变位齿轮传动：x1+x20 正传动：x1+x20特点：,aa,节圆大于分度圆 齿轮的齿顶高和齿根高已非标准值，全齿高略有降低。优点：两齿轮均可采用正变位，增强轮齿。z1+z2可以小于2倍zmin，结构可更紧凑。中心距大于标准中心距。缺点：必须成对设计

12、、制造和使用。轮齿顶变尖。重叠系数减小。,第七节 变位齿轮,五、变位齿轮传动的类型(续)角度变位齿轮传动：负传动：x1+x20特点：,aa,节圆小于分度圆，重合度略有增大。齿轮的齿顶高和齿根高已非标准值，全齿高略有降低。优点：中心距小于标准中心距。较少使用，仅在凑中心距时采用。缺点：必须成对设计、制造和使用。一对齿轮的齿数条件比z1+z234更为苛刻。例题8-1,第七节 变位齿轮,不同类型变位齿轮传动的比较,第七节 变位齿轮,一、斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成及其啮合特点,1、直齿轮啮合特点：沿齿宽同时进入或退出啮合。突然加载或卸载，运动平稳性差，冲击、振动和噪音大。,接触线,第八节 斜齿圆柱齿轮

13、传动,2、斜齿轮齿廓形成:斜直线KK的轨迹斜齿轮的齿 廓曲面,b 基圆柱上的螺旋角 啮合特点：接触线长度的变化：短 长 短 加载、卸载过程是逐渐进行的。优点：传动平稳、冲击、振动和噪音较小，适宜高速、重载传动。,接触线,一、斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成及其啮合特点,基本参数 端面：垂至于轴线的平面，其参数以t为下标。法面：与螺旋线垂直的平面，其参数以n为下标。螺旋角：分度圆柱上的螺旋角。齿距和模数,二、斜齿圆柱齿轮基本参数和几何尺寸计算,基本参数3.压力角端面齿顶高系数和端面顶隙系数无论在端面和法面，轮齿的齿顶高相同，顶隙也相同。斜齿轮的标准参数在法面,端面,法面,二、斜齿圆柱齿轮基本参数和几何

14、尺寸计算,几何尺寸计算（参见教材 表）说明：1、国标(GB)参数为法面参数2、一般端面参数绝对值大于法面参数，但齿顶高系数和顶隙系数相反。3、中心距除与模数、齿数有关外，还与螺旋角有关。因此可通过改变螺旋角来调整中心距。,二、斜齿圆柱齿轮基本参数和几何尺寸计算,与齿数为z的斜齿轮法向齿廓有着相同模数、压力角的直齿轮称为该齿轮的当量齿轮，当量齿轮的齿数称当量齿数。,三、当量齿数zv,正确啮合条件重叠系数,为端面尺寸相同的直齿轮重叠系数。,四、正确啮合条件和重叠系数,啮合性能好、传动平稳，噪音小。重合度大，承载能力高。zmin zvmin,机构更紧凑。缺点是产生轴向力，且随增大而增大，一般取815

15、。采用人字齿轮，可使2540。常用于高速大功率传动中(如船用齿轮箱)。,六、优缺点,斜齿轮分度圆柱展开图,一、齿轮传动的失效形式,轮齿的折断原因：过载，弯曲疲劳。发生环境：开式，闭式。措施：改善R，光洁度，表面强化。,齿面的点蚀原因：重载，软齿面，接触疲劳。发生环境：闭式。措施：提高齿面硬度、光洁度，油粘度,齿面的磨损原因：磨粒磨损。发生环境：开式。措施：改善润滑,齿面的胶合原因：高速重载，润滑不良。发生环境：开式，闭式。措施：提高齿面硬度、光洁度，润滑条件。,第九节 齿轮传动的失效形式和材料,轮齿折断,齿面点蚀,齿面磨损,齿面胶合,第九节 齿轮传动的失效形式和材料,第九节 齿轮传动的失效形式

16、和材料,常用材料是钢，其次铸铁，有时非铁金属和非金属材料。齿轮材料要求：齿面要硬，齿心要韧。几点说明：选择材料要满足齿轮工作条件的要求（开式、闭式，载荷，速度）。材料的特性要经热处理体现，还要考虑齿轮毛坯的成形方法和切齿加工条件。明确用途，综合生产经济性、工艺性考虑。,二、齿轮材料,闭式传动主要失效形式为疲劳点蚀、弯曲疲劳折断和胶合。以接触疲劳强度计算确定分度圆直径及主要几何参数。齿面间的接触应力 以弯曲疲劳强度校核。开式传动 主要失效形式为弯曲疲劳折断和磨粒磨损。只进行弯曲疲劳强度计算，确定齿轮模数。,三、齿轮强度计算准则,7.10圆柱齿轮传动的强度计算,圆柱齿轮传动的载荷计算一、直齿圆柱齿轮传动的受力分析二、斜齿圆柱齿轮传动的受力分析,一、直齿圆柱齿轮传动的受力分析,转矩 大小切向力 主动轮：与n1方向相反 方向 从动轮：与n2方向相同 大小径向力 方向：指向各自轮心 大小：法向力 方向：沿公法线方向,二、斜齿圆柱齿轮传动的受力分析,二、斜齿圆柱齿轮传动的受力分析,圆周力：主动轮与转向相反；从动轮与转向相同。径向力：指向圆心。轴向力：可用左、右手判断。,三、计算载荷,1、名义载荷：