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1、任务三 齿轮传动 任务目标 1、掌握齿轮传动的组成和工作原理。 2、掌握齿轮传动的类型。 3、理解齿轮传动的特点及基本要求。 4、了解标准直齿渐开线齿轮各部分名称、主要参数和几何尺寸。 5、理解渐开线标准直齿圆柱齿轮正确啮合条件。 6、深入认识齿轮的失效形式。 7、深入认识齿轮的材料和热处理。 8、认识齿轮的结构形式。 9、了解渐开线齿廓的根切现象。 10、认识齿轮传动的润滑方法。,一、齿轮传动的组成和工作原理,齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。,齿轮传动主要由主动齿轮、从动齿轮和机架等组成。,二、齿轮传动的类型,（1）齿轮传动按轮齿的形状可分为：直齿圆柱齿轮传动、斜
2、齿圆柱齿轮传动、人字齿圆柱齿轮传动等。,（2）按齿轮啮合形式可分为：外啮合齿轮传动、内啮合齿轮传动和齿轮齿条传动。,（3）齿轮传动根据工作条件，可分为开式齿轮传动、半开式齿轮传动和闭式齿轮传动。,（4）根据两齿轮啮合传动时，它们的相对运动是平面运动还是空间运动，可将其分为平面齿轮传动和空间齿轮传动。,（1）平面齿轮传动,平面齿轮传动的两齿轮间的相对运动为平面运动，它用于两平行轴之间的传动。,直齿圆柱齿轮传动,平行轴斜齿圆柱齿轮传动,平行轴斜齿轮的轮齿与轴线倾斜某一角度而成螺旋形。,人字齿轮传动,人字齿轮的齿向如人字形。它相当于螺旋方向相反的两个斜齿轮拼合而成。,（2）空间齿轮传动,空间齿轮传动
3、两齿轮的相对运动为空间运动，它用于两不平行轴之间的传动。,交错轴斜齿轮传动,蜗杆蜗轮传动,圆锥齿轮传动,圆锥齿轮的轮齿排列在截圆锥体表面上，轮齿由齿轮的大端到小端逐渐收缩变小，它用于两交错轴之间的传动。,圆锥齿轮按其齿向的不同，可分为直齿圆锥齿轮传动、斜齿圆锥齿轮传动、曲齿圆锥齿轮传动三种。,三、齿轮传动的特点及基本要求,1、特点,和其它机械传动相比较，齿轮传动的主要优点是： 工作可靠，使用寿命长； 瞬时传动比为常数； 传动效率高（95%99%）； 结构紧凑； 功率和速度适用范围广等。,缺点是： 齿轮制造需要专门的机床（比如滚齿机、插齿机、铣齿机等）和设备，成本较高； 精度低时，振动和噪声较大
4、； 不宜用于轴间距离大的传动等。,2、基本要求,齿轮传动需满足以下基本需求： （1）传动平稳瞬时传动比不变，尽量减小冲击、振动和噪声； （2）承载要求高在尺寸小、重量轻的前提下，轮齿的强度高、耐磨性好，在预定的使用期限内不出现断齿等失效现象； （3）能传递足够大的动力，工作可靠； （4）保证较高的运动精度。,四、标准直齿渐开线齿轮各部分名称、主要参数和几何尺寸,1、渐开线的形成,当一条直线L沿一圆周作纯滚动时，此直线上任一点K的轨迹即称为该圆的渐开线。该圆称为渐开线的基圆，基圆半径以rb表示，该直线 L称为渐开线的发生线。,2、标准直齿渐开线齿轮各部分名称,3、标准直齿渐开线齿轮的主要参数,（
5、1）齿数（Z）,一个齿轮的轮齿的数目即齿数，用Z表示。,（2）压力角（）,通常所说的压力角是指分度圆上的压力角（）。 分度圆压力角是在分度圆上，轮齿受到的法向力（Fr）与圆周力（Ft）之间所夹的夹角。 压力角已标准化，我国规定标准压力角是20。,（3）模数（m）,“模数”是指相邻两轮齿同侧齿廓间的齿距P与圆周率的比值。,模数是齿轮尺寸计算中的一个基本参数。模数愈大，则轮齿愈大，轮齿的抗弯能力愈强。齿轮模数已标准化。,我们可给分度圆下一个完整定义：齿轮上模数和压力角具有标准值的圆称为分度圆。,模数、压力角、齿顶高系数与顶隙系数等于标准数值，且分度圆上齿厚与齿槽宽相等的齿轮称为标准齿轮。,例1 已
6、知一正常齿制的标准直齿圆柱齿轮，齿数Z120，模数m2mm，拟将该齿轮作某外啮合传动的主动齿轮，现须配一从动齿轮，要求传动比i3.5，试计算从动齿轮的几何尺寸及两轮的中心距。,五、渐开线标准直齿圆柱齿轮正确啮合条件,1、正确啮合条件,为保证齿轮传动时各对齿之间能平稳传递运动，在齿对交替过程中不发生冲击，必须符合正确啮合条件。,一对渐开线齿轮的正确啮合条件为：两齿轮的模数必须相等m1=m2=m3；两齿轮分度圆上的压力角必须相等1=2=3。,2、标准中心距,正确安装的渐开线齿轮，理论上一齿轮节圆上的齿槽宽与另一齿轮节圆齿厚相等，分度圆与节圆重合。标准齿轮的这种安装称为标准安装，其中心距称为标准中心
7、距。,两轮中心距略大于标准中心距时，渐开线齿廓仍能保持瞬时传动比恒定不变，但齿侧出现间隙，反转时会有冲击。,六、齿轮的失效形式,1、轮齿折断,2、齿面接触疲劳磨损（点蚀）,对于闭式硬齿面齿轮传动，其主要失效形式就是轮齿折断。,对于润滑良好的闭式软齿面齿轮传动，其主要失效形式就是齿面点蚀，其次是轮齿折断。,3、齿面磨损,4、齿面胶合,5、齿面塑性变形,磨粒磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。,高速重载传动、低速重载传动易产生齿面胶合。,齿面较软的轮齿，在低速重载、频繁起动和过载中易出现齿面塑性变形。,七、齿轮的材料和热处理,“齿面硬、齿芯韧”,（1）钢材可分为锻钢和铸钢两类。,软齿面齿轮，常用的材
8、料有 45、50、40Cr、35SiMn。,锻钢,硬齿面齿轮，常用的材料有 20Cr、20CrMnTi、38CrMoAl、45、40Cr等。,由于在啮合过程中，小齿轮的轮齿接触次数比大齿轮多。为了使大、小齿轮的寿命接近，应使小齿轮的齿面硬度比大齿轮的高出3050HBS，这也有利于提高轮齿的抗胶合能力。,一些重要的机器零件都应当首选锻钢件。,铸钢,当齿轮的尺寸较大 (da400600mm)或结构复杂不容易锻造时，才采用铸钢制造。常用的材料有ZG340-640、ZG310-570等。,（2）铸铁,主要用于低速、工作平稳、传递功率不大和对尺寸、重量无严格要求的开式齿轮传动中。常用材料有HT250、H
9、T300、HT350、QT600-3等。,（3）有色金属,有色金属作为齿轮材料的有铅黄铜HPB59-1、锡青铜ZCuSn10Pb1和铝合金7075、7A04（LC4）等。,（4）非金属材料,非金属材料中的夹布胶木、尼龙、塑料也常用于制造齿轮。,2、齿轮热处理,（1）软齿面齿轮的常用热处理,软齿面齿轮，采用的热处理方法一般是调质或正火等。,（2）硬齿面齿轮的常用热处理,硬齿面齿轮，采用的热处理方法是表面淬火、表面渗碳淬火与渗氮等。,八、齿轮的结构形式,1、齿轮轴,较小的钢制圆柱齿轮，其齿根圆至键槽底部的距离e2.5mn，mn为法向模数），或圆锥齿轮小端齿根圆至键槽底部的距离e1.6m，m为大端模
10、数）时，轮和轴做成一体，称为齿轮轴。,2、实心结构齿轮,当齿顶圆直径da200mm，且e超过齿轮轴的上述尺寸，可作成盘式实心结构的齿轮。,3、腹板式结构齿轮,齿顶圆直径da500mm的较大尺寸的锻钢齿轮，为减轻重量、节省材料，可做成腹板式的结构。腹板上的圆孔是为了减轻重量和起重运输上的需要而设计的。,4、轮辐式齿轮,齿顶圆直径da400mm 时常用铸铁或铸钢制成轮辐式。,5、组合式的齿轮结构,为了节省贵重钢材，便于制造、安装，直径很大的齿轮（da600mm），常采用组装齿圈式结构的齿轮。,九、渐开线齿廓的根切现象,1、齿轮的加工方法,仿形法,范成法,齿轮插刀加工齿轮,齿条插刀加工齿轮,滚刀加工
11、齿轮,2、根切现象和最少齿数,用范成法加工齿轮时，如果齿轮的齿数太少，则切削刀具的齿顶就会切到轮齿的根部，这种现象称为根切。,发生根切会使轮齿的弯曲强度降低，并使重合度减小，传动时出现噪音，应设法避免根切的发生。,为了避免根切，则齿数Z不得少于某一最少限度。 用范成法加工齿轮时，对于各种标准刀具最少齿数的数值为：,十、齿轮传动的润滑,齿轮传动的润滑方式，主要取决于齿轮圆周速度的大小。,对于开式及半开式齿轮传动或速度较低的闭式齿轮传动，通常采用定期人工加润滑油或润滑脂。,对于闭式齿轮传动，当齿轮圆周速度12m/s时，采用大齿轮浸入油池中进行浸油润滑，,当齿轮圆周速度12m/s时，为了避免动力因搅油而损失，常采用喷油润滑，即由油泵或中心供油站以一定的压力供油，借喷嘴将润滑油喷到轮齿的啮合面上。,在多级齿轮传动中，可借带油轮（惰轮）将油带到未浸入油池内的齿轮的齿面上。,十一、任务小结,1、齿轮传动的组成和工作原理 2、齿轮传动的类型 3、齿轮传动的特点及基本要求 4、标准直齿渐开线齿轮各部分名称、主要参数和几何尺寸 5、渐开线标准直齿圆柱齿轮正确啮合条件 6、齿轮的失效形式 7、齿轮的材料和热处理 8、齿轮的结构形式 9、渐开线齿廓的根切现象 10、齿轮传动的润滑,十二、完成课后练习,
