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1、,一、特点和类型 齿轮传动用来传递任意两轴间的运动和动力，其圆周速度可达到300m/s，传递功率可达105KW，齿轮直径可从不到1mm到10m以上，是现代机械中应用最广的一种机械传动 优点： （1）传递动力大、效率高； （2）寿命长，工作平稳，可靠性高； （3）能保证恒定的传动比，能传递任意夹角两轴间的运动 缺点： （1）制造、安装精度要求较高，因而成本也较高； （2）不宜作远距离传动。 （3）无过载保护 （4）需专门加工设备,任务二 齿轮传动,齿轮传动,平面齿轮传动 (圆柱齿轮传动),空间齿轮传动,直齿圆柱齿轮传动 （轮齿与轴平行）,斜齿圆柱齿轮传动 （轮齿与轴不平行）,传递相交运动 （锥齿
2、轮传动）,传递交错轴运动,内啮合,外啮合,齿轮齿条,内啮合,外啮合,齿轮齿条,直齿,斜齿,交错轴斜齿轮传动,蜗杆涡轮,准双曲面齿轮,曲线齿,人字齿齿轮运动（轮齿成人字形）,1.按两轴位置分,平面齿轮(按轮齿方向),直齿圆柱齿轮传动,斜齿圆柱齿轮传动,平面齿轮(按轮齿方向),人字齿圆柱齿轮传动,平面齿轮(按轮齿方向),平面齿轮传动（按啮合情况）,外啮合,内啮合,平面齿轮传动（按啮合情况）,齿轮齿条啮合,平面齿轮传动（按啮合情况）,空间齿轮传动（两轴相交）,圆锥齿轮传动,交错轴斜齿传动,空间齿轮传动（两轴交错）,蜗轮蜗杆传动,空间齿轮传动（两轴交错）,2、按工作条件,3、按齿形,渐开线常用 摆线计
3、时仪器 圆弧承载能力较强,开式适于低速及不重要的场合 半开式农业机械，建筑机械及简单机械设备，只防护罩 闭式润滑、密封良好，汽车、机床及航空发动机等,4、按使用情况分： 动力齿轮以动力传输为主，常为高速重载或低速重载传动。 传动齿轮以运动准确为主，一般为轻载高精度传动。,5、按齿面硬度分：软齿面齿轮（齿面硬度350HBS）,硬齿面齿轮（齿面硬度350HBS）,二.对齿轮传动的基本要求： 1.传动准确平稳： 齿轮传动的最基本要求之一是瞬时传动比恒定不变。以避免产生动载荷、冲击、震动和噪声。这于齿轮的齿廓形状、制造和安装精度有关。 2.承载能力强 齿轮传动在具体的工作条件下，必须有足够的工作能力，
4、以保证齿轮在整个工作过程中不致产生各种失效。这与齿轮的尺寸、材料、热处理工艺因素有关。,一、渐开线的形成及特性,1、渐开线齿廓形成,A K渐开线； 基圆：rb ；n-n：发生线 ；,（二） 渐开线齿廓,n,n,2、渐开线的性质,（1）发生线沿基圆滚过的线段长度等于基圆上被滚过的相应弧长。,（2）渐开线上任意一点法线必然与基圆相切。换言之，基圆的切线必为渐开线上某点的法线。,（3）渐开线的形状取决于基圆的大小。基圆越大，渐开线越平直，当基圆半径无穷大时，渐开线为直线（右图所示） （4）基圆内无渐开线。,（5）渐开线上各点压力角不相等。离基圆越远，压力角越大。,如图所示，渐开线上任一点法向压力 的
5、方向线与该点速度方向线所夹锐角 称为该点的压力角。由图可知， ，式中 为点到轮心的距离。因为对于制造好的齿轮，基圆半径 为定值， 为变值。故随 的增大而增大。在基圆上压力角等于零。,二.渐开线齿廓满足齿廓啮合基本定律(定比传动),常数,结论：渐开线齿轮的传动比不仅与两轮的节圆半径成反比，同时与两轮基圆的半径也成反比,1.中心距可分性 即使两轮的中心距有点偏差，传动比也不会变，确保传动精度 2.齿廓啮合线，压力作用线方向不变 啮合线：N1N2 ，啮合点的轨迹 啮合线、公法线、两基圆内公切线、发生线、力的作用线五线重合。因为五线合一，所以两啮合齿廓间压力作用线方向不变，保证平稳传动,三.渐开线齿廓
6、啮合的特点,一、渐开线直齿圆柱齿轮的各部分名称及主要参数,1、齿轮各部分名称和尺寸,齿数Z (1)、基圆 db(rb) (2)、齿顶圆da(ra) (3)、齿根圆df(rf),(4)、分度圆 d(r) 测量基准,(5)、在任意圆上dk 齿槽宽ek 齿厚SK 齿距PK= ek+SK0,（三）渐开线标直齿圆柱齿轮的主要参数和几何尺寸,(6) 齿顶高ha：d与da之间 ha=(da-d)/2,齿全高h：h=ha+hf,齿根高hf：d与df之间,hf=(d-df)/2,渐开线的形状由基圆决定，也就是由m、 z、决定，故 m、 z、是渐开线齿廓形状的三个基本参数。,2、标准齿轮的基本参数,(1)齿数z,
7、一个齿轮的轮齿总数,式中 为无理数，计算 时很不方便。为了便于齿轮的设计、制造、测量及互换使用，人为地把 规定为简单有理数并标准化，称为齿轮的模数，用 表示，其单位为mm，即,(2)模数m,齿距p除以圆周率所得到的商称为模数。,齿顶圆,分度圆,齿根圆,分度圆直径 与齿距 及齿数 之间的关系为,或,或,模数表示轮齿的大小,相同直径不同模数轮齿的大小,(3)分度圆压力角,国家标准规定齿轮分度圆 =20为标准值 某些场合：=14.5、15、22.5、25,渐开线的形状由基圆决定，也就是由m、 z、决定，故 m、 z、是渐开线齿廓形状的三个基本参数。,一、正确啮合条件,(m，不是连续值),四 渐开线齿
8、轮的啮合传动,1.Pb1=Pb2: kk1=Pb1,kk2=pb2,所以Pb1=Pb2 2.pb1pb2: 空程 3.pb1pb2: 驱赶,1、一对轮齿啮合过程,起始啮合点：,从动轮的齿顶点与主动轮的齿根处某点接触，在啮合线上为从动轮的齿顶圆与啮合线N1N2的交点B2。,终止啮合点：,主动轮的齿顶点与从动轮的齿根处某点接触，在啮合线N1N2上为主动轮的齿顶圆与啮合线N1N2的交点B1。,实际啮合线,理论啮合线,齿廓工作段，齿廓非工作段,继续啮合:,啮合点沿N1N2向N2方向移动,同时在主动轮齿 廓上由齿根向齿顶移动,在从动轮齿廓上由齿顶 向齿根移动;,二、渐开线齿轮连续传动的条件,2、连续传动
9、条件,要求：前一对轮齿脱离啮合时，后一对轮齿必须已经进入啮合 或刚刚进入啮合（若否等待）,或,：齿轮传动的连续性条件,重合度的定义,（端面重合度）,重合度的意义,重合度不仅是齿轮传动的连续性条件，而且是衡量齿轮承载能力和传动平稳性的重要指标。,重合度的计算,重合度的要求,重合度的大小主要与z有关，z越多，越大,三、标准安装,标准安装：顶隙C为标准值，侧隙为零（侧隙:不啮合一侧齿廓之间的间隙） 顶隙作用：储存润滑油，补偿中心距安装误差、轮齿热变形、弹性变形 侧隙作用与顶隙相同，理论侧隙为0:防止反转时出现空程,冲击,振动和噪声实际 侧隙不为0，靠齿厚公差保证,能实现无侧隙啮合,标准中心距：,顶隙
10、,标准值,一对模数和压力角都相等的标准齿轮要想标准安装，必须两轮的 分度圆相切，即分度圆与节圆重合,当安装中心距不等于标准中心距（即非标准安装）时，节圆半径要发生变化，但分度圆半径是不变的，这时分度圆与节圆分离。啮合线位置发生变化，啮合角也不再等于分度圆上的压力角。,一、齿轮轮齿的加工方法,1.仿形法 仿形法是在普通铣床上用轴向剖面形状与被切齿轮齿槽形状完全相同的铣刀切制齿轮的方法，如图所示。铣完一个齿槽后，分度头将齿坯转过3600/z，再铣下一个齿槽，直到铣出所有的齿槽。,66 渐开线齿轮的加工方法及根切现象,仿形法加工方便易行，但精度难以保证。由于渐开线齿廓形状取决于基圆的大小，而基圆半径
11、rb=(mzcos)/2，故齿廓形状与m、z、有关。欲加工精确齿廓，对模数和压力角相同的、齿数不同的齿轮，应采用不同的刀具，而这在实际中是不可能的。生产中通常用同一号铣刀切制同模数、不同齿数的齿轮，故齿形通常是近似的。表中列出了1-8号圆盘铣刀加工齿轮的齿数范围。 圆盘铣刀加工齿数的范围,2. 展成法是利用一对齿轮无侧隙啮合时两轮的齿廓互为包络线的原理加工齿轮的。加工时刀具与齿坯的运动就像一对互相啮合的齿轮，最后刀具将齿坯切出渐开线齿廓。范成法切制齿轮常用的刀具有三种： a 齿轮插刀 是一个齿廓为刀刃的外齿轮； b 齿条插刀 是一个齿廓为刀刃的齿条；,插直齿动画演示,插斜齿动画演示,C 齿轮滚
12、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。可实现连续加工，生产率高。,用展成法加工齿轮时，只要刀具与被切齿轮的模数和压力角相同，不论被加工齿轮的齿数是多少，都可以用同一把刀具来加工，这给生产带来了很大的方便，因此展成法得到了广泛的应用。,二.根切现象与最少齿数 概念：用展成法加工齿轮时，被加工齿轮齿根附近的渐开线齿廓将被切去一部分，这种现象称为根切。 后果：削弱了轮齿的抗弯强度，重合度减小，导致传动的不平稳 原因：若刀具的齿顶线（或齿顶圆）超过理论啮合线极限点N 标准齿轮不产生根切的最少齿数：,防止： 若需ZZmin ,采用变位齿轮,变位齿轮:改变刀具与齿
13、坯相对位置后切制出来的齿轮。 变位量：刀具移动的距离xm 变位系数：x 正变位：刀具远离轮心的变位，x0 负变位：刀具移近轮心的变位, x0 标准齿轮: 变位系数x=0的齿轮。,67 变位齿轮传动,变位齿轮用途,标准齿轮设计计算简单，互换性好。但标准齿轮传动仍存在着一些局限性： （1）受根切限制，齿数不得少于Zmin，使传动结构不够紧凑；（2）不适合于安装中心距a不等于标准中心距a的场合。当aa时，虽然可以安装，但会产生过大的侧隙而引起冲击振动，影响传动的平稳性； （3）一对标准齿轮传动时，小齿轮的齿根厚度小而啮合次数又较多，故小齿轮的强度较低，齿根部分磨损也较严重，因此小齿轮容易损坏，同时也
14、限制了大齿轮的承载能力。 变位齿轮可避免以上标准齿轮的缺点,一、齿轮的主要失效形式,轮齿折断,齿面磨损,齿面点蚀,齿面胶合,塑性变形,2.齿轮的设计准则,1.齿轮传动的失效主要是指轮齿的失效，常见的失效形式有：,由于齿轮其它部分（齿圈、轮辐、轮毂等）通常是经验设计的，其尺寸对于强度和刚度而言均较富裕，实践中也极少失效。,闭式齿轮传动： 1）软齿面（350HBS）齿轮主要失效形式是齿面点蚀，故可按齿面接触疲劳强度进行设计计算，按齿根弯曲疲劳强度校核。 2）硬齿面（350HBS）或铸铁齿轮，由于抗点蚀能力较高，轮齿折断的可能性较大，故可按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，按齿面接触疲劳强度校核。 开式
15、齿轮传动：齿面磨损为其主要失效形式，故通常按照齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，确定齿轮的模数，考虑磨损因素，再将模数增大10%20%，而无需校核接触强度。,68 轮齿的失效和齿轮的材料,(二)、齿轮的材料，热处理和许用应力,1、对齿轮材料性能的要求,齿轮的齿体应有较高的抗折断能力，齿面应有较强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力，即要求：齿面硬、芯部韧。,2、常用的齿轮材料,钢：许多钢材经适当的热处理或表面处理，可成为常用的齿轮材料；,铸铁：常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿轮材料；,非金属材料：适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。,3、齿轮材料选用的基本原则,(1)软齿面齿轮的齿面硬度=3
16、50HBS，常用中碳钢和中碳合金钢，如45钢40Cr，35SiMn等材料，进行调质或正火处理。这种齿轮适用于载荷、强度、精度要求不高的场合，轮坯经过热处理后进行插齿或滚齿加工，生产便利、成本较低。,常用材料,(4)使用非金属材料，小齿轮用，但大齿轮要用金属材料，以利于散热,(2)钢制软齿面齿轮，在确定大小齿轮硬度时应注意使小齿轮的齿面硬度比大齿轮的齿面硬度高30一50HBS，这是因为小齿轮受载荷次敷比大齿轮多，且小齿轮齿根较薄为使两齿轮的轮齿接近等强度，小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。,硬齿面齿轮的齿面硬度大于350HBS，常用的材料为中碳钢或中碳合金钢经表面淬火处理。这种齿轮承载能力强，成本高，适用于载荷、强度、精度要求高的场合，,(3)一般优选锻钢， 但当齿轮的尺寸较大(大于400一600mm)而不便
