9齿轮传动剖析

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1、第9章 齿轮传动,第9章 齿轮传动,9.1 齿轮传动的特点及类型,9.1.1 齿轮传动的特点,齿轮传动具有传动平稳可靠、传动效率高、传递功率范围广、速度范围大、结构紧凑、维护简便和使用寿命长等优点。因此，它在各种机械设备和仪器仪表中被广泛使用。齿轮传动的主要缺点是：传动中会产生冲击、震动和噪声；没有过载保护作用；对制造精度和安装精度要求高，需要专门的切齿机床、刀具和测量仪器。,第9章 齿轮传动,9.1 齿轮传动的特点及类型,9.1.2 齿轮传动的分类,1平面齿轮传动（平行轴齿轮传动）,第9章 齿轮传动,9.1 齿轮传动的特点及类型,9.1.2 齿轮传动的分类,2空间齿轮传动（两轴不平行的齿轮传

2、动）,第9章 齿轮传动,9.1 齿轮传动的特点及类型,9.1.3 基本要求,机械系统对齿轮传动的基本要求归纳起来有2项。 （1）传动要准确平稳：即要求齿轮传动在工作过程中，瞬时传动比要恒定，且震动、冲击小。 （2）承载能力大：即要求齿轮传动能传递较大的动力，且体积小、重量轻、寿命长。为满足基本要求，需要对齿轮齿廓曲线、啮合原理和轮齿强度等问题进行研究。,第9章 齿轮传动,9.2 齿廓啮合基本定律及渐开线齿廓,9.2.1 齿廓啮合基本定律,上式表明，要使两轮的角速度比恒定，必须使,为常数。 由于O1和O2为定点，欲满足此要求，必须使P点成为连心线上的一个固定点，此固定点称为节点。,沿一圆周作纯滚

3、动时，该直线上任意一点K的轨迹AK称为该圆的渐开线。此圆称为渐开线的基圆，其半径用rb表示； 直线,称为渐开线的发生线。,第9章 齿轮传动,9.2.2 渐开线齿廓,9.2 齿廓啮合基本定律及渐开线齿廓,1渐开线的形成,如图所示，当一直线,（2）渐开线任意点K的法线BK必切于基圆，且BK为K点的曲率半径，B点为K点的曲率中心。 （3）渐开线上各点压力角不同。渐开线齿廓上一点的法线（压力方向），与齿廓上该点的速度方向所夹锐角K称为该点压力角。由图可知：,第9章 齿轮传动,2渐开线的性质,9.2 齿廓啮合基本定律及渐开线齿廓,9.2.2 渐开线齿廓,（4）渐开线的形状决定于基圆大小。基圆半径越小，渐

4、开线越弯曲；反之，渐开线越平缓，基圆趋于无穷大，则渐开线就变成一条直线。 （5）基圆内无渐开线。,（1）基圆被发生线所滚过的弧长等于发生线沿基圆上滚过的线段长，即BK=AB,第9章 齿轮传动,3渐开线齿廊满足齿廓啮合基本定律,9.2 齿廓啮合基本定律及渐开线齿廓,9.2.2 渐开线齿廓,由三心定理可知:P是瞬心; P又是两齿轮中心连线O1O2和其内公切线N1N2的交点,故P为固定点。,第9章 齿轮传动,9.2 齿廓啮合基本定律及渐开线齿廓,9.2.2 渐开线齿廓,4渐开线齿廓的特点 （1）渐开线齿轮传动的啮合线与啮合角。 （2）渐开线齿廓间的法向力。 （3）渐开线齿轮具有可分性。,公法线长度概

5、念,第9章 齿轮传动,9.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称及尺寸,9.3.1 标准直齿圆柱齿轮各部分名称,（1）齿顶圆 直径用d a表示。 （2）齿根圆 直径用d f表示。 （3）分度圆 直径用d 表示。 （4）基圆 直径用d b表示。 （5）齿高 全齿高用h表示；齿顶高用ha表示；齿根高用hf表示。 （6）齿厚、槽宽和齿距 齿厚用sk表示；槽宽用表ek示。齿距用pk表示，显然pk=sk+ek。分度圆上的齿厚、槽宽与齿距分别用s、e、p表示。,第9章 齿轮传动,9.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称及尺寸,9.3.2 标准直齿圆柱齿轮的基本参数,1齿数z,2模数m,第9章 齿轮传动,9.

6、3.2 标准直齿圆柱齿轮的基本参数,9.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称及尺寸,3压力角,我国规定分度圆上的压力角（简称压力角）为标准值=20。因而，分度圆也可定义为具有标准模数和标准压力角的圆。,4齿顶高系数,和顶隙系数,我国对齿顶高系数和顶隙系数也规定了标准值 对于正常齿 1，0.25； 对于短齿 0.8，0.3。 分度圆上齿厚与齿槽宽相等，且m、 、 为标准值的齿轮称为标准齿轮。,第9章 齿轮传动,9.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称及尺寸,9.3.3 标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算,直齿轮齿条传动 齿轮齿条啮合 直齿条参数,第9章 齿轮传动,9.4 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,

7、9.4.1 渐开线齿轮的正确啮合条件,齿轮副的模数m和压力角都是标准值，故有 m1=m2=m 1=2= 所以，齿轮副的正确啮合条件是：两轮的模数m和压力角 应该分别相等。,第9章 齿轮传动,9.4 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,9.4.2 渐开线齿轮的连续传动条件,齿轮连续传动的条件是,第9章 齿轮传动,9.4 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,9.4.2 渐开线齿轮的连续传动条件,第9章 齿轮传动,9.5 渐开线圆柱齿轮的切齿原理与根切现象,9.5.1 切 齿 原 理,切齿方法按原理可分为成形法及展成法两大类,1成形法,2展成法,第9章 齿轮传动,9.5 渐开线圆柱齿轮的切齿原理与根切现象,9.

8、5.1 切 齿 原 理,切齿方法按原理可分为成形法及展成法两大类,2展成法,齿条插刀 齿轮滚刀,9.5 渐开线圆柱齿轮的切齿原理与根切现象,第9章 齿轮传动,9.5.2 根 切 现 象,9.5.3 标准齿轮不发生根切的最少齿数,9.5.4 变位齿轮简述,图9-16 根切现象及变位,9.6 斜齿圆柱齿轮传动,第9章 齿轮传动,9.6.1 斜齿圆柱齿轮齿面的形成和特点,直齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成与接触线 斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成与接触线,9.6斜齿圆柱齿轮传动,第9章 齿轮传动,9.6.2 斜齿圆柱齿轮的基本参数和尺寸,1螺旋角,2模数 由图可知，法面齿距Pn与端面齿距Pt的几何关系为： Pn=

9、Ptcos 而Pn=mn，Ptmt，所以 mn=mt/cos,9.6斜齿圆柱齿轮传动,第9章 齿轮传动,9.6.2 斜齿圆柱齿轮的基本参数和尺寸,3压力角,标准斜齿圆柱齿轮的基本参数包括：法面模数mn、齿数z、法面压力角n、法面齿顶高系数 、法面顶隙系数 和螺旋角。,9.6斜齿圆柱齿轮传动,第9章 齿轮传动,9.6.2 斜齿圆柱齿轮的基本参数和尺寸,4齿顶高系数和顶隙系数,一对外啮合斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件是：齿轮副的法面模数和法面压力角分别相等，而且螺旋角大小相等，旋向相反，即,9.6斜齿圆柱齿轮传动,第9章 齿轮传动,9.6.2 斜齿圆柱齿轮的基本参数和尺寸,5几何尺寸计算,由于斜齿圆柱

10、齿轮的端面齿形也是渐开线，所以将斜齿轮的端面参数代入直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式，就可以得到斜齿圆柱齿轮相应的几何尺寸计算公式，见表9-4所示。,9.6.3 斜齿轮的当量齿数,9.6斜齿圆柱齿轮传动,第9章 齿轮传动,9.6.4 交错轴斜齿轮传动,1两轮的轴夹角,9.6斜齿圆柱齿轮传动,第9章 齿轮传动,9.6.4 交错轴斜齿轮传动,2中心距,传动比,第9章 齿轮传动,9.7 圆锥齿轮传动,9.7.1 直齿圆锥齿轮齿廓曲面的形成,9.7.2 圆锥齿轮的背锥和当量齿数,直齿圆锥齿轮齿廓 圆锥齿轮的背锥和当量齿轮,第9章 齿轮传动,9.7.3 直齿圆锥齿轮的基本参数和尺寸,9.7 圆锥齿轮传动,

11、直齿圆锥齿轮副的正确啮合条件是：,第9章 齿轮传动,9.8 轮齿的失效形式及设计准则,9.8.1 轮齿的失效形式,1轮齿弯曲折断,第9章 齿轮传动,9.8 轮齿的失效形式及设计准则,2齿面疲劳,3齿面磨损,9.8.1 轮齿的失效形式,第9章 齿轮传动,9.8 轮齿的失效形式及设计准则,4齿面胶合,5塑性变形,9.8.1 轮齿的失效形式,第9章 齿轮传动,9.8 轮齿的失效形式及设计准则,9.8.2 齿轮传动的设计准则,（l）对于大小齿轮均为软齿面或大小齿轮之一为软齿面（350HBS）的闭式齿轮传动，一般按照齿面接触疲劳强度进行设计计算；然后验算轮齿弯曲疲劳强度。 （2）大小齿轮均为硬齿面（35

12、0HBS）的闭式齿轮传动，按照轮齿夸曲疲劳强度进行设计计算，然后验算齿面接触疲劳强度。 （3）开式齿轮传动的主要损伤是磨损，一般只按轮齿弯曲疲劳强度进行设计计算。通常采用将计算出来的模数增大5%15%的办法来解决。,第9章 齿轮传动,9.9 齿轮的材料、热处理和许用应力,9.9.1 钢,1软齿面齿轮 这种齿轮用经正火或调质处理后的锻钢切齿而成，其齿面硬度不超过350HBS。,2硬齿面齿轮 这种齿轮一般用锻钢切齿后经表面硬化处理（表面淬火、渗碳悴火、渗氮等）。,第9章 齿轮传动,9.9齿轮的材料、热处理和许用应力,9.9.2 铸铁及球墨铸铁,铸铁的抗弯及耐冲击性能较差，主要用来制作低速、工作平稳

13、、传递功率不大和对尺寸与重量无严格要求的开式齿轮。高强度球墨铸铁作为齿轮新材料，它的力学性能比灰铸铁好，因而越来越获得广泛应用。,第9章 齿轮传动,9.9齿轮的材料、热处理和许用应力,9.9.3 非金属材料,非金属材料（如夹布胶木、尼龙等）的弹性模量小，在承受同样的载荷作用下，其接触应力小，但它的硬度、接触强度和弯曲强度低，因此，它常用于高速、小功率、精度不高或要求噪声低的齿轮传动中，与其相配对的齿轮应采用钢或铸铁制造，以利于散热。,第9章 齿轮传动,9.9齿轮的材料、热处理和许用应力,9.9.4 许 用 应 力,第9章 齿轮传动,9.9齿轮的材料、热处理和许用应力,9.9.4 许 用 应 力

14、,第9章 齿轮传动,9.9齿轮的材料、热处理和许用应力,9.9.4 许 用 应 力,第9章 齿轮传动,9.10 圆柱齿轮传动受力分析,9.10.1 圆柱齿轮传动受力分析,第9章 齿轮传动,9.10 圆柱齿轮传动受力分析,9.10.2 圆柱齿轮承载能力计算,1齿面接触强度计算,第9章 齿轮传动,9.10 圆柱齿轮传动受力分析,9.10.2 圆柱齿轮承载能力计算,2齿根弯曲强度计算,第9章 齿轮传动,9.10 圆柱齿轮传动受力分析,9.10.2 圆柱齿轮承载能力计算,3影响齿轮承载能力的参数和尺寸 4齿轮传动主要设计参数的选择 5斜齿轮传动相关参数的协调,第9章 齿轮传动,9.10 圆柱齿轮传动受

15、力分析,9.10.3 圆柱齿轮传动的精度等级,第9章 齿轮传动,9.10 圆柱齿轮传动受力分析,9.10.4 圆柱齿轮传动设计实例,【例9-2】 设计一机床中的单级斜齿圆柱齿轮传动。已知小齿轮传递功率P1=22 kW，转速n1=970 r/min，传动比i=3.5，原动机为Y系列电动机，工作机有中等冲击，单向转动，齿轮相对于轴承对称布置并靠近轴承，要求结构紧凑。,第9章 齿轮传动,9.10 圆柱齿轮传动受力分析,9.10.5 直齿圆锥齿轮的强度计算,1直齿圆锥齿轮传动的受力分析,2直齿圆锥齿轮传动的强度计算,直齿锥齿轮受力分析 直齿圆锥齿轮的复合齿形系数,第9章 齿轮传动,9.11齿轮结构与齿轮传动的润滑,9.11.1 齿轮的结构设计,1齿轮轴,第9章 齿轮传动,9.11齿轮结构与齿轮传动的润滑,9.11.1 齿轮的结构设计,2实心式齿轮,第9章 齿轮传动,9.11齿轮结构与齿轮传动的润滑,9.11.1 齿轮的结构设计,3腹板式齿轮,第9章 齿轮传动,9.11齿轮结构与齿轮传动的润滑,9.11.2 齿轮传动的润滑,油池润滑,1润滑方式,第9章 齿轮传动,9.11齿轮结构与齿轮传动的润滑,9.11.2 齿轮传动的润滑,喷油润滑,1润滑方式,第9章 齿轮传动,9.11齿轮结构与齿轮传动的润滑,9.11.2 齿轮传动的润滑