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1、第 三 章 齿 轮 传动,3-1 概述 2,3-2 渐开线及渐开线直齿圆柱齿轮7,3-3 渐开线齿轮传动及齿廓啮合特性13,3-4 渐开线齿轮正确啮合和连续传动条件17,3-5 渐开线齿轮轮齿的切削加工19,3-6 轮齿的失效形式和齿轮材料25,一、齿轮传动的特点,1. 工作可靠寿命长 ，,3. 速比恒定效率高，,4. 齿廓加工专机床。,2. 结构紧凑应用广。,5. 高速应用需精密，,6. 精度低了噪声长。,3-1 概述,一、齿轮传动的特点,1.按两齿轮轴线的相对位置分,3.按工作条件分,4. 按齿面硬度（钢制齿轮）分,软齿面齿轮传动：,3-1 概述,二、齿轮传动的类型,1）平行轴齿轮传动,2
2、）相交轴齿轮传动,3）交错轴齿轮传动,2.按齿向分,直齿、斜齿、人字齿、曲齿,闭式齿轮传动,开式齿轮传动,硬齿面齿轮传动：,三、齿轮传动的精度等级,等级：112,常用：69,平行轴齿轮传动 （直齿圆柱齿轮传动）,外 啮 合,内 啮 合,齿轮齿条啮合,齿轮的类型,平行轴齿轮传动 （斜齿圆柱齿轮传动）,平行轴齿轮传动 （人字齿轮传动）,相交轴齿轮传动 （锥齿轮传动）,交错轴齿轮传动 （圆柱螺旋齿轮传动）,（蜗轮蜗杆传动）,一、渐开线的形成和性质,当直线BK 沿半径为rb的圆作纯滚动时，直线上任一点K 的轨迹就是该圆的渐开线。这个圆称为渐开线的基圆。,rb 基圆半径,BK渐开线的发生线,3-2 渐开
3、线及渐开线直齿圆柱齿轮,1. 渐开线的形成,1）,2）,一、渐开线的形成和性质,3-2 渐开线及渐开线直齿圆柱齿轮,1. 渐开线的形成,2. 渐开线的性质,线段弧长相等性质,法线切线归一性质,3）,曲率变化规律性质,直线NK ，渐开线K点之法线,曲率,直线NK ，基圆N点之切线，,N3,K,6）基圆内无渐开线。,有界性质,5）,受基圆大小影响性质,4）,压力角变化规律性质,二、齿轮各部分名称及渐开线标准直齿圆柱齿轮的尺寸,齿槽,齿宽 b,齿顶圆 da,齿根圆 df,齿槽宽 ek,齿厚 sk,齿距pk,分度圆d,模数m,压力角,=,=,20。,=,分度圆的定义具有标准模数和标准压力角的圆。,齿顶
4、高ha,齿根高hf,齿高h,=,ha + hf,标准齿轮,具有标准模数、标准压力角、标准齿顶高系数和标准顶隙系数，且分度圆上齿厚等于齿槽宽的齿轮。,=,hf=,3-3 渐开线齿轮传动及齿廓啮合特性,一、啮合线、啮合角、节点和节圆,啮合点K,啮合线N1N2,同时，N1N2是渐开线E1E2两基圆之切线内公切线。 （渐开线性质2）,连心线O1O2,节点C 连心线与啮合线之 交点。,节圆 ， 直径 、,啮合角,一、节点、节圆、啮合线和啮合角,二、渐开线齿廓啮合特性,1、瞬时传动比恒定性,两齿廓不分离的条件：,3-3 渐开线齿轮传动及齿廓啮合特性,故,又,齿廓啮合定律：,相互啮合的一对齿廓，在任一瞬时的
5、传动比与连心线被过齿廓啮合点公法线所分成的两线段长度成反比。,在O1N1K和O2N2K中,N1O1K=, N2O2K =,显然，C为定点，渐开线齿廓啮合的瞬时传动比恒定。,2、中心距可分性,3、齿廓间的相对滑动,一对渐开线齿轮制成后，其基圆直径不再改变。因此，当实际中心距产生误差时，其传动比仍能保持不变。这就是渐开线齿轮传动的中心距可分性。,对于渐开线齿廓,即,其中,=,=,渐开线齿轮正 确啮合的条件,线段弧长相等性质,3-4 渐开线齿轮正确啮合和连续传动的条件,一、渐开线齿轮正确啮合的条件,法节,基节,3-4 渐开线齿轮正确啮合和连续传动的条件,图 6-15,二、渐开线齿轮连续传动条件,=,
6、=,=,=,=,标准中心距,设一对标准齿轮安装的实际中心距为a，则当a=a时称其为标准齿轮正确安装。,=,=,1.理论啮合线和实际啮合线,2.连续传动的条件,重合度,实际啮合线,理论啮合线,标准齿轮正确安装,？！,一、齿廓切制的基本原理,1、仿形法,优点：,不需专用设备；,缺点：,刀具数量多，齿廓形状近似。,3-5 渐开线齿轮轮齿的切削加工,2、展成法,齿轮插刀加工,齿条插刀加工,Vrmz/2,齿轮滚刀滚齿,二、切齿干涉和标准齿轮的最少齿数,正常齿标准直齿圆柱齿轮，不发生切齿干涉的最少齿数为17。,三、变位齿轮的概念,基准线,节线,3-6 轮齿的失效形式和齿轮材料,轮齿折断,整体折断,一、轮齿
7、的失效形式,潘存云教授研制,局部折断,按形态分,按机理分,疲劳折断,过载折断,为防轮齿折断，需进行抗弯曲疲劳强度的计算使其具有足够大的模数。,失效形式,增大轴的刚度，提高制造精度可减轻载荷集中。,发生原因：载荷集中、疲劳、 冲击载荷或静力过载,合理选材及热处理方法，减小应力集中和表面粗糙度等，可提高轮齿的抗冲击和耐疲劳的能力。,改进 措施,提高轮齿抗弯能力的最有效的措施是增大模数。,轮齿折断,一、轮齿的失效形式,失效形式,齿面点蚀,齿面点蚀,为防止齿面点蚀，需进行齿面接触疲劳强度设计。,提高齿面接触疲劳强度的最有效的措施是： 采用硬齿面和增大传动的外廓尺寸（中心距）。,发生条件：闭式传动， 润
8、滑良好。,改进 措施,3-6 轮齿的失效形式和齿轮材料,轮齿折断,一、轮齿的失效形式,失效形式,齿面胶合,齿面点蚀,潘存云教授研制,齿面胶合,1.提高齿面硬度,2.改善润滑条件,发生条件： 高速重载、 低速重载。,改进 措施,3-6 轮齿的失效形式和齿轮材料,轮齿折断,一、轮齿的失效形式,失效形式,齿面磨粒磨损,齿面胶合,齿面点蚀,潘存云教授研制,如：采用闭式传动 进行清洁操作,消除磨料的存在,发生条件：在开式传动及不清洁操作所致磨料存在的场合。,改进 措施,3-6 轮齿的失效形式和齿轮材料,齿面塑性变形,潘存云教授研制,潘存云教授研制,凸脊,3-6 轮齿的失效形式和齿轮材料,轮齿折断,一、轮
9、齿的失效形式,失效形式,齿面磨粒磨损,齿面胶合,齿面点蚀,潘存云教授研制,凹槽,齿轮工作能力设计基本内容,保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断,保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀,对高速重载齿轮传动，还应按齿面抗胶合能力准则 进行设计,一、轮齿的失效形式,3-6 轮齿的失效形式和齿轮材料,一、轮齿的失效形式,3-6 轮齿的失效形式和齿轮材料,1.对齿轮材料性能的要求,理想材料：,二、齿轮材料及选用准则,齿轮常用材料,锻钢,铸钢,铸铁,用于低速、轻载、无冲击、 不太重要场合；,适高速、轻载、降噪场合。,非金属材料,2.常用齿轮材料,钢通过热处理可改善其机械性能，是较理想材料。,用于大尺寸齿轮。,齿面硬、芯部韧。,一、轮齿的失效形式,3-6 轮齿的失效形式和齿轮材料,二、齿轮材料及选用准则,1.对齿轮材料性能的要求,2.常用齿轮材料,热处理方法,表面淬火,渗碳淬火,调质,正火,渗氮,高频淬火,3.齿轮材料的热处理,、火焰淬火,
