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1、第4章齿轮传动机构4 1齿轮传动机构的类型 特点和应用4 1 1齿轮传动机构的类型 平面 平行轴斜齿圆柱齿轮传动 轮齿与其轴线倾斜一个角度 平面 人字齿轮传动 由两个螺旋角方向相反的斜齿轮组成 空间 圆 锥齿轮传动 用于两相交轴之间的传动 空间 交错轴斜齿轮传动 用于传递两交错轴之间的运动 空间 蜗杆传动 用于传递两交错轴之间的运动 其两轴的交错角一般为90 4 1 2齿轮传动机构的特点 1 直接接触的啮合传动 可传递空间任意两轴之间的运动和动力 2 功率范围大 速比范围大 效率高 精度高 3 传动比稳定 工作可靠 结构紧凑 4 改变运动方向 5 制造安装精度要求高 不适于大中心距 成本较高
2、且高速运转时噪声较大 4 1 3齿轮传动机构的应用现代机械中应用最为广泛的一种传动机构例1 机械手 例2 汽车变速箱 例3 摄像机 例4 大型游乐设施 4 2齿廓啮合基本定律 瞬时传动比恒定条件4 2 1基本定律 瞬时传动比恒定条件 C点 相对速度瞬心 三心定理 C点 啮合节点 简称节点 齿廓啮合基本定律齿廓接触点的公法线始终通过中心连线上一定点 速比恒定 节圆 由节点决定的圆共轭齿廓凡满足齿廓啮合基本定律而相互啮合的一对齿廓 两头牛背上的架子称为轭 轭使两头牛同步行走 共轭即为按一定规律相配的一对 轭 4 2 3齿廓曲线的选择1 理论上满足基本定律的共轭齿廓曲线很多 2 考虑因素 设计 制造
3、 安装和使用 3 常用齿廓曲线 渐开线 摆线 变态摆线 圆弧曲线和抛物线等 本章重点研究渐开线齿廓的齿轮 4 3渐开线齿廓4 3 1渐开线的形成 直线BK沿半径为rb的圆作纯滚动时 直线上任意一点K的轨迹称为该圆的渐开线 该圆称为渐开线的基圆 rb 基圆半径 BK 渐开线发生线 K 渐开线上K点的展角 4 3 2渐开线的性质1 渐开线的发生线展直前后长度不变 2 B是渐开线K点处的曲率中心 BK是曲率半径 A处的曲率半径为0KB为渐开线在K点的法线 并与基圆相切 K 3 渐开线的形状取决于基圆的大小rb 渐开线 直线 4 基圆内无渐开线 问题1 G1 G3为同一基圆上所生成的两条同向渐开线 试
4、问和有何关系 5 同一基圆上所生成的两条同向渐开线为法向等距曲线 问题2 G1 G3为同一基圆上所生成的两条反向渐开线 试问和有何关系 6 同一基圆上所生成的两条反向渐开线为法向等距曲线 4 3 3渐开线方程1 渐开线的压力角2 渐开线方程 法线与基圆相切 齿轮固定 基圆唯一 法线交于定点C 4 3 4渐开线齿廓的啮合特性 啮合特性1 中心距的可分离性 中心距变化后 C点随之变化 但rb1 rb2不变 即中心距不变 有利于加工 安装和使用 2 接触点的轨迹是直线 啮合线 3 作用力的方向始终沿啮合线 4 中心距变动 啮合线变化 5 存在相对滑动 导致摩擦磨损 4 4渐开线标准直齿圆柱齿轮4 4
5、 1基本参数1 模数m 压力角 定义分度圆上 模数m Pk 压力角 均为标准值国家标准 20 英制标准 14 5 某些汽车齿轮 22 5 2 齿顶高系数 顶隙系数 4 4 2渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算标准齿轮的特征 分度圆上模数和压力角为标准值 齿距p所包含的齿厚s与齿槽宽e相等 具有标准的齿顶高与齿根高 渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算式 4 5渐开线标准齿轮的啮合节点 节圆 啮合角4 5 1标准中心距 无侧隙啮合分度圆与节圆重合渐开线齿廓具有可分离性 4 5 2正确啮合条件条件 齿对交替过程中不发生冲击 保证加工与互换性4 5 3连续传动条件理论啮合线实际啮合线连续传动条件 实
6、际啮合线重合度 大意味着什么 物理意义 表示同时参加啮合的齿对数多或多对齿啮合所占的时间比例大 结论基本定律解决瞬时传动比恒定的必要条件 m 相等 解决连续传动的必要条件 1 解决连续传动的充分条件 标准齿轮 标准中心距 恒大于1 4 6渐开线齿轮的加工4 6 1渐开线齿轮的加工方法1 成形法 铣削法拉削法 渐开线的形状与基圆有关成形铣刀刀号和加工齿数范围 成型法加工齿轮的特点不需要专用机床 齿型误差较大 分齿误差较大 用于9级以下精度的齿轮加工2 范成法 展成法 4 6 2范成法加工齿轮的原理和方法1 基本原理 一对齿轮作无侧隙啮合时 其共轭齿廓互为包络线 包络法 2 加工方法插齿加工 齿轮
7、插刀齿条插刀 优点 用一把插刀可以加工出m 相同而齿数不同的各种齿轮 包括内齿轮 缺点 切削不连续 生产效率较低 滚齿加工 优点 用一把滚刀可以加工出m 相同而齿数不同的各种齿轮 切削连续 生产效率高 缺点 不能加工内齿轮 4 6 3用标准齿条刀具加工齿轮1 标准齿条刀具顶部比普通齿条多出一段C m 用于在被加工齿轮的齿根部分切出齿顶间隙 2 用标准齿条刀具加工齿轮 被加工齿轮的齿数取决于v刀和 轮的比值 4 6 4渐开线齿廓的根切1 根切的现象 根切位置 2 根切的危害齿根强度削弱 重合度减小 3 根切的原因标准齿轮 刀具的齿顶线超过了极限啮合点N 考虑变位 4 6 5避免根切的措施1 z
8、17 对于标准齿轮 2 变位正变位刀具远离工件中心 变为后 4 6 6变为齿轮及其应用1 类型零传动x1 x2 0 包括标准齿轮 通常 小轮x1 0 大轮x2 0中心距a 啮合角 不变 高度变位 正传动x1 x2 0中心距a 啮合角 负传动x1 x2 0中心距a 啮合角 2 应用凑中心距 修复旧齿轮 减小齿轮尺寸 提高齿轮弯曲疲劳强度 4 9斜齿圆柱齿轮4 9 1渐开线斜齿圆柱齿轮1 斜齿圆柱齿轮齿面的形成 端面是渐开线 符合齿廓啮合基本定律 2 斜齿圆柱齿轮的基本参数 1 螺旋角 2 齿距和模数 3 压力角 4 齿顶高系数和顶隙系数 5 几何尺寸3 斜齿圆柱齿轮的啮合特性接触线是斜直线逐渐接
9、触 逐渐脱开 传动平稳 冲击和噪声小 产生轴向力 角 轴向力 对轴承不利 角太小 斜齿轮的优点不易发挥一般 8 20 重合度加大 后面分析 4 9 2平行轴斜齿轮机构1 平行轴斜齿轮机构的几何尺寸计算 1 法面参数与端面参数的关系模数 压力角 2 法面参数的意义法面 加工时的进刀方向 为标准参数端面 渐开线 与直齿轮相当 外啮合 1 2内啮合 1 2 2 平行轴斜齿轮机构的几何尺寸计算 1 正确啮合条件两轮啮合处的轮齿倾斜方向必须一致 端面内的啮合相当于之齿轮啮合 2 连续传动条件 端面重合度 轴向重合度 斜齿轮传动的重合度比直齿轮大 3 斜齿圆柱齿轮的当量齿轮与斜齿轮法面齿形相当的直齿圆柱齿
10、轮称为斜齿轮的当量齿轮当量齿轮的齿数称为斜齿轮的当量齿数 将C点的曲率半径 作为当量齿轮的分度圆半径 标准斜齿圆柱齿轮不发生根切的最小齿数 4 当量齿轮的用途仿形法加工直齿圆锥齿轮时 选择铣刀 弯曲疲劳强度计算 选择变位系数及测量齿厚 4 10直齿圆锥齿轮传动机构4 10 1直齿圆锥齿轮齿廓的形成1 理论齿廓的形成 基圆锥 球面渐开线球面由于不能展开成平面 给设计和制造带来很大困难 工程上采用近似 用背锥齿形代替圆锥齿轮大端的球面齿型大端模数为标准值2 背锥和当量齿数 将背锥展平 参数与圆锥齿轮大端相同 将扇形齿轮补足成完整的直齿圆柱齿轮 其齿数将增至Zv 圆锥齿轮的当量齿轮Zv 当量齿数 标
11、准直齿圆锥齿轮不发生根切的最少齿数 3 当量齿轮的用途仿形法加工直齿圆锥齿轮时 选择铣刀 弯曲疲劳强度计算 4 10 2直齿圆锥齿轮啮合传动1 正确啮合条件2 连续传动条件重合度 1按照当量齿轮进行分析和计算 传动比 4 10 3直齿圆锥齿轮的几何尺寸 4 11蜗杆传动机构4 11 1概述1 蜗轮蜗杆的形成齿轮 齿条的演化螺旋传动的演化2 分类 1 按齿廓的截面形状分 阿基米德蜗杆 普通蜗杆 延伸渐开线蜗杆 渐开线蜗杆 2 按头数分单头 多头 3 按蜗杆形状分圆柱蜗杆弧面蜗杆 提高承载能力 3 传动特点传动比i较大 i 8 80 结构紧凑 工作平稳 连续 噪音较小相对滑动速度大 效率低 需材料
12、匹配 贵重金属 4 11 2普通蜗杆的主要参数和几何尺寸计算 1 特点主平面内 m 为标准值2 正确啮合条件 3 传动比4 直径系数q和导程角 为限制d1的数量 令蜗杆直径系数为5 齿面间的滑动速度效率低 磨损 发热 6 传动效率 考虑轴承 搅油 7 蜗杆传动转动方向的判别 8 几何尺寸计算 4 12非圆齿轮传动机构简介4 12 1常用非圆齿轮传动机构 椭圆齿轮机构 对数螺线非圆齿轮机构三角形齿轮机构 矩形齿轮机构 4 12 2非圆齿轮传动需满足的条件 任意瞬时两轮节曲线的向量半径之和等于两轮的中心矩 相互滚动的两端节曲线弧长应时时相等 4 12 3应用实例 对数解算装置解算仪中利用对数螺线非圆齿轮机构实现导数的运算 绕线机利用椭圆齿轮机构传动比的变化来控制绕线机构往复运动的速度 从而使绕线缠绕成型良好
