第六章 齿轮传动ppt课件

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1、 第6章齿轮传动 第6章齿轮传动 渐开线直齿圆柱齿轮传动的工作能力分析 6 6 第6章齿轮传动 6 1概述 6 1 1齿轮传动的特点和应用 6 1 2齿廓啮合基本定律 齿轮传动是机械传动中应用最为广泛的一种传动形式 它主要用来传递任意两根轴之间的运动和动力 一般利用一对齿轮将一根轴的转动传递给另一根轴 并可改变转动速度和转动方向 6 1概述 6 1 1齿轮传动的特点和应用 1 齿轮传动的主要特点 1 优点 传递功率大 效率高 98 99 寿命长 工作平稳 可靠性高 能保证恒定的传动比 能传递任意夹角两轴间的运动 2 缺点 制造和安装精度较高 成本也较高 不宜用于传动距离过大的场合 2 齿轮传动

2、的类型齿轮传动的类型有很多 通常可按齿轮轴线的相对位置 齿轮啮合的情况 齿廓曲线的形状 齿轮传动的工作条件及齿面的硬度等进行分类 1 按照齿轮轴线的相对位置分类根据传动过程中两个齿轮轴线的相对位置 齿轮传动可分为圆柱齿轮传动 圆锥齿轮传动和蜗杆蜗轮传动 圆柱齿轮传动用于两轴线平行时的传动 圆柱齿轮的轮齿有直齿 斜齿和人字齿三种 圆锥齿轮传动用于两轴线相交时的传动 蜗杆蜗轮传动用于两轴线交错时的传动 a 外啮合直齿轮传动 b 内啮合直齿轮传动 c 齿条与齿轮啮合传动 d 斜齿外啮合传动 e 人字齿啮合传动 f 直齿圆锥齿轮传动 g 斜齿圆锥齿轮传动 h 交错轴斜齿轮传动 i 蜗杆蜗轮传动图6 1

3、齿轮传动主要类型 g 斜齿圆锥齿轮传动 h 交错轴斜齿轮传 i 蜗杆蜗轮传动图6 1齿轮传动主要类型 2 按照齿轮啮合的情况分类根据齿轮传动时两个齿轮啮合的情况 圆柱齿轮可分为外啮合 内啮合以及齿轮齿条啮合 一对外啮合的齿轮 它们的转动方向相反 一对内啮合的齿轮 它们的转动方向相同 当齿轮和齿条啮合传动时 齿条作直线运动 3 按照齿廓曲线的形状分类按照齿轮轮齿的齿廓曲线的形状 可分为渐开线齿轮传动 圆弧齿轮传动和摆线齿轮传动等 4 根据齿轮传动的工作条件根据齿轮传动的工作条件不同 齿轮传动又可分为开式传动 半开式传动和闭式传动三种 开式传动多用于低速或低精度的场合 闭式传动多用于较重要的传动

4、5 按照齿面的硬度分类按照齿面的硬度 齿轮传动可分为硬齿传动和软齿传动两种 当两个齿轮的齿面硬度小于或等于350HBS时 称为软齿面传动 当两个齿轮的齿面硬度大于350HBS时 称为硬齿面传动 3 齿轮传动的应用齿轮传动广泛应用于各行各业 如机械 矿山 冶金 汽车 建筑 化工 起重运输 甚至是儿童玩具 目前 齿轮传动装置正逐步向小型 高速化 低噪音 高可靠性和硬齿面技术的方向发展 6 1 2齿廓啮合基本定律 齿轮传动要求传动平稳 即在传动过程中 保持瞬时传动比恒定 以免产生冲击 振动和噪音 而齿廓形状影响齿轮传动的传动比 那么 齿廓形状应满足什么要求才能保证瞬时传动比恒定呢 图6 2渐开线的瞬

5、时传动比恒定 上式表明 两轮的瞬时传动比等于齿廓接触点处公法线分连心线成为两段长度的反比 齿廓啮合基本定律 欲使两齿轮的瞬时传动比为一常数 则其齿廓曲线必须符合下列条件 即 不论两齿廓在任何位置接触 过接触点所作的两齿轮公法线都必须与两轮连心线交于一定点 节点 P 过节点P所作的两个相切的圆称为节圆 由于节点的相对速度等于零 所以一对齿轮传动时 相当于一对节圆在作纯滚动 由此可知 两齿轮中心距为两节圆半径之和 把实现定传动比的一对齿廓称为共轭齿廓 一般来讲 任意给定一条齿廓曲线 就可以根据齿廓啮合基本定律作出与其共轭的另一条齿廓曲线 目前常用的齿廓曲线有渐开线 摆线和圆弧线等 其中渐开线齿廓曲

6、线应用最为广泛 6 2渐开线标准直齿圆柱齿轮 6 2 1渐开线的形成及基本性质 6 2 1渐开线的形成及基本性质 6 2 3几何尺寸计算 6 2 4内齿轮和齿条 6 2 5公法线长度 6 2 1渐开线的形成及基本性质 图6 3渐开线的形成与齿轮渐开线齿廓 图6 4不同基圆所得到的渐开线 1 渐开线的形成 2 渐开线的基本性质 当直线沿一固定圆作纯滚动时 直线上任一点K的轨迹称为该圆的渐开线 这个固定圆是渐开线的基圆 其半径用rb表示 直线称为发生线 如果发生线沿相反方向在基圆上滚动 可得到反方向的渐开线 由渐开线形成过程可知 渐开线具有下列特性 1 发生线沿基圆滚过的直线长度 等于基圆上被滚过

7、的一段弧长 即 2 当发生线沿基圆作纯滚动时 发生线就是渐开线在点的法线 因发生线总是与基圆相切 故可得结论 渐开线上任一点的法线必与其基圆相切 3 切点是渐开线在点的曲率中心 而线段NK是相应的曲率半径 由图6 3可知 渐开线离基圆愈远 其曲率半径愈大 即渐开线愈平直 渐开线在基圆上起始点处的曲率半径为零 4 渐开线的形状取决于基圆大小 如图6 4所示 基圆半径愈小 渐开线愈弯曲 基圆半径愈大 渐开线愈平直 当基圆半径为无穷大时 渐开线将成为直线 5 基圆内无渐开线 3 渐开线齿廓的压力角 式 6 2 表明 渐开线上各点的压力角是不同的 渐开线起点处的压力角为零 渐开线上的点离基圆越远 其压

8、力角越大 压力角的大小将直接影响一对齿轮的传力性能 所以压力角是齿轮传动中的一个重要参数 6 2 2渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸 图6 5齿轮各部分名称及符号 图6 6不同模数齿轮的比较 6 2 3几何尺寸计算 图6 7内齿轮各部分的尺寸 6 2 4内齿轮和齿条 图6 8齿条的名称和符号 1 内齿轮 2 齿条 6 2 5公法线长度 wk 图6 9公法线长度 6 3渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动 6 3 2标准齿轮的标准安装 6 3 1正确啮合条件 6 3 3连续传动条件 6 3 1正确啮合条件 齿轮传动是靠多对轮齿依次啮合实现的 但并非任意两个渐开线齿轮都能搭配起来正确啮合传动

9、 为此 必须要研究一对渐开线齿轮正确啮合的条件 两齿轮在啮合过程中 每对齿轮仅啮合一段时间便要分离 而由后一对轮齿接替 接替时在啮合线上至少同时有两对齿廓啮合 图6 10渐开线齿轮正确啮合条件 6 3 2标准齿轮的标准安装 6 3 3连续传动条件 一对齿廓啮合传动是主动轮的齿根推动从动轮的齿顶开始的 所以开始啮合点是从动轮的齿顶圆与啮合线N1N2的交点B2 随着主动轮1的转动并推动从动轮2转动 两齿廓的接触点自B2沿啮合线移动 轮1齿廓上的接触点自齿根向齿顶移动 轮2齿廓上的接触点自齿顶向齿根移动 终止啮合点是从动轮的齿顶圆与啮合线N1N2的交点B1 线段B1B2是啮合点的实际轨迹 称为实际啮

10、合线段 N1 N2称为啮合极限点 图6 11齿 要使齿轮连续传动 必须保证在前一对轮齿啮合点尚未移到B1点脱离啮合前 第二对轮齿能及时到达B2点进入啮合 显然两轮连续传动的条件为 通常把实际啮合线长度与基圆齿距的比称为重合度 以 表示 即 理论上 1就能保证连续传动 但由于齿轮的制造和安装无误以及传动中轮齿的变形等因素 必须使 1 重合度的大小 表明同时参与啮合的齿对数的多少 其值大则传动平稳 每对轮齿承受的载荷也小 相对地提高了齿轮的承载能力 6 4渐开线齿轮的切齿原理及变位齿轮简介 6 4 1渐开线齿轮的切齿原理 6 4 2根切现象与最小齿数 6 4 3变位齿轮的概念 6 4 1渐开线齿轮

11、的切齿原理齿廓加工方法很多 最常用的是切制法 按其原理可分成仿形法和范成法两种 1 仿形法仿形法的特点 所采用成形刀具切削刃的形状 在其轴向剖面内与被切齿轮齿槽的形状相同 常用的有盘状铣刀和指状铣刀 通常情况下 盘状铣刀用于加工模数m 10mm的齿轮 指状铣刀用于加工模数m 10mm 100mm的齿轮 并可用于切制人字齿轮 图6 12仿形法切齿 加工时铣刀绕本身轴线转动 同时轮坯沿齿轮轴线方向移动 直到铣出一个齿槽以后 再将轮坯退回原处 然后转过360 z再铣第二个齿槽 依此类推 便可切制出一个齿轮 仿形法的优点是加工方法简单 不需要专门的齿轮加工设备 缺点是由于铣制相同模数不同齿数的齿轮是用

12、一组有限数目的齿轮铣刀来完成的 所选铣刀不可能与要求齿形准确吻合 加工出的齿形不够准确 轮齿的分度有误差 制造精度较低 由于切削是断续的 生产效率低 因此 仿形法常用于单件 修配或少量生产及齿轮精度要求不高的齿轮加工 2 范成法 a 齿轮插刀加工齿轮 b 范成运动轨迹图6 13齿轮插刀 范成法是目前齿轮加工中最常用的一种方法 它是运用一对相互啮合齿轮的共轭齿廓互为包络线的原理来加工齿廓的 范成法加工齿轮常用的刀具有齿轮插刀 齿条插刀和齿轮滚刀 1 齿轮插刀齿轮插刀是一个具有切削刃的渐开线外齿轮 刀具顶部比正常齿高出 以便切出顶隙部分 插齿时 插刀与轮坯严格地按定比传动作范成运动 即啮合传动 如

13、图6 13 b 所示 同时插刀沿轮坯轴线方向作上下往复的切削运动 直至全部齿槽切制完毕 为了防止插刀退刀时擦伤已加工的齿廓表面 在退刀时 轮坯还须作小距离的让刀运动 另外 为了切出轮齿的整个高度 插刀还需要向轮坯中心作径向进给运动 图6 14齿条插刀加工齿轮图6 15齿轮滚刀加工齿轮 2 齿条插刀如图6 14所示 齿条插刀又叫梳齿刀 用齿条插刀切齿是模仿齿轮与齿条的啮合过程 刀具为齿条状 齿条插刀的顶部比传动用的齿条高出 圆角部分 以便切出传动时的顶隙部分 因齿条的齿廓为一直线 故不论在中线 齿厚与齿槽宽相等的直线 上 还是在与中线平行的其他任一直线上 它们都具有相同的齿距p 模数和压力角 2

14、0 3 齿轮滚刀以上两种刀具都只能间断地切削 生产效率低 目前广泛采用的齿轮滚刀 能连续切削 生产效率较高 滚刀转动时相当于齿条移动 这样便可由范成原理切出渐开线齿廓 滚刀除旋转外 还沿轮坯轴线移动 以便切出整个齿宽 滚切直齿轮时 为使刀齿螺旋线方向与被切轮齿方向一致 在安装滚刀时需使其轴线与轮坯端面成一滚刀升角 用范成法加工齿轮时 只要刀具和被加工齿轮的模数m 压力角相同 不管加工齿轮的齿数是多少 都可以用同一把滚刀来加工 而且加工效率高 6 4 2根切现象与最小齿数 用展成法加工齿轮时 有时会出现刀具的顶部切入齿根 将齿根部分渐开线齿廓切去的现象称之为根切 如图6 16所示 严重根切的齿轮

15、削弱了轮齿的抗弯强度 导致传动的不平稳 对传动十分不利 因此 应尽力避免根切现象的产生 经过分析证明 用范成法切削齿轮时 若刀具的齿顶线或齿顶圆与啮合线的交点超过被加工齿轮的啮合极限点N1时就会产生根切 如图6 17所示 1 不发生根切的最少齿数 用齿条型刀具切削齿轮 要不产生根切 必须使刀具齿顶线与啮合线的交点B不超过啮合极限点N1 如图6 17所示 即应使N1A BB1 6 17 6 18 6 19 则不根切的最少齿数 6 20 当时 而时 图6 16齿轮根切现象图6 17避免根切的条件 6 4 3变位齿轮的概念 1 标准齿轮应用的局限性和变位齿轮的概念 1 采用范成法切制的标准齿轮 齿轮

16、齿数不能小于最少齿数 否则会发生根切 2 标准齿轮的中心距a不能按照实际中心距a 的要求进行调整 3 一对标准齿轮副中的小齿轮齿根相对较弱 齿根抗弯强度差 不能对两轮的强度和啮合性能进行均衡和调整 在不改变被切齿轮齿数的情况下 只要改变刀具与轮坯的相对位置就可以避免根切 如图6 18所示 将刀具移出一段距离至实线位置时 刀具的顶线将不超过N1点 显然这就不会发生根切了 这种改变刀具与轮坯相对位置而达到不发生根切的方法称为变位法 采用这种方法切制的齿轮称为变位齿轮 以切制标准齿轮的位置为基准 刀具由基准位置沿径向移开的距离用xm表示 其中m为模数 x称为变位系数 并规定刀具离开轮坯中心的变位系数为正 反之为负 对应于x 0 x 0及x 0的变位分别称为正变位 零变位及负变位 2 变位齿轮的切制 如图6 19所示 采用齿条型刀具加工齿轮时 刀具节线与轮坯分度圆相切并作纯滚动 根据刀具的安装位置不同 分为加工零变位齿轮 正变位齿轮及负变位齿轮三种 1 齿条刀具中线与轮坯分度圆相切 由于刀具中线上的齿厚等于齿槽宽 因此加工出来的齿轮在分度圆上的齿槽宽等于齿厚 是标准齿轮 2 齿条刀具中线与轮坯