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1、1,第13章 齿轮机构,2,车 床,3,机床齿轮,4,旋转餐厅,5,第13章 齿轮机构,13.1 齿轮传动的特点、分类及应用,一、特点和类型 齿轮传动用来传递任意两轴(平行、相交、交错）的旋转运动和动力，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150m以上，是现代机械中应用最广的一种机械传动。 齿轮传动与带传动相比主要有以下优点： （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。 齿轮传动与带传动相比主要缺点有： （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。（
2、3）无过载保护。（4）需专门加工设备。,6,齿轮传动,1.按两轴位置,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）,外啮合 内啮合 齿轮齿条,外啮合 内啮合 齿轮齿条,人字齿轮传动（轮齿成人字形）,空间齿轮运动（轴线不平行）,传递相交轴运动（锥齿轮传动）,传递交错轴运动,圆锥直齿 圆锥斜齿 圆锥曲线齿,交错轴斜齿轮传动 蜗轮蜗杆传动 准双曲面齿轮传动,平面齿轮传动 (轴线平行),7,8,9,优点：1）传动效率高 2）传动比恒定 3）结构紧凑 4）工作可靠、寿命长。缺点：1）制造、安装精度要求较高 2）不适于中心距a较大两轴间传动 3）使用维护费用较高 ）精度低时、噪音、
3、振动较大。,10,2、按工作条件,3、按齿形,渐开线常用摆线计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，只有简单防护罩闭式润滑、密封良好，汽车、机床及航空发动机等齿轮传动中,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350HB）,硬齿面齿轮（齿面硬度350HB）,11,二.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。这与齿轮的齿廓形状、制造和安装精度有关
4、。 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，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。,12,13.1.3齿廓啮合基本定律,一、齿廓啮合基本定律,渐开线齿廓的啮合过程,13,两轮轮齿的齿廓 在某一点K接触，它们在点K处的线速度为 , 。,要使这一对齿廓能连续的接触传动，它们沿接触点的公法线方向是不能相对运动的。否则，两齿廓将不是彼此分离就是互相嵌入，因而不能达到正常传动的目的。这就是说，要使两齿廓能够连续接触传动，则 和 在公法线 nn 方向的分速度应该相等。所以两齿廓接触点间的相对速度 只能沿两齿廓接触点的公切线方向。,1
5、4,节圆半径：,齿廓啮合基本定律: 互相啮合传动的一对齿轮，在任一瞬时的传动比等于该瞬时两轮连心线被其啮合齿廓接触点的公法线所分割的两线段长度的反比。,节点：P,节圆 ：节点P在两个齿轮运动平面上的轨迹是两个圆。（轮1的节圆是以O1为圆心，O1P为节圆的半径。）,满足定传动比的齿廓形状必修符合：不论两齿廓在哪一点接触，过接触点的两齿廓公法线必须与两轮连心线交于一定点。,15,通常采用：,二、共轭齿廓，共轭曲线,三、齿廓曲线的选择,1.满足定传动比的要求；2.考虑设计、制造等方面。,凡满足齿廓啮合基本定律的一对齿轮的齿廓称共轭齿廓，共轭齿廓的齿廓曲线称为共轭曲线。（渐开线、摆线、圆弧形）,渐开线
6、,16,一、渐开线的形成及基本性质,1、渐开线齿廓形成,AK渐开线； 基圆：rb ；KB：发生线 ；,13.2 渐开线齿轮,17,2、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）渐开线齿廓上某点的法线与该点的速度方向所夹的锐角称为该点的压力角。,（4）渐开线的形状只取决于基圆大小。（5）基圆内无渐开线。,18,一、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
7、d(r) 测量基准,(5)在任意圆上dk 齿槽宽ek 齿厚SK 齿距PK= ek+SK,13.2.2 渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数和几何尺寸,19,基节Pb,基节基圆上的齿距,周节P,周节分度圆上的齿距P=s+e=2s=2e,(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)/2,20,2、标准齿轮的基本参数,定义模数,或,d = mz 单位：mm； m 标准化（表13-1）。,分度圆就是齿轮上具有标准模数和标准压力角的圆。,(1)模数m,模数表示轮齿的大小,21,(2)分度圆压力角,（是决定渐开线齿廓形状的一
8、个基本参数）,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。,22,(3)齿数z,表明：齿轮的大小和渐开线齿轮形状都与齿数有关,(4)齿顶高系数 和顶隙系数,标准值： =1， =0.25非标准短齿： =0.8， =0.3,23,二、标准直齿轮的几何尺寸计算,标准齿轮：标准齿轮是指m、ha*、c* 均取标准值，具有标准的齿顶高和齿根高，且分度圆齿厚等于齿槽宽的齿轮。,一个齿轮：,d=mz da=d+2ha=(z+2ha*)mdf=d-2hf=(z-2 ha*-2 c*)mdb=dcos,ha= ha*mhf=( ha*+ c*)mh=ha+hf=(2 ha*+
9、 c*)mP=m,一对标准齿轮：,m、z决定了分度圆的大小，而齿轮的大小主要取决于分度圆，因此m、z是决定齿轮大小的主要参数,轮齿的尺寸与m， ha* ， c* 有关与z无关,至于齿形，与m，z，有关,24,25,一、正确啮合条件: m与分别相等,13.3 渐开线齿轮的啮合传动,26,1、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,继续啮合:,啮合点沿N1N2向N2方向移
10、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,27,2、连续传动条件,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,或,：齿轮传动的连续性条件：重合度至少要大于1.05,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。,28,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,29,13.4 渐开线齿轮的切齿原理及变位齿轮,一、齿轮轮齿的加工方法：铸造、热轧、粉末冶金和切制法,30,1.仿形法 仿形法是在普通铣床上用轴向
11、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。,13.4 渐开线齿轮的切齿原理及变位齿轮,31,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,32,2.范成法是利用一对齿轮无
12、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；,插直齿演示,插斜齿,33,C 齿轮滚刀 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。,滚直齿动画演示,34,二.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：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Z350HB）或铸铁齿轮。 开式齿轮传动：齿面磨损为其主要失效形式。,2.设计准则,44,二、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。,
