《第4章齿轮机构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第4章齿轮机构（54页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、郑大工学院专用,第4章 齿轮机构,41 齿轮机构的特点和类型,42 齿廓实现定角速度比的条件,43 渐开线齿廓,44 齿轮各部分名称及标准齿轮的基本尺寸,45 渐开线标准齿轮的啮合,46 渐开线齿轮的切齿原理,47 根切现象、最少齿数及变位齿轮,48 平行轴斜齿轮机构,49 圆锥齿轮机构,郑大工学院专用,41 齿轮机构的特点和类型,作用：传递空间任意两轴（平行、相交、交错）的旋 转运动，或将转动转换为移动。,结构特点：圆柱体外（或内）均匀分布有大小一样 的轮齿。,郑大工学院专用,41 齿轮机构的特点和类型,优点：,传动比准确、传动平稳。,圆周速度大，高达300 m/s。,传动功率范围大，从几瓦
2、到10万千瓦。,效率高(0.99)、使用寿命长、工作安全可靠。,可实现平行轴、相交轴和交错轴之间的传动。,缺点：要求较高的制造和安装精度，加工成本高、 不适宜远距离传动(如单车)。,郑大工学院专用,平面齿轮传动 （轴线平行）,外齿轮传动,直齿,斜齿,人字齿,圆柱齿轮,非圆柱齿轮,空间齿轮传动 （轴线不平行）,按相对运动分,按齿廓曲线分,直齿,斜齿,曲线齿,圆锥齿轮,两轴相交,两轴交错,蜗轮蜗杆传动,交错轴斜齿轮,准双曲面齿轮,渐开线齿轮(1765年),摆线齿轮 (1650年),圆弧齿轮 (1950年),齿轮传动的类型,应用实例：提问参观对象、SZI型统一机芯手表有18个齿轮、炮塔、内然机。,球
3、齿轮,抛物线齿轮(近年),分类：,内齿轮传动,齿轮齿条,郑大工学院专用,按速度高低分:,按传动比分:,按封闭形式分：,齿轮传动的类型,应用实例：提问参观对象、SZI型统一机芯手表有18个齿轮、炮塔、内然机。,高速、中速、低速齿轮传动。,定传动比、变传动比齿轮传动。,开式齿轮传动、闭式齿轮传动。,分类：,郑大工学院专用,共轭齿廓：一对能实现预定传动比(i12=1/2)规律 的啮合齿廓。,42 齿廓实现定角速度比的条件,1.齿廓啮合基本定律,一对齿廓在任意点K接触时，作法线n-n,C点为相对瞬心。,有：,如果要求传动比为常数，则应使O2 C /O1C为常数。,郑大工学院专用,节圆： 过节点C所作的
4、两个相切的圆称为节圆。设想在C点放一只笔，则笔尖在两个齿轮运动平面内所留轨迹。,由于O2 、O1为定点，故C必为一个定点。,节圆相切于C点，且两轮节点处速度相同，故两节圆作纯滚动。,a=r1+r2,以r1和r2表示节圆半径，则中心距,郑大工学院专用,2.齿廓曲线的选择,理论上，满足齿廓啮合定律的曲线有无穷多，但考虑到便于制造和检测等因素，工程上只有极少数几种曲线可作为齿廓曲线，如渐开线、其中应用最广的是渐开线，其次是摆线(仅用于钟表)和变态摆线 (摆线针轮减速器)，近年来提出了圆弧和抛物线。,43 渐开线齿廓,一、 渐开线的形成和特性,条直线在圆上作纯滚动时，直线上任一点的轨迹,BK发生线，,
5、发生线,基圆rb,kAK段的展角,郑大工学院专用,43 渐开线齿廓,2.渐开线的特性,渐开线上任意点的法线切于基圆纯滚动时， B为瞬心，速度沿t-t线，是渐开线的切线，故BK为法线,B点为曲率中心，BK为曲率半径。 渐开线起始点A处曲率半径为0。可以证明,发生线,渐开线,郑大工学院专用,渐开线形状取决于基圆,基圆内无渐开线。,当rb，变成直线。,离中心越远，渐开线上的 压力角越大。,定义：啮合时K点正压力方向与速度方向所夹锐角为渐开线上该点之压力角k。,rbrk cosk,郑大工学院专用,二、渐开线齿廓满足定角速比要求,要使两齿轮作定传动比传动，则两轮的齿廓无论在任何位置接触，过接触点所作公法
6、线必须与两轮的连心线交于一个定点。,两齿廓在任意点K啮合时，过K作两齿廓的法线N1N2，是基圆的切线，为定直线。,i12=1/2=O2C/ O1C=const,工程意义：i12为常数可减少因速度变化所产生的附加动载荷、振动和噪音，延长齿轮的使用寿命，提高机器的工作精度。,两轮中心连线也为定直线，故交点C必为定点。在位置K时同样有此结论。,N1N2是啮合点的轨迹，称为啮合线,由渐开线的性质可知：啮合线又是接触点的法线，正压力总是沿法线方向，故正压力方向不变。该特性对传动的平稳性有利。,啮合线与节圆公切线之间的夹角 ，称为啮合角,实际上 就是节圆上的压力角,郑大工学院专用,运动可分性, O1N1C
7、O2N2C,由于上述特性，工程上广泛采用渐开线齿廓曲线。,实际安装中心距略有变化时，不影响i12，这一特性称为运动可分性，对加工和装配很有利。,故传动比又可写成： i12=1/2= O2C/ O1C,= rb2 /rb1,基圆半径之反比。基圆半径是定值,一、外齿轮,1.名称与符号,齿顶圆 da、ra,齿根圆 df、rf,齿厚 sk 任意圆上的弧长,齿槽宽 ek 弧长,齿距 （周节） pk= sk +ek 同侧齿廓弧长,齿顶高ha,齿根高 hf,齿全高 h= ha+hf,齿宽 B,分度圆人为规定的计算基准圆,表示符号： d、r、s、e，p= s+e,法向齿距 （周节） pn,= pb,44 齿轮
8、各部分名称及标准齿轮的基本尺寸,郑大工学院专用,2.基本参数,模数m,齿数z,出现无理数,不方便为了计算、制造和检验的方便,分度圆周长：d=zp,称为模数m 。,模数的单位：mm，它是决定齿轮尺寸的一个基本参数。齿数相同的齿轮，模数大，尺寸也大。,于是有： d=mz， r = mz/2,人为规定： m=p/只能取某些简单值，,郑大工学院专用,0.35 0.7 0.9 1.75 2.25 2.75 (3.25) 3.5 (3.75) 第二系列 4.5 5.5 (6.5) 7 9 (11) 14 18 22 28 (30) 36 45,郑大工学院专用,分度圆压力角,得:iarccos(rb/ri)
9、,由 rbri cosi,对于同一条渐开线：ri ,i ,b0,郑大工学院专用,由d=mz知：m和z一定时，分度圆是一个大小唯一确定的圆。,规定标准值：20,由dbdcos可知，基圆也是一个大小唯一确定的圆。,称 m、z、为渐开线齿轮的三个基本参数。,对于分度圆大小相同的齿轮，如果不同，则基圆大小将不同，因而其齿廓形状也不同。,是决定渐开线齿廓形状的一个重要参数。,或rbrcos，,arccos(rb/r),dbdcos,定义分度圆压力角为齿轮的压力角：,郑大工学院专用,齿轮各部分尺寸的计算公式：,齿顶高：ha=ha*m,齿根高：hf=(ha* +c*)m,全齿高：h= ha+hf,齿顶圆直径
10、： da=d+2ha,齿顶高系数:ha*,齿根圆直径： df=d-2hf,顶隙系数: c*,分度圆直径： d=mz,=(2ha* +c*)m,=(z+2ha*)m,=(z-2ha*-2c*)m,正常齿： ha*1短齿制： ha*0.8,正常齿： c*0.25短齿制： c*0.3,基圆直径：,法向齿距：,标准齿轮：,=mzcos,=db/z,=mcos,=pcos,统一用pb表示,m 、ha* 、c* 取标准值，且e=s的齿轮。,db=dcos,pn=pb,45 渐开线标准齿轮的啮合,1.正确啮合条件,要使进入啮合区内的各对齿轮都能正确地进入啮合，两齿轮的相邻两齿同侧齿廓间的法向距离应相等：,p
11、b1= pb2,郑大工学院专用,将pb=mcos代入得： m1cos1=m2cos2,因m和都取标准值，使上式成立的条件为：,m1=m2 ， 1=2,结论：一对渐开线齿轮的正确啮合条件是它们模数和压力角应分别相等。,传动比：,郑大工学院专用,二、标准中心距a,对标准齿轮，确定中心距a时， 应满足两个要求：1)理论上齿侧间隙为零,2)顶隙c为标准值。 储油用,此时有：,a=r1+ r2,为了便于润滑、制造和装配误差，以及受力受热变形膨胀所引起的挤压现象，实际上侧隙不为零，由公差保证。,s1-e2=0,c=c*m,=m(z1+z2)/2,郑大工学院专用,必须指出：1.分度圆和压力角是单个齿轮就有的
12、；而节圆和啮合角是两个齿轮啮合后才出现的。,2.标准齿轮传动只有分度圆与节圆重合时，压力角与啮合角才相等。,郑大工学院专用,1.一对轮齿的啮合过程,轮齿在从动轮顶圆与N1N2 线交点B2处进入啮合，主动轮齿根推动从动轮齿顶。随着传动的进行，啮合点沿N1N2 线移动。在主动轮顶圆与N1N2 线交点处B1脱离啮合。主动轮：啮合点从齿根走向齿顶，而在从动轮，正好相反。,AE实际啮合线,N1N2 ：理论啮合线段基圆内无渐开线理论上可能的最长啮合线段,N1、N 2 啮合极限点,三、重合度,E-终止啮合点,A -起始啮合点,郑大工学院专用,2.连续传动条件,一对轮齿啮合传动的区间是有限的。要保证齿轮连续转
13、动，则在前一对轮齿脱离啮合之前,后一对轮齿必须及时地进入啮合。,为保证连续传动，要求：,实际啮合线段 AEpb (齿轮的法向齿距)，,定义: = AE/pb 为一对齿轮的重合度,一对齿轮的连续传动条件是：,为保证可靠工作，工程上要求：,从理论上讲，重合度为1就能保证连续传动，但齿轮制造和安装有误差,即： AE/pb1,1,采用标准齿轮，总是有： 1故不必验算。,郑大工学院专用,46 渐开线齿轮的切齿原理,齿轮加工方法,成形法,盘铣刀,指状铣刀,铸造法,热轧法,冲压法,模锻法,粉末冶金法,切制法最常用,铣削,拉削,一、成形法铣削,范成法(展成法共轭法包络法),插齿,滚齿,剃齿,磨齿,郑大工学院专
14、用,指状铣刀加工,盘铣刀加工,铣刀旋转，工件进给分度、断续切削。,适用于加工大模数m20 的齿轮和人字齿轮。,郑大工学院专用,成形法加工的特点：产生齿形误差和分度误差，精度较低，加工不连续，生产效率低。适于单件生产。,由db=mzcos可知，渐开线形状随齿数变化。要想获得精确的齿廓，加工一种齿数的齿轮，就需要一把刀具。这在工程上是不现实的。,郑大工学院专用,齿轮插刀加工,i=0 /=z/z0,二、范成法,1. 齿轮插刀,共轭齿廓互为包络线,郑大工学院专用,Vrmz/2,2. 齿条插刀,插齿加工过程为断续切削，生产效率低。,齿条插刀加工时齿廓包络过程,齿条插刀顶部比传动用的齿条高出c*m，以便切
15、出传动时的顶隙部分。,郑大工学院专用,滚刀,Vrmz/2,滚刀轴剖面相当于齿条,相当于齿轮齿条啮合传动,3. 齿轮滚刀,被加工齿轮,为什么滚刀要倾斜一个角度呢？,范成法加工的特点：一种模数只需要一把刀具连续切削，生产效率高，精度高，用于批量生产。,一、根切现象,图示现象称为轮齿的根切。,根切的后果：削弱轮齿的抗弯强度；,以下分析产生根切的原因:,使重合度下降。,47 根切现象、最少齿数及变位齿轮,N1为啮合线的极限点，若刀具齿顶线超过N1,则超过N1刀刃会将根部已加工出的渐开线切去一部分。,郑大工学院专用,二、渐开线齿轮不发生根切的最少齿数,当被加工齿轮的模数m确定之后，其刀具齿顶线与啮合线的交点B2就唯一确定，,这时极限啮合点N1的位置随基圆大小变动,
