[工学]清华大学机械原理课件第4章 齿轮传动机构

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1、精密仪器与机械学系 设计工程研究所第4章 齿轮传动机构 齿轮传动机构的类型 齿廓啮合基本定律 渐开线齿廓 渐开线标准直齿圆柱齿轮 渐开线标准齿轮的啮合 渐开线齿轮的加工 直齿圆锥齿轮传动机构 蜗杆传动机构 非圆齿轮传动机构简介精密仪器与机械学系 设计工程研究所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精密仪器与机械学系 设计工程研究所q平面直齿轮q内啮合齿轮传动两齿轮的转动方向相同q齿轮齿条传动q外啮合齿轮传动两齿轮的转动方向相反精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 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精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 平面人字齿轮传动

2、由两个螺旋角方向相反的斜齿轮组成精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 空间（圆）锥齿轮传动用于两相交轴之间的传动精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 空间交错轴斜齿轮传动用于传递两交错轴之间的运动精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 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精密仪器与机械学系 设计工程研究所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，且高速运转时噪声较大

3、。精密仪器与机械学系 设计工程研究所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：机械手精密仪器与机械学系 设计工程研究所例2：汽车变速箱精密仪器与机械学系 设计工程研究所例3：摄像机精密仪器与机械学系 设计工程研究所例4：大型游乐设施精密仪器与机械学系 设计工程研究所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精密仪器与机械学系 设计工程研究所C点：相对速度瞬心(三心定理)C点：啮合节点，简称节点精密仪器与机械学系 设计工程研究所q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。q节圆：由节点决定的圆q

4、共轭齿廓凡满足齿廓啮合基本定律而相互啮合的一对 齿廓精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 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。轭精密仪器与机械学系 设计工程研究所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、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。q 本章重点研究渐开线齿廓的齿轮精密仪器与机械学系 设计工程研究所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

5、生线K渐开线上K点的展角精密仪器与机械学系 设计工程研究所精密仪器与机械学系 设计工程研究所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；精密仪器与机械学系 设计工程研究所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精密仪器与机械学系 设计工程研究所3.渐开线的形状取决于基圆的大小rb,渐开线直线；精密仪器与机械学系 设计工程研究所4. 基圆内无渐开线精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 问题1：G1、G3为同一基圆上所生成的两条同向渐开线，试问 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

6、线。精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 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。精密仪器与机械学系 设计工程研究所4.3.3 渐开线方程1.渐开线的压力角2.渐开线方程精密仪器与机械学系 设计工程研究所渐开线的极坐标方程式渐开线函数精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 法线与基圆相切； q 齿轮固定，基圆唯一； q 法线交于定点C4.3.4 渐开线齿廓的啮合特性精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 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，即传动比不变。有利于加工

7、、安装和使用。精密仪器与机械学系 设计工程研究所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。精密仪器与机械学系 设计工程研究所4.4 渐开线标准直齿圆柱齿轮4.4.1 基本参数1. 模数m，压力角精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 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=22.52.齿顶高系数，顶隙系数精密仪器与机械学系 设计工程研究所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：q 分度圆上模数和压力角为标准值；q 齿距p所包含的齿厚s

8、与齿槽宽e相等；q 具有标准的齿顶高与齿根高。精密仪器与机械学系 设计工程研究所渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算式精密仪器与机械学系 设计工程研究所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精密仪器与机械学系 设计工程研究所4.5.2 正确啮合条件q 条件：齿对交替过程中不发生冲击精密仪器与机械学系 设计工程研究所精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 保证加工与互换性4.5.3 连续传动条件q 理论啮合线q 实际啮合线连续传动条件？精密仪器与机械学系 设计工程研究所q实际啮合线q重合度精密仪器与机械学系 设计工程研究所重合

9、度计算：精密仪器与机械学系 设计工程研究所对于内啮合齿轮：当齿轮与齿条啮合时：精密仪器与机械学系 设计工程研究所与模数无关，随齿数增大当两轮的齿数趋于无穷大时齿条：？精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 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q 基本定律解决瞬时传动比恒定的必要条件；q 相等，解决连续传动的必要条件；q 1，解决连续传动的充分条件。q标准齿轮、标准中心距， 恒大于1精密仪器与机械学系 设计工程研究所4.6 渐开线齿轮的加工 4.6.1渐开线齿轮的加工方法 1. 成形法精密仪器与机械学系 设计工程研究所铣削法拉削法精密仪器与机械学系

10、 设计工程研究所q 渐开线的形状与基圆有关q 成形铣刀刀号和加工齿数范围精密仪器与机械学系 设计工程研究所成型法加工齿轮的特点q 不需要专用机床；q 齿型误差较大；q 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. 基本原理精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 一对齿轮作无侧隙啮合时，其共轭齿廓互 为包络线包络法精密仪器与机械学系 设计工程研究所2. 加工方法q 插齿加工精密仪器与机械学系 设计工程研究所齿轮插刀优点：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。齿条插刀精密仪器与机械

11、学系 设计工程研究所q 滚齿加工精密仪器与机械学系 设计工程研究所优点：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。精密仪器与机械学系 设计工程研究所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精密仪器与机械学系 设计工程研究所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。精密仪器与机械学系 设计工程研究所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，重合度减小精密仪器与机械学系 设计工程研究所3. 根切的原

12、因标准齿轮：刀具的齿顶线超过了极限啮合点N。精密仪器与机械学系 设计工程研究所精密仪器与机械学系 设计工程研究所q考虑变位精密仪器与机械学系 设计工程研究所4.6.5 避免根切的措施1. z17（对于标准齿轮）2. 变位q 正变位刀具远离工件中心精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 变位后精密仪器与机械学系 设计工程研究所4.6.6 变位齿轮啮合传动的几何尺寸1. 无侧隙啮合方程式实现无侧隙啮合反映变位系数之和与啮合角的关系精密仪器与机械学系 设计工程研究所2. 中心距与中心距变动系数中心距中心距变动系数精密仪器与机械学系 设计工程研究所3. 齿高变动系数和齿顶圆直径刀具中线与节线分离，移了保

13、持全齿高不变则：精密仪器与机械学系 设计工程研究所保证无侧隙：保证标准顶隙如果：精密仪器与机械学系 设计工程研究所可以证明：齿顶高削去齿高变动系数精密仪器与机械学系 设计工程研究所4.6.7 变位齿轮及其应用1. 类型q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，啮合角角度变位精密仪器与机械学系 设计工程研究所优点： 提高轮齿的抗弯能力；提高齿面的接触强度（曲率半径增大）；配凑中心距；减轻轮齿磨损程度。缺点：正变位齿轮齿顶易变尖，重合度下降。精密仪器与机械学系 设计工程研究所q负传动 x1+x2 0中心距a，啮合角角度变位精密仪器与机械学系 设计工程研究所

14、优缺点：与正传动相反。 配凑中心距； 精密仪器与机械学系 设计工程研究所2.应用q 凑中心距精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 修复旧齿轮；q 减小齿轮尺寸；q 提高齿轮弯曲疲劳强度等。精密仪器与机械学系 设计工程研究所4.7 斜齿圆柱齿轮4.7.1 渐开线斜齿圆柱齿轮1. 斜齿圆柱齿轮齿面的形成精密仪器与机械学系 设计工程研究所端面是渐开线，符合齿廓啮合基本定律精密仪器与机械学系 设计工程研究所2. 斜齿圆柱齿轮的基本参数（1）螺旋角精密仪器与机械学系 设计工程研究所（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q 接触线是斜直线逐渐接触，

15、逐渐脱开，传动平稳，冲击和噪声小精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 产生轴向推力角轴向力，对轴承不利角太小，斜齿轮的优点不易发挥一般：= 820q 重合度加大(后面分析)人字齿轮：消除轴向推力4.7.2 平行轴斜齿轮机构1.平行轴斜齿轮机构的几何尺寸计算精密仪器与机械学系 设计工程研究所(1) 法面参数与端面参数的关系模数精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 压力角精密仪器与机械学系 设计工程研究所(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，与直齿轮相当精密仪器与机械学系 设计工程研究所外啮合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q 两轮啮合处的轮齿倾斜方向必须一致精密仪器与机械学系 设计工程研究所q 端面内的啮合相当于直齿轮啮合精密仪器与机械学系 设计工程研究所(2)连续传动条件端面重合度纵向重合度斜齿轮传动的重合度比直齿轮大直齿轮：斜齿轮：精密仪器与机械学系 设计工程研究所直齿轮：斜齿