《机械设计基础（第10章）ppt培训课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计基础（第10章）ppt培训课件（88页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、特点：,传动动力大，效率高,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,制造、安装精度要求较高，因而成本也较高,不宜作轴间距离过大的传动,10.1 齿轮传动的特点和基本类型,重点：外啮合标准渐开线直齿圆柱齿轮传动的基本理论、传动设计及强度计算。 难点：啮合特性、受力分析、设计计算公式的运用。,第10章 齿轮传动,10.1 齿轮传动的特点和基本类型,齿轮传动,平面齿轮传动,空间齿轮传动,直齿圆柱齿轮传动,斜齿圆柱齿轮传动,传递相交运动,传递交错轴运动,内啮合,外啮合,齿轮齿条,内啮合,外啮合,齿轮齿条,直齿,斜齿,交错轴斜齿轮传动,蜗杆涡轮,准双曲面齿轮,曲线齿,
2、人字齿齿轮运动,齿轮传动的分类,10.2 渐开线齿轮的齿廓及传动比,10.2.1渐开线的形成,10.2 渐开线齿轮的齿廓及传动比,10.2.2渐开线的性质,发生线在基圆上滚过的长度等于基圆上被滚过的弧长，即NK=NA；,因为发生线在基圆上作纯滚动，所以它与基圆的切点N就是渐开线上K点的瞬时速度中心，发生线NK就是渐开线在K点的法线，同时它也是基圆在N点的切线；,切点N是渐开线上K点的曲率中心，NK是渐开线上K点的曲率半径。离基圆越近，曲率半径越小；,渐开线的形状取决于基圆的大小。基圆越大，渐开线越平直，当基圆半径无穷大时，渐开线为直线；,基圆内无渐开线。,10.2 渐开线齿轮的齿廓及传动比,1
3、0.2.3渐开线方程,10.2.4 渐开线齿廓的啮合特点,齿面滑动,10.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮主要参数及几何尺寸计算,10.3.1 齿轮各部分的名称和符号,10.3.2 基本参数及几何尺寸运算,我国规定,任意圆齿厚,基圆齿厚,公法线长度,10.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮主要参数及几何尺寸计算,基本参数,虽然单对渐开线齿廓能满足定传动比传动的要求，但并非任意两个渐开线齿轮都可以正确啮合传动。如下图所示，模数特别大的齿轮与模数特别小的齿轮无法进行正确啮合。,10.4 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,10.1 正确啮合条件,为此，要使一对齿轮正确啮合，一定要保证每对轮齿能顺利的进入如右图所示的啮
4、合状态，不难发现，这时两齿轮的法向齿距刚好相等，即K1K1=K2K2,10.4 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,由渐开线的性质可知：渐开线齿轮的法向齿距等于基圆齿距。即：K1K1=pb1 =m1cos1K2K2= pb2 =m2cos2 所以，两齿轮的正确啮合条件为m1cos1=m2cos2 由于模数和压力角都已标准化，故一对齿轮的正确啮合条件是：m1=m2=m 1=2= 即一对渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是：两齿轮的模数和压力角应分别相等。,10.4 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,10.4 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,10.2 渐开线齿轮传动的重合度,齿轮传动是依靠两轮的轮齿依次啮合而实
5、现的。,具体啮合及重合度的概念观看右图演示。,10.4 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,10.4 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,10.3 渐开线齿轮的无侧隙啮合,10.4 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,2.齿轮齿条啮合,齿轮齿条啮合时，相当于齿轮的分度圆与齿条的节圆作纯滚动。标准安装时，齿条的节线与齿轮的分度圆相切。,此时，=B 齿条圆离或靠近齿轮时，啮合线位置不 变，啮合角不变，节点位置不变，齿轮与齿条啮合时齿轮的分度圆永远与节圆重合，啮合角等于压力角。但只有标准安装时，齿条的分度线才与节线重合。,10.5 渐开线齿轮的加工方法,仿形法是在普通铣床上用轴向剖面形状与被切齿轮齿槽形状完全相同的铣
6、刀切制齿轮的方法。铣完一个齿槽后，分度头将齿坯转过360/z，再铣下一个齿槽，直到铣出所有的齿槽。,1. 仿型法,定义：,仿形法加工方便易行，但精度难以保证。在生产中通常用同一号铣刀切制同模数、不同齿数的齿轮，故仿形法通常是近似的。,圆盘铣刀加工齿数的范围,盘形铣刀,使用盘形铣刀加工齿轮,指状铣刀,10.5 渐开线齿轮的加工方法,2. 展成法,原理,利用一对齿轮无侧隙啮合时两轮的齿廓互为包络线的原理加工齿轮,10.5 渐开线齿轮的加工方法,常用的刀具,齿轮插刀,齿条插刀,齿轮滚刀,10.5 渐开线齿轮的加工方法,展成法加工的基本要求,用展成法加工齿轮时，只要刀具与被加工齿轮的模数和压力角相同，
7、不管被加工齿轮的齿数是多少，都可以用同一把刀具来加工。,10.6 渐开线齿廓的根切现象与标准外齿轮的最少齿数,10.6.1 根切现象,用展成法加工齿轮时，若刀具的齿顶线（或齿顶圆）超过理论啮合线极限点N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。,轮齿的根切大大削弱了轮齿的弯曲强度，降低齿轮传动的平稳性和重合度，因此应力求避免,10.6 渐开线齿廓的根切现象与标准外齿轮的最少齿数,10.7 变位齿轮传动,10.7.1 变位齿轮,标准齿轮的局限性,受根切限制，齿数不得少于17，使传动结构不够紧凑；,不适用于安装中心距a不等于标准中心距a的场合。,一对标准齿轮传动时，小齿轮
8、的齿根厚度小而啮合次数又较多，故小齿轮的强度较低，齿根部分磨损也较严重，因此小 齿轮容易损坏，同时也限制了大齿轮的承载能力。,10.7 变位齿轮传动,变位齿轮的概念,10.7 变位齿轮传动,10.7.2 最小变位系数,10.7 变位齿轮传动,不根切的最小变位系数,当: ha*= 1, = 20 时， z min= 17,10.7 变位齿轮传动,10.7.3 变位齿轮的几何尺寸和传动类型,1.变位齿轮的几何尺寸,10.7 变位齿轮传动,2.变位齿轮传动的类型,10.7 变位齿轮传动,3. 变位齿轮传动的设计步骤,（1）已知标准齿轮的5个基本参数，设计步骤为：,1）选择传动类型，若z1+z22zm
9、in,必须采用正传动，否则可以考虑其他传动类型,2）选择两齿轮的变位系数,3）计算两齿轮的几何尺寸,4）验算重合度及齿轮强度,2）选择两齿轮的变位系数,10.7 变位齿轮传动,（2）已知 设计步骤为：,3）同（1)之3）、4）,1）计算啮合角B,（3）已知 设计步骤为：,10.7 变位齿轮传动,1）确定两齿轮的齿数,因,故得,取整数,2）其余步骤同（2）,10.8 齿轮常见的失效形式与设计准则,10.8.1 轮齿常见的失效形式,设计齿轮传动时应根据齿轮传动的工作条件、失效情况等，合理地确定设计准则，以保证齿轮传动有足够的承载能力。工作条件、齿轮的材料不同，轮齿的失效形式就不同，设计准则、设计方
10、法也不同。,对于闭式软齿面(HBS350)齿轮传动，齿面点蚀是主要的失效形式。应先按齿面接触疲劳强度进行设计计算，确定齿轮的主要参数和尺寸，然后再按弯曲疲劳强度校核齿根的弯曲强度。 在闭式硬齿面(HBS350)齿轮传动中，常因齿根折断而失效，故通常先按齿根弯曲疲劳强度进行设汁计算，确定齿轮的模数和其他尺寸，然后再按接触疲劳强度校核齿面的接触强度。,对于开式齿轮传动中的齿轮，齿面磨损为主要失效形式。但由于目前磨损尚无可靠的计算方法，所以通常按照齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，确定齿轮的模数，考虑磨损因素，再将模数增大10一20，而无需校核接触强度,10.8.2 设计准则,10.8 齿轮常见的失效形
11、式与设计准则,齿轮的材料及其选择原则,10.9.1 齿轮材料的基本要求,由轮齿的失效分析可知，对齿轮材料的基本要求为： (1)齿面应有足够的硬度和耐磨性，以抵抗齿面磨损、点蚀、胶合以及塑性变形等； (2) 轮齿芯部应有足够的强度和较好的韧性，以抵抗齿根折断和冲击载荷； (3)应有良好的加工工艺性能及热处理性能，使之便于加工且便于提高其力学性能。,10.9 齿轮的常用材料及许用应力,10.9.2 齿轮常用材料及其热处理,10.9 齿轮的常用材料及许用应力,10.9.3 许用应力,10.9 齿轮的常用材料及许用应力,试验齿轮的接触疲劳极限sHlim查表,试验齿轮的弯曲疲劳极限sFlim查表,铸铁,
12、正火结构钢和铸钢,调质钢和铸钢,渗碳淬火及表面淬火钢,铸铁,正火结构钢和铸钢,调质钢和铸钢,渗碳淬火及表面淬火钢,弯曲疲劳寿命系数YN,接触疲劳寿命系数ZN,10.10.1 轮齿的受力分析,以节点 P 处的啮合力为分析对象，并不计啮合轮齿间的摩擦力，可得：,10.10 渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算,10.10 渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算,10.10.2 轮齿的计算载荷,齿轮传动在实际工作时，由于原动机和工作机的工作特性不同，会产生附加载荷。齿轮、轴、轴承的加工、安装误差及弹性变形会引起载荷集中，使实际载荷增加。,计算载荷用符号Fnc表示。,即,Fnc= KFn,10.10.3
13、 齿面接触疲劳强度计算,直齿圆柱齿轮强度计算3,基本公式赫兹应力计算公式，即:,在节点啮合时，接触应力较大，故以节点为接触应力计算点。,齿面接触疲劳强度的校核式：,齿面接触疲劳强度的设计式：,节点处的综合曲率半径为：,上述式中：u齿数比，u=z2/z1；ZE 弹性影响系数；ZH 区域系数；,10.10 渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算,10.10.4 齿根弯曲疲劳强度计算,中等精度齿轮传动的弯曲疲劳强度计算的力学模型如下图所示。,根据该力学模型可得齿根理论弯曲应力,计入齿根应力校正系数Ysa后，强度条件式为：,引入齿宽系数后 ，可得设计公式：,YFa为齿形系数，是仅与齿形有关而与模数m无关
14、 的系数，其值可根据齿数查表获得。,10.10 渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算,10.11 斜齿圆柱齿轮传动,10.11.1 齿廓曲面的形成及其啮合特点,直齿轮轮齿渐开线曲面的形成与斜齿轮轮齿渐开线曲面的形成的比较,直齿、斜齿圆柱齿轮传动时轮齿接触线的比较,一对平行轴斜齿圆柱齿轮啮合时，斜齿轮的齿廓是逐渐进入、脱离啮合的，斜齿轮齿廓接触线的长度由零逐渐增加，又逐渐缩短，直至脱离接触，载荷不是宽突然加上及卸下，因此斜齿轮传动工作较平稳。,10.11 斜齿圆柱齿轮传动,10.11.2 斜齿轮的基本参数和几何尺寸计算,1螺旋角,10.11 斜齿圆柱齿轮传动,10.11 斜齿圆柱齿轮传动,4.齿
15、顶高系数及顶隙系数：,10.11 斜齿圆柱齿轮传动,无论从法向或从端面来看，轮齿的齿顶高都是相同的，顶隙也是相同的。,5.斜齿轮的几何尺寸计算：,斜齿轮传动的中心距与螺旋角b有关。当一对斜齿轮的模数、齿数、一定时，可以通过改变其螺旋角b的大小来调整中心距。,斜齿轮最少齿数Zmin为,由于cosban,所以斜齿轮的最少齿数比直齿轮要少，因而斜齿轮机构更加紧凑。,10.11 斜齿圆柱齿轮传动,10.11.3 斜齿轮正确啮合的条件和重合度,1.正确啮合条件,2.斜齿轮传动的重合度,直齿轮的重合度：齿轮传动的实际啮合线长度为CD,10.11 斜齿圆柱齿轮传动,斜齿轮传动啮合时，由从动轮前端面齿顶与主动轮前端面齿根接触点D开始啮合，至主动轮后端面齿顶与从动轮后端面齿根接触点C退出啮合，实际啮合线长度为DC1，它比直齿轮的啮合线增大了CC1。因此，斜齿轮传动的总重合度为,10.11.4 斜齿圆柱齿轮的当量齿数,10.11 斜齿圆柱齿轮传动,用比较了解的直齿圆柱齿轮来代替斜齿轮。这个直齿轮是一个虚拟的齿轮。这个虚拟的齿轮称为该斜齿轮的当量齿轮。,计算式为,不发生根切的最小齿数,10.11 斜齿圆柱齿轮传动,10.11.5 斜齿圆柱齿轮的强度计算,1.受力分析,圆周力,径向力,轴向力,10.11 斜齿圆柱齿轮传动,2.斜齿圆柱齿轮传动的强度计算：,
