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1、,汽车机械基础,孙杰 编,任务三 齿轮传动,3,任务目标,4,工作任务：,请观察桑塔纳2000轿车的变速箱，了解齿轮在变速箱中的功用。,桑塔纳2000轿车两轴式变速器,5,任务分析：,桑塔纳2000轿车的变速箱是两轴式变速器，两轴式变速器变速传动机构主要由第一轴（即动力输入轴）、第二轴（即动力输出轴）、倒档轴、各档齿轮及变速器壳体所构成。其两轴之间的运动和动力的传递主要是通过齿轮传动来完成的。,相关知识：,一、齿轮的分类及画法,1齿轮的分类,轮齿,轮体,1齿轮的分类,1齿轮的分类,2渐开线齿廓及其特性,（1）渐开线的形成,V k,一直线沿半径为rb的圆的圆周作纯滚动，该直线上任一点K的轨迹AK
2、称为该圆的渐开线。这个圆称为基圆，该直线称为渐开线的发生线。,（1）渐开线的形成,a）渐开线的形成 b）不同基圆的渐开线形状 渐开线的形成,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。因为当发生线在基圆上作纯滚动时，B点为渐开线上K点的曲率中心，BK为其曲率半径和K点的法线。,（2）渐开线的性,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。齿廓上各点压力角是变化的。 4）渐开线的形状只取决于基圆大小。 5）基圆内无渐开线。,（2）渐开线的性,（3）啮合特性及传动比,小知识：齿轮传动为降速传动时，,一对齿轮传动是靠主
3、动轮齿廓依次推动从动轮齿廓来实现的。两轮的瞬时角速度之比称为传动比。,3渐开线直齿圆柱齿轮齿轮的基本参数及计算,a)外齿轮,b)内齿轮,c)齿条,(1) 直齿圆柱齿轮各部分的名称(以外齿轮为例),1)齿数Z，齿轮圆周上轮齿的数目称为齿数。 2)齿顶圆 齿顶所确定的圆称为齿顶圆，其直径用da表示； 3)齿根圆 由齿槽底部所确定的圆称为齿根圆，其直径用df表示。 4)齿槽宽 相邻两齿之间的空间称为齿槽，在任意dk的圆周上，轮齿槽两侧齿廓之间的弧线上称为该圆的齿槽宽，用ek表示； 5)齿厚 轮齿两侧齿廓之间的弧长称为该圆的齿厚，用sk表示； 6)齿距 相邻的两齿同侧齿廓之间的弧长称为该圆的齿距，用p
4、k表示。所以pk = sk + ek。,3渐开线直齿圆柱齿轮齿轮的基本参数及计算,（2）直齿圆柱齿轮的基本参数及计算,1) 齿数：齿轮整个圆周上均匀分布的轮齿总数, 用z表示。,2) 模数： 根据圆的周长和齿距的定义可知,规定分度圆上的齿距p对的比值为标准值(整数或有理数)称为模数, 用m表示, 即,（2）直齿圆柱齿轮的基本参数及计算,标准模数系列(GB 1357-87),（2）直齿圆柱齿轮的基本参数及计算,不同模数轮齿大小的比较,（2）直齿圆柱齿轮的基本参数及计算,渐开线上各点的压力角是不同的, 通常所说的压力角指分度圆上的压力角, 用表示。 国家标准规定齿轮分度圆压力角为标准值=20。,不
5、同压力角时轮齿的形状,3) 压力角,（2）直齿圆柱齿轮的基本参数及计算,4) 齿顶高系数 ha=ha*m （ha*=1）,5) 顶隙系数 C=c*m (c*=0.25) hf=(ha*+c*)m 全齿高 h=ha+hf=(2ha*+c*)m,标准齿轮是指模数、压力角、齿顶高系数和顶隙系数均为标准值，且分度圆上的齿厚等于齿槽宽的齿轮。,（2）直齿圆柱齿轮的基本参数及计算,分度圆直径 d=mz 齿顶高 ha= ha*m= m 齿根高hf= (ha*+ c*)m=1.25m 全齿高 h=ha+hf=2.25m 齿顶圆直径 da=d+2ha=(z+2)m 齿根圆直径df=d-2hf=(z-2.5)m
6、基圆直径 db=dcos 齿距 P=m； 基圆齿距Pb=mcos。 齿厚和齿槽宽 s=e=1/2 m 一对标准齿轮：中心距 a=1/2(d1+d2)=1/2 m(z1+z2),（2）直齿圆柱齿轮的基本参数及计算,1.齿廓是内凹的。 2.分度圆大于齿顶圆，齿根圆大于分度圆。 3.齿顶圆必须大于基圆，齿顶的齿廓才能全部为渐开线。,所以，内齿轮的齿顶圆直径与齿根圆直径的计算公式不同于外齿轮，其它尺寸可参照外齿轮的计算公式。,内齿轮与外齿轮的不同点：,齿条与齿轮的不同点：,1.齿条齿廓上各点的压力角相等。其大小等于齿廓的倾斜角（取标准值20o)，通称为齿形角。 2.无论在中线上或与其平行的其它直线上，
7、其齿距都相等。,学中做 做中学,1.一对标准外啮合直齿圆柱齿轮传动,已知Z1=19, Z2=68, m=2mm,计算小齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径、齿距、齿厚及中心距。,2.一渐开线标准齿轮，其齿顶圆直径为96mm，Z=46，计算其分度圆直径、齿根圆直径。,4齿轮的画法,（1）单个圆柱齿轮的画法,a)示意图 b) 外形 c)全剖 d)半剖 e)局部剖 （直齿） （斜齿） （人字齿）,单个圆柱齿轮的画法,4齿轮的画法,（2）啮合圆柱齿轮的画法,a)全剖视图及左视图 b) 左视图 c)外形图（直齿） d) 外形图（斜齿）,二、齿轮传动,1齿轮传动的类型和特点,（1）齿轮传动的类型,直齿圆柱外啮合,
8、斜齿圆柱外啮合,齿轮齿条,直齿圆柱内啮合,人字齿圆柱外啮合,（1）齿轮传动的类型,斜齿圆柱外啮合,准双曲面齿轮,锥齿轮传动,曲线齿轮,（1）齿轮传动的类型,（1）齿轮传动的类型,（1）齿轮传动的类型,（1）齿轮传动的类型,（1）齿轮传动的类型,（1）齿轮传动的类型,齿轮传动与其它传动相比主要有以下优点有： 传递动力大、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。 齿轮传动与其它传动相比主要缺点有： 制造、安装精度要求较高，因而成本也较高； 不宜作远距离传动。,(2)齿轮传动的特点,一对具有渐开线齿廓齿轮的啮合传动，是依靠主动齿轮的齿廓推动从动齿轮的齿
9、廓来实现的。 图中： B1为啮合终止点 B2为啮合起始点 B1B2为实际啮合线段 N1N2为理论啮合线段 N1、N2为极限啮合点,2直齿圆柱齿轮传动,渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合条件,为了保证前后两对齿轮能在啮合线上同时接触而又不产生干涉，则必须使两轮的相邻两齿同侧齿廓沿啮合线上距离（法向齿距）相等。由渐开线性质可知，法向齿距与基圆齿距相等，即Pb1=Pb2。又Pb=mcos,由此可得两齿轮正确啮合的条件为： m1cos1=m2cos2 即： m1=m2 1=2,2直齿圆柱齿轮传动,连续传动的条件,为了使齿轮传动不至中断，必须保证前一对轮齿尚未脱离啮合时，后一对轮齿就应进入啮合。为了满足连续传动
10、要求，前一对轮齿齿廓到达啮合终点B1时，尚未脱离啮合时，后一对轮齿至少必须开始在B2点啮合，此时线段B1B2恰好等于P b 。所以，连续传动的条件为：B1B2 P b也可表示为： 1(即齿轮传动的重合度大于等于1，一般取=1.11.4）,2直齿圆柱齿轮传动,3斜齿圆柱齿轮传动,斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成如右下图所示，当平面沿基圆柱作纯滚动时，其上与母线成一倾斜角b的斜直线KK在空间所走过的轨迹为渐开线螺旋面，该螺旋面即为斜齿圆柱齿轮齿廓曲面，b称为基圆柱上的螺旋角。,（1）齿廓曲面的形成及其啮合特点,优点：斜齿圆柱齿轮啮合时，斜齿轮的齿廓是逐渐进入啮合、逐渐脱离啮合的。斜齿轮齿廓接触线的长度由
11、零逐渐增加，又逐渐缩短直至脱离，载荷不是突然加上或卸下的，因此工作较平稳。斜齿轮传动的重合度要比直齿轮大，啮合性能好。 主要缺点是运转时会产生轴向力（可用人字齿克服）。,广泛用于高速重载传动中。,（1）齿廓曲面的形成及其啮合特点,（2）斜齿圆柱齿轮传动的基本参数和几何尺寸计算,斜齿轮的轮齿为螺旋形，在垂直于齿轮轴线的端面（下标以t表示）和垂直于齿廓螺旋面的法面（下标以n表示）上有不同的参数。斜齿轮的端面是标准的渐开线，但从斜齿轮的加工和受力角度看，斜齿轮的法面参数为标准值。,螺旋线的切线与轴线的夹角称为斜齿轮的螺旋角。tan=d/pz 螺旋角越大，轮齿就越倾斜，传动的平稳性也越好，按旋向，可分
12、为右旋和左旋两种。,螺旋角,模数（mn、mt） pt为端面齿距，而pn为法面齿距，pn = ptcos，因为p=m, mnmtcos,故斜齿轮法面模数与端面模数的关系为: mnmtcos。,） 基本参数,压力角 斜齿圆柱齿轮法面压力角n和端面压力角t的关系可通过斜齿条得到。在下图所示的斜齿条中，平面ABD在端面上，平面ACE在法面S上，ACB=90。在直角ABD、ACE及ABC中， tant =AB/BD、tann=AC/CE、 AC=ABCOS、 BD=CE，所以有： tann=AC/CE=ABCOS/BD= tantCOS 即：tann= tantCOS,） 基本参数,一对外啮合斜齿圆柱齿
13、轮传动的正确啮合条件是：除两轮的法面模数和法面压力角必须分别相等外，两轮的螺旋角还必须大小相等旋向相反，即,2）正确啮合条件,斜齿圆柱齿轮的基本参数和尺寸计算,圆锥齿轮传动是用来传递空间两相交轴之间运动和动力的一种齿轮传动，其轮齿分布在截圆锥体上，齿形从大端到小端逐渐变小。为计算和测量方便，通常取大端参数为标准值。 圆锥齿轮的轮齿有直齿、斜齿和曲齿。,4直齿圆锥齿轮传动,锥齿轮传动,4直齿圆锥齿轮传动,模数：参见下表，一般取 m2mm,齿数：一般取 Zmin20 压力角：国标规定为20 。 齿顶高系数与顶隙系数：正常齿制h a *=1，c*=0.2,直齿圆锥齿轮的正确啮合条件： 两齿轮大端的模
14、数和压力角相等。,4直齿圆锥齿轮传动,4直齿圆锥齿轮传动,5齿轮传动常见的失效形式,失效：机械零件由于强度、刚度、耐磨性和振动稳定性等因素不能正常工作时，称为失效。机械零件在变应力作用下引起的破坏称为疲劳破坏，机械零件抵抗疲劳破坏的能力称为疲劳强度。齿轮传动的失效主要是轮齿的失效。,齿面磨损：灰尘、砂粒、金属微粒等落入轮齿间，会使齿面间产生摩擦磨损。严重时会因齿面减薄过多而折断。磨损是开式传动的主要失效形式。,5齿轮传动常见的失效形式,主要措施：采用闭式传动；提高齿面硬度；降低齿面粗糙度；采用清洁的润滑油。,齿面点蚀：轮齿工作面某一固定点受到近似脉动的变应力作用，由于疲劳而产生的麻点状剥蚀损伤
15、的现象。点蚀是闭式传动常见的失效形式。开始齿轮由于磨损很少出现点蚀。点蚀首先出现在节线附近。,5齿轮传动常见的失效形式,主要措施：提高齿面硬度；降低齿面粗糙度；增大润滑油粘度；采用合理变位。,5齿轮传动常见的失效形式,齿面胶合：高速重载传动中，齿面间压力大，瞬时温度高，润滑油模被破坏，齿面间会发生粘接在一起的现象，在轮齿表面沿滑动方向出现条状伤痕，称为胶合。,5齿轮传动常见的失效形式,防止胶合的措施：提高齿面硬度；降低齿面粗糙度；增大润滑油粘度；限制油温。,塑性变形：重载且摩擦力很大时，齿面较软的轮齿表面就会沿摩擦力方向产生塑性变形。,主动齿轮齿面所受摩擦力背离节线，齿面在节线附近下凹；从动齿轮齿面所受摩擦力指向节线，齿面在节线附近上凸。,措施：提高齿面硬度；增大润滑油粘度。,5齿轮传动常见的失效形式,6.齿轮传动的润滑,润滑目的： 减小摩擦、减轻磨损，改善齿轮工作状况，延缓轮齿失效。 闭式齿轮传动的润滑方式: 浸油润滑及喷油润滑,开式齿轮传动：采用人工定期加油润滑,润滑剂的选择： 根据齿轮的工作条件以及圆周速度查运动黏度值； 根据选定的黏度确定润滑油的牌号。,6.齿轮传动的润滑,三、蜗杆传动简介,蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成。用于传递空间两交错轴之间的运动和动力。通常两轴交错角为90，一般蜗杆为主动件，蜗轮为从动件。,1.蜗杆传动的组成,按蜗杆的形状不同，蜗杆
