《机械设计基础 教学课件 ppt 作者 李立机械设计基础PPT(9-11) 第10章齿轮传动》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计基础 教学课件 ppt 作者 李立机械设计基础PPT(9-11) 第10章齿轮传动（101页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、教学目标,重点难点,教学内容,思考练习,第十章 齿轮传动,教学目标,教学目标： 1.明确齿轮机构的特点、类型和应用； 2.熟练掌握标准直齿圆柱齿轮各部分尺寸的计算； 3.掌握齿轮传动的正确啮合条件、连续传动条件及正确安装条件； 4.掌握标准直齿圆柱齿轮受力分析及设计计算； 5.明确齿轮的结构、类型及齿轮传动的维护； 6.了解常用的齿轮材料； 7.熟练掌握标准直齿圆柱齿轮受力分析及设计计算；,首页,教学目标,8.了解斜齿圆柱齿轮齿面形成原理及啮合特点，掌握几何尺寸的计算和受力分析； 9.了解直齿圆锥齿轮传动的特点以及齿面形成原理，掌握几何尺寸的计算和受力分析； 10.了解齿轮的结构及其类型及齿轮
2、传动的维护。,首页,重点：圆柱齿轮各部分尺寸计算。 难点：圆柱齿轮的设计。,首页,重点难点,10.1 齿轮传动的类型、特点及应用 10.2 渐开线直齿圆柱齿轮 10.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动 10.4 渐开线直齿圆柱齿轮的加工方法 10.5 渐开线圆柱齿轮的结构与精度 10.6 齿轮传动的失效形式和齿轮材料 10.7 直齿圆柱齿轮传动的强度计算,首页,教学内容,10.8 斜齿圆柱齿轮传动 10.9 直齿锥齿轮传动 10.10 齿轮传动的维护 小结 思考与习题,首页,教学内容,10.1 齿轮传动的类型、特点及应用,返回,齿轮传动的特点、类型及应用,10.1.1 齿轮传动的特点,齿轮传
3、动的主要优点是：传动效率高、传递的速度和功率范围大、传动比准确、使用寿命长、工作可靠、结构紧凑。齿轮传动的主要缺点是：制造和安装精度要求高、精度低时振动和噪声大、不宜用于轴间距离较远的传动、成本较高,齿轮传动的类型很多，按照一对齿轮传动时的相对运动为平面运动或空间运动，可将其分为平面齿轮传动和空间齿轮传动两大类。 1平面齿轮传动 平面齿轮传动是用于两平行轴之间的传动。 （1）直齿圆柱齿轮传动 直齿圆柱齿轮简称直齿轮，其轮齿与轴线平行。直齿轮圆柱齿轮传动又可分为外啮合齿轮传动、内啮合齿轮传动和齿轮齿条传动，如图10-1a、b、c。,10.1.2 齿轮传动的类型,返回,齿轮传动的特点、类型及应用,
4、（2）斜齿圆柱齿轮传动 斜齿圆柱齿轮简称斜齿轮。斜齿轮的轮齿与轴线成一定角度，如图10-1d。斜齿轮传动也可分为外啮合、内啮合和齿轮齿条传动。 （3）人字齿轮传动 人字齿轮的轮齿成人字形，如图10-1e。 2空间齿轮传动 空间齿轮传动用于相交轴和交错轴之间的传动。 （1）圆锥齿轮传动 圆锥齿轮传动用于相交轴之间的传动，如图10-1f。 （2）蜗轮蜗杆传动 蜗轮蜗杆传动用于垂直交错轴之间的传动。 按照齿轮齿廓表面硬度，齿轮传动可分为软齿面齿轮（硬度350HBS）和硬齿面齿轮（硬度350HBS）。 按照齿轮工作条件的不同，齿轮传动又可分为开式齿轮传动、半开式齿轮传动和闭式齿轮传动。,返回,齿轮传动
5、的特点、类型及应用,图10-1 齿轮传动类型,返回,10.2 渐开线直齿圆柱齿轮,返回,渐开线直齿圆柱齿轮,返回,齿轮传动要求准确平稳，即要求在传动过程中，瞬时传动比保持不变，以免产生冲击、振动和噪音。能保证齿轮传动传动比准确的齿廓曲线称为共轭曲线，圆弧、摆线、渐开线等都是共轭曲线。考虑到啮合性能、加工工艺、互换性等因素，目前齿轮轮廓曲线常用渐开线。,如图10-2a所示，平面上一动直线n-n沿固定圆O作纯滚动时，直线上任意点K的轨迹AK称为该圆的渐开线。动直线n-n 称为渐开线的发生线；固定圆O称为渐开线的基圆，半径为rb；K称为AK 段渐开线的展角；rK称为任意点K处渐开线的向径。,10.2
6、.1 渐开线及其性质,齿轮传动的特点、类型及应用,图10-2 渐开线的形成,返回,渐开线直齿圆柱齿轮,返回,根据渐开线形成的过程，可知渐开线具有以下性质： 1发生线沿基圆滚过的长度，等于基圆上被滚过的一段弧长，即 。 2渐开线上任一点K的法线始终与基圆相切。 3渐开线上各点的曲率半径不同。渐开线上离基圆越远的点，其曲率半径越大；离基圆越近的点，其曲率半径越小；在基圆上，其曲率半径为零。 4渐开线的形状取决于基圆的大小。如图10-2b所示，基圆半径越小，其渐开线越弯曲；基圆半径越大，其渐开线越平直；当基圆半径趋于无穷大时，渐开线成为一条直线，即齿条的齿廓曲线。 5基圆之内无渐开线。,渐开线性质4
7、,渐开线直齿圆柱齿轮,返回,工程中，在计算几何尺寸及相关的啮合参数和分析渐开线齿轮传动的啮合特性时，常常用到渐开线方程。渐开线方程可用极坐标表示，即用任一点K的向径rk和展角k表示。 1压力角K 渐开线齿廓在啮合点K所受力Fn的方向与齿轮绕轴心O转动时K点的瞬时速度vK的方向之间所夹的锐角，称为渐开线在K点处的压力角，用K表示。由图10-2a可知KONK，则： （10-1） 由此可见，渐开线上各点的压力角是不同的，向径rK越大，则压力角K越大；渐开线起始点A处向径rK =rb，即基圆上的压力角等于零。,10.2.2 渐开线方程,渐开线直齿圆柱齿轮,返回,2渐开线方程 由图10-2a并由渐开线性
8、质可推得： 上式表明，展角K压力角K而变化，称K为压力角K的渐开线函数，用invK来表示K，即 KinvK=tanK-K （10-2） 式中K和K均以弧度为单位，常用的渐开线函数可直接从机械设计手册中查取。 由式（10-1）和式（10-2）可以写出渐开线的极坐标方程式 （10-3）,渐开线直齿圆柱齿轮,返回,10.2.3 渐开线齿轮各部分的名称和符号,图10-3 直齿圆柱外齿轮各部分的名称和符号,渐开线直齿圆柱齿轮,返回,图10-3所示为一渐开线标准直齿圆柱外齿轮的一部分。齿轮上轮齿的总数称为齿数，用z表示。过齿轮各齿顶端所作的圆称为齿顶圆，其半径和直径分别用ra和da表示。过齿轮各齿槽底面所
9、作的圆称为齿根圆，其半径和直径分别用rf和df表示。 在任意半径rK的圆周上，同一轮齿两侧齿廓间的弧长称为该圆上的齿厚，用sK表示，而齿槽的弧线长，称为该圆上的齿槽宽，用eK表示。相邻两齿同侧齿廓之间的弧长，称为该圆上的齿距，用pK表示，显然，pK= sK+ eK。在基圆上的齿距称为基节，用pb表示。 为了设计制造方便，在齿顶圆和齿根圆之间，人为选择一个圆，作为尺寸计算的基准，称该圆为齿轮的分度圆，其半径和直径分别用r和d表示。一般将分度圆上的齿距、齿厚和齿槽宽简称为齿距、齿厚和齿槽宽，分别用p、s和e表示，因此，p=s+e。 齿顶圆与分度圆之间的径向高度称为齿顶高，用ha表示；分度圆与齿根圆
10、之间的径向高度称为齿根高，用hf表示。齿顶圆与齿根圆之间的径向高度称为齿高，用h表示。显然，h =ha+hf。,渐开线直齿圆柱齿轮,返回,1模数m 齿轮的分度圆周长为d=zp，则分度圆直径可由d=zp/ 求出。式中含有无理数，将给齿轮的设计、制造、检验及使用等带来不便。因此，人为地将比值p/规定为有理数列，称为模数，用m表示，即 （10-4） 于是 d= m z （10-5） 齿轮的模数在我国已经标准化了，见表10-1。 表10-1 标准模数系列值,10.2.4 渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数,注：1.优先采用第一系列，其次为第二系列，括号内的模数尽可能不用。 2.对斜齿轮，该表所示为法面模数。
11、,渐开线直齿圆柱齿轮,返回,图10-4 齿轮的模数与尺寸的关系,如图10-4所示，在齿数相同时，模数愈大，轮齿也愈大，其抗弯能力也愈强。因此，模数也是齿轮强度计算的一个重要参数。,渐开线直齿圆柱齿轮,返回,2压力角 分度圆上的压力角简称为压力角，用表示。由式（10-1）可得 （10-6） 由上式可见，若压力角不同，则基圆的半径rb随之不同，渐开线的齿廓形状也就不同，对于齿轮的传力效果和抗弯强度影响很大。 为了便于设计、制造、检验和使用，我国国家标准规定分度圆上的压力角=20。 3齿数z 在模数m一定时，齿数z的多少，决定了齿轮分度圆的大小；齿数z是决定齿轮大小和渐开线齿廓形状的基本参数。 4齿
12、顶高系数ha* 将轮齿的齿顶高规定用模数乘上某一系数来表示，即 ha= ha*m （10-7） 式中ha*称为齿顶高系数，我国标准规定正常齿制的齿顶高系数ha*=1。,渐开线直齿圆柱齿轮,返回,5顶隙系数c* 一对齿轮啮合时，一个齿轮的齿顶圆到另一个齿轮的齿根圆之间的径向距离，称为顶隙，用c 表示 c = c*m （10-8） 式中，c*称为顶隙系数，我国标准规定正常齿制的顶隙系数c*=0.25。 若采用非标准的短齿时，ha*=0.8，c*=0.3。顶隙可以防止啮合齿轮彼此之间的齿顶与齿槽相抵触，还有利于润滑剂的驻留。这样，轮齿的齿根高 hf=（ha*+c*）m （10-9）,10.2.5 渐
13、开线标准直齿圆柱齿轮及其几何尺寸计算,渐开线标准直齿圆柱齿轮，是指模数m、压力角、齿顶高系数ha*、顶隙系数c*均为标准值，而且分度圆上的齿厚等于齿槽宽（s=e=p/2）的齿轮。否则，就是非标准齿轮。,渐开线直齿圆柱齿轮,返回,表10-2 渐开线标准直齿圆柱外齿轮的基本参数和几何尺寸,10.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动,返回,渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,返回,如图10-5所示，一对渐开线齿廓在任一点K接触，主动齿轮1以角速度1绕O1顺时针回转，推动从动齿轮2以角速度2绕O2逆时针回转。过K点作齿廓的公法线N1N2，由于齿轮基圆的大小和位置均固定，公法线N1N2是唯一的，同时根据渐开线
14、的性质，公法线N1N2始终与两基圆相切，即为两基圆的一条内公切线。轮齿啮合传动过程中，啮合点K的轨迹线称为啮合线，由于公法线的唯一性，随着两齿廓继续啮合，其啮合点K的轨迹必沿公法线N1N2，即N1N2也是啮合线。因此，对渐开线齿廓的齿轮传动来说，N1N2既是渐开线齿廓的公法线，又是两齿轮基圆的内公切线，也是一对渐开线齿廓的啮合线和正压力作用线，即“四线合一”。,10.3.1 渐开线齿轮传动的啮合特性,渐开线直齿圆柱齿轮,返回,图10-5 渐开线齿轮传动的啮合特性,渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,返回,1传动比的恒定性 由图10-5，可推得齿轮传动的瞬时传动比 （10-10） 齿轮在啮合过程中，由
15、于基圆的位置和大小都不变，故一对渐开线齿廓啮合传动的瞬时传动比恒定。这对于减少因速度变化而产生的附加动载荷、振动和噪声，延长齿轮使用寿命具有重要意义。 公法线N1N2与连心线O1O2相交于固定点P，称为节点。分别以O1和O2为圆心，过节点P作两个相切的圆，称为节圆。节圆半径r1= O1P，r2= O2P。所以 （10-11） 即一对渐开线齿轮传动的瞬时传动比也等于两节圆半径的反比。 2啮合角的不变性 一对齿轮通过齿廓的直接接触来传递运动和动力，所有啮合点都在啮合线上。当不计摩擦时，其齿廓间的正压力将沿接触点的公法线作用，因而该力的作用线方向始终保持不变。若齿轮传递的转矩恒定，则两齿廓间的正压力
16、大小、方向均不变。,渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,返回,即啮合角等于节圆上的压力角。在齿轮传动过程中，其啮合线和啮合角始终不变，所以传力性能良好。 3中心距的可分性 式（10-10）表明：渐开线齿轮的传动比等于两轮基圆半径的反比。由于在齿轮加工完成之后，其基圆大小已完全确定。所以，即使一对渐开线齿轮啮合由于制造、安装或轴承磨损等原因，造成中心距有偏差，不等于原设计中心距，也不会影响两齿轮的传动比。这一特性对渐开线齿轮的制造和安装十分有利，称为渐开线齿轮传动中心距的可分性。需要注意的是，两齿轮的中心距增大后，由于节圆半径和啮合角相应加大，齿侧将产生间隙，对传动的平稳性有所影响，因而中心距不能分离得太大。,10.3.2 渐开线齿轮的正确啮合条件,如图10-6a所示，设相邻两齿同侧齿廓与啮合线（也是公法线）N1N2的交点分别
