《机械设计基础 第二版 新版课件 第6章齿轮机构第6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 第二版 新版课件 第6章齿轮机构第6章齿轮传动（104页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、车床传动系统中的齿轮传动,仪器仪表中的齿轮传动,内燃机中的齿轮传动,第6章 齿轮传动,A 齿轮传动的应用与概述,问题:齿轮在机器中起什么作用?对齿轮有什么基本要求?齿轮应用在不同的场合应如何计算?,分析问题： 1.齿轮传动的作用：传递任意两轴间的运动和动力 2.齿轮传动的优点 （1）两轮瞬时传动比恒定，传递运动准确可靠 （2）适用的功率、速度和尺寸范围大 （3）传动效率高，使用寿命长 （4）结构紧凑，体积小。 3.齿轮传动的缺点 （1）不适用于远距离传动 （2）没有过载保护作用；制造和安装要求较高 （3）成本也较高。,1.平面齿轮传动,直齿圆柱齿轮传动,斜齿圆柱齿轮传动,人字齿轮传动,3. 齿
2、轮传动的类型,直齿圆柱齿轮传动,斜齿圆柱齿轮传动,人字齿轮传动,1.平面齿轮传动,齿轮齿条传动,内啮合齿轮传动,齿轮齿条传动,齿轮齿条传动应用,内啮合齿轮传动,2.空间齿轮传动,(1)相交轴齿轮传动,直齿锥齿轮传动,斜齿锥齿轮传动,曲线齿锥齿轮传动,直齿锥齿轮传动,曲线齿锥齿轮传动,(2)交错轴齿轮传动,交错轴斜齿轮传动,准双曲面齿轮传动,蜗轮蜗杆传动,准双曲面齿轮传动,（1）传动要平稳 为了提高齿轮的工作精度，适应高精度及高速传动的需要，要求齿轮在传动过程中，始终保持瞬时传动比恒定，这就必须采用合理的齿轮轮廓曲线。能达到此要求的轮廓曲线有渐开线、摆线和圆弧等，最常用的轮廓曲线为渐开线。 （2
3、）承载能力要强 为了延长齿轮的使用寿命，减小结构尺寸，传递较大的动力，要求齿轮具有足够的承载能力。,4.齿轮传动的基本要求,以上为直齿圆柱齿轮的一部分。每个轮齿的两侧齿廓都是由形状相同、方向相反的渐开线曲面组成。,5 直齿轮各部分名称和符号,渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分的名称和符号,1.齿顶圆: 轮齿顶部所在的圆称为齿顶圆，直径用da表示 2.齿根圆: 齿槽底部所在的圆称为齿根圆，直径用df表示,3.分度圆：是齿轮上具有标准模数和标准压力角的圆，该圆是计算齿轮各部分尺寸的基准圆，处于齿顶圆和齿根圆之间，直径用d表示,4.齿厚:分度圆上一个齿的两侧端面齿廓之间的弧长称为齿厚，用s表示 5.齿槽宽
4、：分度圆上一个齿槽的两侧端面齿廓之间的弧长称为齿槽宽，用e表示 6.齿距：分度圆上相邻两齿同侧端面齿廓之间的弧长称为齿距，用p表示，即p=s+e 7.齿宽：轮齿部分沿齿轮轴线方向的宽度称为齿宽，用b表示 8.齿顶高：分度圆与齿顶圆之间的径向距离，用ha表示 9.齿根高：分度圆与齿根圆之间的径向距离，用hf表示 10全齿高：齿顶圆与齿根圆之间的径向距离，用h表示 显然 h=ha+hf 11.齿宽:轮齿的轴向长度，用b表示,B 相关理论,相互啮合的一对齿廓，在任一瞬时的传动比，与两轮的连心线被该对啮合齿廓在接触点的公法线所分得的两线段成反比，这一规律常称为齿廓啮合基本定律 即 i=1 /2 =O2
5、 C/O1C,齿廓啮合基本定律,欲使一对传动齿轮保持恒定的传动比，则无论两齿廓在任何位置接触，过接触点的公法线必须与两轮连心线交于一定点 即i=1/ 2 =O2C/O1C=常数,6.1 齿廓啮合基本定律,节点：定点C称为节点 节圆：分别以O1 、O2 为圆心，过节点C 所作的圆，称为节圆。 节圆半径分别以r1 、r2 表示 一对 齿轮传动，它们的一对节圆做纯滚动 且 i12 =1/2=O 2C / O1C =r2/r 1 共轭齿廓：凡能满足齿廓啮合基本定律而相互啮合的一对齿廓，称为共轭齿廓,齿廓啮合基本定律,（1）发生线在基圆上滚过的长度等于基圆上被滚过的圆弧长 （2）发生线NK是基圆的切线，
6、也是渐开线在K点的法线。渐开线上某一点的法线（受力时不计摩擦力的正压力Fn的方向线）与该点速度vK方向所夹的锐角K，称为该点的压力角 cosK=rb/rK,6.2.1 渐开线的形成及其特性,渐开线的形成,（3）渐开线上各点的曲率半径不等: N点是渐开线上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。在基圆上，曲率半径为零 （4）渐开线的形状取决于基圆的大小: 基圆越小，渐开线越弯曲；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。故渐开线齿条具有直线齿廓 （5）基圆内无渐开线,渐开线的形成,基圆的大小对渐开线的影响,6.2.2 渐开线齿廓的啮合特性,1.传
7、动比的恒定性 齿轮传动时，两轮在过啮合点K的公法线上的分速度必须相等,瞬时的传动比为,2.传动的可分性,渐开线齿轮传动的这一特性称为中心距可分性。 中心距变化以后，两轮的节圆半径也随之变化，但它们的比值将保持不变。,渐开线齿轮的传动比等于两轮基圆半径的反比。 齿轮在加工完成后，基圆半径就确定了。当两轮的中心距由于制造、安装的误差以及在运转过程中轴的变形、轴承的磨损等原因，使得实际值与设计值有所偏差时，也不会改变传动比。,3.传动的平稳性,啮合线：N1N2线叫做渐开线齿轮传动的啮合线。 啮合角：啮合线N1N2与两轮节圆公切线t-t之间所夹的锐角称为啮合角，用表示。,啮合角在数值上等于渐开线在节圆
8、处的压力角。啮合角恒定。 啮合线N1N2又是啮合点的公法线，而齿轮啮合传动时其正压力是沿公法线方向的，故齿廓间的正压力方向（即传力方向）恒定。 至此可知，啮合线、公法线、压力线和基圆的内公切线四线重合，为一定直线。,6.3渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸计算,1.标准直齿圆柱齿轮的基本参数 渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数有五个 （1）模数 分度圆上的比值p/人为地规定成标准数值，用m表示，并称之为齿轮的模数。 即m=p/，单位为mm 齿轮分度圆直径表示为d=zp=zm。当齿数相同时，模数越大，齿轮的直径越大，因而承载能力也就越高,（2）压力角 分度圆上的压力角规定为标准值。我国标准规定
9、=20，此压力角就是通常所说的齿轮的压力角。 对于齿条，由于齿廓上各点的法线是平行的，而且在传动时齿条做平动，齿廓上各点速度的大小和方向都一致，所以齿条齿廓上各点的压力角均相同，且等于齿廓的倾斜角（取标准值20），也称为齿形角。,（3）齿数 因db=dcos=mzcos，只有m、z、都确定了，齿轮的基圆直径db 才能确定，同时渐开线的形状亦才确定。 所以m、z、是决定轮齿渐开线形状的三个基本参数。当m、不变时，z越大，基圆越大，渐开线越平直。当z时，db，渐开线变成直线，齿轮则变成齿条 （4）齿顶高系数ha*和顶隙系数c* 齿轮的齿顶高、齿根高都与模数m成正比。 即ha=ha*mhf=（ha*
10、+c*）mh=（2ha*+c*）m,2.标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算,标准齿轮是指分度圆上的齿厚s等于齿槽宽e，且齿顶高和齿根高及m、ha* 、c*均为标准值的齿轮,国际上有些国家不采用模数制，而采用径节制，即以径节作为计算齿轮几何尺寸的主要基本参数。 径节是齿数z与分度圆直径（单位in）之比，用DP表示，即DP=z/d=/p（1/in）模数与径节之间互为倒数关系，m=25.4/DP,Wk = mcos （k-0.5）+zinv,公法线长度,图中两点间的距离AB就称为被测齿轮跨k个齿的公法线长度，以Wk表示,6.3.3公法线长度,结论 由于渐开线的基圆半径rb1 、rb2 不变，且K点为任意
11、点，所以渐开线齿廓在任意点K啮合时，两轮的瞬时传动比都等于基圆半径的反比，故瞬时传动比恒定,由于一对节圆的圆周速度相等， 所以齿轮啮合时两节圆在做纯滚动。,节点：公法线N1N2与连心线O1O2 的固定交点P称为节点。 节圆：分别以O1 、O2 为圆心，过节点P所作的圆称为节圆。其半径用r1、r2表示。 因为O1PN1 O2 PN2 ，所以,6.4.渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,6.4.1一对渐开线齿轮的正确啮合条件 :,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
12、。,由于渐开线齿轮的模数和压力角均为标准值，所以两轮的正确啮合条件为,结论：即两齿轮的模数和压力角分别相等。,正确啮合条件 :,6.4.2渐开线齿轮连续传动条件及重合度,使齿轮连续传动，必须保证前一对轮齿在B1点脱离啮合之前，后一对轮齿就已在B2点进入啮合 B1B2与pb的比值 称为齿轮传动的重合度,齿轮的啮合传动,图为=1.3的情况，啮合线上的B1D和CB2 区间是双齿啮合区，而在CD区间却只有一对齿啮合，是单齿啮合区。 所以=1.3表明在齿轮转过一个基圆齿距的时间内有30%的时间是双齿啮合，70%的时间是单齿啮合。,齿轮传动的重合度大小，实质上表明同时参与啮合的轮齿对数与啮合持续的时间比例
13、。,6.4.3 中心距和啮合角,一对齿轮传动时，一齿轮节圆上的齿厚之差称为齿侧间隙 一对相互啮合的标准齿轮，其模数相等，故两轮分度圆上的齿厚和齿槽宽相等，因此，当分度圆与节圆重合时，可满足无齿侧间隙的条件，这种安装称为标准安装,由于齿轮的制造和安装的误差等原因，两轮的实际中心距a往往与标准中心距a不相等，这种安装称为非标准安装。 这时两轮的分度圆不再相切而分离，节圆与分度圆亦不再重合，此时,注意 ： 节圆是一对齿轮传动时出现了节点以后才存在的，单个齿轮不存在节点，也就不存在节圆。而且如果两轮的中心O1 、O2 发生改变，两轮节圆的大小也将随之改变 齿轮传动中，齿廓在除节点外的其他点上，沿公切线
14、上的分速度并不相等 故两齿廓沿切向必将产生相对滑动，且啮合点K离节点越远，滑动速度越大,1.仿形法,6.5 渐开线齿轮的切制原理与根切现象,6.5.1 渐开线齿轮的切制原理,利用成形刀具的轴向剖面形状与齿轮齿槽形状一致的特点，在普通铣床上用铣刀直接在齿轮毛坯上加工出齿形的方法,仿形法铣直齿,仿形法铣斜齿,仿形法特点：,由于渐开线齿廓形状取决于基圆的大小，而基圆半径rb=(mzcos)/2，故齿廓形状与m、z、有关。欲加工精确齿廓，对模数和压力角相同的、齿数不同的齿轮，应采用不同的刀具，而这在实际中是不可能的。生产中通常用同一号铣刀切制同模数、不同齿数的齿轮，故齿形通常是近似的 仿形法切制齿轮的
15、生产效率低，精度差，但其加工方法简单，不需要齿轮加工专用机床，成本低，所以常用在修配或精度要求不高的小批量生产中。,展成法是利用一对齿轮（或齿轮与齿条）啮合时，两轮齿廓互为包络线的原理来切制轮齿的加工方法,2.展成法,展成法切制齿轮时常用的刀具有,齿轮插刀,插直齿,插斜齿,齿条插刀,齿轮滚刀,用此方法加工齿轮，只要刀具和被加工齿轮的模数m和压力角相等，则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。这给生产带来很大的方便，得到广泛应用。,滚直齿,滚斜齿,滚齿加工,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
16、象称为根切,根切使齿轮的抗弯强度削弱、承载能力降低、使齿轮的重合度下降，影响传动平稳性，因此应避免根切,6.5.2 根切现象及最少齿数,根切现象,最少齿数,若要避免在切制标准齿轮时产生根切，必须使刀具的齿顶线不超过N1点,当=20、h a * =1时，标准直齿圆柱齿轮不根切的最少齿数zmin =17。,6.6 变位齿轮传动简介,标准齿轮暴露出许多不足。如: （1）结构不够紧凑。因受根切限制，齿数不得小于zmin，这就限制了齿轮结构尺寸不能太小。 （2）难以凑配中心距。当实际中心距aa时，虽然能安装，但将产生较大的齿侧间隙，必将产生冲击和噪声。而且 也要降低，影响传动的平稳性。 （3）承载能力较低。一对标准齿轮传动时，小齿轮的齿根厚度小，而啮合次数又较多，故在相同条件下，小齿轮比大齿轮容易破坏。因此，大齿轮轮齿抗弯能力不能充分发挥出来，达不到等强度的要求，限制了大齿轮的承载能力。,变位齿轮,若将刀具向远离轮心O1的方向移动
