第四章 齒輪傳動

1、第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 齒輪傳動是近代機(jī)器最常見的一種機(jī)械傳動，例如人們常見的汽車、機(jī)械式鐘表中都有齒輪傳動。齒輪已成為許多機(jī)械設(shè)備中不可缺少的傳動部件，也是機(jī)器中所占比重最大的傳動形式。想知道齒輪是怎樣嚙合傳動的嗎？ 那就打開機(jī)械式手表或鬧鐘的后蓋來看一看吧。齒輪傳動應(yīng)用舉例齒輪傳動應(yīng)用舉例第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 41 齒輪傳動概述齒輪傳動概述 42 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動 43 其他類型齒輪傳動其他類型齒輪傳動 44 齒輪的加工和失效形式齒輪的加工和失效形式 第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 41 齒輪傳動概述齒輪傳動概述 利用齒輪傳遞運(yùn)動的傳動方式稱為齒輪

2、傳動，如圖所示。齒輪傳動用于傳遞任意位置兩軸間的運(yùn)動和動力。圓柱齒輪傳動 錐齒輪傳動 蝸輪蝸桿傳動第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 一、齒輪傳動的基本特點(diǎn)一、齒輪傳動的基本特點(diǎn) 1. 齒輪傳遞的功率和速度范圍很大，功率從很小到數(shù)十萬kW，圓周速度從很小到100多m/s以上。齒輪尺寸從小于1 mm到10 m以上。2. 齒輪傳動屬嚙合傳動，齒輪齒廓為特定曲線，瞬時(shí)傳動比恒定，且傳動平穩(wěn)、可靠。3. 齒輪傳動效率高，使用壽命長。4. 齒輪種類繁多，可以滿足各種傳動形式的需要。5. 齒輪的制造和安裝的精度要求較高。 第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 二、齒輪傳動的分類二、齒輪傳動的分類兩傳動軸平行，按輪齒

3、方向不同可分為：齒輪傳動常見類型齒輪傳動常見類型第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 兩傳動軸平行，按嚙合情況不同可分為：第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 兩傳動軸不平行，相交軸齒輪傳動：第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 兩傳動軸不平行，交錯(cuò)軸齒輪傳動：第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 三、漸開線齒廓三、漸開線齒廓1對齒輪齒廓曲線的基本要求對齒輪齒廓曲線的基本要求 一對嚙合齒輪的傳動，是靠主動輪齒廓上各點(diǎn)依次推動從動輪齒廓上各點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的。為了保證齒輪傳動的平穩(wěn)可靠性，必須要求每對嚙合齒廓在任何一點(diǎn)嚙合時(shí)，都能保持兩齒輪的傳動比不變，即能保證恒定的瞬時(shí)傳動比。 第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 2漸開線的形成

4、漸開線的形成 在平面上，一條動直線AB沿著某一固定的圓作純滾動時(shí)，此動直線AB上任一點(diǎn)K的運(yùn)動軌跡CK稱為該圓的漸開線。該圓稱為基圓，其直徑以db表示。直線AB稱為漸開線的發(fā)生線。 第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 3.漸開線齒廓的嚙合特性漸開線齒廓的嚙合特性漸開線齒輪的可用齒廓部分就是由同一基圓的兩段反向（對稱）漸開線組成的。采用漸開線齒廓不但傳動平穩(wěn)，而且即使中心距稍有變動，也不會改變瞬時(shí)傳動比，傳動仍能保持平穩(wěn)。這是漸開線齒廓的重要優(yōu)越性。返回返回能滿足瞬時(shí)傳動比恒定要求的齒廓曲線有很多，目前我國應(yīng)用的絕大多數(shù)齒輪都采用漸開線齒廓。第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 直齒圓柱齒輪傳動是齒輪傳動

5、的最基本形式，它在機(jī)械傳動裝置中應(yīng)用極為廣泛。 42 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動一級直齒圓柱齒輪減速器一級直齒圓柱齒輪減速器二級直齒圓柱齒輪減速器二級直齒圓柱齒輪減速器第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 齒線（齒面與分度圓柱面的交線）為分度圓柱直母線的圓柱齒輪稱為直齒圓柱齒輪，簡稱直齒輪。它的齒分布在圓柱的圓周上，齒的走向與齒輪軸線平行。各種類型的直齒圓柱齒輪各種類型的直齒圓柱齒輪第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 一、直齒圓柱齒輪各部分名稱和定義一、直齒圓柱齒輪各部分名稱和定義齒輪上各部分名稱齒輪上各部分名稱第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 注：端平面端平面是指垂直于齒輪軸線的平面，直齒

6、圓柱齒輪各參數(shù)均指端平面參數(shù)。直齒圓柱齒輪各部分名稱和定義直齒圓柱齒輪各部分名稱和定義第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 分度圓是確定齒輪尺寸的一個(gè)重要的圓。標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪分度圓上的齒厚和槽寬相等，且為齒距的一半，即s e p/2。 第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 二、直齒圓柱齒輪的主要參數(shù)二、直齒圓柱齒輪的主要參數(shù) 1.齒數(shù)齒數(shù)z一個(gè)齒輪的輪齒總數(shù)稱為齒數(shù)。一般直齒圓柱齒輪的最少齒數(shù)zmin17。 2.齒形角齒形角 在端平面上，過端面齒廓與分度圓交點(diǎn)處的徑向直線與齒廓在該點(diǎn)處的切線所夾的銳角稱為齒形角，用 表示。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定漸開線齒輪的標(biāo)準(zhǔn)齒形角20 o 。齒形角齒形角第四章第四章 齒輪傳動齒輪

7、傳動 齒輪傳動中，齒廓曲線和分度圓交點(diǎn)處的速度方向與該點(diǎn)的法線方向（即力的作用線方向）之間所夾的銳角稱為分度圓壓力角，用表示。如圖所示，K 點(diǎn)的壓力角為K。由于OEKF （過齒廓上一點(diǎn)的徑向直線與過該點(diǎn)的速度方向互相垂直），ABCD （漸開線發(fā)生線與過其和齒廓交點(diǎn)的切線互相垂直)，所以齒形角等壓力角。第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 模數(shù)是齒輪幾何尺寸計(jì)算中重要的基本參數(shù),其大小直接影響齒輪各部分的幾何尺寸和承載能力。模數(shù)越大，輪齒越大，齒輪的強(qiáng)度越高，承載能力越強(qiáng)。通過對齒形角和模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，分度圓可定義為齒輪上具有標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)齒形角的圓。第四章第四章 齒輪傳動

8、齒輪傳動 4.齒頂高系數(shù)齒頂高系數(shù)ha*輪齒的高度是以模數(shù)為基礎(chǔ)來計(jì)算的。齒頂高與模數(shù)之比值稱為齒頂高系數(shù)，用ha*表示，即 ha=ha*m標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的齒頂高系數(shù)ha*=1。第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 5. 頂隙系數(shù)頂隙系數(shù)c*當(dāng)一對齒輪嚙合時(shí)，為使一個(gè)齒輪的齒頂面不致與另一個(gè)齒輪的齒槽底面相抵觸，輪齒的齒根高h(yuǎn)f應(yīng)大于齒頂高h(yuǎn)a，于是在一個(gè)齒輪的齒頂與另一個(gè)齒輪的齒槽之間就有一定的徑向間隙，稱為頂隙c。頂隙與模數(shù)之比值稱為頂隙系數(shù)，用c* 表示，即 c=c*m標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的頂隙系數(shù)c* =0.25。第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 三、標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪各部分幾何尺寸計(jì)算三、標(biāo)準(zhǔn)直

9、齒圓柱齒輪各部分幾何尺寸計(jì)算 模數(shù)m、齒形角、齒頂高系數(shù)ha*、頂隙系數(shù)c*均采用國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，且分度圓上的齒厚與槽寬相等的漸開線直齒圓柱齒輪稱為標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，簡稱標(biāo)準(zhǔn)直齒輪。 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪各部分尺寸計(jì)算公式標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪各部分尺寸計(jì)算公式 第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 四、標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的嚙合條件和傳動比四、標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的嚙合條件和傳動比 一對直齒圓柱齒輪的正確嚙合條件是要求它們的模數(shù)、齒形角分別相等，即在一對齒輪傳動中，主動輪轉(zhuǎn)速n1與從動輪轉(zhuǎn)速n2之比稱為傳動比，用符號i12表示。由于相嚙合齒輪的傳動關(guān)系是一齒對一齒，因此兩嚙合齒輪的轉(zhuǎn)速與其齒數(shù)成反比，傳動比的表達(dá)式

10、為 式中， z1、z2 分別為主、從動輪的齒數(shù)。第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 【例例41】相互嚙合的一對標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，齒數(shù)分別為z1=20、z2=32，模數(shù)m=10 mm，試計(jì)算兩齒輪的分度圓直徑d、齒頂圓直徑da、齒根圓直徑df和中心距a。 解：解：第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 【例例4 42 2】已知一標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，齒數(shù)z=30，齒根圓直徑df=192.5 mm，試計(jì)算其分度圓直徑d和頂圓直徑da。返回返回第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 一、斜齒圓柱齒輪傳動一、斜齒圓柱齒輪傳動 齒線為螺旋線的圓柱齒輪稱為斜齒圓柱齒輪，簡稱斜齒輪。43 其他類型齒輪傳動其他類型齒輪傳動 第四章第

11、四章 齒輪傳動齒輪傳動 在斜齒圓柱齒輪上，垂直于輪齒齒線的平面，稱為法平面。由于斜齒圓柱齒輪的齒線是螺旋線，所以在法平面與端平面的齒形不重合。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，斜齒圓柱齒輪的法平面參數(shù)（法向齒形角n、法向模數(shù)mn、法向齒頂高系數(shù)han*和法向頂隙系數(shù)cn*）為標(biāo)準(zhǔn)值。第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 斜齒圓柱齒輪傳動的相關(guān)參數(shù)、特點(diǎn)及嚙合條件斜齒圓柱齒輪傳動的相關(guān)參數(shù)、特點(diǎn)及嚙合條件第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 二、直齒錐齒輪傳動二、直齒錐齒輪傳動 分度曲面為圓錐面的齒輪稱為錐齒輪，它是輪齒分布在圓錐面上的齒輪，當(dāng)其齒向線是分度圓錐面的直母線時(shí)稱為直齒錐齒輪。錐齒輪傳動用于空間兩相交軸之間的傳動，一般

12、多用于兩軸垂直相交成90的場合。錐齒輪的輪齒是從大端到小端逐漸收縮的，其大端具有各參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值。直齒錐齒輪的正確嚙合條件是：兩齒輪大端的模數(shù)和齒形角分別相等。第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 由蝸桿及其配對蝸輪組成的交錯(cuò)軸間的傳動稱為蝸桿傳動。蝸桿外形像根螺桿，它相當(dāng)于一個(gè)齒數(shù)很少，分度圓柱直徑較小的螺旋齒圓柱齒輪。而蝸輪類似于斜齒圓柱齒輪。蝸桿傳動一般以蝸桿為主動件，蝸輪為從動件。三、蝸桿傳動三、蝸桿傳動蝸桿傳動應(yīng)用舉例蝸桿傳動應(yīng)用舉例第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 蝸桿傳動是用來傳遞空間交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動和動力的，通常兩軸空間垂直交錯(cuò)成90o。單級蝸桿傳動減速器單級蝸桿傳動減速器萬能傾斜分度盤

13、萬能傾斜分度盤第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 蝸桿傳動中，通過蝸桿軸線且垂直于蝸輪軸線的平面稱為中間平面。中間平面是蝸桿的軸向平面，同時(shí)是蝸輪的端平面。常用的蝸桿是阿基米德蝸桿，其軸面齒廓為直線。在蝸桿傳動的中間平面內(nèi)，蝸桿和蝸輪的嚙合相當(dāng)于圓柱齒輪和齒條的嚙合。 第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 蝸桿傳動的相關(guān)參數(shù)、特點(diǎn)及嚙合條件蝸桿傳動的相關(guān)參數(shù)、特點(diǎn)及嚙合條件第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 蝸桿傳動的相關(guān)參數(shù)、特點(diǎn)及嚙合條件蝸桿傳動的相關(guān)參數(shù)、特點(diǎn)及嚙合條件第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 蝸桿傳動中，蝸桿和蝸輪的旋向是一致的，蝸輪的轉(zhuǎn)向與兩者間的相對位置以及蝸桿的旋向和轉(zhuǎn)向相關(guān)。蝸桿或蝸輪

14、旋向的判定蝸桿或蝸輪旋向的判定第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 返回返回蝸輪回轉(zhuǎn)方向的判定蝸輪回轉(zhuǎn)方向的判定第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 一、齒輪輪齒的加工一、齒輪輪齒的加工齒輪輪齒的加工方法有很多，如鑄造、熱軋、沖壓和切削加工等，最常用的是切削加工。切削加工按齒形形成的原理不同，可分為仿形法和展成法。44 齒輪的加工和失效形式齒輪的加工和失效形式 第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 1. 仿形法仿形法仿形法又叫成形法。仿形法加工齒輪是利用與齒間的齒廓曲線相同的成形刀具在銑床上直接切出輪齒的齒形。 用仿形法加工齒輪,由于加工出來的齒廓曲線大多是近似的，所以精度低。加工時(shí)是逐齒切削，且不連續(xù)，所以生

15、產(chǎn)效率低，一般用于單件、小批量生產(chǎn)。第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 2. 2. 展成法展成法展成法是利用一對齒輪的嚙合原理進(jìn)行輪齒加工的方法，也稱范成法。它是目前齒輪加工中最常用的一種方法，常見的有插齒、滾齒和磨齒等。第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 插齒加工是由插齒機(jī)保證齒輪插刀與齒輪毛坯按齒輪嚙合傳動的要求運(yùn)動。同時(shí)，刀具還在不斷地沿齒坯的軸線方向作上下往復(fù)切削運(yùn)動，將齒輪毛坯切成與刀具相嚙合的齒輪。用展成法加工齒輪時(shí)，只要刀具和被加工齒輪的模數(shù)m及齒形角相同，則不論被加工齒輪的齒數(shù)是多少，都可以用同一把刀具來加工，且加工效率高，所以在成批、大量生產(chǎn)中廣泛采用。第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動

16、 齒輪在工作過程中由于各種原因而損壞，使其失去工作能力的現(xiàn)象稱為失效。齒輪的失效形式有很多種，常見的失效形式有： 1.齒面磨損齒面磨損2.齒面點(diǎn)蝕齒面點(diǎn)蝕 3.齒面膠合齒面膠合4.輪齒折斷輪齒折斷 5.輪齒塑性變形輪齒塑性變形 二、齒輪輪齒的失效形式二、齒輪輪齒的失效形式第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 1.齒面磨損齒面磨損 齒輪在傳動過程中，輪齒嚙合表面間存在著相對滑動摩擦或因硬顆粒進(jìn)入摩擦面間，會使齒面發(fā)生磨損，如圖所示。磨損會破壞齒面形狀，造成傳動不平穩(wěn)。另外，磨損使輪齒變薄，造成齒側(cè)間隙增大，輪齒強(qiáng)度降低。第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 避免方法：避免方法：提高齒面硬度，減小齒面粗糙度，

17、加強(qiáng)潤滑，防止灰塵和有害物質(zhì)侵襲，均可有效地減少齒面磨損。 齒面磨損是潤滑條件差的開式齒輪傳動（外露的齒輪傳動）的主要失效形式。第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 2.齒面點(diǎn)蝕齒面點(diǎn)蝕 齒輪工作時(shí)，輪齒工作表面反復(fù)受到接觸擠壓作用，當(dāng)齒面接觸應(yīng)力的大小和循環(huán)次數(shù)超過一定限度時(shí)，齒面會產(chǎn)生細(xì)微的疲勞裂紋，在相嚙合輪齒的擠壓下，滲入裂縫的潤滑油被封閉并且油壓急劇升高，促使裂紋沿表層不斷擴(kuò)展，最終導(dǎo)致齒面表層小片金屬的剝落，形成斑坑，即齒面點(diǎn)蝕。第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 避免方法：避免方法：提高齒面硬度和減小表面粗糙度值,選用黏度大的潤滑油都有利于防止點(diǎn)蝕的發(fā)生。點(diǎn)蝕多出現(xiàn)在靠近節(jié)線的齒根表面處，

18、嚴(yán)重的點(diǎn)蝕會造成傳動不平穩(wěn)和產(chǎn)生噪聲。齒面點(diǎn)蝕多發(fā)生于潤滑條件良好的閉式齒輪傳動中。第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 3.齒面膠合齒面膠合在高速重載的齒輪傳動中，齒面潤滑較困難，當(dāng)散熱條件不良時(shí)，齒輪嚙合表面在重載作用下會產(chǎn)生局部高溫并黏結(jié)在一起。齒輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動時(shí)，會從較軟的齒面上撕下部分金屬材料而出現(xiàn)撕裂溝痕，如圖所示，這種現(xiàn)象稱為齒面膠合。第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 避免方法：避免方法：選用黏度較大或者含抗膠合劑的潤滑油，以及適當(dāng)提高輪齒表面硬度，減小表面粗糙度值，都是防止齒面膠合的有效方法。出現(xiàn)齒面膠合后，將嚴(yán)重?fù)p壞齒面而導(dǎo)致齒輪不能正常工作。閉式蝸桿傳動中極易發(fā)生這種失效。第四章第四章

19、 齒輪傳動齒輪傳動 4.輪齒折斷輪齒折斷齒輪在工作中，輪齒相當(dāng)于懸臂梁，齒根部受到的彎矩最大，齒根過渡圓角處具有較大的應(yīng)力集中。傳遞載荷時(shí)，輪齒根部所受的彎矩隨著嚙合點(diǎn)的改變而變化，在長期交變載荷作用下，齒根應(yīng)力集中處會產(chǎn)生疲勞裂紋。隨著載荷重復(fù)次數(shù)的增加，裂紋逐漸擴(kuò)展，最終導(dǎo)致輪齒折斷，如圖所示，這種折斷稱為疲勞折斷。輪齒的另一種折斷是由于短時(shí)過載或受到過大的沖擊載荷而引起的輪齒突然折斷，稱為過載折斷。第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 避免方法：避免方法：增大齒根過渡圓角半徑，減小輪齒表面粗糙度值以及對齒根表面進(jìn)行強(qiáng)化處理，都可以提高輪齒的抗折斷能力。第四章第四章 齒輪傳動齒輪傳動 5.輪齒塑性變形輪齒塑性變形 在低速重載的工作條件下，齒輪的齒面承受很大的壓力和摩擦力。當(dāng)齒輪材質(zhì)較軟，齒面硬度不高時(shí)，齒面表層金屬可能