機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第九章齒輪傳動(dòng)

1、Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical Engineering第第 一一 講講Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical EngineeringNanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College

2、 of Mechanical and Electrical EngineeringNanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical EngineeringNanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical EngineeringNanjing University of Aeronautics and

3、 Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical EngineeringNanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical Engineering水閘傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical Engineer

4、ing 9.1 齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型 9.2 齒輪嚙合基本定律 9.3 漸開(kāi)線齒廓及其嚙合特性 9.4 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪及其幾何尺寸計(jì)算 9.5 漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪的嚙合 9.6 齒輪加工原理和齒輪精度 9.7 漸開(kāi)線圓柱齒輪的根切現(xiàn)象及變位齒輪 9.8 輪齒的失效、齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和齒輪的材料 9.9 直齒圓柱齒輪的承載能力計(jì)算 9.10 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng) 9.11 直齒圓錐齒輪傳動(dòng)（自學(xué)） 9.12 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9.13 齒輪傳動(dòng)潤(rùn)滑和效率 9.14 各種齒輪傳動(dòng)的對(duì)比分析本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容Nanjing University of Aeronautics and Astron

5、autics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical Engineering典型的齒輪傳動(dòng)9-1 齒輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)與類型齒輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)比準(zhǔn)確、傳動(dòng)平穩(wěn)。圓周速度大，高達(dá)300 m/s。效率高(0.99)、使用壽命長(zhǎng)、工作安全可靠?？蓪?shí)現(xiàn)平行軸、相交軸和交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng)。缺點(diǎn)：要求較高的制造和安裝精度，加工成本高，不適宜遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。傳動(dòng)功率范圍大，從幾瓦到10萬(wàn)千瓦。Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical

6、and Electrical Engineering1、平行軸之間傳遞運(yùn)動(dòng)一、齒輪機(jī)構(gòu)的類型與功能（1）直齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu) 輪齒分布在圓柱體外部且與其軸線平行; 嚙合的兩外齒輪轉(zhuǎn)向相反; 應(yīng)用廣泛。Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical Engineering（2）斜齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu) 輪齒與其軸線傾斜，兩輪轉(zhuǎn)向相反; 嚙合過(guò)程中，兩齒廓接觸線的長(zhǎng)度是逐漸增加后又逐漸減小直至脫離。 減小了傳動(dòng)中的沖擊、振動(dòng)。傳動(dòng)平穩(wěn)，適合于高速傳動(dòng)，但有軸向

7、力。Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical Engineering（3）人字齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu) 由兩排旋向相反的斜齒輪對(duì)稱組成，其軸向力被相互抵消。 適合高速和重載傳動(dòng)，但制造成本較高。Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical Engineering（4）直齒內(nèi)嚙合圓柱齒輪機(jī)構(gòu)輪齒與其

8、軸線平行且分布在空心圓柱體的內(nèi)部，它與外齒輪嚙合時(shí)兩輪的轉(zhuǎn)向相同。Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical Engineering（5）斜齒內(nèi)嚙合圓柱齒輪機(jī)構(gòu) 輪齒與其軸線傾斜的內(nèi)齒輪加工困難，它與斜齒外齒輪嚙合時(shí)兩輪轉(zhuǎn)向相同。有軸向力。應(yīng)用較少。Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electric

9、al Engineering（6）直齒齒輪齒條機(jī)構(gòu)齒數(shù)趨于無(wú)窮多的外齒輪演變成齒條，它與外齒輪嚙合時(shí)，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，齒條直線移動(dòng)。Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical Engineering（7）斜齒齒輪齒條機(jī)構(gòu)斜齒輪斜齒條嚙合傳動(dòng)應(yīng)用較少。Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical

10、Engineering（8）非圓齒輪機(jī)構(gòu)輪齒分布在非圓柱體上，可實(shí)現(xiàn)一對(duì)齒輪的變傳動(dòng)比。需要專用機(jī)床加工，加工成本較高，設(shè)計(jì)難度較大。Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical Engineering2、相交軸之間傳遞運(yùn)動(dòng)(1) 直齒圓錐齒輪機(jī)構(gòu)輪齒沿圓錐母線排列于截錐表面，是相交軸齒輪傳動(dòng)的基本形式。制造較為簡(jiǎn)單。Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院

11、College of Mechanical and Electrical Engineering（2）斜齒圓錐齒輪機(jī)構(gòu)輪齒傾斜于圓錐母線，制造困難，應(yīng)用較少。Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical Engineering（3）曲齒圓錐齒輪機(jī)構(gòu)輪齒是曲線形，有圓弧齒、螺旋齒等，傳動(dòng)平穩(wěn)，適用于高速、重載傳動(dòng)，但制造成本較高?，F(xiàn)在汽車后橋都采用這種齒輪。Nanjing University of Aeronautics and Astron

12、autics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical Engineering3、交錯(cuò)軸之間傳遞運(yùn)動(dòng)（1）交錯(cuò)軸斜齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)兩螺旋角數(shù)值不等的斜齒輪嚙合時(shí)，可組成兩軸線任意交錯(cuò)傳動(dòng)，兩輪齒為點(diǎn)接觸，且滑動(dòng)速度較大，主要用于傳遞運(yùn)動(dòng)或輕載傳動(dòng)。Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical Engineering（2）蝸桿蝸輪傳動(dòng)蝸桿蝸輪傳動(dòng)多用于兩軸交錯(cuò)角為90的傳動(dòng)，其傳動(dòng)比大，傳動(dòng)

13、平穩(wěn)，具有自鎖性，但效率較低。Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical Engineering（3）準(zhǔn)雙曲線齒輪傳動(dòng)其節(jié)曲面為單葉雙曲線回轉(zhuǎn)體的一部分。它能實(shí)現(xiàn)兩軸線中心距較小的交錯(cuò)軸傳動(dòng)，但制造困難。Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical Engineering4、特種齒輪這是一

14、種同向傳動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)。Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical Engineering齒輪用于傳遞（變換）運(yùn)動(dòng)和力（1）轉(zhuǎn)速大小的變換z1z2121212zz二、齒輪機(jī)構(gòu)的功能齒數(shù)比12zz 決定轉(zhuǎn)速變換量Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical Engineering(2) 轉(zhuǎn)速方向

15、的變換平行軸外嚙合齒輪傳動(dòng)改變齒輪的回轉(zhuǎn)方向。平行軸內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)不改變齒輪的回轉(zhuǎn)方向Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical Engineering(3) 改變運(yùn)動(dòng)的傳遞方向相交軸外嚙合齒輪傳動(dòng)不僅改變齒輪的回轉(zhuǎn)方向還改變運(yùn)動(dòng)的傳遞方向交錯(cuò)軸外嚙合齒輪傳動(dòng)不僅改變齒輪的回轉(zhuǎn)方向還改變運(yùn)動(dòng)的傳遞方向Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College

16、of Mechanical and Electrical Engineering(4) 改變運(yùn)動(dòng)特性齒輪齒條傳動(dòng)可以把一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)變換為移動(dòng)，或者把一個(gè)移動(dòng)變換為轉(zhuǎn)動(dòng)。非圓齒輪傳動(dòng)可以把一個(gè)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)變換為非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，或者把一個(gè)非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)變換為勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。齒齒輪輪機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)兩軸平行齒輪機(jī)構(gòu)兩軸平行齒輪機(jī)構(gòu)（平面齒輪機(jī)構(gòu)）（平面齒輪機(jī)構(gòu)）兩軸不平行齒輪機(jī)兩軸不平行齒輪機(jī)構(gòu)（空間齒輪機(jī)構(gòu)）構(gòu)（空間齒輪機(jī)構(gòu)）直齒直齒直齒直齒斜齒斜齒人字齒人字齒外嚙合外嚙合內(nèi)嚙合內(nèi)嚙合齒輪齒條嚙合齒輪齒條嚙合外嚙合外嚙合內(nèi)嚙合內(nèi)嚙合齒輪齒條嚙合齒輪齒條嚙合曲齒曲齒交錯(cuò)軸斜齒輪交錯(cuò)軸斜齒輪（螺旋齒輪）（螺旋齒輪）蝸輪蝸桿蝸輪蝸桿

17、圓柱齒輪機(jī)構(gòu)圓柱齒輪機(jī)構(gòu)兩軸相交齒輪機(jī)構(gòu)兩軸相交齒輪機(jī)構(gòu)（圓錐齒輪機(jī)構(gòu)）（圓錐齒輪機(jī)構(gòu)）兩軸交錯(cuò)齒輪機(jī)構(gòu)兩軸交錯(cuò)齒輪機(jī)構(gòu)Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical Engineeringo119 92 2 齒廓嚙合基本定律齒廓嚙合基本定律齒廓嚙合基本定律:互相嚙合的一對(duì)齒輪，在任一位置時(shí)的傳動(dòng)比等于其連心線O1O2被嚙合齒廓在接觸處的公法線所分兩線段長(zhǎng)度之反比。nnPo22k由由： v12 O1P 1v12O2 P 2 得：得： i12 1

18、/2O2 P /O1P傳動(dòng)比：兩輪角速度之比傳動(dòng)比：兩輪角速度之比根據(jù)三心定律可知：P點(diǎn)為相對(duì)瞬心。 主動(dòng)輪齒廓依次推動(dòng)從動(dòng)輪齒廓。當(dāng)主動(dòng)輪以一定角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)輪的速度便與兩輪齒廓形狀有關(guān)。Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical Engineering節(jié)圓節(jié)圓 節(jié)圓：節(jié)圓： r1 r2兩節(jié)圓相切于C點(diǎn)，且兩輪節(jié)點(diǎn)處速度相同，故兩節(jié)圓作純滾動(dòng)。r1r2a=r1+r2中心距：中心距：o11nnCo22ka共軛齒廓：共軛齒廓： 一對(duì)相互嚙合

19、的齒廓，能按預(yù)定規(guī)律運(yùn)動(dòng)，既保持相切，又互不干涉稱為共軛齒廓。滿足嚙合基本定律而互相嚙合的一對(duì)齒廓即為共軛齒廓。如果要求兩輪傳動(dòng)比為常數(shù)，則應(yīng)使O2C /O1C為常數(shù)。由于O2 、O1為定點(diǎn)，故C必為一個(gè)定點(diǎn)。 節(jié)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)：C要兩輪作定傳動(dòng)比，則要求齒廓不論在任何位置接觸，過(guò)接觸點(diǎn)做的齒廓公法線與兩輪連心線之交點(diǎn)C為定點(diǎn)。Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical Engineering-應(yīng)用最廣應(yīng)用最廣漸開(kāi)線漸開(kāi)線齒廓曲線的選擇齒廓曲線的

20、選擇 理論上，滿足齒廓嚙合定律的曲線有無(wú)窮多，但考慮到便于制造和檢測(cè)等因素，工程上只有極少數(shù)幾種曲線可作為齒廓曲線，如漸開(kāi)線、其中應(yīng)用最廣的是漸開(kāi)線，其次是擺線(僅用于鐘表)和變態(tài)擺線。(擺線針輪減速器)，近年來(lái)提出了圓弧和拋物線。漸開(kāi)線具有很好的傳動(dòng)性能，而且便于制造、安裝、漸開(kāi)線具有很好的傳動(dòng)性能，而且便于制造、安裝、測(cè)量和互換使用等優(yōu)點(diǎn)。本章只研究漸開(kāi)線齒輪。測(cè)量和互換使用等優(yōu)點(diǎn)。本章只研究漸開(kāi)線齒輪。擺線擺線變態(tài)擺線變態(tài)擺線圓弧圓弧拋物線拋物線 漸開(kāi)線齒廓的提出已有近兩百多年的歷史，目前還沒(méi)有其它曲線可以替代。 什么樣的曲線滿足齒廓嚙合定律？Nanjing University of

21、Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical EngineeringAK漸開(kāi)線N發(fā)生線漸開(kāi)線漸開(kāi)線AK的展角的展角kO基圓基圓rbrk一、漸開(kāi)線的形成及其特點(diǎn)一、漸開(kāi)線的形成及其特點(diǎn)（一）漸開(kāi)線的形成漸開(kāi)線的形成當(dāng)直線當(dāng)直線NK沿半徑為沿半徑為rb的圓的圓周做純滾動(dòng)時(shí)，直線上任周做純滾動(dòng)時(shí)，直線上任一點(diǎn)一點(diǎn)K的軌跡稱為該圓的的軌跡稱為該圓的漸開(kāi)線漸開(kāi)線。9-3 9-3 漸開(kāi)線和漸開(kāi)線齒廓的嚙合特性漸開(kāi)線和漸開(kāi)線齒廓的嚙合特性Nanjing University of Aeronauti

22、cs and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical EngineeringNanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical Engineering 在不考慮摩擦力、重力和慣性在不考慮摩擦力、重力和慣性力的條件下，一對(duì)齒廓相互嚙合時(shí)，力的條件下，一對(duì)齒廓相互嚙合時(shí)，齒輪上接觸點(diǎn)受到的齒輪上接觸點(diǎn)受到的法向壓力法向壓力方方向線與向線與該點(diǎn)速度方向該點(diǎn)速度方向之間所夾

23、的銳之間所夾的銳角，稱為齒輪齒廓在角，稱為齒輪齒廓在該點(diǎn)的壓力角該點(diǎn)的壓力角。 (2) 漸開(kāi)線上任意一點(diǎn)的法線必漸開(kāi)線上任意一點(diǎn)的法線必切于基圓，與基圓的切點(diǎn)為漸切于基圓，與基圓的切點(diǎn)為漸開(kāi)線在開(kāi)線在K點(diǎn)的曲率中心，而線段點(diǎn)的曲率中心，而線段NK是漸開(kāi)線在點(diǎn)是漸開(kāi)線在點(diǎn)K處的曲率半徑。處的曲率半徑。漸開(kāi)線上的點(diǎn)越接近基圓，曲率漸開(kāi)線上的點(diǎn)越接近基圓，曲率半徑越小，即曲率越大。半徑越小，即曲率越大。FnVkkrb漸開(kāi)線上點(diǎn)的壓力角？漸開(kāi)線上點(diǎn)的壓力角？( () )漸開(kāi)線齒廓各點(diǎn)具有不同的漸開(kāi)線齒廓各點(diǎn)具有不同的 壓力角，點(diǎn)壓力角，點(diǎn)K離基圓中心離基圓中心O 愈遠(yuǎn)，壓力角愈大。愈遠(yuǎn)，壓力角愈大。N

24、OK=kkbkrrcos（二）漸開(kāi)線的特點(diǎn)（二）漸開(kāi)線的特點(diǎn)N發(fā)生線發(fā)生線漸開(kāi)線漸開(kāi)線KA的的展角展角AKO基圓基圓漸開(kāi)線漸開(kāi)線krk問(wèn)：漸開(kāi)線起點(diǎn)問(wèn)：漸開(kāi)線起點(diǎn)A A點(diǎn)的壓力角是多點(diǎn)的壓力角是多少？少？k漸開(kāi)線某點(diǎn)的法線與該點(diǎn)速度方向所夾的銳角稱為該點(diǎn)的壓力角 (1) NK = N A）發(fā)生線沿基圓滾過(guò)的線段長(zhǎng)度等于基圓被滾過(guò)的弧長(zhǎng)Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical Engineering(4)(4)漸開(kāi)線的形狀取決于漸開(kāi)線的形狀

25、取決于基圓的大小，基圓越大，基圓的大小，基圓越大，漸開(kāi)線越平直，當(dāng)基圓漸開(kāi)線越平直，當(dāng)基圓半徑趨于無(wú)窮大時(shí)，漸半徑趨于無(wú)窮大時(shí)，漸開(kāi)線成為斜直線。開(kāi)線成為斜直線。A2n2rb1o112rb2o2(5)(5)基圓內(nèi)無(wú)漸開(kāi)線?；鶊A內(nèi)無(wú)漸開(kāi)線。niNi在在 KN2N1A1n1rb越大，它的漸開(kāi)線在k點(diǎn)的曲率半徑越大，漸開(kāi)線越平直半徑不等的基圓展開(kāi)的漸開(kāi)線，使其漸開(kāi)線壓力角相等的點(diǎn)在K點(diǎn)相切Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院College of Mechanical and Electrical Engineering順口溜：順口溜：弧長(zhǎng)等于發(fā)生線，弧長(zhǎng)等于發(fā)生線，基圓切線是法線