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文檔簡介

五、內(nèi)容提綱1.概述2.漸開線及漸開線齒輪3.一對漸開線齒輪的嚙合4.漸開線齒輪輪齒的加工和根切現(xiàn)象5.齒輪傳動的強(qiáng)度計(jì)算6.蝸桿傳動7.輪系§9-1概述(特點(diǎn)、類型應(yīng)用)作用:傳遞空間任意兩軸(平行、相交、交錯)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,或?qū)⑥D(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為移動。結(jié)構(gòu)特點(diǎn):圓柱體或圓錐體外(或內(nèi))均勻分布有大小一樣的輪齒。優(yōu)點(diǎn):①瞬時(shí)傳動比準(zhǔn)確、傳動平穩(wěn)。②圓周速度范圍大,300m/s以下。③傳動功率范圍大,從幾瓦到10萬千瓦。④效率高(η→0.99)、使用壽命長、工作安全可靠。⑤可實(shí)現(xiàn)空間任意軸之間的傳動。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、精度低時(shí)振動噪音大。平面齒輪傳動(軸線平行)外齒輪傳動直齒斜齒人字齒圓柱齒輪非圓柱齒輪

空間齒輪傳動(軸線不平行)按布置形式分按齒廓曲線分直齒斜齒曲線齒圓錐齒輪兩軸相交兩軸交錯蝸輪蝸桿傳動交錯軸斜齒輪準(zhǔn)雙曲面齒輪漸開線齒輪(1765年)擺線齒輪(1650年)圓弧齒輪(1950年)按速度高低分:按傳動比分:按工作條件分:齒輪傳動的類型應(yīng)用實(shí)例:提問參觀對象、SZI型統(tǒng)一機(jī)芯手表有18個(gè)齒輪、炮塔、內(nèi)然機(jī)。高速、中速、低速齒輪傳動。定傳動比、變傳動比齒輪傳動。開式、半開式、閉式齒輪傳動。球齒輪拋物線齒輪(近年)分類:內(nèi)齒輪傳動齒輪齒條2ω2作者:潘存云教授1ω1橢圓齒輪準(zhǔn)雙曲面齒輪作者:潘存云教授斜齒圓錐齒輪作者:潘存云教授曲線齒圓錐齒輪設(shè)計(jì):潘存云§9-2漸開線及漸開線齒輪1.漸開線的形成―條直線在圓上作純滾動時(shí),直線上任一點(diǎn)的軌跡2.漸開線的特性②漸開線上任意點(diǎn)的法線切于基圓純滾動時(shí),B為瞬心,速度沿t-t線,是漸開線的切線,故BK為法線③B點(diǎn)為曲率中心,BK為曲率半徑。漸開線起始點(diǎn)A處曲率半徑為0。可以證明BK-發(fā)生線,①

AB=BK;tt發(fā)生線Bk基圓OArkθk基圓-rbθk-AK段的展角-漸開線漸開線rb設(shè)計(jì):潘存云設(shè)計(jì):潘存云OABkA1B1o1θkK⑤漸開線形狀取決于基圓的大?、藁鶊A內(nèi)無漸開線。當(dāng)rb→∞,變成直線。rkθkαkαkvk④離中心越遠(yuǎn),漸開線上的壓力角越大。rb定義:嚙合時(shí)K點(diǎn)法向壓力方向與速度方向所夾銳角為漸開線上該點(diǎn)之壓力角αk。rb=rkcosαk

B3o3θkA2B2o2設(shè)計(jì):潘存云BC’ACrbOEC”⑦同一基圓上任意兩條漸開線的公法線處處相等。由性質(zhì)①和②有:兩條反向漸開線,兩條同向漸開線:B1E1=A1E1-A1B1B2E2=A2E2-A2B2B1E1=B2E2∴A1B1=A2B2A1E1=A2E2AB

=AN1+N1B=A1N1+N1B1

=

A1B1AB=AN2+N2B=A2N2+N2B2

=

A2B2A1B1N1A2B2N2順口溜:弧長等于發(fā)生線,基圓切線是法線,曲線形狀隨基圓,基圓內(nèi)無漸開線。E2E1設(shè)計(jì):潘存云rbO1)名稱與符號pn齒頂圓-

da、ra齒根圓-

df、rf齒厚-

sk

任意圓上的弧長齒槽寬-

ek

弧長齒距(周節(jié))-

pk=sk+ek

同側(cè)齒廓弧長齒頂高h(yuǎn)a齒根高

hf齒全高

h=ha+hf齒寬-

BhahfhBpra分度圓--人為規(guī)定的計(jì)算基準(zhǔn)圓表示符號:

d、r、s、e,p=s+e法向齒距(周節(jié))-

pnseskek=pb3.漸開線齒輪pbrfrpk設(shè)計(jì):潘存云m=4z=162)基本參數(shù)②模數(shù)-m①齒數(shù)-z出現(xiàn)無理數(shù),不方便為了計(jì)算、制造和檢驗(yàn)的方便分度圓周長:πd=zp,d=zp/π稱為模數(shù)m

。m=2z=16模數(shù)的單位:mm,它是決定齒輪尺寸的一個(gè)基本參數(shù)。齒數(shù)相同的齒輪,模數(shù)大,尺寸也大。于是有:

d=mz,r=mz/2人為規(guī)定:

m=p/π只能取某些簡單值,m=1z=16

0.350.70.91.752.252.75(3.25)3.5(3.75)第二系列

4.55.5(6.5)79(11)14182228(30)3645標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列表(GB1357-87)

0.10.120.150.20.250.50.40.50.60.8第一系列

11.251.522.5345681012162025324050為了便于制造、檢驗(yàn)和互換使用,國標(biāo)GB1357-87規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列。設(shè)計(jì):潘存云設(shè)計(jì):潘存云Orfrarbr速度方向正壓力方向OωrbriBiKiN3)分度圓壓力角得:αi=arccos(rb/ri)由

rb=ricosαi定義分度圓壓力角為齒輪的壓力角:對于同一條漸開線:ri↓→αi

↓αb=0α1AαiαiB1K1r1α由d=mz知:m和z一定時(shí),分度圓是一個(gè)大小唯一確定的圓。規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值:α=20°由db=dcosα可知,基圓也是一個(gè)大小唯一確定的圓。稱

m、z、α、ha*、c*為漸開線齒輪的三個(gè)基本參數(shù)。ha*、c*的取值分別為:正常齒制1和0.25,短齒制0.8和0.3.對于分度圓大小相同的齒輪,如果α不同,則基圓大小將不同,因而其齒廓形狀也不同。α是決定漸開線齒廓形狀的一個(gè)重要參數(shù)?;騬b=rcosα,α=arccos(rb/r)db=dcosα設(shè)計(jì):潘存云齒輪各部分尺寸的計(jì)算公式:齒頂高:ha=ha*m齒根高:hf=(ha*+c*)m全齒高:h=ha+hf齒頂圓直徑:

da=d+2ha齒頂高系數(shù):ha*齒根圓直徑:

df=d-2hf頂隙系數(shù):c*分度圓直徑:

d=mz=(2ha*+c*)m=(z+2ha*)m=(z-2ha*-2c*)mrrf正常齒:

ha*=1短齒制:

ha*=0.8正常齒:

c*=0.25短齒制:

c*=0.3rahahfh設(shè)計(jì):潘存云hahfhBprarfrpnpbrbO基圓直徑:法向齒距:標(biāo)準(zhǔn)齒輪:一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)齒輪的基本參數(shù)和參數(shù)的值確定之后,其主要尺寸和齒廓形狀就完全確定了。=mzcosα=πdb/z=πmcosα=pcosα統(tǒng)一用pb表示m、α、ha*

、c*

取標(biāo)準(zhǔn)值,且e=s的齒輪。Nαdb=dcosαpn=pbse設(shè)計(jì):潘存云B二、齒條特點(diǎn):齒廓是直線,各點(diǎn)法線和速度方向線平行1)壓力角處處相等,且等于齒形角,2)齒距處處相等:

p=πm其它參數(shù)的計(jì)算與外齒輪相同,如:

s=πm/2e=πm/2

esppnhahfz→∞的特例。齒廓曲線(漸開線)→直線ha=ha*mhf=(ha*+c*)mpn=pcosαα為常數(shù)。ααα設(shè)計(jì):潘存云pnhNαsehahfpBOrbrfra1)輪齒與齒槽正好與外齒輪相反。2)df>d>da三、內(nèi)齒輪3)為保證齒廓全部為漸開線,,da=d-2ha,df=d+2hf結(jié)構(gòu)特點(diǎn):輪齒分布在空心圓柱體內(nèi)表面上。不同點(diǎn):要求da>db。r設(shè)計(jì):潘存云共軛齒廓:一對能實(shí)現(xiàn)定傳動比(i12=ω1/ω2)規(guī)律的嚙合齒廓?!?-3

一對漸開線齒輪的嚙合一.齒廓嚙合基本定律一對齒廓在任意點(diǎn)K接觸時(shí),作法線n-n得:

i12=ω1/ω2=O2P/O1P齒廓嚙合基本定律:

互相嚙合的一對齒輪在任一位置時(shí)接觸點(diǎn)的公法線與連心線O1O2交于一定點(diǎn)。根據(jù)三心定律可知:P點(diǎn)為相對瞬心。由:

v12=O1Pω1=O2Pω2設(shè)計(jì):潘存云節(jié)圓如果要求傳動比為常數(shù),則應(yīng)使O2P/O1P為常數(shù)。

節(jié)圓:設(shè)想在P點(diǎn)放一只筆,則筆尖在兩個(gè)齒輪運(yùn)動平面內(nèi)所留軌跡。由于O2

、O1為定點(diǎn),故P必為一個(gè)定點(diǎn)。兩節(jié)圓相切于P點(diǎn),且兩輪節(jié)點(diǎn)處速度相同,故兩節(jié)圓作純滾動。r’1r’2a=r’1+r’2中心距:o1ω1nnPo2ω2ka二、齒廓曲線的選擇

理論上,滿足齒廓嚙合定律的曲線有無窮多,但考慮到便于制造和檢測等因素,工程上只有極少數(shù)幾種曲線可作為齒廓曲線,其中應(yīng)用最廣的是漸開線,其次是擺線(僅用于鐘表)和變態(tài)擺線

(擺線針輪減速器),近年來提出了圓弧和拋物線。

漸開線齒廓的提出已有近兩百多年的歷史,目前還沒有其它曲線可以替代。主要在于它具有很好的傳動性能,而且便于制造、安裝、測量和互換使用等優(yōu)點(diǎn)。本章只研究漸開線齒輪。設(shè)計(jì):潘存云N2N1ω2O2rb2O1ω1要使兩齒輪作定傳動比傳動,則兩輪的齒廓無論在任何位置接觸,過接觸點(diǎn)所作公法線必須與兩輪的連心線交于一個(gè)定點(diǎn)。兩齒廓在任意點(diǎn)K嚙合時(shí),過K作兩齒廓的法線N1N2,是基圓的切線,為定直線。i12=ω1/ω2=O2P/O1P=const工程意義:i12為常數(shù)可減少因速度變化所產(chǎn)生的附加動載荷、振動和噪音,延長齒輪的使用壽命,提高機(jī)器的工作精度。兩輪中心連線也為定直線,故交點(diǎn)P必為定點(diǎn)。在位置K’時(shí)同樣有此結(jié)論。C1C2KPK’三、漸開線齒廓能保證定傳動比要求設(shè)計(jì):潘存云N2N1ω2O2rb2O1ω1四、漸開線齒輪的嚙合線及嚙合角N1N2是嚙合點(diǎn)的軌跡,稱為嚙合線由漸開線的性質(zhì)可知:嚙合線又是接觸點(diǎn)的法線,正壓力總是沿法線方向,故正壓力方向不變。該特性對傳動的平穩(wěn)性有利。C1C2K嚙合線與節(jié)圓公切線之間的夾角α’

,稱為嚙合角實(shí)際上α’就是節(jié)圓上的壓力角K’Pα’設(shè)計(jì):潘存云設(shè)計(jì):潘存云設(shè)計(jì):潘存云rb2r2O2ω2rb2r2O2ω2rb2r2O2ω2rb1r1O1ω1rb1r1O1ω1rb1r1O1ω1pb2pb2pb2pb1pb1<pb2pb1>pb2pb1=pb2pb1pb1不能正確嚙合!不能正確嚙合!能正確嚙合!一對齒輪傳動時(shí),所有嚙合點(diǎn)都在嚙合線N1N2上。漸開線齒廓能滿足齒廓嚙合基本定律,那么,是否任意兩個(gè)漸開線齒輪都能組成一對齒輪傳動呢?m1<m2從外觀看齒1比齒2小m1>m2外觀齒1比齒2大五、漸開線齒輪的正確嚙合條件PN1N2B2B1B1PN1N2B2PN1N2B1B2設(shè)計(jì):潘存云rb2r2O2rb1r1O1ω1ω2PN1N2B2B1要使進(jìn)入嚙合區(qū)內(nèi)的各對齒輪都能正確地進(jìn)入嚙合,兩齒輪的相鄰兩齒同側(cè)齒廓間的法向距離應(yīng)相等:正確嚙合條件:

pb1=pb2將pb=πmcosα代入得:

m1cosα1=m2cosα2因m和α都取標(biāo)準(zhǔn)值,使上式成立的條件為:m1=m2

,α1=α2結(jié)論:一對漸開線齒輪的正確嚙合條件是它們模數(shù)和壓力角應(yīng)分別相等。pb2i12=--ω1ω2傳動比:

=--db2db1

=--d’2d’1

=--d2d1

=--Z2Z1pb1設(shè)計(jì):潘存云rb2r2O2r1O1ω1ω2PN1N2rb1標(biāo)準(zhǔn)中心距a對標(biāo)準(zhǔn)齒輪,確定中心距a時(shí),應(yīng)滿足兩個(gè)要求:1)理論上齒側(cè)間隙為零2)頂隙c為標(biāo)準(zhǔn)值。

儲油用此時(shí)有:

a=ra1+c+rf2=r1+ha*m=r1+r2為了便于潤滑、制造和裝配誤差,以及受力受熱變形膨脹所引起的擠壓現(xiàn)象,實(shí)際上側(cè)隙不為零,由公差保證。ra1ra1rf2rf2acs‘1-e’2=0c=c*m+c*m+r2-(ha*m+c*m)=m(z1+z2)/2a=r1+r2標(biāo)準(zhǔn)中心距標(biāo)準(zhǔn)安裝設(shè)計(jì):潘存云rb1ω2O2rb2O1ω1N2N1PC1C2K六、漸開線齒輪傳動的可分離性△O1N1P≌△O2N2P由于上述特性,工程上廣泛采用漸開線齒廓曲線。實(shí)際安裝中心距略有變化時(shí),不影響i12,這一特性稱為運(yùn)動可分性,對加工和裝配很有利。故傳動比又可寫成:

i12=ω1/ω2=O2P/O1P=rb2/rb1--基圓半徑之反比?;鶊A半徑是定值設(shè)計(jì):潘存云arb2O2O1ω1ω2PN1N2rb1兩輪節(jié)圓總相切:

a=r’1+r’2

=r1+r2兩輪的傳動比:

i12=r’2/r’1r’1=r1r’2=r2在標(biāo)準(zhǔn)安裝時(shí)節(jié)圓與分度圓重合。=r2/r1α’=α因此有:α’=α必須指出:1.分度圓和壓力角是單個(gè)齒輪就有的;而節(jié)圓和嚙合角是兩個(gè)齒輪嚙合后才出現(xiàn)的。2.非標(biāo)準(zhǔn)安裝時(shí),兩分度圓將分離,此時(shí)由:α’>α提問:有可能α’<α嗎?r’2=r2r’1=r1設(shè)計(jì):潘存云N1N2O1rb1Prb2ω2ω1O2一對輪齒的嚙合過程輪齒在從動輪頂圓與N1N2

線交點(diǎn)B2處進(jìn)入嚙合,主動輪齒根推動從動輪齒頂。隨著傳動的進(jìn)行,嚙合點(diǎn)沿N1N2

線移動。在主動輪頂圓與N1N2

線交點(diǎn)處B1脫離嚙合。主動輪:嚙合點(diǎn)從齒根走向齒頂,而在從動輪,正好相反。B1B2

-實(shí)際嚙合線N1N2

:因基圓內(nèi)無漸開線理論上可能的最長嚙合線段--N1、N2

-嚙合極限點(diǎn)陰影線部分-齒廓的實(shí)際工作段。理論嚙合線段七、重合度ra2B1----終止嚙合點(diǎn)B2

----起始嚙合點(diǎn)N1N2ra1B2B1設(shè)計(jì):潘存云pb八、連續(xù)傳動條件一對輪齒嚙合傳動的區(qū)間是有限的。要保證齒輪連續(xù)轉(zhuǎn)動,則在前一對輪齒脫離嚙合之前,后一對輪齒必須及時(shí)地進(jìn)入嚙合。為保證連續(xù)傳動,要求:實(shí)際嚙合線段B1B2≥pb

(齒輪的法向齒距),定義:

ε=B1B2/pb

為一對齒輪的重合度一對齒輪的連續(xù)傳動條件是:為保證可靠工作,工程上要求:[ε]的推薦值:使用場合一般機(jī)械制造業(yè)汽車拖拉機(jī)金屬切削機(jī)

[ε]1.41.1~1.21.3從理論上講,重合度為1就能保證連續(xù)傳動,但齒輪制造和安裝有誤差即:

B1B2/pb≥1ε≥[ε]ε≥1

采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪,總是有:ε≥1故不必驗(yàn)算。O1N2N1KO2ω2ω1B1B2§9-4漸開線齒輪輪齒的加工和根切現(xiàn)象齒輪加工方法仿形法盤銑刀指狀銑刀鑄造法熱軋法沖壓法模鍛法粉末冶金法切制法最常用銑削拉削一、仿形法銑削展成法(范成法共軛法包絡(luò)法)插齒滾齒剃齒磨齒設(shè)計(jì):潘存云設(shè)計(jì):潘存云設(shè)計(jì):潘存云設(shè)計(jì):潘存云指狀銑刀加工盤銑刀加工銑刀旋轉(zhuǎn),工件進(jìn)給分度、斷續(xù)切削。適用于加工大模數(shù)m>20

的齒輪和人字齒輪。由db=mzcosα可知,漸開線形狀隨齒數(shù)變化。要想獲得精確的齒廓,加工一種齒數(shù)的齒輪,就需要一把刀具。這在工程上是不現(xiàn)實(shí)的。進(jìn)給分度分度切削ω切削ω進(jìn)給仿形法加工的特點(diǎn):成本低,制造方法簡單,產(chǎn)生齒形誤差和分度誤差,精度較低,加工不連續(xù),生產(chǎn)效率低。適于修配、單件、大模數(shù)及小批量生產(chǎn)。銑刀號數(shù)所切齒輪12~1314~1617~2021~2526~3435~5455~134≥135齒數(shù)8把一組各號銑刀切制齒輪的齒數(shù)范圍12345678

設(shè)計(jì):潘存云設(shè)計(jì):潘存云ωω0ωω0齒輪插刀加工i=ω0/ω=z/z0二、范成法(插齒、滾齒、磨齒)1.齒輪插刀共軛齒廓互為包絡(luò)線切削運(yùn)動ωω0范成運(yùn)動讓刀運(yùn)動進(jìn)給切削讓刀ωv范成V=ωr=ωmz/22.齒條插刀插齒加工過程為斷續(xù)切削,生產(chǎn)效率低。齒條插刀加工時(shí)齒廓包絡(luò)過程滾刀進(jìn)給進(jìn)給ω0ωvωω0范成運(yùn)動V=ωr=ωmz/2γ滾刀傾斜tt滾刀軸剖面相當(dāng)于齒條相當(dāng)于齒輪齒條嚙合傳動ω0切削3.齒輪滾刀被加工齒輪為什么滾刀要傾斜一個(gè)角度呢?設(shè)計(jì):潘存云范成法加工的特點(diǎn):一種模數(shù)只需要一把刀具連續(xù)切削,生產(chǎn)效率高,精度高,用于批量生產(chǎn)。ttttγ設(shè)計(jì):潘存云設(shè)計(jì):潘存云hf=(h*a+c*)m4.用標(biāo)準(zhǔn)齒條型刀具加工標(biāo)準(zhǔn)齒輪標(biāo)準(zhǔn)齒條型刀具比基準(zhǔn)齒形高出c*m一段切出齒根過渡曲線。

非漸開線討論切制原理時(shí)不考慮此部分。GB1356-88規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)齒條型刀具的基準(zhǔn)齒形。4.1標(biāo)準(zhǔn)齒條型刀具4.2用標(biāo)準(zhǔn)齒條型刀具加工標(biāo)準(zhǔn)齒輪h*am分度線分度圓ha=h*am加工標(biāo)準(zhǔn)齒輪:刀具分度線剛好與輪坯的分度圓作純滾動。加工結(jié)果:

s=e=πm/2esha=h*amhf=(h*a+c*)mh*amc*mc*m頂線α=20°πm/2πm/2設(shè)計(jì):潘存云設(shè)計(jì):潘存云PααrbrraN1O1分度圓基圓1、根切現(xiàn)象圖示現(xiàn)象稱為輪齒的根切。根切的后果:①削弱輪齒的抗彎強(qiáng)度;以下分析產(chǎn)生根切的原因:②使重合度ε下降。三、

根切現(xiàn)象及避免根切的方法23B1PB2<PN1不根切1刀具在位置1開始切削齒間;在位置2開始切削漸開線齒廓;在位置3切削完全部齒廓;當(dāng)B2落在N1點(diǎn)的下方:PB2<PN1

B2設(shè)計(jì):潘存云PααrbrraN1O13PB2=PN1不根切1刀具在位置1開始切削齒間;在位置2開始切削漸開線齒廓;在位置3切削完全部齒廓;當(dāng)B2落在N1點(diǎn)之上:PB2=PN1

2B1B2設(shè)計(jì):潘存云O1PααN1rbr1發(fā)生根切4M在位置2開始切削漸開線齒廓;在位置3切削完全部齒廓;已加工好的齒廓根部落在刀刃的左側(cè),被切掉;刀具沿水平移動的距離:

N1M

=rφ沿法線移動的距離:

N1K

=N1Mcosα弧長與直線長度相等:

N1K

=N1N’1到達(dá)位置4時(shí),輪坯轉(zhuǎn)過φK強(qiáng)調(diào)B2的位置強(qiáng)調(diào)N’1是齒廓起始點(diǎn),并證明該點(diǎn)落在刀刃左邊基圓轉(zhuǎn)過的弧長為:

N1N’1=rbφ=rφcosα=rφcosα2B1B23αφN’1根切設(shè)計(jì):潘存云O1PαN1rbr結(jié)論:刀具齒頂線與嚙合線的交點(diǎn)B2落在極限嚙合點(diǎn)

N1的右上方,必發(fā)生根切。根切條件為:PB2>PN1B2設(shè)計(jì):潘存云P2.避免根切的方法1)限制小齒輪的最小齒數(shù)當(dāng)被加工齒輪的模數(shù)m確定之后,其刀具齒頂線與嚙合線的交點(diǎn)B2就唯一確定,這時(shí)極限嚙合點(diǎn)N1的位置隨基圓大小變動。當(dāng)N1B2兩點(diǎn)重合時(shí),正好不根切。不根切的條件:在△PN1O1

中有:在△PB2B’

中有:代入求得:

z≥2ha*/sin2α

取α=20°,ha*=1,得:zmin=17取α=20°,ha*=0.8,得:zmin=14。即z≥zminh*am即:

zmin=2ha*/sin2α

PN1≥P

B2=mzsinα/2PN1=rsinαPB2=ha*m/sinαB2B’αrb3

N1rb

N1O1rb1N1

rα2)采用變位齒輪標(biāo)準(zhǔn)齒輪的優(yōu)點(diǎn):計(jì)算簡單、互換性好。缺點(diǎn):①當(dāng)z<zmin時(shí),產(chǎn)生根切。但實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常要用到

z<zmin的齒輪。②不適合a’≠a的場合。a’<a

時(shí),不能安裝。當(dāng)a’>a

時(shí)

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