齒輪傳動 課件

第五章

齒輪傳動125.1齒輪機構(gòu)的特點和分類 5.2齒輪的輪廓曲線 5.3漸開線齒廓5.4漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪 5.5漸開線直齒標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪的嚙合 5.6漸開線齒輪的加工 5.7齒輪的失效形式、設(shè)計準(zhǔn)則及其材料的選擇 5.8斜齒圓柱齒輪傳動 5.9直齒圓錐齒輪傳動 5.10齒輪傳動精度 5.11齒輪傳動的計算載荷 5.12齒輪傳動的受力分析 5.13直齒圓柱齒輪傳動強度計算、設(shè)計參數(shù)及許用應(yīng)力 5.14斜齒輪與直齒錐齒輪的強度計算5.15齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計、潤滑和效率 5.16輪系 5.17項目案例 思考題與習(xí)題目錄5.1齒輪機構(gòu)的特點和分類3齒輪機構(gòu)的特點4優(yōu)點：傳動平穩(wěn)可靠、傳動效率高、傳遞功率范圍廣、速度范圍大、結(jié)構(gòu)緊湊、維護簡便和使用壽命長等缺點：傳動中會產(chǎn)生沖擊、振動和噪聲；沒有過載保護作用；對制造精度和安裝精度要求高，需要專門的切齒機床、刀具和測量儀器；不宜用于軸間距過大的兩軸之間的傳動齒輪機構(gòu)的分類5按齒輪軸線相對位置和齒向圓柱齒輪傳動、圓錐齒輪傳動和蝸桿蝸輪傳動按照齒輪嚙合的情況外嚙合、內(nèi)嚙合及齒輪齒條嚙合按照齒輪傳動的工作條件開式齒輪傳動、半開式齒輪傳動和閉式齒輪傳動按齒面的硬度分類軟齒面?zhèn)鲃雍陀昌X面?zhèn)鲃?.2齒輪的輪廓曲線6齒廓嚙合基本規(guī)律7傳動比：齒廓嚙合基本規(guī)律齒廓嚙合基本定律：一對齒輪的傳動比與其連心線被齒廓接觸點的公法線分割所得的兩線段長度成反比。推論：使兩齒輪瞬時角速度比恒定不變，必須使點C為連心線上一定點。節(jié)圓：以O(shè)1O2為圓心分別過點C（節(jié)點）所作的圓共軛齒廓8共扼齒廓：凡滿足齒廓嚙合基本定律的一對齒輪的齒廓。齒廓曲線：漸開線、擺線、圓弧曲線由于漸開線齒廓易于制造和安裝，故絕大多數(shù)齒輪輪廓采用漸開線作為輪廓曲線。因此，本章只討論漸開線齒輪機構(gòu)。5.3漸開線齒廓9漸開線的形成及其特性10漸開線：當(dāng)一直線BK沿一圓周作純滾動時，該直線上任意一點K的軌跡AK。漸開線的發(fā)生線：直線BK。漸開線齒輪的齒廓：由在同一基圓上產(chǎn)生的兩條反向且對稱的漸開線構(gòu)成。特性：發(fā)生線沿基圓滾過的線段長度等于基圓上被滾過的弧長。漸開線的形狀取決于基圓的大小。發(fā)生線AK就是漸開線在K點的法線。漸開線上各點的曲率半徑不相等?；鶊A內(nèi)無漸開線。漸開線的形成漸開線齒廓的嚙合特點11漸開線齒廓滿足齒廓嚙合基本定律傳動比i12漸開線齒廓的嚙合傳動四線合一公法線nn(嚙合線、過嚙合點的公法線、基圓的內(nèi)公切線和正壓力作用線)四線合一。漸開線齒廓的嚙合傳動嚙合角不變漸開線齒輪傳動中嚙合角為常數(shù)。中心距可分心若中心距略有變化，因基圓不變，則就不會改變其瞬時傳動比的大小5.4漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪12齒輪各部分名稱及代號13齒頂圓和齒根圓漸開線齒廓的嚙合傳動分度圓齒輪各部分名稱及代號齒厚、齒槽寬和齒距齒頂高、齒根高和齒高齒寬直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)14齒數(shù)z漸開線齒廓的嚙合傳動模數(shù)m模數(shù)越大，輪齒越大，承載能力越強。齒輪齒形與模數(shù)的關(guān)系壓力角我國規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)壓力角為20°齒頂高因數(shù)

和頂隙因數(shù)正常齒制：短齒制：對標(biāo)準(zhǔn)齒輪：直齒圓柱齒輪的幾何尺寸計算15漸開線齒廓的嚙合傳動5.5漸開線直齒標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪的嚙合16正確的嚙合條件17漸開線齒輪正確嚙合的條件：兩輪的基圓齒距相等傳動比即兩輪的模數(shù)和壓力角應(yīng)分別相等漸開線齒輪正確嚙合的條件正確的嚙合條件18漸開線齒輪正確嚙合的條件：兩輪的基圓齒距相等傳動比即兩輪的模數(shù)和壓力角應(yīng)分別相等漸開線齒輪正確嚙合的條件齒輪傳動的中心距及嚙合角19標(biāo)準(zhǔn)中心距標(biāo)準(zhǔn)中心距注：節(jié)圓只在一對齒輪嚙合時才存在，一對標(biāo)準(zhǔn)齒輪只有在正確安裝時，節(jié)圓半徑才等于分度圓半徑。正確安裝時兩輪的分度圓相切，即節(jié)圓與分度圓重合。齒輪連續(xù)傳動的條件20齒輪連續(xù)傳動的條件理論上當(dāng)

時，就能保證一對齒輪連續(xù)傳動，但考慮齒輪的制造、安裝誤差和嚙合傳動中輪齒的變形．實際上應(yīng)使

。保證連續(xù)傳動的條件是使實際嚙合線長度大于或至少等于齒輪的法線齒距(即基圓齒距)。齒輪的重合度：實際嚙合線長度與基圓齒距之比。5.6漸開線齒輪的加工21漸開線齒輪的加工方法22仿形法：在普通銑床上利用漸開線齒形的成形銑刀將被加工齒輪齒槽部分的材料銑掉來切制齒輪齒形的加工方法。盤形銑刀指狀銑刀仿形法刀號12345678齒數(shù)范圍12～1314～1617～2017～2026～3435～5455～134≥135銑刀切制齒輪的齒數(shù)范圍漸開線齒輪的加工方法23范成法：利用一對齒輪相互嚙合時，其齒廓互為包絡(luò)線的原理來切制輪齒齒廓的，如果將其中一個齒輪或齒條做成刀具，便可切出齒輪的漸開線齒廓。刀具主要有：插齒刀和滾刀插刀齒輪插刀加工輪齒齒條插刀加工輪齒滾齒齒輪滾刀加工輪齒齒輪的根切現(xiàn)象和最少齒數(shù)24根切現(xiàn)象當(dāng)用范成法加工標(biāo)準(zhǔn)齒輪時，如果齒輪毛坯的齒數(shù)過少，刀具的齒頂線或齒頂圓與嚙合線的交點就會超過理論嚙合線極限點N1，這時齒輪毛坯齒根附近的漸開線齒廓將被刀具的齒頂切去一部分。齒輪的根切現(xiàn)象齒輪的根切現(xiàn)象和最少齒數(shù)25不發(fā)生根切的最少齒數(shù)對標(biāo)準(zhǔn)齒輪而言，為避免發(fā)生根切，齒輪的齒數(shù)不能太少。要使被加工齒輪不產(chǎn)生根切，刀具的齒頂線與嚙合線的交點B2不能超過N1點。齒輪的根切現(xiàn)象不根切的最少齒數(shù)不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)變位齒輪簡介26變位齒輪：用改變刀具與齒坯位置的切齒方法。目的：避免根切。變位系數(shù)：x變位齒輪變位齒輪輪廓與標(biāo)準(zhǔn)齒輪輪廓正變位齒輪：分度圓齒厚和齒根圓齒厚增大，輪齒強度增大負(fù)變位齒輪齒厚的變化恰好相反，輪齒強度削弱。5.7齒輪的失效形式、設(shè)計準(zhǔn)則及其材料的選擇27齒輪的失效形式28輪齒折斷齒面點蝕齒面磨損齒面膠合齒面塑性變形齒面產(chǎn)生塑性變形，齒廓失去正確的齒形齒輪傳動的設(shè)計準(zhǔn)則29閉式軟齒面齒輪傳動主要失效形式：齒面點蝕。先按齒面接觸疲勞強度設(shè)計。閉式硬齒面齒輪傳動主要失效形式：輪齒疲勞折斷。先按齒根彎曲疲勞強度設(shè)汁。鑄鐵制造的一對齒輪嚙合只需做輪齒彎曲疲勞強度設(shè)計計算開式齒輪傳動主要失效形式：齒面磨損。只能按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計，再增大齒輪模數(shù)。齒輪材料的選擇30常用材料：鍛鋼，其次是鑄鋼、鑄鐵及非金屬材料。鍛鋼中碳鋼和中碳合金鋼：如35、45鋼，40Cr等；低碳鋼和低碳合金鋼：15鋼，20Cr，20CrMnTi等。鑄鋼ZG270-500，ZG300-600，ZG380-700等。鑄鐵灰鑄鐵HT200，HT300；球墨鑄鐵QT600-3等非金屬材料塑料、尼龍、碳纖維增強塑性、復(fù)合材料5.8斜齒圓柱齒輪傳動31斜齒輪簡介及特點32一對平行軸斜齒圓柱齒輪嚙合時，斜齒輪的齒廓是逐漸進入嚙合、逐漸脫離嚙合的。當(dāng)平面Ｓ沿基圓柱做純滾動時，其上與母線NN成一傾斜角β的斜直線KK在空間所走過的軌跡為一個漸開線螺旋面，該螺旋面即為斜齒圓柱齒輪的齒廓曲面，β稱為基圓柱上的螺旋角。斜齒圓柱齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸33斜齒圓柱齒輪幾何尺寸的計算公式斜齒圓柱齒輪嚙合傳動34正確嚙合條件：兩個斜齒輪的法面模數(shù)和法面壓力角分別相等，兩個斜齒輪的螺旋角大小相等，旋向相反。直齒輪的輪齒是同時進入嚙合和退出嚙合的；斜齒輪的輪齒是逐漸進人嚙合和退出嚙合的。斜齒輪傳動的重合度比較大，因此斜齒輪傳動更平穩(wěn)，承載能力更高。斜齒圓柱齒輪的當(dāng)量齒輪和當(dāng)量齒數(shù)35斜齒輪的當(dāng)量齒數(shù)斜齒輪的當(dāng)量齒數(shù)不發(fā)生根切的最少齒數(shù)5.9直齒圓錐齒輪傳動36直齒圓錐齒輪概述37錐齒輪的輪齒有直齒、斜齒及曲齒等。曲齒錐齒輪常用于高速、重載場合。直齒錐齒輪應(yīng)用最廣泛。錐齒輪傳動是用來傳遞兩相交軸之間的運動和動力的，通常兩軸交角為90°。錐齒輪傳動直齒錐齒輪輪廓形成、背錐及當(dāng)量齒數(shù)38直齒錐齒輪的輪廓形成因平面S與基圓錐0PA相切于OP，當(dāng)平面S繞基圓錐OPA作純滾動時，平面上任一點B將在空間展出一漸開線AB。背錐在錐齒輪的大端作一個圓錐面，它與分度圓錐面同一軸線，其母線與分度圓錐母線垂直相交，此圓錐面稱為背錐面(背錐)當(dāng)量齒數(shù)圓錐齒輪最少齒數(shù)比圓柱齒輪少直齒錐齒輪的幾何參數(shù)及尺寸39幾何尺寸計算公式5.10齒輪傳動精度405.10齒輪傳動精度41精度等級圓周速度/應(yīng)用直齒圓柱齒輪斜齒圓柱齒輪直齒錐齒輪6級≤15≤30≤12高速重載的齒輪傳動，如飛機、汽車和機床中的重要齒輪，分度機構(gòu)的齒輪傳動7級≤10≤15≤8高速中載或中速重載的齒輪傳動，如標(biāo)準(zhǔn)系列減速器中的齒輪，汽車和機床中的齒輪8級≤6≤10≤4機械制造中對精度無特殊要求的齒輪9級≤2≤4≤1.5低速及對精度要求低的傳動齒輪傳動等級的選擇及應(yīng)用5.11齒輪傳動的計算載荷42名義載荷43定義：由傳動的功率P計算出的轉(zhuǎn)矩T和圓周力Ft式中：n為齒輪轉(zhuǎn)速；d為齒輪的分度圓直徑。計算載荷44計算載荷載荷系數(shù)由使用系數(shù)、動載系數(shù)、齒向載荷分布系數(shù)和齒間載荷分配系數(shù)組成。計算載荷45計算載荷載荷系數(shù)由使用系數(shù)、動載系數(shù)、齒向載荷分布系數(shù)和齒間載荷分配系數(shù)組成。5.12齒輪傳動的受力分析46直齒圓柱齒輪傳動的受力分析47直齒圓柱齒輪受力分析法向力Fn：沿著輪齒嚙合點的公法線N1N2方向的總作用力圓周力徑向力法向力圓周力的方向：在主動輪上與圓周速度方向相反，在從動輪上與圓周速度方向相同。徑向力的方向：對兩輪都是由作用點指向輪心。斜齒圓柱齒輪傳動的受力分析48斜齒圓柱齒輪受力分析法向力Fn分解成3個力圓周力徑向力軸向力圓周力和徑向力的方向：直齒圓柱齒輪相同；軸向力的方向：取決于輪齒螺旋線的方向和齒輪的轉(zhuǎn)動方向。確定主動輪的軸向力方向可利用左、右手定則。直齒錐齒輪傳動的受力分析49直齒錐齒輪受力分析法向力Fn分解成3個力圓周力徑向力軸向力主動輪上的圓周力是阻力，與轉(zhuǎn)動方向相反；從動輪上的圓周力是驅(qū)動力，與轉(zhuǎn)動方向相同；徑向力分別指向各自的輪心；軸向力分別指向各自的大端。5.13直齒圓柱齒輪傳動強度計算、設(shè)計參數(shù)及許用應(yīng)力50齒面接觸疲勞強度計算51基本公式齒輪的接觸疲勞強度極限校核公式設(shè)計計算公式齒根彎曲疲勞強度計算52齒根危險界面的確定危險截面位置：危險截面可用30°切線法確定，作與輪齒對稱中心線成30°夾角并與齒根過渡圓角相切的斜線，將兩切點連線。危險截面的彎曲應(yīng)力校核公式設(shè)計計算公式5.14斜齒輪與直齒錐齒輪的強度計算53斜齒輪的強度計算54輪齒彎曲強度計算校核公式設(shè)計計算公式齒面接觸強度計算校核公式設(shè)計計算公式直齒錐齒輪強度計算55齒面接觸強度校核公式設(shè)計計算公式齒根彎曲強度校核公式設(shè)計計算公式5.15齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計、潤滑和效率56齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計57齒輪軸實體式齒輪齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計58腹板式齒輪輪輻式齒輪齒輪的潤滑59半開式及開式齒輪傳動，或速度較低的閉式齒輪傳動，通常用人工定期加油潤滑，添加潤滑劑有潤滑油或潤滑脂。浸油潤滑用帶油輪帶油噴油潤滑齒輪傳動的效率60傳動形式圓柱齒輪傳動錐齒輪傳動6級或7級精度的閉式傳動0.980.978級精度的閉式傳動0.970.96開始傳動0.950.94齒輪傳動的效率齒輪傳動中的功率損失，主要包括嚙合中的摩擦損失、軸承中的摩擦損失和攪動潤滑油的功率損失。5.16輪系615.16輪系62在實際機械中，為了滿足不同的工作需要，如獲得大的傳動比、實現(xiàn)相距較遠(yuǎn)的兩軸之間的傳動等，只采用一對齒輪來進行傳動往往是不夠的，因此經(jīng)常需要用由多對齒輪組成的齒輪機構(gòu)來進行傳動。這種由一系列齒輪所組成的齒輪傳動系統(tǒng)，稱為輪系。輪系的分類63定軸輪系行星輪系混合輪系定軸輪系的傳動比64外嚙合齒輪內(nèi)嚙合齒輪輪系傳動比一對齒輪傳動比首末兩輪的軸線平行首末兩輪的軸線不平行行星輪系的傳動65與定軸輪系的根本區(qū)別：行星輪系中有轉(zhuǎn)動的系桿，使得行星輪在既繞自身軸線轉(zhuǎn)動(自轉(zhuǎn))的同時，又繞太陽輪的軸線轉(zhuǎn)動(公轉(zhuǎn))。如果設(shè)法將系桿固定不動，則行星輪的公轉(zhuǎn)就會消除，該輪系就可以轉(zhuǎn)化成一個定軸輪系。