第6章-2-齒輪傳動(dòng)-汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)

一、齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)

1）制造、安裝精度要求較高2）不適于中心距a較大兩軸間傳動(dòng)3）使用維護(hù)費(fèi)用較高，精度低時(shí)、噪音、振動(dòng)較大

4）只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)變速。優(yōu)點(diǎn)：1）傳動(dòng)功率大，傳動(dòng)效率高；2）瞬時(shí)傳動(dòng)比精確；3）可實(shí)現(xiàn)平行、相交、交錯(cuò)等軸之間的傳動(dòng)；4）工作平穩(wěn)可靠、壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)：

齒輪機(jī)構(gòu)是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于傳遞空間任意兩軸或多軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。它是依靠主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的嚙合來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的。交錯(cuò)軸齒輪傳動(dòng)

1、按傳動(dòng)軸相對(duì)位置

二、齒輪傳動(dòng)的主要類(lèi)型

平行軸齒輪傳動(dòng)相交軸齒輪傳動(dòng)平行軸齒輪傳動(dòng)又稱(chēng)為平面齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

相交軸齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和交錯(cuò)軸齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱(chēng)為空間齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)外嚙合直齒輪內(nèi)嚙合直齒輪兩軸線平行的圓柱齒輪傳動(dòng)斜齒圓柱齒輪人字齒圓柱齒輪齒輪齒條傳動(dòng)齒輪齒條應(yīng)用直齒圓錐齒輪傳動(dòng)相交軸齒輪傳動(dòng)曲齒錐齒輪傳動(dòng)兩軸相交錯(cuò)的齒輪機(jī)構(gòu)交錯(cuò)軸斜齒輪傳動(dòng)蝸輪蝸桿傳動(dòng)錐蝸桿傳動(dòng)8avi多路齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)③閉式——潤(rùn)滑、密封良好，—汽車(chē)、機(jī)床及航空發(fā)動(dòng)機(jī)等的齒輪傳動(dòng)中。2、按工作條件①開(kāi)式——適于低速及不重要的場(chǎng)合②半開(kāi)式——農(nóng)業(yè)機(jī)械、建筑機(jī)械及簡(jiǎn)單機(jī)械設(shè)備（只有簡(jiǎn)單防護(hù)罩）§2漸開(kāi)線齒輪嚙合特性

一、齒輪傳動(dòng)應(yīng)滿足的基本要求

一個(gè)最基本要求：傳動(dòng)平穩(wěn)。

要求其瞬時(shí)傳動(dòng)比I恒定不變，以避免沖擊、振動(dòng)和噪聲傳動(dòng)比：

為了保證傳動(dòng)比恒定，需要采用適當(dāng)?shù)凝X廓曲線，最常用的是漸開(kāi)線齒廓。二、漸開(kāi)線的形成

當(dāng)一直線BK沿一個(gè)圓的圓周作純滾動(dòng)時(shí)，直線上任一點(diǎn)K的軌跡

AK——漸開(kāi)線

BK——發(fā)生線

rb

——基圓半徑

θK——漸開(kāi)線AK段的展角θK

當(dāng)直線沿一圓周作相切純滾動(dòng)時(shí)，直線上任一點(diǎn)在與該圓固聯(lián)的平面上的軌跡k0k，稱(chēng)為該圓的漸開(kāi)線。K0K漸開(kāi)線N發(fā)生線漸開(kāi)線k0k的展角O基圓rb漸開(kāi)線的形成N發(fā)生線漸開(kāi)線k0k的展角K0KO基圓漸開(kāi)線(2)漸開(kāi)線上任意一點(diǎn)的法線必切于基圓，切于基圓的直線必為漸開(kāi)線上某點(diǎn)的法線。發(fā)生線NK是漸開(kāi)線在K點(diǎn)的法線PkVk(1)NK=NK0）rb漸開(kāi)線上點(diǎn)Ｋ的壓力角(齒形角)

壓力角是指漸開(kāi)線齒廓上任意一點(diǎn)Ｋ所受到的正壓力方向與受力點(diǎn)速度方向（運(yùn)動(dòng)方向線）之間所夾的銳角，稱(chēng)為齒輪齒廓在該點(diǎn)的壓力角。用αk表示。

rk二、漸開(kāi)線的性質(zhì)(３)漸開(kāi)線齒廓各點(diǎn)具有不同的壓力角，點(diǎn)Ｋ離基圓中心Ｏ愈遠(yuǎn)，壓力角愈大。發(fā)生線的長(zhǎng)度和發(fā)生線所滾過(guò)的軌跡相等。(4)漸開(kāi)線的形狀取決于基圓的大小，基圓越大，漸開(kāi)線越平直，當(dāng)基圓半徑趨于無(wú)窮大時(shí)，漸開(kāi)線成為斜直線。（5）基圓內(nèi)無(wú)漸開(kāi)線。KO1Σ1rb2o2α2α1rb1o1Σ3

KN1N2KO2Σ2齒數(shù)——Z，齒槽1、齒頂圓ra2、齒根圓rf3、在任意圓上rk(1)齒槽寬e(2)齒厚s(3)齒距P=e+s一、齒輪各部分名稱(chēng)及代號(hào)§3漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸4、分度圓：人為取定一個(gè)圓，使該圓上的齒厚和齒槽寬相等，模數(shù)和壓力角取標(biāo)準(zhǔn)值，這個(gè)圓稱(chēng)為分度圓。分度圓上所有參數(shù)不帶下標(biāo)。分度圓：r，d，s，e，p對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪s=e=P/2的圓5、齒頂高h(yuǎn)a：d與da之間齒全高h(yuǎn)：h=ha+hf齒根高h(yuǎn)f：d與df之間齒輪圓周上輪齒的數(shù)目稱(chēng)為齒數(shù),用z表示。定義模數(shù)：

或：

則：

d=mz1、模數(shù)m二、標(biāo)準(zhǔn)齒輪的基本參數(shù)任一直徑為dK

的圓周上：人為的將齒輪上某一特定圓上的p/π定為標(biāo)準(zhǔn)值（有理數(shù)）

決定齒輪尺寸和齒形的基本參數(shù)有5個(gè)：齒輪的模數(shù)m、壓力角a、齒數(shù)z、齒頂高系數(shù)ha*及頂隙系數(shù)c*。以上5個(gè)參數(shù)，除齒數(shù)z外均已標(biāo)準(zhǔn)分度圓上的齒距p對(duì)p的比值稱(chēng)為模數(shù)，單位：mm

模數(shù)越大，輪齒越大，輪齒的承載能力就越強(qiáng)，當(dāng)分度圓直徑相同時(shí)，模數(shù)小的輪齒小，其齒數(shù)多。2、壓力角α（α是決定漸開(kāi)線齒廓形狀的一個(gè)基本參數(shù)）

GB1356-88規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)壓力角：α=20°某些場(chǎng)合：α=14.5°、15°、22.5°、25°。

漸開(kāi)線各處的壓力角不相等，分度圓上的壓力角簡(jiǎn)稱(chēng)為壓力角

分度圓就是齒輪上具有標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)壓力角的圓。在齒輪傳動(dòng)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(chēng)為分度圓壓力角。

以后凡是不加指明，壓力角都是指分度圓上的標(biāo)準(zhǔn)壓力角a。3、齒數(shù)z：一個(gè)齒輪的輪齒總數(shù)。表明：齒輪的大小和漸開(kāi)線齒輪形狀都與齒數(shù)有關(guān)

當(dāng)齒輪模數(shù)一定時(shí)，齒數(shù)越多，齒輪幾何尺寸越大，齒廓曲線越平直。

4、齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)稱(chēng)為齒頂高系數(shù)，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定正常齒為1.齒頂高\(yùn)齒根高與模數(shù)成正比。

頂隙：一對(duì)相互嚙合的齒輪中，一個(gè)齒輪的齒根圓與另一個(gè)齒輪的齒頂圓之間在連心線上度量的距離，用C表示。頂隙系數(shù)用c*表示。在標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪中頂系系數(shù)為0.25.r2r1cao1o2'''頂隙（也稱(chēng)徑向間隙）標(biāo)準(zhǔn)齒輪：標(biāo)準(zhǔn)齒輪是指m、α、ha*、c*

均取標(biāo)準(zhǔn)值，具有標(biāo)準(zhǔn)的齒頂高和齒根高，且分度圓齒厚等于齒槽寬的齒輪。一個(gè)齒輪：

d=mz

da=d+2ha=(z+2ha*)mdf=d-2hf=(z-2ha*-2c*)mha=ha*mhf=(ha*+c*)mh=ha+hf=(2ha*+c*)mp=πm一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪：①m、z決定了分度圓的大小，而齒輪的大小主要取決于分度圓，因此m、z是決定齒輪大小的主要參數(shù)②輪齒的尺寸與m，ha*

，c*

有關(guān)與z無(wú)關(guān)③至于齒形，與m，z，α有關(guān)三、標(biāo)準(zhǔn)直齒輪的幾何尺寸四、標(biāo)準(zhǔn)齒條Z→∞

2、齒廓在不同高度上的齒距均相等，但齒厚和槽寬各不相同

p=пm，

分度線（齒條中線）：s=e3、尺寸計(jì)算：同標(biāo)準(zhǔn)齒輪一樣1、齒廓不同高度上的壓力角均相等，且等于齒廓的傾斜角，此角稱(chēng)為齒形角，標(biāo)準(zhǔn)值為20°

α=齒形角（20°）§4漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪的傳動(dòng)一、嚙合方式：一對(duì)平行軸齒輪的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖漸開(kāi)線齒廓的嚙合過(guò)程

兩齒輪的相鄰兩對(duì)輪齒分別在K和K'同時(shí)接觸，才能使兩個(gè)漸開(kāi)線齒輪搭配起來(lái)并正確的傳動(dòng)kN2N1k2'o1o2(b)k1'kN2N1k'o1o2(a)欲使兩齒輪正確嚙合，兩輪的基圓齒距必須相等。二、正確嚙合條件齒輪副的正確嚙合條件：即

一對(duì)漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪的正確嚙合條件是：兩輪的模數(shù)相等，兩輪的壓力角相等。三、連續(xù)運(yùn)動(dòng)條件

為保證一對(duì)漸開(kāi)線齒輪能夠連續(xù)傳動(dòng)，必須做到前一對(duì)嚙合輪齒尚未脫離嚙合，而后一對(duì)輪齒應(yīng)進(jìn)入嚙合，否則傳動(dòng)就會(huì)間斷。因此一對(duì)齒輪在任何嚙合瞬間必須有一對(duì)或一對(duì)以上的齒處于嚙合狀態(tài)。斜齒輪傳動(dòng)的嚙合性能：①兩齒輪由一端面進(jìn)入嚙合，接觸線先由短變長(zhǎng)，再由長(zhǎng)變短，到另一端面脫離嚙合，重合較大，承載能力高，可用于大功率傳動(dòng)。②輪齒上的載荷逐漸增加，逐漸卸掉，承載和卸載平穩(wěn)、沖擊、振動(dòng)和噪聲小。③由于輪齒傾斜，傳動(dòng)中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)軸向力。④斜齒輪在高速、大功率傳動(dòng)中應(yīng)用十分廣泛。

1、法面：垂直于分度圓柱面螺旋線的切線的平面2、端面：垂直于軸線的面斜齒圓柱齒輪的基本參數(shù)和尺寸計(jì)算3、螺旋角β：螺旋線與軸線的夾角。斜齒圓柱齒輪各個(gè)圓柱面的螺旋角不同，平時(shí)所說(shuō)的螺旋角均指分度圓上的螺旋角，有β表示。

β越大，輪齒傾斜程度越大，因而傳動(dòng)平穩(wěn)性越好，但軸向力也越大，所以一般取β=8?！?0。，常用β=8。—15。.

（斜齒輪在端面內(nèi)的嚙合相當(dāng)于直齒輪的嚙合）4、正確嚙合條件兩齒輪螺旋角相等、旋向相同或相反斜齒輪螺旋方向判定：將齒輪軸線垂直放置，輪齒自左至右上升者為右旋，反之為左旋。右旋左旋三、齒輪齒條傳動(dòng)齒條分為直齒條和斜齒條。齒條的主要特點(diǎn)：①由于齒條的齒廓是直線，所以齒廓上各點(diǎn)的法線相互平行。傳動(dòng)時(shí)，齒條作直線運(yùn)動(dòng)，且速度大小和方向一致。齒條齒廓上各點(diǎn)的齒形角均相等，且等于齒廓直線的傾斜角，其標(biāo)準(zhǔn)值為20。。②由于齒條上各齒的同側(cè)齒廓互相平行，所以無(wú)論是分度線（即基本齒廓的基準(zhǔn)線）上、齒頂線上，還是在與分度線平行的其他直線上，齒距均相等，模數(shù)為同一標(biāo)準(zhǔn)值。齒條分度線上齒厚和槽寬相等，是確定齒條各部分尺寸的基準(zhǔn)線。

齒輪齒條移動(dòng)的主要目的：將齒輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)辇X條的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)X條的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)變?yōu)辇X輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。齒條的移動(dòng)速度：

v=n1πd1=n1πmz1V:齒條的移動(dòng)速度，mm/min;n1：齒輪的轉(zhuǎn)速，r/min;d1:齒輪分度圓直徑，mm;m:齒輪的模數(shù);z1:齒輪的齒數(shù)。齒輪每回轉(zhuǎn)一周，齒條移動(dòng)的距離為：L=πd1=πmz1,L:齒條的移動(dòng)距離，mm.

§6

漸開(kāi)線齒輪的失效形式一、失效形式輪齒折斷:疲勞折斷；過(guò)載折斷。折斷均起始于輪齒受拉應(yīng)力一側(cè)。

齒面點(diǎn)蝕:點(diǎn)蝕總是密集于靠近節(jié)線的齒根部位。齒面膠合：閉式重載齒輪產(chǎn)生熱膠合；低速重載產(chǎn)生冷膠合。齒面磨損：開(kāi)式傳動(dòng)齒輪的主要失效形式。齒面塑性變形失效：齒輪傳動(dòng)過(guò)程中，如齒輪發(fā)生折斷、齒面損壞等現(xiàn)象，則齒輪失去了正常的工作能力，稱(chēng)為失效。一、齒面點(diǎn)蝕齒輪傳動(dòng)時(shí)，兩齒輪在理論上是線接觸，而由于彈性變形的原因，實(shí)際上是很小的面接觸，表面卻產(chǎn)生很大的接觸應(yīng)力。接觸應(yīng)力按一定規(guī)律變化，當(dāng)循環(huán)次數(shù)超過(guò)某一限度時(shí)，輪齒表面會(huì)產(chǎn)生細(xì)微的疲勞裂紋，裂紋逐漸擴(kuò)展，使表層上的小塊金屬剝落，形成麻點(diǎn)和斑坑，這種現(xiàn)象稱(chēng)為齒面的疲勞點(diǎn)蝕。防止點(diǎn)蝕的辦法：①設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理選用齒輪參數(shù)，②選擇合適的材料及提高齒面硬度，減小表面粗糙度值；③選用黏度高的潤(rùn)滑油并采用適當(dāng)?shù)奶砑觿?，以提高輪齒抗點(diǎn)蝕的能力。注意：齒面點(diǎn)蝕是在潤(rùn)滑良好的閉式齒輪傳動(dòng)中輪齒失效的主要形式之一。二、齒面磨損齒輪在傳動(dòng)過(guò)程中，接觸的兩齒面產(chǎn)生一定的相對(duì)滑動(dòng)，也即產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦，使齒面發(fā)生磨損。磨損速度符合規(guī)定的設(shè)計(jì)期限，磨損量在界限內(nèi)視為正常磨損。當(dāng)齒面磨損嚴(yán)重時(shí)，輪齒就失去了準(zhǔn)確的漸開(kāi)線齒廓形狀，引起傳動(dòng)的不平穩(wěn)和沖擊。此外，輪齒磨損后厚度變薄也可能導(dǎo)致輪齒折斷。減少齒面磨損的主要措施：①提高齒面硬度，減少表面粗糙度值；②采用合適的材料組合；③改善潤(rùn)滑條件和工作條件（如采用閉式傳動(dòng)）等。注意：對(duì)于開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，潤(rùn)滑條件不好，又有硬質(zhì)顆粒等雜物落入輪齒的工作表面，會(huì)加劇齒面磨損，所以齒面磨損是開(kāi)式齒輪傳動(dòng)的主要失效形式。三、齒面膠合齒輪輪齒在很大壓力下，齒面上的潤(rùn)滑油被擠走，兩齒面金屬直接接觸，局部產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，致使兩齒面發(fā)生粘連。隨著齒面的相對(duì)滑動(dòng)，較軟輪齒的表面金屬會(huì)被熔焊在另一輪齒的齒面上形成溝痕，這種現(xiàn)象稱(chēng)為齒面膠合。注意：對(duì)于高速和低速重載的齒輪傳動(dòng)，容易發(fā)生齒面膠合。防止齒面膠合的方法：①選用特殊的高黏度潤(rùn)滑油或者在油中加入抗膠合的添加劑；②選用不同材料使兩輪不易粘連；③提高齒面硬度；④降低表面粗糙度；⑤改進(jìn)冷卻條件。四、齒面塑變當(dāng)齒輪的齒面較軟時(shí)，在重載情況下，可能使表層金屬沿著摩擦力方向發(fā)生局部塑性流動(dòng)，出現(xiàn)塑性變形。發(fā)生塑性變形后，主動(dòng)齒輪沿著節(jié)線形成凹溝，而從動(dòng)齒輪沿著節(jié)線形成凸棱。若整個(gè)輪齒發(fā)生永久性變形，則齒輪傳動(dòng)喪失工作能力。防止塑性變形的主要措施：①提高齒面硬度；②采用黏度大的潤(rùn)滑油；③盡量避免頻繁啟動(dòng)和過(guò)