電子教案與課件：《汽車機械制造基礎(chǔ)》-汽車機械制造基礎(chǔ)第3章

汽車機械制造基礎(chǔ)第3章汽車機構(gòu)基礎(chǔ)培養(yǎng)目標1．知識目標掌握機器、機構(gòu)、構(gòu)件和部件的基本概念。掌握運動副、運動簡圖的基本概念。2．能力目標能繪制汽車上簡單機構(gòu)運動簡圖。能分析汽車各機構(gòu)的工作原理、運動特性，并進行簡單靜力學(xué)分析與計算。3．素養(yǎng)目標具備使用汽車機構(gòu)的職業(yè)素養(yǎng)，具有繼續(xù)學(xué)習開發(fā)新的汽車機構(gòu)的職業(yè)意識3.1機構(gòu)基礎(chǔ)3.1機構(gòu)基礎(chǔ)一般機器主要由4個基本部分組成，即動力部分、執(zhí)行部分、傳動部分及控制部分。簡單的機器主要由前3個基本部分組成。3.1.2機器與機構(gòu)機器有共同的特征

圖3.1-1單缸四沖程內(nèi)燃機圖3.1-2齒輪與鍵、軸連接的構(gòu)件1-汽缸體2-活塞3-進氣門4-排氣門5-連桿6-曲軸7-凸輪8-頂桿9-進排凸輪軸齒輪10-曲軸齒輪機器的特征1．它們都是人為的實物組合；2．它們的各部分之間具有確定的相對運動；3．它們能代替或減輕人類的勞動，以完成有用的機械功（如汽車、機床和洗衣機）或轉(zhuǎn)換機械能（如內(nèi)燃機、發(fā)電機）。機構(gòu)僅有機器的前兩個特征

機器由機構(gòu)組成，習慣上把機器和機構(gòu)統(tǒng)稱為機械。在內(nèi)燃機中，活塞、連桿、曲軸和汽缸體組成曲柄滑塊機構(gòu)凸輪、頂桿和汽缸體組成凸輪機構(gòu)曲軸和凸輪軸上的齒輪與汽缸體組成齒輪機構(gòu)。3.1.3零件、構(gòu)件和部件按制造工藝，機器是由若干個零件組成的。零件是機器組成中不可再拆的最小單元，是機器的制造單元。按使用特點，零件可分為通用零件和專用零件兩大類。通用零件是指各種機械中普遍使用的零件，如螺釘、鍵、齒輪和軸等；專用零件是指某些特殊的機械上才用到的零件，如內(nèi)燃機的活塞和曲軸、汽輪機的葉片等。

按運動特點，可以認為機器是由若干構(gòu)件組成的。各構(gòu)件之間具有確定的相對運動，其形狀和尺寸主要取決于運動性質(zhì)。

構(gòu)件是機器的運動單元。構(gòu)件可能是一個零件，也可能是若干個零件的剛性組合體。如圖3.1-2所示就是齒輪用鍵與軸連成一個整體而成為一個構(gòu)件，其中的齒輪、鍵、和軸都是零件。從裝配角度看，可以認為較復(fù)雜的機器是由若干部件組成的。部件是機器的裝配單元，如汽車的變速器、驅(qū)動橋等。3.1.4運動副及運動簡圖（1）運動副及其分類所有構(gòu)件均在同一平面或平行平面內(nèi)運動的機構(gòu)稱為平面機構(gòu)。由兩構(gòu)件直接接觸并產(chǎn)生一定相對運動的連接，稱為運動副。

兩構(gòu)件構(gòu)成的運動副，其接觸形式不外乎點、線、面3種。按照接觸的特性，一般將運動副分為低副和高副兩類。

①低副。兩構(gòu)件通過面接觸所構(gòu)成的運動副稱為低副。根據(jù)它們之間的相對運動是轉(zhuǎn)動或移動，又可分為轉(zhuǎn)動副和移動副。若組成運動副的兩構(gòu)件之間只能繞同一軸線作相對轉(zhuǎn)動，則該運動副稱為轉(zhuǎn)動副。內(nèi)燃機中的連桿小頭與活塞銷，連桿大頭與曲軸軸頸之間的連接均為轉(zhuǎn)動副。②移動副。若組成運動副的兩構(gòu)件之間只能沿某一軸線方向做相對移動，則該運動副稱為移動副。

(a)(b)圖3.1-3轉(zhuǎn)動副圖3.1-4移動副1-活動構(gòu)件2-機座3、4-活動構(gòu)件l-滑塊2-移動桿（2）高副。兩構(gòu)件之間以點或線相接觸所組成的運動副稱為高副。組成高副的兩構(gòu)件間的相對運動為轉(zhuǎn)動兼移動。如圖3.1-5所示圖3.1-5高副1-輪子2-軌道3-凸輪4-移動桿5-機架6、7-齒輪輪齒圖3.1-6表示運動副和構(gòu)件的代表符號（2）平面機構(gòu)的運動簡圖僅用簡單的線條和符號表示構(gòu)件和運動副，并按一定的比例給出各運動副的相對位置，而繪制出能表示機構(gòu)運動特征的簡單圖形，稱為機構(gòu)運動簡圖。為了僅表明機構(gòu)的結(jié)構(gòu)狀況，也可不按嚴格比例繪制簡圖，通常把這種圖形稱為機構(gòu)示意圖。圖3.1-7內(nèi)燃機主體機構(gòu)運動簡圖(a)(b)1-汽缸體；2-活塞；5-連桿；6-曲軸；7-凸輪；圖3.2-1活塞曲柄機構(gòu)8-頂桿；9-進排氣凸輪軸齒輪；10-曲軸齒輪1-活塞2-連桿3-曲軸4-缸體3.2汽車常見四桿機構(gòu)如圖3.2-1（a）所示，汽車發(fā)動機活塞曲柄機構(gòu)是由活塞1、連桿2、曲軸3和缸體4組成的四桿機構(gòu)。機構(gòu)的受力分析活塞的受力：如圖3.2-1（b)所示。物體在匯交力系的作用下要取得平衡，必須是力系的合力為零，即：①約束力。一物體的空間位置受到周圍物體的限制時，這種限制就稱為約束。約束限制物體運動的力稱為約束反力或約束力。表3.2-l工程中常見的約束約束類型約束反力類型舉例簡圖代表符號作用點方向柔性約束過柔索的約束點沿柔索，背離被約束體帶傳動無光滑面約束過接觸點的公法線指向被約束體火車車輪與鐵軌無中間鉸鏈過鉸鏈中心待定連桿小頭與活塞銷

固定鉸鏈過鉸鏈中心待定曲軸軸徑與缸體座孔

活動鉸鏈支座過鉸鏈中心待定游動軸承端（2）連桿的受力。連桿的受力如圖3.2-2所示。在機械結(jié)構(gòu)中，凡只受二力作用處于平衡狀態(tài)的構(gòu)件，且具有所受二力在兩個力的作用點的連線上的特征，稱為二力桿，如圖3.2-2、3中的BC構(gòu)件。圖3.2-2連桿的受力圖3.2-3二力桿

圖3.2-4曲軸的受力（3）曲軸的受力。曲軸的受力如圖3.2-4所示。各力作用線分布在同一平面內(nèi)，且不匯交于一點的力系，稱為平面任意力系。3.2.2機構(gòu)的運動分析如圖3.2-5所示活塞-連桿-曲軸機構(gòu)（1）活塞（點）的位移。

圖3.2-5活塞(點)的位移（2）活塞（點）的速度。（3）活塞（點）的加速度。如圖3.2-6所示圖3.2-6活塞(點)的加速度因代入上式得：（4）轉(zhuǎn)動方程、角速度、角加速度①轉(zhuǎn)動方程。如圖3.2-7所示②角速度。如圖3.2-8所示。圖3.2-7轉(zhuǎn)動方程

圖3.2-8角速度③角加速度。設(shè)剛體按轉(zhuǎn)動方程作定軸轉(zhuǎn)動，如圖3.2-9所示(a)活塞在上半行程時的慣性力(b)活塞在下半行程時的慣性力圖3.2-9往復(fù)慣性力和離心力作用情況示意圖例3.2-1某發(fā)動機啟動時，曲軸按轉(zhuǎn)動方程，式中的單位為rad，t的單位為s。試求：①啟動后第2s時的角加速度；

②由靜止至n=1440r／min所需的時間和轉(zhuǎn)過的圈數(shù)。解：①角速度

角加速度

當t=2s時(rad／s2)

②所需時間：

將上式代入角速度式中，可求得所需的時間轉(zhuǎn)過的圈數(shù)：由轉(zhuǎn)動方程得圈數(shù)為:（5）定軸轉(zhuǎn)動剛體上點的速度和加速度。在工程中往往不僅要知道剛體轉(zhuǎn)動的角速度和角加速度，還需要知道剛體上某點的速度和加速度。例如為了保證機器安全運轉(zhuǎn)，在設(shè)計帶輪時，需要知道輪緣的速度，以防止輪緣由于離心力而斷裂。3.2.3汽車發(fā)動機構(gòu)的動力學(xué)分析1．發(fā)動機構(gòu)的動力學(xué)分析在發(fā)動機作功時，汽缸內(nèi)最高溫度可達2500K以上，最高壓力可達3～5MPa，現(xiàn)代汽車發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速可達6000～8000r／min，則活塞在汽缸內(nèi)每秒鐘要完成約200～270個行程。（1）往復(fù)慣性力。往復(fù)慣性力是指活塞組件和連桿小頭在汽缸中作往復(fù)直線運動所產(chǎn)生的慣性力，用表示。其大小與機器零件的質(zhì)量及加速度成正比，方向總與加速度的方向相反。（a）活塞上行程(b)活塞下行程圖3.2-9曲柄連桿機構(gòu)受力分析（2）離心力。離心力是指偏離曲軸軸線的曲柄、曲柄銷和連桿大頭繞曲軸軸線做圓周運動產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)慣性力，簡稱離心力，用Fc表示，其大小與曲柄半徑、旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量及曲軸轉(zhuǎn)速有關(guān)，其方向沿曲柄半徑向外。上述各種力，作用在曲柄連桿機構(gòu)和發(fā)動機機體的各有關(guān)零件上，使它們受到壓縮、拉伸、彎曲和扭轉(zhuǎn)等不同形式的荷載。為了保證工作可靠，減少磨損，在結(jié)構(gòu)上必須采取相應(yīng)措施。（2）活塞一連桿一曲軸的幾何關(guān)系為保證活塞一連桿一曲軸機構(gòu)的正常運轉(zhuǎn)，如圖3.2.10所示，連桿小頭軸線（O1-O1活塞銷軸線）與連桿大頭軸線O2-O2應(yīng)平行，連桿大頭軸線O2-O2應(yīng)與曲軸軸線O3-O3平行，活塞縱向軸線O4-O4（汽缸筒軸線）與軸線O1-O1、軸線O2-O2和軸線O3-O3垂直。

圖3.2.10活塞-連桿-曲軸的幾何關(guān)系1-曲柄；2-連桿；3-搖桿；4-機架3.2.4汽車的四桿機構(gòu)1．四桿機構(gòu)的特性（1）急回特性如圖3.2.11所示的曲柄搖桿機構(gòu)機構(gòu)的急回特性常用行程速比系數(shù)表示，即：

圖3.2.11曲柄搖桿機構(gòu)的急回特性分析1-曲柄；2-連桿；3-搖桿；4-機架

如圖3.2-12所示的偏置曲柄滑塊機構(gòu)具有急回特性。相反，圖3.2-13所示的對心曲柄滑塊機構(gòu)無急回特性。圖3.2-12偏置曲柄滑塊機構(gòu)的急回特性分析1-曲柄2-連桿3-滑塊4-機架圖3.2-13對心曲柄滑塊機構(gòu)的1-曲柄2-連桿3-滑塊4-機架

四桿機構(gòu)有無急回特性，一方面取決于從動件是否存在正、反行程的極限位置，另一方面則取決于極位夾角。當機構(gòu)從動件存在正、反行程的極限位置，且極位夾角時，機構(gòu)才具有急回特性。②壓力角與傳動角圖3.2-14曲柄搖桿機構(gòu)的壓力角與傳動角1-曲柄2-連桿3-搖桿4_機架圖3.2-14所示曲柄搖桿機構(gòu)中，取曲柄AB為原動件，搖桿CD為從動件。若忽略各構(gòu)件質(zhì)量和運動副中的摩擦，則曲柄通過連桿作用于搖桿上C點的F是沿BC方向的，它與受力點C的絕對速度vc之間所夾的銳角稱為壓力角。壓力角的余角稱為傳動角。一般情況下，機構(gòu)的最小傳動角；傳遞較大功率時，應(yīng)使，出現(xiàn)最小傳動角的機構(gòu)位置，可由機構(gòu)運動簡圖中直觀地判定。2．轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)(a)(b)(c)(d)圖3.2-17梯形機構(gòu)l-轉(zhuǎn)向器2-轉(zhuǎn)向搖臂3-轉(zhuǎn)向直拉桿4-轉(zhuǎn)向節(jié)臂5-梯形臂6-轉(zhuǎn)向橫托桿汽車的前窗刮水器控制機構(gòu)，如圖3.2-18所示。雙曲柄機構(gòu)用于車門起閉機構(gòu)，如圖3.2-19所示。圖3.2-18汽車前窗刮水器控制機構(gòu)圖3.2-19車門起閉機構(gòu)1、3-曲柄；2-連桿4-機架3.3汽車凸輪機構(gòu)基礎(chǔ)

3.3.1凸輪機構(gòu)工作過程凸輪的輪廓形狀主要取決于從動件的運動規(guī)律。所謂運動規(guī)律是指從動件在運動過程中，其位移s，速度v和加速度a。隨運動時間t（凸轉(zhuǎn)角變化的規(guī)律）。圖3.3-1所示為一對心直動尖頂從動件盤形凸輪機構(gòu)。圖3.3-1對心直動尖頂從動件盤形凸輪機構(gòu)凸輪輪廓應(yīng)保證氣門開啟和關(guān)閉的持續(xù)時間符合配氣相位的要求，且使氣門有合適的升程及其升降過程的運動規(guī)律，凸輪輪廓形狀如圖3.3-2所示。圖3.3-2凸輪與氣門的運動關(guān)系從動件的運動規(guī)律取決于凸輪輪廓曲線的形狀。反之，不同的從動件運動規(guī)律要求凸輪具有不同的輪廓形狀。3.3.2從動件常用運動規(guī)律

1．等速運動規(guī)律。當凸輪以等角速度回轉(zhuǎn)時，從動件在推程或回程中的運動速度為一常數(shù)，這種運動規(guī)律稱為等速運動規(guī)律。2．等加速等減速運動規(guī)律。從動件在推程或回程中，前半行程作等加速運動，后半個行程作等減速運動，這種運動規(guī)律稱為等加速等減速運動規(guī)律圖3.3-3等速運動規(guī)律圖3.3-4等加速等減速運動規(guī)律3.3.3壓力角與傳動角如圖3.3-5所示，從動件運動方向和接觸處輪廓法線方向所夾的銳角稱為壓力角，用表示。根據(jù)工程實踐，許用值推薦如下：推程：直動從動件擺動從動件如果壓力角大于許用值，可加大基圓半徑。圖3.3-5凸輪機構(gòu)的壓力角1-凸輪；2-移動桿；3-機架3.3.4汽車凸輪機構(gòu)圖3.3-6氣門頂置式l-汽缸蓋2-氣門導(dǎo)管3-氣門；4-氣門主彈簧5-氣門副彈簧6-氣門彈簧座7-鎖片8-氣門室罩9-搖臂軸10-搖臂11-鎖緊螺母12-調(diào)整螺釘13-推桿14-挺柱15-凸輪軸

3.4汽車齒輪基礎(chǔ)

3.4.1輪系概述

汽車上普遍采用高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩的活塞式內(nèi)燃機，其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍很小，而在復(fù)雜的使用條件下，要求汽車的驅(qū)動力和車速能在很大的范圍內(nèi)變化。為此，在汽車的傳動系中采用由齒輪組成的傳動系統(tǒng)（簡稱輪系或變速器），其功用為：1．通過改變傳動比，擴大汽車驅(qū)動力和速度的變化范圍，以適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛條件，同時，使發(fā)動機在最有利的條件下工作。

2．在發(fā)動機旋轉(zhuǎn)方向不變的條件下，使汽車能倒向行駛。3．中斷發(fā)動機向驅(qū)動橋的動力傳遞，以使發(fā)動機能夠起動、怠速，滿足汽車暫時停車的需要。

另外，變速器還可以作為動力輸出裝置，驅(qū)動某些附屬裝置，如舉升、起吊裝置等。

3.4.2汽車輪系類型

汽車上常用的輪系按齒輪軸線的位置相對于機架是否固定分為定軸輪系和行星輪系兩類。

定軸輪系，如圖3.4-1的手動變速器是通過各種大小不同的齒輪組合，獲得不同的傳動比，其傳動比的變化不是連續(xù)的，而是分級變速。駕駛員通過操縱變速桿直接操縱變速器換擋機構(gòu)，選擇不同擋位的傳動齒輪進行變速。圖3.4-1定軸輪系行星輪系，如圖3.4-2所示的自動變速器一般由液力變矩器與行星齒輪式有級變速器組成。液力變矩器在一定的范圍內(nèi)可以使輸入軸與輸出軸之間的傳動比連續(xù)變化，實現(xiàn)無級變速；而行星齒輪式有級變速器的自動控制系統(tǒng)能根據(jù)發(fā)動機的負荷和車速的變化自動選定擋位即自動地改變傳動比。駕駛員只需操縱加速踏板來控制車速。

有時也可能是行星輪系和定軸輪系這兩種基本輪系的組合而成的混合輪系，如圖3.4-3所示。其中，齒輪l和齒輪2組成定軸輪系，齒輪3、4、5和構(gòu)件H構(gòu)成行星輪系圖3.4-2行星輪系圖3.4-3混合輪系

1-太陽輪2-行星齒輪和行星齒輪架3-齒圈3.4.3汽車齒輪傳動基礎(chǔ)

1．齒輪傳動的特點

目前在機床和汽車變速器等機械中，齒輪傳動已得到普遍使用。與其他傳動相比，齒輪傳動具有以下主要優(yōu)點：

（1）保持瞬時傳動比（兩輪瞬時角速度之比）不變；

（2）傳動效率高，一般為0.95～0.98，最高可達0.99；

（3）使用壽命長，一般可達10～20年；

（4）適用范圍廣，傳遞功率可從幾十瓦至幾萬千瓦；

（5）結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠。

其主要缺點為：

（1）不適宜用于遠距離兩軸間的傳動；

（2）制造和安裝精度要求較高，故成本較高。2．齒輪傳動的分類

齒輪傳動的分類方法很多。按兩齒輪的相對運動是平面運動還是空間運動來分，有以下兩種類型，如圖3.4-4所示。

平面齒輪傳動，用于傳遞兩平行軸之間的運動。其齒輪的形狀為圓柱形，故稱為圓柱齒輪傳動。按齒輪的齒向不同，圓柱齒輪又可分為直齒圓柱齒輪、斜齒輪、人字形齒輪傳動三種類型。

空間齒輪傳動，用于傳遞不平行兩軸間的運動。常見的類型有：交錯軸斜齒輪傳動、圓錐齒輪傳動、渦輪蝸桿傳動。（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）

圖3.4-4齒輪傳動的基本類型

(a)直齒圓柱齒輪傳動(b)內(nèi)齒輪傳動(c)齒條傳動

(d)斜齒圓柱齒輪傳動(e)人字形齒輪傳動

(f)螺旋齒輪傳動

（ｇ）（ｈ）（ｉ）（ｊ）

圖3.4-4齒輪傳動的基本類型

(g)直齒圓錐齒輪傳動(h)斜齒圓錐齒輪傳動

(i)曲齒圓錐齒輪傳動(j)蝸桿傳動3．齒輪的齒廓形狀

齒輪的齒廓形狀主要有漸開線、擺線和圓弧三種，其中漸開線齒廓易于設(shè)計制造，便于安裝，應(yīng)用最廣。

4．漸開線標準直齒圓柱齒輪各部分的名稱及基本參數(shù)

（1）分度圓和模數(shù)。

漸開線標準直齒圓柱齒輪的參數(shù)如圖3.4-5所示。圖中da為齒頂圓直徑，df為齒根圓直徑。在齒頂圓和齒根圓之間，可以任意作許多圓。沿任一圓周上相鄰兩齒同側(cè)齒廓之間的弧長稱為該圓上的齒距。在該圓上，輪齒兩側(cè)齒廓間的弧長、齒槽兩側(cè)齒廓間的弧長分別稱為該圓周上的齒厚及齒槽寬。在不同的圓周上，齒厚和齒槽寬是不同的。為了設(shè)計、制造和測量方便，我們在齒輪上規(guī)定一個圓作為計算其各部分尺寸的基準，這個圓稱為分度圓，其直徑用d表示。對于漸開線標準齒輪，在分度圓上的齒厚s與齒槽寬e相等。而分度圓上的齒距P則等于齒厚與齒槽寬之和，即。通常所說的齒厚、齒槽寬及齒距均相對分度圓而言圖3.4-5齒輪各部分名稱及代號圖令，稱為模數(shù)，并人為地將規(guī)定為一些簡單的有理數(shù)。

分度園的計算公式：(mm)設(shè)齒輪的齒數(shù)為Z，則分度圓直徑、齒距與齒數(shù)有下列關(guān)系：

模數(shù)是齒輪尺寸計算中的一個基本參數(shù)，單位為毫米。在齒數(shù)相同的條件下，模數(shù)愈大，輪齒愈大，承載能力愈大。為了便于設(shè)計和制造，我國國家標準規(guī)定的標準模數(shù)系列如下：

第一系列：1，1.25，1.5，2，2.5，3，4，5，6，8，10，12，16，20，25，32

第二系列：1.75，2.25，2.75，(3.25)，3.5，(3.75)，4.5，5.5，(6.5)，7，9，(11)，14，18，22，28

（2）壓力角。由漸開線性質(zhì)可知，漸開線齒廓上各點的壓力角是不等的。通常所說的壓力角，是指分度圓上的壓力角，用α表示。我國規(guī)定的標準壓力角α=20°。在其他國家，常采用的壓力角除20°外，還有14.5°、15°、22.5°等。

漸開線齒廓的形狀由基圓半徑?jīng)Q定，也就是由模數(shù)、齒數(shù)及壓力角決定，故它們是決定漸開線齒廓形狀的三個主要參數(shù)。（3）齒頂高、齒根高和全齒高。如圖3.4-6所示，由分度圓到齒頂圓的徑向高度稱為齒頂高，用符號ha表示；由分度圓到齒根圓的徑向高度稱為齒根高，用符號hf，表示。規(guī)定它們的尺寸與模數(shù)成正比關(guān)系，即

齒頂高

齒根高

ha—齒頂高系數(shù)，對于正常齒輪為1，短齒輪為0.8；

C——稱為頂隙；

C*——頂隙系數(shù)，對于正常齒輪為0.25，短齒輪0.3

由齒根圓到齒頂圓的徑向高度稱為全齒高，用符號h表示

如圖3.4-6所示，頂隙是指一對齒輪嚙合傳動時，一齒輪的齒頂圓到另一齒輪齒根圓之間的徑向距離。其作用是避免傳動時兩齒輪的齒頂與齒根相頂撞并便于貯存潤滑油。

漸開線直齒圓柱齒輪的幾何尺寸是由模數(shù)、壓力角、齒數(shù)、齒頂高系數(shù)及頂隙系數(shù)決定的，它們是齒輪幾何尺寸計算中的五個基本參數(shù)。

模數(shù)、壓力角、齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)均采用標準值，分度圓齒厚與齒槽寬相等的齒輪稱為標準齒輪。

（4）漸開線標準直齒圓柱齒輪的幾何尺寸。漸開線標準直齒圓柱齒輪的幾何尺寸與其基本參數(shù)有關(guān)。

。3.4-6頂隙對于內(nèi)齒輪如圖3.4-7所示，其齒頂圓小于齒根圓，齒頂圓直徑da和齒根圓直徑df分別為：圖3.4-7內(nèi)齒輪其余幾何尺寸計算與外齒輪相同。此外，為使內(nèi)齒輪的齒頂部分全部為漸開線，則其齒頂圓應(yīng)小于基圓。5．標準圓柱直齒輪正確嚙合的條件

雖然一對漸開線齒輪能保證定傳動比傳動，但并不意味任意兩個漸開線齒輪都能配搭起來正確嚙合傳動。一對漸開線齒輪要滿足嚙合的要求必須是兩輪的模數(shù)相等，壓力角相等。即:m1=m2=m

α1=α2=α

正確嚙合的條件是：兩齒輪的模數(shù)和壓力角必須相等。6．標準中心距

一對外嚙合標準漸開線直齒圓柱齒輪正確安裝后，如圖3.4-8所示，理論上，正確安裝的一對標準齒輪傳動沒有齒側(cè)間隙。此時，兩齒輪輪的分度圓相切，其中心距稱為標準中心距，即：

圖3.4-8標準中心距7．齒輪傳動的失效形式

齒輪傳動如失去正常工作能力，則稱為失效。齒輪的失效主要發(fā)生在輪齒部分，其主要失效形式有輪齒折斷、齒面磨損、齒面點蝕和齒面膠合等。

常見的輪齒失效形式：

（1）輪齒折斷。輪齒在傳遞動力時，其受力情況相當于懸臂梁，如圖3.4-9(a)所示。齒根處產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力最大。輪齒在嚙合過程中，作用在齒根上的彎曲應(yīng)力是變應(yīng)力，輪齒脫離接觸后，彎曲應(yīng)力變?yōu)榱?。當輪齒上的變應(yīng)力重復(fù)一定次數(shù)后，齒根將產(chǎn)生疲勞裂紋如圖3.4-9(b)所示。（a）(b)(c)

圖3.4-9輪齒折斷隨著變應(yīng)力重復(fù)次數(shù)的增加，裂紋逐漸擴展，最后輪齒發(fā)生折斷，如圖3.4-9(c)所示。這種輪齒的折斷稱為疲勞折斷。輪齒折斷多屬于這種情況。此外，輪齒也可能在嚴重的沖擊荷載或短期過載作用下發(fā)生折斷，稱為過載折斷。這種情況通常發(fā)生在用鑄鐵制造的齒輪或淬火鋼齒輪上。

為了防止齒輪在預(yù)期壽命內(nèi)發(fā)生疲勞折斷，應(yīng)對齒輪進行齒根彎曲疲勞強度計算。此外，設(shè)計齒輪傳動時，降低齒根表面的粗糙度，適當增大齒根圓角，對齒根表面進行強化處理（如噴丸、碾壓等）以及采用良好的熱處理工藝等，都能提高輪齒的抗折斷能力。（2）齒面磨損。齒輪傳動時，齒面間存在著相對滑動和法向壓力，會引起磨損。剛投入運轉(zhuǎn)的齒輪傳動產(chǎn)生的這種磨損稱為跑合磨損。跑合磨損起拋光作用，能消除加工痕跡，改善嚙合情況。所以，新制造的閉式齒輪傳動通常都進行跑合磨損。做法是輕載磨合運轉(zhuǎn)3～4小時，然后更換齒輪箱內(nèi)的潤滑油，以免油中的金屬微粒進入齒面，引起磨粒磨損?；覊m、砂粒等進入齒面時，則會引起磨粒磨損。磨粒磨損是開式齒輪傳動的主要失效形式。

齒面嚴重磨損后如圖3.4-10所示，齒廓形狀不準確，側(cè)隙變大，將會引起很大的附加動荷載，影響傳動的平穩(wěn)性，產(chǎn)生沖擊和噪聲。圖3.4-10齒面磨損圖3.4-11齒面點蝕采用閉式齒輪傳動，能使其得到良好的潤滑。此外，提高齒面硬度和減小其表面粗糙度，以及選擇合適的材料和熱處理方法等，都可以減輕齒面磨損。

（3）齒面點蝕。齒輪在傳動時，齒面間的接觸在理論上屬于線接觸。但因齒面在正壓力作用下會產(chǎn)生一定的彈性變形，從而形成接觸面很小的面接觸。在接觸面上作用著很大的脈動循環(huán)變化的接觸應(yīng)力。當應(yīng)力和它的重復(fù)作用次數(shù)超過材料的接觸疲勞極限時，齒面表層會產(chǎn)生微小的疲勞裂紋，裂紋逐漸擴張使輪齒表層金屬成小片剝落，形成麻點或小坑（圖3.4-11)，這種現(xiàn)象稱為點蝕。齒面點蝕多發(fā)生在齒輪節(jié)線附近的齒根表面處。齒面產(chǎn)生點蝕后，破壞了漸開線齒廓的形狀，造成傳動不平穩(wěn)，引起沖擊及噪聲，導(dǎo)致齒輪傳動失效。

點蝕是潤滑良好的閉式齒輪傳動常見的失效形式。而開式齒輪傳動通常不會產(chǎn)生點蝕，其原因是齒面磨損較快，點蝕未出現(xiàn)前齒面已被磨損。

為了防止齒輪在預(yù)期壽命內(nèi)發(fā)生點蝕，應(yīng)進行齒面接觸疲勞強度計算。齒面硬度愈高，抗點蝕的能力就愈強，故采用熱處理方法提高齒面硬度是防止點蝕的有效措施之一。此外，還可以用降低齒面粗糙度，使用高黏度潤滑油及適宜的添加劑等方法提高齒面抗點蝕能力。（4）齒面膠合。在高速重載的齒輪傳動中，齒面嚙合處的金屬由于摩擦而產(chǎn)生瞬時高溫，潤滑油膜被破壞。在一定壓力下，接觸區(qū)金屬被熔化并黏結(jié)在一起。隨著齒面的相對滑動，使較軟的金屬表面材料沿滑動方向被撕落，從而在齒面上形成溝紋，這種現(xiàn)象稱為膠合，如圖3.4-12所示。

齒面出現(xiàn)膠合后會導(dǎo)致強烈的磨損。為了防止齒面膠合，制造時可適當提高齒面硬度及降低表面粗糙度，使用時采用黏度較大或抗膠合性較好的潤滑油等。圖3.4-12齒面膠合8．齒輪常用材料及熱處理

為了使齒輪具有一定的抗失效能力，應(yīng)合理地選擇材料及進行熱處理，齒輪材料應(yīng)具有足夠的強度，外硬內(nèi)韌，并有良好的加工及熱處理性能。

最常用的齒輪材料是鍛鋼，其次是鑄鋼和鑄鐵，有時也采用有色金屬和塑料。

（1）鍛鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼是制造齒輪常用的材料