高职《机械设计基础》齿轮传动.ppt.ppt

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1、第第1010章章 齿轮传动齿轮传动10-1 10-1 齿轮传动的特点和基本类型齿轮传动的特点和基本类型10-2 10-2 齿廓啮合的基本定律齿廓啮合的基本定律10-3 10-3 渐开线齿轮的轮廓及传动比渐开线齿轮的轮廓及传动比10-4 10-4 渐开线标准直齿圆柱齿轮渐开线标准直齿圆柱齿轮10-5 10-5 渐开线标准齿轮的啮合渐开线标准齿轮的啮合10-6 10-6 渐开线轮齿的加工渐开线轮齿的加工10-7 10-7 根切的成因与最小齿数根切的成因与最小齿数10-8 10-8 齿轮传动的失效形式及设计准则齿轮传动的失效形式及设计准则10-9 10-9 齿轮的结构齿轮的结构本章要求本章要求1.

2、1. 了解齿轮传动的类型、特点、切齿原理、变位、了解齿轮传动的类型、特点、切齿原理、变位、润滑方式和结构；润滑方式和结构；2.2.掌握齿廓啮合基本定律和渐开线特性；掌握齿廓啮合基本定律和渐开线特性；3.3.掌握渐开线直齿圆柱齿轮的主要参数和几何尺寸掌握渐开线直齿圆柱齿轮的主要参数和几何尺寸计算；计算；4.4.掌握渐开线齿轮传动正确啮合和连续传动的条件；掌握渐开线齿轮传动正确啮合和连续传动的条件；5.5.明确齿轮传动的失效形式及预防措施。明确齿轮传动的失效形式及预防措施。10-1 10-1 齿轮传动的特点和基本类型齿轮传动的特点和基本类型 一、齿轮传动的特点一、齿轮传动的特点 齿轮传动用来传递任

3、意两轴间的运动和动力，其圆周速度可齿轮传动用来传递任意两轴间的运动和动力，其圆周速度可达到达到100m/s100m/s，传递功率可从几，传递功率可从几WW到几万到几万KWKW，齿轮直径可从不，齿轮直径可从不到到1mm1mm到到10m10m以上，是现代机械中应用最广的一种机械传动。以上，是现代机械中应用最广的一种机械传动。 (1) (1) 能保证瞬时传动比的恒定，传动平稳性好，传递运动准能保证瞬时传动比的恒定，传动平稳性好，传递运动准 确可靠。确可靠。(2) (2) 传动效率高。传动效率高。(0.940.99(0.940.99）（3) 3) 传递的功率和速度范围大。传递的功率和速度范围大。(4)

4、 (4) 结构紧凑，工作可靠，寿命长。结构紧凑，工作可靠，寿命长。1. 1. 主要优点主要优点(1) (1) 制造和安装精度要求高，工作时有噪声。制造和安装精度要求高，工作时有噪声。(2) (2) 要求专用的齿轮加工设备。要求专用的齿轮加工设备。(3) (3) 中心距过大时将导致齿轮的传动机构结构庞大、笨重，中心距过大时将导致齿轮的传动机构结构庞大、笨重， 因此，不宜用于中心距较大的场合。因此，不宜用于中心距较大的场合。2. 2. 主要缺点主要缺点3.3.齿轮传动类型齿轮传动类型平面齿轮传动平面齿轮传动空间齿轮传动空间齿轮传动直齿圆柱齿轮传动直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动相交

5、轴齿轮传动相交轴齿轮传动交错轴齿轮传动交错轴齿轮传动内啮合内啮合外啮合外啮合齿轮齿条齿轮齿条内啮合内啮合外啮合外啮合齿轮齿条齿轮齿条直齿直齿斜齿斜齿交错轴斜齿轮传动交错轴斜齿轮传动蜗杆蜗轮蜗杆蜗轮准双曲面齿轮准双曲面齿轮人字齿齿轮运动人字齿齿轮运动圆柱齿轮传动圆锥齿轮传动两轴平行（1 1）两轴不平行（2 2）按照工作条件，齿轮传动可分为开式传动和）按照工作条件，齿轮传动可分为开式传动和 闭式传动。开式传动多用于低速或低精度的闭式传动。开式传动多用于低速或低精度的 场合，如水泥搅拌机和挖掘机中的齿轮。闭场合，如水泥搅拌机和挖掘机中的齿轮。闭 式传动多用于较重要的传动，如汽车变速箱和式传动多用于较

6、重要的传动，如汽车变速箱和 减速器中的齿轮。减速器中的齿轮。（3 3）按照轮齿齿廓曲线的不同，齿轮又可分为）按照轮齿齿廓曲线的不同，齿轮又可分为渐开渐开 线齿轮线齿轮、圆弧齿轮、摆线齿轮等。、圆弧齿轮、摆线齿轮等。（4 4）按照齿面的硬度，可分为软齿面）按照齿面的硬度，可分为软齿面( (硬度硬度35 35 0HBS) 0HBS)齿轮传动和硬齿面齿轮传动和硬齿面( (硬度硬度350HBS)350HBS)齿轮齿轮 传动两种。传动两种。10-2 10-2 齿廓啮合的基本定律齿廓啮合的基本定律一、传动比一、传动比 一对齿轮相互啮合时，两个齿轮的瞬时角速度之一对齿轮相互啮合时，两个齿轮的瞬时角速度之比称

7、为瞬时传动比，用比称为瞬时传动比，用i i表示。当不考虑两个齿轮的表示。当不考虑两个齿轮的转动方向时，其传动比的大小为转动方向时，其传动比的大小为 i i1212=1 1/2 2（1 1）当）当i i1212=1=1时时，两齿轮角速度的大小相等。，两齿轮角速度的大小相等。（2 2）当）当i i121211时，时，两齿轮角速度的大小不相等。两齿轮角速度的大小不相等。 i i121211，其啮合传动为其啮合传动为减速减速传动且以传动且以小齿轮为主动轮小齿轮为主动轮；i i1212111。在一般机械制。在一般机械制造中，要求造中，要求1.11.11.41.4。对于标准齿轮传动，当为标准中。对于标准齿

8、轮传动，当为标准中心距时，心距时，重合度重合度恒大于恒大于1 1，不必验算，不必验算。 为保证一对渐开线齿轮能够连续运动，必须在前一对啮合轮为保证一对渐开线齿轮能够连续运动，必须在前一对啮合轮齿脱离啮合之前，后一对轮齿进入啮合。齿脱离啮合之前，后一对轮齿进入啮合。 仿形法是在普通铣床上用仿形法是在普通铣床上用轴向剖面形状轴向剖面形状与被切齿与被切齿轮齿槽形状轮齿槽形状完全相同的铣刀切制齿轮的方法。铣完一完全相同的铣刀切制齿轮的方法。铣完一个齿槽后，分度头将齿坯转过个齿槽后，分度头将齿坯转过360360/z/z，再铣下一个，再铣下一个齿槽，直到铣出所有的齿槽。有齿槽，直到铣出所有的齿槽。有盘状模

9、数铣刀盘状模数铣刀和和指状指状模数铣刀模数铣刀。1. 1. 仿型法（成形法）仿型法（成形法） 仿形法加工方便易行，但精度难以保证。在生产中仿形法加工方便易行，但精度难以保证。在生产中 通常用同一号铣刀切制相同模数、不同齿数的齿通常用同一号铣刀切制相同模数、不同齿数的齿 轮，故仿形法通常是近似的。轮，故仿形法通常是近似的。 10-6 10-6 渐开线齿轮的加工渐开线齿轮的加工2.2.范成法（范成法（ 展成法）展成法）原理原理 利用一对齿轮无侧隙啮合时两轮的齿廓互为包络线利用一对齿轮无侧隙啮合时两轮的齿廓互为包络线的原理加工齿轮。的原理加工齿轮。常用刀具常用刀具齿轮插刀齿轮插刀齿条插刀齿条插刀齿轮

10、滚刀齿轮滚刀展成法加工的基本要求展成法加工的基本要求 用展成法加工齿轮时，只要刀具与被加工齿轮的模数用展成法加工齿轮时，只要刀具与被加工齿轮的模数和压力角相同，不管被加工齿轮的齿数是多少，都可以用和压力角相同，不管被加工齿轮的齿数是多少，都可以用同一把刀具来加工。同一把刀具来加工。齿条插刀齿条插刀齿轮插刀齿轮插刀齿条插刀齿条插刀齿轮滚刀齿轮滚刀滚齿与插齿机10-7 10-7 根切的成因与最小齿数根切的成因与最小齿数一、一、 用展成法加工齿轮时，若刀具的齿顶线（或齿顶圆）超用展成法加工齿轮时，若刀具的齿顶线（或齿顶圆）超过理论啮合线极限点过理论啮合线极限点N N时，被加工齿轮齿根附近的渐开线齿廓

11、时，被加工齿轮齿根附近的渐开线齿廓将被切去一部分，这种现象称为将被切去一部分，这种现象称为根切。根切。轮齿的根切大大削弱了轮齿的弯曲强度，降低齿轮传动的平轮齿的根切大大削弱了轮齿的弯曲强度，降低齿轮传动的平稳性和重合度，因此应力求避免稳性和重合度，因此应力求避免 当用范成法加工渐开线标准齿轮时，如果被加工齿轮的轮当用范成法加工渐开线标准齿轮时，如果被加工齿轮的轮齿太少，有时会出现刀具的顶部切入到轮齿的根部，切去了齿太少，有时会出现刀具的顶部切入到轮齿的根部，切去了轮齿根部的渐开线齿廓。这种现象称为轮齿根部的渐开线齿廓。这种现象称为切齿干涉切齿干涉，又称，又称根切根切。 加工标准齿轮时，刀具与齿

12、坯的相对位置应按标准齿轮正加工标准齿轮时，刀具与齿坯的相对位置应按标准齿轮正确安装的要求进行安装。确安装的要求进行安装。二、二、 标准外齿轮的最少齿数标准外齿轮的最少齿数要使被切齿轮不产生根切，刀具的齿顶线不得超过要使被切齿轮不产生根切，刀具的齿顶线不得超过N N点，即点，即 mhNMa*由图中可看出由图中可看出 22sin2sinsinmzOPPNNM带入上式带入上式 ，整理后得，整理后得 2*sin2ahz 2*minsin2ahz即，即，120*ah、当当17minz时时P8020.*ah、当当14minz三、变位齿轮传动三、变位齿轮传动1. 1. 标准齿轮的局限性标准齿轮的局限性（1

13、1）受根切限制，齿数不得少于）受根切限制，齿数不得少于1717，使传动结构不够，使传动结构不够 紧凑；紧凑；（2 2）不适用于安装中心距）不适用于安装中心距a a不等于标准中心距不等于标准中心距a a的的 场合；场合；（3 3）一对标准齿轮传动时，小齿轮的齿根厚度小而）一对标准齿轮传动时，小齿轮的齿根厚度小而 啮合次数又较多，故小齿轮的强度较低，齿根部啮合次数又较多，故小齿轮的强度较低，齿根部 分磨损也较严重，因此小齿轮容易损坏，同时也分磨损也较严重，因此小齿轮容易损坏，同时也 限制了大齿轮的承载能力。限制了大齿轮的承载能力。 为了改善标准齿轮的这些缺点，在机械中出现了变位齿轮。为了改善标准齿

14、轮的这些缺点，在机械中出现了变位齿轮。2. 2. 变位齿轮简介变位齿轮简介变位齿轮的作用：变位齿轮的作用： 采用变位齿轮可以制成齿数少于采用变位齿轮可以制成齿数少于Z Zminmin而不而不发生根切的齿轮，实现非标准中心距的无侧隙传发生根切的齿轮，实现非标准中心距的无侧隙传动，可以使大小齿轮的抗弯能力接近相等动，可以使大小齿轮的抗弯能力接近相等。10-8 10-8 齿轮传动的失效形式及设计准则齿轮传动的失效形式及设计准则一、1.1.轮齿折断：轮齿折断：齿轮工作时，若轮齿危险截面的弯曲应力超过齿轮工作时，若轮齿危险截面的弯曲应力超过极限值，轮齿将发生折断，一般发生在齿根部分。极限值，轮齿将发生折

15、断，一般发生在齿根部分。（1 1）由于短时过载或冲击载荷而产生的）由于短时过载或冲击载荷而产生的过载折断过载折断；（2 2）当齿根处的交变应力超过了材料的疲劳极限时，齿根圆）当齿根处的交变应力超过了材料的疲劳极限时，齿根圆角处产生疲劳裂纹，裂纹不断扩展，最终导致轮齿的角处产生疲劳裂纹，裂纹不断扩展，最终导致轮齿的弯曲弯曲疲劳折断疲劳折断。对宽度较小的直齿轮，轮齿一般沿整个齿宽折。对宽度较小的直齿轮，轮齿一般沿整个齿宽折断，如（断，如（a a）；斜齿圆柱齿轮、人字齿轮及宽度较大的直齿）；斜齿圆柱齿轮、人字齿轮及宽度较大的直齿轮，其齿根裂纹往往沿倾斜方向扩展，发生轮齿的局部折轮，其齿根裂纹往往沿倾

16、斜方向扩展，发生轮齿的局部折断，如（断，如（b b）。）。2.2.齿面点蚀：齿面点蚀：齿轮啮合传动时，齿面接触应力按脉动循环变化。齿轮啮合传动时，齿面接触应力按脉动循环变化。当这种交变接触应力重复次数超过一定限度后，轮齿表面就当这种交变接触应力重复次数超过一定限度后，轮齿表面就会产生会产生不规则的疲劳裂纹不规则的疲劳裂纹，随着疲劳裂纹的蔓延扩展使金属，随着疲劳裂纹的蔓延扩展使金属脱落，脱落，在齿面形成麻点凹坑在齿面形成麻点凹坑，即为点蚀，多出现在，即为点蚀，多出现在齿根表面齿根表面上。上。 在在闭式齿轮传动闭式齿轮传动、良好润滑条件良好润滑条件下下易发生点蚀易发生点蚀；开式齿轮传动中开式齿轮传动中，因齿面磨损较快，点蚀还来不及出，因齿面磨损较快，点蚀还来不及出现或扩展就被磨掉，所以一般现或扩展就被磨掉，所以一般看不到点蚀现象看不到点蚀现象。 为防止或减缓点蚀产生，应进行为防止或减缓点蚀产生，应进行齿面接触疲劳齿面接触疲劳强度计算，或提高齿面硬度和增加润滑油黏度。强度计算，或提高齿面硬度和增加润滑油黏度。3.3.齿面磨损齿面磨损（1 1）由于灰尘、金属微粒等进入啮合面而引起的）由于灰尘、