齿轮传动经典课件

汽车机械基础第十一章第十一章齿轮传动汽车机械基础第十一章第十一章齿轮传动1)了解齿轮传动的特点、分类与应用；齿轮传动基本知识。2)熟悉掌握渐开线直齿圆柱齿轮齿轮各部分名称、基本参数及各部分几何尺寸计算。3)掌握渐开线斜齿轮传动的特点与应用、基本参数及各部分几何尺寸计算；4)了解标准直齿圆锥齿轮传动的特点与应用、基本参数及各部分几何尺寸计算；5)了解蜗杆传动的特点与应用、基本参数和几何尺寸计算；6)了解齿轮传动设计方法及参数选择。本章的教学目标：汽车机械基础第十一章目录第一节齿轮传动的特点与类型第二节渐开线直齿圆柱齿轮第三节渐开线直齿圆柱齿轮传动第四节斜齿圆柱齿轮传动第五节锥齿轮传动第六节蜗杆传动第七节圆弧齿轮传动第八节齿轮结构设计与齿轮传动润滑汽车机械基础第十一章齿轮传动汽车机械基础第十一章第一节齿轮传动的特点与类型一.特点：传动动力大，效率高寿命长，工作平稳，可靠性高能保证恒定的传动比，能传递任意夹角两轴间的运动制造、安装精度要求较高，因而成本也较高不宜作轴间距离过大的传动汽车机械基础第十一章二.齿轮传动的类型汽车机械基础第十一章二.齿轮传动的类型齿轮传动平面齿轮传动空间齿轮传动直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动传递相交运动传递交错轴运动内啮合外啮合齿轮齿条内啮合外啮合齿轮齿条直齿斜齿交错轴斜齿轮传动蜗杆涡轮准双曲面齿轮曲线齿人字齿齿轮运动汽车机械基础第十一章12122112rrPOPOωωi一.齿廓啮合基本定律：(传动比：ｉ12=常数)1.齿廓啮合基本定律要使传动比：ｉ12=常数，那么其齿廓的形状必须是：不论两齿廓在哪一点啮合，过啮合点所作的齿廓公法线都与连心线交与一定点P——（轮齿齿廓正确啮合的条件）节点:定点P节圆:O1P、O２P为半径的圆。）第二节渐开线直齿圆柱齿轮nPr1'2r2'n动画ｉ12=ω1/ω2==O2N2/O1N1=O2C/O1C汽车机械基础第十一章齿廓曲线：工业上通常采用渐开线、摆线、变态摆线2、共轭齿廓，共轭曲线凡满足齿廓啮合基本定律的一对齿轮的齿廓称共轭齿廓，共轭齿廓的齿廓曲线称为共轭曲线3、齿廓曲线的选择1)满足定传动比的要求；2)考虑设计、制造等方面。nPr1'2r2'n一.齿廓啮合基本定律：汽车机械基础第十一章二、渐开线齿廓的形成及其啮合特性1.渐开线的形成观看渐开线生成如图，当一直线n-n沿一个半径为rb的圆的圆周作纯滚动时，该直线上任一点K的轨迹AK称为该圆的渐开线。这个圆称为基圆，该直线称为渐开线的发生线。渐开线上任一点K的向径与起始点A的向径的夹角AOK（AOK＝θk）称为渐开线(AK段)的展角。汽车机械基础第十一章（5）基圆内无渐开线（1）（2）BK为渐开线在K点的法线，B为曲率中心，BK为曲率半径，渐开线上任一点的法线与基圆相切。（3）渐开线离基圆愈远，曲半半径愈大，渐开线愈平直（4）渐开线的形状决定于基圆的大小。θK相同时，rb越大，曲半半径越大rb→∞，渐开线→⊥N3K的直线BC=BK(6)cosak=Rb/Rkn2.渐开线的性质汽车机械基础第十一章2.渐开线的性质汽车机械基础第十一章3.渐开线齿廓的啮合特点1).四线合一:满足齿廓啮合基本定律.2).中心距可分性:3).啮合角不变两轮中心距稍微有变化，也不会改变其瞬时传动比.齿廓啮合线、压力作用线方向不变.汽车机械基础第十一章二.标准直齿圆柱齿轮各部分名称及基本尺寸1.齿轮各部分的名称和符号汽车机械基础第十一章渐开线齿轮3.渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸汽车机械基础第十一章外齿轮各部分名称及符号：齿轮圆周上轮齿的数目称为齿数,用z表示。汽车机械基础第十一章外齿轮基本参数及几何尺寸计算：模数mZp=d则d=pz=mz模数单位为mm，标准模数见表。它是确定齿轮尺寸的重要参数。压力角:渐开线齿廓在分度圆处的压力角。用表示。Cosk=rb/rkCos=rb/r我国规定标准压力角为20汽车机械基础第十一章２.基本参数及几何尺寸运算25.01cha，chmza、、、、基本参数我国规定)(2invinvrrrssKKKK任意圆齿厚)(2invinvrrrssbbbb)2(coszinvm基圆齿厚公法线长度bbkspkW)1(汽车机械基础第十一章三、标准直齿轮的几何尺寸标准齿轮：标准齿轮是指m、α、ha*、c*均取标准值，具有标准的齿顶高和齿根高，且分度圆齿厚等于齿槽宽的齿轮。一个齿轮：d=mzda=d+2ha=(z+2ha*)mdf=d-2hf=(z-2ha*-2c*)mdb=dcosαha=ha*mhf=(ha*+c*)mh=ha+hf=(2ha*+c*)mP=πmmeS21汽车机械基础第十一章1.一对标准齿轮中心距：)(21)(211212zzmdda一对标准安装的标准直齿轮，其分度圆上的齿厚等于齿槽宽，即S1=e1=s2=e2=πm/2mcmhmchcaa****)(三、标准直齿轮的几何尺寸径向方向上留有间隙c汽车机械基础第十一章2.非标安装时，中心距''21'22'11'1coscoscoscos)(coscos'arrrrrrabb汽车机械基础第十一章3、传动比121212122112zzrrrrrribb常数汽车机械基础第十一章4.齿轮齿条啮合齿轮齿条啮合时，相当于齿轮的分度圆与齿条的节圆作纯滚动。标准安装时，齿条的节线与齿轮的分度圆相切。'此时，当齿条圆离或靠近齿轮时，啮合线位置不变，啮合角不变，节点位置不变，齿轮与齿条啮合时齿轮的分度圆永远与节圆重合，啮合角等于压力角。但只有标准安装时，齿条的分度线才与节线重合。汽车机械基础第十一章第三节渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动一.正确啮合条件mmm2121即啮合条件为：两轮的模数和压力角必须分别相等。两齿轮的正确啮合条件为动画图11-9一对渐开线齿轮的传动过程汽车机械基础第十一章二.渐开线齿轮传动的条件齿轮传动是依靠两轮的轮齿依次啮合而实现的。要求重合度大于等于１第三节渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动1/21bPBB汽车机械基础第十一章3.渐开线齿轮的加工方法仿形法是在普通铣床上用轴向剖面形状与被切齿轮齿槽形状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360°/z，再铣下一个齿槽，直到铣出所有的齿槽。1)仿型法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同模数、不同齿数的齿轮，故仿形法通常是近似的。刀号12345678加工齿数范围12~1314~1617~2021~2526~3435~5455~134135以上圆盘铣刀加工齿数的范围仿型法加工动画演示汽车机械基础第十一章2.渐开线齿轮的加工方法用盘铣刀切齿用指状铣刀切齿汽车机械基础第十一章2)展成法原理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常用的刀具齿轮插刀齿条插刀齿轮滚刀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。2.渐开线齿轮的加工方法汽车机械基础第十一章3)根切现象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N1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，降低齿轮传动的平稳性和重合度，因此应力求避免2.渐开线齿轮的加工方法汽车机械基础第十一章标准外齿轮的最少齿数要使被切齿轮不产生根切，刀具的齿项线不得超过N点，即mhNMa*由图中可看出22sin2sinsinmzOPPNNM带入上式得22sin2sinsinmzOPPNNE整理后得2*sin2ahz2*minsin2ahz即120*ah、当17minz时汽车机械基础第十一章三、变位齿轮的概念1.变位齿轮标准齿轮的局限性•受根切限制，齿数不得少于17，使传动结构不够紧凑；•不适用于安装中心距a'不等于标准中心距a的场合。•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。汽车机械基础第十一章变位齿轮的概念正变位齿轮的齿根部齿厚增大，可提高齿轮的强度和使用寿命。切削变位齿轮b)标准齿轮与变位齿轮齿形比较汽车机械基础第十一章（一）齿轮常见的失效形式1.轮齿折断：疲劳拆断；突然过载拆断；严重磨损及安装制造误差等造成轮齿折断；问题：如何提高齿轮的抗折断能力？四、直齿圆柱齿轮强度校核汽车机械基础第十一章2.齿面磨损：问题：如何提高齿轮的抗磨损能力？磨损是开式传动的主要失效形式。主要措施：采用闭式传动；提高齿面硬度；降低齿面粗糙度；采用清洁的润滑油。（一）齿轮常见的失效形式汽车机械基础第十一章3.齿面点蚀：——轮齿工作面某一固定点受到近似脉动的变应力作用，由于疲劳而产生的麻点状剥蚀损伤的现象。主要措施：提高齿面硬度；降低齿面粗糙度；增大润滑油粘度；采用合理变位。（一）齿轮常见的失效形式汽车机械基础第十一章4.齿面胶合：高速重载传动中，齿面间压力大，瞬时温度高，润滑油膜被破坏，齿面间会发生粘接在一起的现象，在轮齿表面沿滑动方向出现条状伤痕，称为胶合。（一）齿轮常见的失效形式汽车机械基础第十一章5.塑性变形：措施：提高齿面硬度；增大润滑油粘度。重载且摩擦力很大时，齿面较软的轮齿表面就会沿摩擦力方向产生塑性变形。（一）齿轮常见的失效形式汽车机械基础第十一章对一般工况下的齿轮传动，其设计准则是：保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断。保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。对高速重载齿轮传动，除以上两设计准则外，还应按齿面抗胶合能力的准则进行设计。由实践得知：闭式软齿面齿轮（≤350HBS）传动，以保证齿面接触疲劳强度为主。闭式硬齿面（350HBS）或开式齿轮传动，以保证齿根弯曲疲劳强度为主。齿轮传动设计准则汽车机械基础第十一章1.齿轮材料的基本要求齿轮的齿体应有较高的抗折断能力，齿面应有较强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力，即要求：齿面硬、芯部韧、加工工艺性能及热处理性能良好。(二)齿轮的常用材料及许用应力齿轮材料选用的基本原则齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿命、可靠性、经济性等；应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺；钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保持在30~50HBS或更多。汽车机械基础第十一章钢：许多钢材经适当的热处理或表面处理，可以成为常用的齿轮材料；铸铁：常作为低速、轻载、不太重要场合的齿轮材料；非金属材料：适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。常用材料2.齿轮常用材料及其热处理(二)齿轮的常用材料及许用应力汽车机械基础第十一章汽车机械基础第十一章选择齿轮材料的注意事项：•在确定大、小齿轮硬度时应注意：•小齿轮的齿面硬度—大齿轮的齿面硬度=30~50HBS；•原因：小齿轮受载荷次数比大齿轮多，且小齿轮齿根较薄．为使两齿轮的轮齿接近等强度，小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。汽车机械基础第十一章锻钢：强度高、韧性好、便于制造、便于热处理等，大多数齿轮都用锻钢制造。齿轮的常用材料软齿面齿轮:齿面硬度≤350HBS，常用中碳钢和中碳合金钢，如45钢．40Cr，35SiMn等材料，进行调质或正火处理。硬齿面齿轮齿面硬度≥350HBS，常用的材料为中碳钢或中碳合金钢经表面淬火处理。汽车机械基础第十一章铸钢当尺寸在400一600mm不便于锻造时，用铸造方法制成铸钢齿坯，再正火处理细化晶粒。铸铁当尺寸≥500mm、低速、轻载的齿轮可以制成铸铁齿坯、大齿圈或轮辐式齿轮。非金属材料高速轻载及精度不高的齿轮传动，为了降低噪声，常用非金属材料（如夹布胶木、尼龙等）做小齿轮，大齿轮仍用钢或铸铁。齿轮的常用材料汽车机械基础第十一章汽车机械基础第十一章(三)直齿圆柱齿轮轮齿的受力分析圆周力：1