第三章齿轮传动.

LOGO齿轮传动第三章知识目标※掌握标准直齿圆柱齿轮的基本参数、主要几何尺寸的计算及正确啮合条件。※掌握齿轮传动比的计算方法。※了解齿轮加工方法及根切现象。※掌握齿轮轮齿的失效形式及齿轮材料的选用。※掌握斜齿轮、锥齿轮、齿轮齿条传动的应用特点及其正确啮合条件。※了解齿轮传动的类型、应用特点及其基本要求。技能目标※正确选用标准直齿圆柱齿轮传动。※掌握齿轮的加工方法。※掌握预防齿轮失效方法及其材料选用。※正确选用斜齿轮、锥齿轮、齿轮齿条传动。※正确选用其他齿轮传动。本章内容标准直齿圆柱齿轮传动1渐开线齿轮的加工方法及根切现象2齿轮轮齿的失效形式与材料选择3其他常用齿轮及其传动4齿轮传动的类型、应用特点及基本要求33.1标准直齿圆柱齿轮传动3.1.1直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸的计算几何要素有：齿顶圆直径、齿根圆直径、分度圆直径、基圆直径、齿宽、齿距、齿厚、齿槽宽、齿顶高、齿根高、全齿高等。直齿圆柱齿轮的基本参数直齿圆柱齿轮的基本参数有：齿数、模数、齿形角、齿顶高系数和顶隙系数五个。标准模数系列（GB1357—1987）mm第一系列0.10.120.150.20.250.30.40.50.60.811.251.522.5345681012162025324050第二系列0.350.70.91.752.252.75（3.25）3.5（3.75）4.55.5（6.5）79（11）14182228（30）3645注：①本表适用于渐开线圆柱齿轮，对于斜齿圆柱齿轮是指法向模数。②优先选用第一系列，括号内的数值尽可能不用。标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算名称代号定义计算公式模数m齿距除以圆周率π所得的商m=p/π=d/z，取标准值齿形角α基本齿条的法向压力角α=20º齿数z齿轮轮齿的总数由传动比计算确定，一般z1约为20分度圆直径d分度圆柱面和分度圆的直径d=mz齿顶圆直径da齿顶圆柱面和齿顶圆的直径da=d+2ha=m(z+2)齿根圆直径df齿根圆柱面和齿根圆的直径df=d-2hf=m(z-2.5.)基圆直径db基圆柱面和基圆的直径db=dcosα=mzcosα齿距p两个相邻而同侧的端面齿廓之间的分度圆弧长P=πm齿厚s一个齿的两侧端面齿廓之间的分度圆弧长s=p/2=πm/2槽宽e一个齿槽的两侧端面齿廓之间的分度圆弧长e=p/2=πm/2=s齿顶高ha齿顶圆与分度圆之间的径向距离ha=ha*m=m齿根高hf齿根圆与分度圆之间的径向距离hf=(ha*+c*)m=1.25m齿高h齿顶圆与齿根圆之间的径向距离h=ha+hf=2.25m齿宽b齿轮的有齿部位沿分度圆柱面直母线方向量度的宽度b=(6～10)m中心距a齿轮副的两轴线之间的最短距离a=d1/2+d2/2=m(z1+z2)/23.1.2齿轮副的正确啮合条件和连续传动条件正确啮合条件coscosbppm1122coscosmm1122coscosmm12mm12由得则必须：由于模数m和齿形角α均已标准化，所以齿轮副的正确啮合条件为：（1）两齿轮的模数必须相等，（2）两齿轮分度圆上的齿形角必须相等，连续传动条件当前一对齿轮啮合终止的瞬间，后继的一对齿轮正好开始啮合，齿轮副即能连续传动，我们称之为重合度，用表示，此时=1。但由于制造、安装误差的影响，实际上必须使1，才能可靠的保证传动的连续性，重合度越大，传动越平稳。对于一般齿轮传动，连续传动的条件是。对直齿圆柱齿轮（）来说，12。标准齿轮传动均能满足上述条件。应注意，中心距分离时，重合度会降低。3.1.3齿轮传动比的计算主动轮与从动轮转速（或角速度）之比，称为齿轮传动比，用ί表示。计算公式如下：85齿轮副的传动比不宜过大，否则会使结构尺寸过大，不利于制造和安装。通常，圆柱齿轮副的传动比，圆锥齿轮副的传动比3.2渐开线齿轮的加工方法及根切现象铸造法热轧法冲压法模锻法粉末冶金法切制法展成法仿形法铣削拉削插齿滚齿剃齿磨齿加工方法进给切削ω利用与被切齿轮齿槽轮廓相同的成形刀具，由分度机构将工件分齿逐齿切出，常用的有铣齿、拉齿等。例1如图所示为用盘形铣刀加工的情况。切制时，铣刀转动，同时毛坯沿自身的轴线方向移动，待切出一个齿槽，也就是切出一个齿槽的两侧齿廓后，将毛坯退回到原来的位置，并用分度头将毛坯转过一个齿，再继续切削第2个齿槽。仿形法分度齿轮轮齿的加工方法分度切削ω进给例2如图所示为用指状齿轮铣刀加工的情况，加工方法与用盘形铣刀相似。铣削法加工特点：产生齿形误差和分度误差，精度较低，加工不连续，生产效率低。适于单件生产。由于不同模数或齿数的齿轮齿形不同,在理论上,一把成形齿轮铣刀只适用于加工一种模数和齿数的齿轮。但在实际生产中,为了减少铣刀数量,通常用一把齿轮铣刀加工同一模数而齿数在一段范围内的齿轮，因此铣齿所得齿形常有较大误差。利用轮廓与被切齿轮轮廓相共轭的刀具（或磨具），并通过轮坯与刀具间的展成运动将齿切出。展成法切齿能用一把刀具（或磨具）加工同一模数中不同齿数的齿轮，在齿轮加工中应用最广，常用的有插齿、滚齿、剃齿、珩齿、磨齿。展成法1插齿利用齿轮形插齿刀或齿条形齿刀切齿。用插齿刀切齿时，刀具随插齿机主轴作轴向往复运动，同时插齿刀与工件按一定速比相互旋转保证插齿刀转一齿时工件也转一齿，形成展成运动。插齿能适应较小的空刀距离，适于加工带凸肩的齿轮或空刀槽窄的多联齿轮，同时也便于加工扇形齿轮、内齿轮和非圆齿轮。齿轮插刀插齿齿轮插刀插内齿不论用齿轮插刀还是齿条插刀加工齿轮，其切削都是不连续的，这就影响了生产率的提高。因此在生产中广泛的采用齿轮滚刀来加工齿轮。2滚齿利用蜗杆形的齿轮滚刀在滚齿机上加工外啮合的直齿、斜齿圆柱齿轮滚刀的形状如一开有刀口的螺旋加工直齿轮时，滚刀每转一周，工件齿轮转过的齿数等于滚刀的头数，形成展成运动并包络切出齿形。为了切出全部齿宽，滚刀还沿工件轴向进给。加工斜齿轮时，随着滚刀沿工件的轴向进给，工件还应附加一个与斜齿轮的螺旋角相适应的旋转运动。加工方法滚齿是连续切削，无退刀和空程,故生产率高。但滚齿不能加工内齿轮和空刀槽较窄的多联齿轮。滚刀在轮坯断面的投影相当于一个齿条，所以用滚刀切制齿轮的原理与齿条插刀的切制齿轮的原理基本相同。不过齿条的切削运动和范成运动，已为滚刀刀刃的螺旋运动所代替。原理渐开线齿廓的根切现象与最少齿数用展成法加工齿轮时，有可能发生齿根部分已加工好的渐开线齿廓又被切掉一块的情况，称为“根切”。这是展成法加工齿轮时，在特定条件下产生的一种“过度切削”现象。可以从渐开线齿廓的形成过程来分析“根切”的成因。根切的后果：①削弱轮齿的抗弯强度；②使重合度ε下降。根切现象是在展成法加工齿轮时发生的，使用齿条型刀具比用齿轮型刀具更易产生根切。由刀具齿顶线过N1点（即N1与B2重合）是不发生根切的临界情况出发，推导出标准齿轮不发生根切的最小齿数公式Zmin=2h*a/sin2α采用正常齿制时，Zmin=17；采用短齿制时，Zmin=14。对α=20。的标准齿轮，变位齿轮简介标准齿轮的局限性（1）在一对啮合传动的齿轮中，小齿轮强度较弱。（2）不能满足实际中心距不等于标准中心距的场合。（3）受“根切现象”的限制，齿数不能小于最小齿数。为了克服标准齿轮使用的局限性，工程实际中广泛采用了变位齿轮。*通过改变刀具和轮坯的相对位置切制齿轮的方法称为变位修正法，切制出的齿轮称为变位齿轮。*刀具远离轮坯中心为正变位，刀具趋近轮坯中心为负变位。*刀具的移动量用xm来表示，称x为变位系数。*规定：正变位时，x为正值；负变位时，x为负值。3.3齿轮轮齿的失效形式与材料选择3.3.1齿轮轮齿的失效形式失效形式轮齿折断齿面点蚀齿面磨损齿面胶合齿面塑性变形简图对齿轮材料的基本要求为了保证齿轮工作的可靠性，提高其使用寿命，齿轮的材料应具有：（1）应有足够的硬度，以抵抗齿面磨损、点蚀、胶合以及塑性变形等；（2）齿芯应有足够的强度和较好的韧性，以抵抗齿根折断和冲击载荷：（3）应有良好的加工工艺性能及热处理性能．使之便于加工且便于提高其力学性能。最常用的齿轮材料是钢．此外还有铸铁及一些非金属材料等。3.3.2齿轮材料的选用齿轮的常用材料及热处理齿轮材料选用的基本原则（1）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；（2）应考虑齿轮的尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺；（3）钢制软齿面齿轮，小轮的齿面硬度应比大齿轮高20～50HBS。（4）硬齿面齿轮传动，两轮的齿面硬度可大致相同，或小轮硬度略高。3.4其他常用齿轮及其传动齿轮传动的类型⑴按照轮齿齿廓曲线的形状：渐开线齿轮、圆弧齿轮、摆线齿轮等本章主要讨论了制造、安装方便、应用最广的渐开线齿轮。⑵按照工作条件分为：开式齿轮传动和闭式齿轮传动前者轮齿外露，灰尘易于落在齿面，后者轮齿封闭在箱体内。3.5齿轮传动的类型、应用特点及基本要求⑶按照两轮轴线的相对位置分类为齿轮传动的应用特点优点是：（1）结构紧凑，工作可靠、寿命较长；（2）传动比稳定、传动效率高；（3）可实现平行轴、任意角相交轴、任意角交错轴之间的传动；（4）适用的功率和速度范围广。缺点是：（1）加工和安装精度要求较高，制造成本也较高；（2）不适宜于远距离两轴之间的传动；（3）齿轮的齿数为整数，能获得的传动比受到一定的限制，不能实现无级变速。齿轮传动的基本要求（1）传动准确、平稳齿轮传动的最基本要求之一是瞬时传动比恒定不变。以避免产生动载荷、冲击、震动和噪声。这于齿轮的齿廓形状、制造和安装精度有关。（2）承载能力强齿轮传动在具体的工作条件下，必须有足够的工作能力，以保证齿轮在整个工作过程中不致产生各种失效。这与齿轮的尺寸、材料、热处理工艺因素有关。本章小结１．直齿圆柱齿轮的基本参数、几何尺寸计算和正确啮合条件。２．齿轮的加工方法、失效形式和齿轮常用材料的选择。３．斜齿轮、锥齿轮、齿轮齿条传动的特点及应用。４．齿轮传动的类型、应用特点及基本要求。