机械基础-齿轮传动.

第四章齿轮传动§4－1齿轮传动的类型及应用§4－2渐开线齿廓§4－3渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算§4－4其他齿轮传动简介§4－5渐开线齿轮失效形式第四章齿轮传动一、齿轮传动的常用类型二、齿轮传动的应用§4－1齿轮传动的类型及应用齿轮传动——利用齿轮副来传递运动和（或）动力的一种机械传动。§4－1齿轮传动的类型及应用齿轮传动的类型很多，用途各异，但是从传递运动和动力的要求出发，各种齿轮传动都必须解决两个基本问题：1、传动平稳就是要保证瞬时传动比恒定，尽可能减小齿轮啮合中的冲击、振动和噪声。2、足够的承载能力就是在尺寸和质量一定的前提下，保证正常使用所需的强度、耐磨性等方面的要求。在预定的使用期限内不发生失效。一、齿轮传动常用类型两轴平行两轴不平行按轮齿方向按啮合情况直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动人字齿圆柱齿轮传动外啮合齿轮传动内啮合齿轮传动齿轮齿条传动相交轴齿轮传动交错轴齿轮传动锥齿轮传动交错轴斜齿轮传动蜗轮蜗杆传动§4－1齿轮传动的类型及应用§4－1齿轮传动的类型及应用一、齿轮传动常用类型按工作条件分按齿面硬度分闭式齿轮传动开式齿轮传动软齿面（HBS≤350）齿轮传动硬齿面（≥350）齿轮传动二、齿轮传动的应用1．传动比121221nzinzn1、n2——主、从动轮的转速，r/minz1、z2——主、从动轮齿数齿轮传动的传动比是主动齿轮转速与从动齿轮转速之比，也等于两齿轮齿数之反比。§4－1齿轮传动的类型及应用2．应用特点能保证瞬时传动比恒定，工作可靠性高，传递运动准确可靠传递的功率和圆周速度范围较宽结构紧凑、可实现较大的传动比传动效率高，使用寿命长维护简便（1）优点§4－1齿轮传动的类型及应用运转过程中有振动、冲击和噪声齿轮安装要求较高不能实现无极变速不适宜用在中心距较大的场合（2）缺点§4－1齿轮传动的类型及应用一、齿轮传动对齿廓曲线的基本要求二、渐开线的形成及性质三、渐开线齿轮啮合特性§4－2渐开线齿廓一、齿轮传动对齿廓曲线的基本要求传动平稳承载能力强§4－2渐开线齿廓二、渐开线的形成及性质动直线沿着一固定的圆作纯滚动时，此动直线上任一点K的运动轨迹CK称为渐开线，该圆称为渐开线的基圆，其半径以rb表示，直线称为渐开线的发生线。§4－2渐开线齿廓渐开线齿轮——以同一个基圆上产生的两条反向渐开线为齿廓的齿轮。§4－2渐开线齿廓渐开线齿廓的性质：发生线在基圆上滚过的线段长等于基圆上被滚过的弧长渐开线上任意一点的法线必切于基圆渐开线的形状取决于基圆的大小渐开线上各点的曲率半径不相等渐开线上各点的齿形角（压力角）不等渐开线的起始点在基圆上，基圆内无渐开线§4－2渐开线齿廓三、渐开线齿廓啮合特性能保持瞬时传动比的恒定具有传动的可分离性§4－2渐开线齿廓齿轮传动的类型及应用渐开线齿廓练习题一、渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分的名称二、渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数三、外啮合标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算四、直齿圆柱内齿轮简介§4－3渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算一、渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分的名称齿轮上各部分名称§4－3渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算二、渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数标准齿轮的齿形角α齿数z模数m齿顶高系数ha*顶隙系数c*§4－3渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算1．标准齿轮的齿形角α§4－3渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算齿形角——在端平面上，过端面齿廓上任意点K的径向直线与齿廓在该点处的切线所夹的锐角，用α表示。K点的齿形角为αK。渐开线齿廓上各点的齿形角不相等，K点离基圆越远，齿形角越大，基圆上的齿形角α=0°。分度圆压力角——齿廓曲线在分度圆上的某点处的速度方向与曲线在该点处的法线方向（即力的作用线方向）之间所夹锐角，也用α表示。§4－3渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算2．齿数z一个齿轮的轮齿总数。3．模数m齿距p除以圆周率π所得的商，即m＝p/π。模数已经标准化。齿数相等的齿轮，模数越大，齿轮尺寸就越大，轮齿也越大，承载能力越大。§4－3渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算4．齿顶高系数ha*对于标准齿轮，规定ha=ha*m。ha*称为齿顶高系数。我国标准规定：正常齿ha*＝1。5．顶隙系数c*当一对齿轮啮合时，为使一个齿轮的齿顶面不与另一个齿轮的齿槽底面相抵触，轮齿的齿根高应大于齿顶高，即应留有一定的径向间隙，称为顶隙，用c表示。对于标准齿轮，规定c＝c*m。c*称为顶隙系数。我国标准规定：正常齿c*＝0.25。§4－3渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算三、外啮合标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算名称代号计算公式齿形角α标准齿轮为20°齿数z通过传动比计算确定模数m通过计算或结构设计确定齿厚ss=p/2=πm/2齿槽宽ee=p/2=πm/2齿距pp=πm基圆齿距pbpb=pcosα=πmcosα齿顶高haha=ha*m=m§4－3渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算名称代号计算公式齿根高hfhf=(ha*+c*)m=1.25m齿高hh=ha+hf=2.25m分度圆直径dd=mz齿顶圆直径dada=d+2ha=m(z+2)齿根圆直径dfdf=d-hf=m(z-2.5)基圆直径dbdb=dcosα标准中心距aa=(d1+d2)/2=m(z1+z2)/2§4－3渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算四、直齿圆柱内齿轮简介直齿圆柱内齿轮直齿圆柱内齿轮传动§4－3渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算内齿轮的齿顶圆小于分度圆，齿根圆大于分度圆内齿轮的齿廓是内凹的，其齿厚和齿槽宽分别对应于外齿轮的齿槽和齿厚为了使内齿轮齿顶的齿廓全部为渐开线，其齿顶圆必须大于基圆§4－3渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算*五、渐开线直齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件和连续传动条件1．正确啮合条件pb1=pb2模数相等分度圆上的齿形角相等§4－3渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算2．连续传动条件前一对轮齿尚未结束啮合，后继的一对轮齿已进入啮合状态。§4－3渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算-练习题一、斜齿圆柱齿轮传动二、直齿圆锥齿轮传动三、齿轮齿条传动§4－4其他齿轮传动简介一、斜齿圆柱齿轮传动1．斜齿圆柱齿轮的形成直齿轮齿廓的形成§4－4其他齿轮传动简介当发生面沿基圆柱作纯滚动时，直线BB形成的一个螺旋形的渐开线曲面，称为渐开线螺旋面。βb称为基圆柱上的螺旋角。§4－4其他齿轮传动简介2．斜齿轮传动的啮合性能齿的接触线先由短变长，再由长变短，承载能力大，可用于大功率传动轮齿上的载荷逐渐增加，逐渐卸掉，承载和卸载平稳、冲击、振动和噪声小，使用寿命长传动平稳、冲击、振动和噪音较小适用于高速重载的场合§4－4其他齿轮传动简介3．斜齿圆柱齿轮主要参数和几何尺寸端面：垂直于齿轮轴线的平面，用t作标记法面：与轮齿齿线垂直的平面，用n作标记。β：斜齿圆柱齿轮螺旋角§4－4其他齿轮传动简介判别方法：将齿轮轴线垂直放置，轮齿自左至右上升者为右旋，反之为左旋。§4－4其他齿轮传动简介4．斜齿圆柱齿轮正确啮合条件法面模数（法向齿距除以圆周率π所得的商）相等，即mn1=mn2=m法面齿形角（法平面内，端面齿廓与分度圆交点处的齿形角）相等，即αn1=αn2=α螺旋角相等、旋向相反，即β1=-β2§4－4其他齿轮传动简介二、直齿圆锥齿轮传动以大端的参数作为标准参数。应满足的条件：大端端面模数相等大端齿形角相等§4－4其他齿轮传动简介三、齿轮齿条传动斜齿条直齿条§4－4其他齿轮传动简介1．齿条齿轮的齿数增加到无穷多时，其圆心位于无穷远处，齿轮上的基圆、分度圆、齿顶圆等各圆成为基线、分度线、齿顶线等互相平行的直线，渐开线齿廓也变成直线齿廓，齿轮即演化成为齿条。§4－4其他齿轮传动简介齿条的主要特点：齿廓上各点的法线相互平行。传动时，齿条作直线运动，且速度大小和方向均一致。齿条齿廓上各点的齿形角均相等，且等于齿廓直线的倾斜角，标准值α为20º不论在分度线上、齿顶线上，还是在与分度线平行的其他直线上，齿距均相等，模数为同一标准值。§4－4其他齿轮传动简介2．齿轮齿条传动v=n1πd1=n1πmz1L=πd1=πmz1v—齿条的移动速度，mm/minn1—齿轮的转速，r/mind1——齿轮分度圆直径，mmm——齿轮的模数，mmz1——齿轮的齿数L—齿轮每回转一周齿条的移动距离§4－4其他齿轮传动简介§4－4其他齿轮传动简介-练习题一、齿面点蚀二、齿面磨损三、齿面胶合四、齿面塑变五、轮齿折断§4－5渐开线齿轮失效形式失效——齿轮传动过程中，若轮齿发生折断、齿面损坏等现象，齿轮失去了正常的工作能力。一、齿面点蚀点蚀多发生在靠近节线的齿根面上。常发生于闭式软齿面（HBS≤350）传动中。§4－5渐开线齿轮失效形式•产生机理齿面受交变的接触应力→产生初始疲劳裂纹→润滑油进入裂纹并产生挤压→表层金属剥落→麻点状凹坑二、齿面磨损齿面磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。§4－5渐开线齿轮失效形式现象：齿面磨损后，齿廓形状破坏，齿厚减薄。后果：传动不平稳，产生冲击，过载易折断。三、齿面胶合•高速和低速重载的齿轮传动，容易发生齿面胶合。§4－5渐开线齿轮失效形式现象：齿面上相对滑动方向形成伤痕产生机理：高速重载→摩擦热使油膜破裂→齿面金属直接接触并粘接→齿面相对滑动→较软齿面金属沿滑动方向被撕落。四、塑性变形现象：主动轮在节线附件形成凹沟，从动轮则形成凸棱。机理：齿面材料较软，载荷及摩擦很大，齿面金属会沿摩擦力的方向流动§4－5渐开线齿轮失效形式五、轮齿折断轮齿折断是开式传动和硬齿面闭式传动的主要失效形式之一。§4－5渐开线齿轮失效形式疲劳折断齿根受弯曲应力-初始疲劳裂纹-裂纹不断扩展-轮齿折断过载折断短时过载活严重冲击，强度不足§4－5渐开线齿轮失效形式-练习题本章小结1．齿轮传动的类型及特点。2．渐开线性质及渐开线齿轮啮合特性。3．渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称、基本参数、几何尺寸计算及正确啮合条件。4．斜齿圆柱齿轮、直齿圆锥齿轮齿形特点及正确啮合条件。5．齿轮齿条传动的特点。6．齿轮的失效形式、失效原因和预防措施。