65齿轮传动

第十一章齿轮传动第一节齿轮传动的特点、应用与分类应用举例汽车变速器应用举例机器人关节应用举例一、齿轮传动机构的特点优点：3）传动比恒定；1）适用的圆周速度和功率范围广；5）可实现任意两轴之间的传动；2）传动效率高；4）寿命较长；缺点：2）不适宜于远距离两轴之间的传动。1）要求较高的制造和安装精度，成本较高。二、齿轮传动机构的类型(一）按传动时两轮轴的相对位置分：•平面齿轮机构：（平行轴间传动）–直齿轮、斜齿轮、人字齿–外啮合、内啮合、齿轮与齿条传动•空间齿轮传动：–(相交轴间传动)：圆锥齿轮、–(交错轴间传动)：交错轴斜齿轮机构、蜗杆传动外啮合内啮合齿轮齿条（二）按齿轮传动的工作情况分：开式齿轮传动——低速、易磨损闭式齿轮传动——重要的传动、食品工业常用交错轴斜齿轮（旧称螺旋齿轮）蜗杆传动二轴交错，通常交90º•外啮合传动•内啮合传动•齿轮齿条传动•外啮合传动•二轮转向相反外齿轮•内啮合传动•二轮转向相同•齿轮齿条传动•转动移动内齿轮外齿轮齿条外齿轮直齿圆柱齿轮机构分类平面齿轮传动（两轴平形）空间齿轮传动（两轴不平形）两轴相交圆锥齿轮传动蜗杆传动交错轴斜齿轮传动圆柱齿轮传动直齿斜齿曲齿直齿斜齿外啮合内啮合齿轮齿条两轴交错人字齿轮齿轮分类汇总图片展示图片展示图片展示图片展示图片展示图片展示图片展示图片展示图片展示图片展示•齿轮轴：齿轮与轴做成一体，一般用于直径很小的齿轮。•制造工艺复杂，同时制造，同时报废。三、齿轮结构•实心式齿轮：齿顶圆直径da≤160mm•齿轮与轴分开制造•腹板式齿轮：齿顶圆直径da≤500mm•轮辐式齿轮：齿顶圆直径da500mm•对于单件或小批量生产的齿轮，可做成焊接齿轮结构，对于尺寸较大的圆柱齿轮，为了节约贵重金属，可做成组装齿圈式结构。四、基本要求机械系统对齿轮传动的基本要求归纳起来有两项：1、传动要准确平稳即要求齿轮传动在工作过程中，瞬时传动比要恒定，且振动、冲击要小。2、承载能力大即要求齿轮传动能传递较大的动力，且体积小、重量轻、寿命长。为了满足基本要求，需要对齿轮齿廓曲线、啮合原理和齿轮强度等问题进行研究。一、渐开线的形成一直线在一个圆周上做纯滚动时，直线上任意一点K的轨迹称为该圆渐开线。第二节渐开线齿廓渐开线发生线基圆F向径rK压力角aKaKqKK基圆半径rbvKrKrb展角ANAKNOrb二、渐开线的特性1、NK=AN发生线沿基圆滚过的长度等于基圆上被滚过的圆弧长度。NKAO2、渐开线上任一点的法线必与基圆相切。渐开线上某点的曲率中心是该点法线与基圆的切点。NK为渐开线在K点的法线N点为渐开线上K点的曲率中心线段NK长度为曲率半径当基圆半径趋于无穷大时，渐开线成为斜直线。它就是渐开线齿条的齿廓。3、渐开线的形状取决于基圆的大小。C1A1N1iC2A2iO2rb2N2O38C3O1rb1K1、可分性已知传动比i与基圆半径成反比。当齿轮制成后，基圆大小已定。所以即使中心距稍有变化，其传动比仍保持原值不变，这种性质称为渐开线齿轮传动的可分性。可以适当放宽渐开线齿轮的中心距公差，以便于加工和装配。三、渐开线齿廓的特点两齿廓接触点的轨迹称为啮合线，N1N2即为啮合线。2、啮合角是常数两节圆的公切线t-t与啮合线N1N2之间的夹角‘称为啮合角。它为一常数，且等于渐开线在节圆上的压力角。啮合线、公法线、两基圆的内公切线三线重合。若不计齿廓间的摩擦力，则齿廓间的作用力始终沿着接触点的公法线方向，称为法向力。所以渐开线齿廓传动具有力平稳性。若齿轮传递的力矩不变，则齿廓间法向力的大小和方向均不变。3、传力方向不变第三节渐开线标准齿轮的各部分名称及基本尺寸1、齿轮各部分名称和符号•基圆(db,rb):产生渐开线的圆•齿顶圆da(ra)：连接齿轮各齿顶的圆•齿根圆df(rf):齿槽底部连接的圆•齿厚sk:在di圆周上,一个轮齿左右两侧齿廓间的弧线长•齿槽宽ek:在di圆周上,齿间的弧线长•齿距pk:pk=sk+ek•分度圆d(r):设计齿轮的基准圆分度圆上，p=s+e•齿顶高ha：•齿根高hf：•齿全高h=ha+hf•齿宽BO齿间(齿槽)齿zskekespBpk2、基本参数•(1)齿数：z•(2)模数：md=zpd=zp/令m=p/则d=zm•压力角a：分度圆压力角的简称分度圆上的压力角20°O齿间(齿槽)齿zespBpbpnNcoscosmzddb基本参数ddrrbbarccosarccos＝不同模数齿轮尺寸比较（放大）模数是齿轮计算的基本参数，轮齿大小的标志人为规定一些特定模数值，称标准模数：1、1.25、1.5、2、2.5、3、¨¨单位mm齿数相同的齿轮，m愈大，尺寸愈大，抗弯能力愈大，轮齿抗弯能力的重要标志当模数一定时，齿数不同，齿廓渐开线的形状不同。m=4z=16m=2z=16m=1z=16齿轮不同圆周上的模数不同，只有分度圆上的模数才是标准值(3)压力角a同一齿廓不同半径处的压力角不同•分度圆：•齿顶圆：•基圆：rbOAriKBB1K1r1KvFii11•轮齿上，基圆压力角等于零•齿顶圆上压力角最大•分度圆上压力角为标准值rrb/cosabarr/cos1bbbrr/cos齿轮不同圆周上的压力角不同，只有分度圆上的压力角是标准值由上式可知，当齿轮的齿数和模数一定时，分度圆压力角不同，其基圆大小就不同，渐开线齿廓的形状也就不同。因此，分度圆压力角是决定渐开线齿廓形状的基本参数。cos21cosmzrrbrrbcos所以，分度圆也可定义为：齿轮上具有标准模数和标准压力角的圆。国家标准规定分度圆上的压力角为标准值（20°），在某些情况下也可采用14.5°、15°、22.5°、25°。根变薄，弯曲强度差。小，传力特性好，但齿大，传力特性变差。3、几何尺寸的计算分度圆直径d:齿顶圆直径da:齿根圆直径df:基圆直径db:齿距p：齿厚s与齿槽宽e:基圆齿距pb：O齿间(齿槽)齿zsieiespBpbmzdmhzhddaaa)2(2*mchzhddaff)22(2**coscosmzddbmp2/mescoscospmzmzzdpbb/cos/标准系数一对齿轮啮合时，为避免一齿轮齿顶圆与另一齿轮齿根圆相碰，并为存储润滑油，齿顶高略小于齿根高，留有径向间隙（顶隙）。齿顶高ha＝ha*m齿根高hf＝(ha*+c*)m全齿高h＝ha+hf＝(2ha*+c*)m顶隙c＝c*mr2r1co1o2'''正常齿：m≥1mm：ha*=1，c*=0.25m1mm：ha*=1，c*=0.35短齿：ha*=0.8，c*=0.3OespBhahfc*md标准齿轮：m,a,ha*，c*等于标准数值，s=e标准中心距标准齿轮：m,a,ha*，c*等于标准数值，s=e=pm/2标准齿轮标准安装：无侧隙、标准顶隙标准中心距：标准齿轮标准安装时：即r’1=r1，r’2=r2节圆与分度圆重合，此时啮合角等于压力角，’=21farcra2/)(2121zzmrr'''21rraaa'1O1N1N22O2’=c*m第四节渐开线直齿轮的啮合传动一．正确啮合条件二．重合度三．标准中心距四．标准齿轮的安装五．齿轮与齿条的传动一对齿轮正确啮合条件是：两齿轮的模数和分度圆压力角必须分别相等。一对齿轮的传动比为：121212122121zzddddddnnibb重合度的意义重合度不仅是齿轮传动的连续性条件，而且是衡量齿轮承载能力和传动平稳性的重要指标。在一般机械制造中常使e≥1.1～1.4。对于标准齿轮传动，一般都能满足这一条件。重合度愈大，表示两对齿同时啮合的时间愈长，同时参与啮合的轮齿对数愈多，传动愈平稳，每对轮齿所承受的载荷小，总体承载能力愈大。正确啮合条件和连续传动条件是保证一对齿轮能够正确啮合并连续平稳传动的缺一不可的条件。如果前者不满足，两齿轮便不能正确进入啮合；如果后者得不到保证，则两轮的正确啮合传动将会出现中断现象。注意！第五节轮齿的失效形式硬齿面的齿轮和铸铁齿轮受到过载或冲击时，易引起轮齿的突然折断轮齿受的弯曲应力是循环变化的，齿根处的弯曲应力最大，且在齿根的过渡圆角处有应力集中。当应力超过材料的弯曲疲劳极限时裂纹裂纹扩展疲劳折断1、轮齿折断全齿折断：常发生于齿宽较小的直齿轮局部折断：常发生于齿宽较大的直齿轮和斜齿轮2、齿面磨损磨粒磨损：磨料(沙粒、铁屑等)进入啮合区齿面磨损齿形破坏齿根减薄（根部严重）断齿跑合磨损：新机器开式齿轮传动的主要失效形式3、齿面点蚀机理：接触应力超过材料的疲劳极限，滑动速度低形成油膜条件差节圆附近表层产生疲劳小裂缝→扩大→连片→剥落→麻窝→点蚀首先发生在节线附近，然后向齿根，最后向齿顶发展齿面材料在变化着的接触应力作用下，由于疲劳而产生麻点状损伤。机理：高速重载，齿面间正压力大，油膜被挤走，散热不良，滑动速度大，较软齿面粘连后撕脱，在齿顶和齿根沿滑动方向形成沟纹。相啮合齿面的金属在一定压力下直接接触发生粘着，同时随着齿面间的相对运动，使金属从齿面上撕落而引起严重粘着磨损。4、齿面胶合从动齿主动齿5、齿面塑性变形从动齿主动齿从动齿主动齿从动齿主动齿机理：当齿面硬度不高，而又受到较大接触应力时，在摩擦力作用下，齿面材料会沿着摩擦力方向发生塑性流动而使渐开线齿形遭到破坏。在过大的应力作用下，轮齿材料因屈服产生塑性流动而在齿面或齿体形成的变形。第六节齿轮传动的润滑•开式齿轮传动通常采用人工定期加润滑油或润滑脂进行润滑。•一般闭式齿轮传动的润滑方式根据齿轮的圆周速度v的大小而定。当v≤12m/s时多采用油池润滑，大齿轮浸入油池一定的深度，齿轮运转时就把润滑油带到啮合区，同时也甩到箱壁上，借以散热。当v较大时，浸入深度约为一个齿高；当v较小，如(0.5~0.8m/s)时，可达到齿轮半径的1/6。在多级齿轮传动中，当几个大齿轮直径不相等时，可以采用惰轮蘸油润滑。当v＞12m/s时，不宜采用油池润滑，最好采用喷油润滑，用油泵将润滑油直接喷到啮合区。2）搅油过于激烈，使油的温升增加，并降低其润滑性能；3）会搅起箱底沉淀的杂质，加速齿轮的磨损。1）圆周速度过高，齿轮上的油大多被甩出去而达不到啮合区；这是因为：第七节渐开线齿轮的加工方法及根切现象一、齿轮轮齿的加工方法切削渐开线齿轮的方法分:仿形法和展成法1.仿形法这种方法的特点是，所采用成形刀具切削刃的形状，在其轴向剖面内与被切齿轮齿槽的形状相同。常用的有盘状铣刀和指状铣刀。（2）齿条插刀加工（3）齿轮滚刀加工二、渐开线齿廓的根切现象与最少齿数•用展成法加工齿轮时，有时会出现刀具的顶部切入齿根，将齿根部分渐开线齿廓切去的现象称之为根切。产生严重根切的齿轮削弱了轮齿的抗弯强度，导致传动的不平稳，对传动十分不利，因此，应尽力避免根切现象的产生。要避免根切就必须使刀具的顶线不超过N1点当α=20°、ha*=1时Zmin=17不根切的条件：Z≥17作业•1、齿轮传动有哪些特点？•2、渐开线齿轮的各部分名称和基本参数有哪些？•3、齿轮传动的正确啮合条件是什么？•4、渐开线齿轮的轮齿失效形式有哪些？•5、开式齿轮传动和闭式齿轮传动的润滑方式分别有哪些？第八节其他齿轮传动1、齿轮传动的啮合特点直齿圆柱齿轮啮合时：齿面的接触线均平行于齿轮轴线，轮齿沿整个齿宽同时进入啮合、同时脱离啮合，载荷沿齿宽突然加上或卸下。因此传动的平稳性较差，易产生冲击和噪声，不适于高速和重载的传动。一、斜齿圆柱齿轮斜齿圆柱齿轮啮合时：斜齿轮的齿廓是逐渐进入啮合、逐渐脱离啮合的，齿廓接触线的长度由零逐渐增加，又逐渐缩短，直至脱离接触，载荷不是突然加上或卸下的，因此斜齿轮传动工作较平稳。2、斜齿圆柱齿轮的主要参数①螺旋角：齿廓曲面与分度圆柱的交线称分度圆柱上的螺旋线，如图展开后与轴线的夹角β称为分度圆螺旋角，表示轮齿的倾斜程度。螺旋线向右上升称右旋，向左上升称左旋。β越大，重合度越大