齿轮传动的类型及应用

齿轮传动概述日常生活中哪里用到了齿轮传动呢？钟表、机床、汽车、减速器等想一想：新课引入你或许拥有一块手表，或是拥有一个闹钟，当你打开机械式的手表或闹钟的后盖时，就能看到齿轮是怎样进行啮合传动的。3-1齿轮传动概述齿轮传动——利用齿轮副来传递运动和（或）动力的一种机械传动。齿轮传动由主动轮、从动轮和机架组成。齿轮副是由两个相互啮合的齿轮组成的基本机构，两齿轮轴线相对位置不变，并绕其自身的轴线转动。齿轮副是高副一、齿轮传动的基本特点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二、齿轮传动的常用类型1、按轴的相对位置分类132直齿圆柱齿轮传动：轮齿分布在圆柱体外表面且与其轴线平行,两轮的转动方向相反。斜齿圆柱齿轮传动：轮齿与其轴线倾斜一个角度，沿螺旋线方向排列在圆柱体上。两轮转向相反，传动平稳,适合于高速重载传动,但有轴向力。人字齿齿轮传动：它相当于两个全等、但螺旋方向相反的斜齿轮拼接而成，其轴向力被相互抵消。适合高速和重载传动，但制造成本较高。内啮合齿轮传动：两轮的轮齿分别排列在圆柱体的内、外表面上，两轮的转动方向相同。齿轮齿条传动：齿数趋于无穷多的外齿轮演变成齿条，它与外齿轮啮合时，齿轮转动，齿条直线移动。圆锥齿轮传动：轮齿沿圆锥母线排列于截锥表面，是相交轴齿轮传动的基本形式。制造较为简单。曲齿锥齿轮传动：轮齿是曲线形，有圆弧齿、螺旋齿等，传动平稳，适用于高速、重载传动，但制造成本高。现在汽车后桥都采用这种齿轮。交错轴斜齿轮传动：两螺旋角数值不等的斜齿轮啮合时，可组成两轴线任意交错传动，两轮齿为点接触，且滑动速度较大，主要用于传递运动或轻载传动。蜗轮蜗杆传动：两轴垂直交错，广泛应用于机床、汽车、起重设备等传统机械中。齿轮传动常用类型2、按工作条件分开式—适于低速及不重要的场合半开式—农业机械，建筑机械及简单机械设备，只有简单防护罩闭式—润滑、密封良好，汽车、机床及航空发动机等齿轮传动中3、按齿形分渐开线——常用摆线——计时仪器圆弧——承载能力较强4.按使用情况分：软齿面齿轮（齿面硬度≤350HBS）硬齿面齿轮（齿面硬度＞350HBS）动力齿轮─以动力传输为主，常为高速重载或低速重载传动。传动齿轮─以运动准确为主，一般为轻载高精度传动。5.按齿面硬度分：三、齿轮传动的基本要求四、渐开线的概念1．对齿轮齿廓曲线的基本要求一对啮合齿轮的传动，是靠主动轮齿廓上各点依次推动从动轮齿廓上各点来实现的。为了保证齿轮传动的平稳可靠性，必须要求每对啮合齿廓在任何一点啮合时，都能保持两齿轮的传动比不变，即能保证恒定的瞬时传动比。齿轮传动的基本要求之一是其瞬时角速度之比必须保持不变。否则从动轮会产生惯性力，影响齿轮寿命、引起机器的振动和噪声。传动比：Ci2112121221OCOCi图示为一对相互啮合的齿轮，齿廓在K点接触，若两轮的角速度分别为w1和w2,则两齿廓在K点的线速度分别是Vk1、Vk2。过K点作两齿廓的公法线nn，为保证两齿廓连续传动，即不发生分离及互相嵌入，则必须使两齿廓在公法线方向上无相对运动，即Vk1和Vk2在nn方向上的分速度应相等。推导获得：齿廓啮合基本定律121221OCOCi上式表明：互相啮合传动的一对齿轮，在任一瞬时的传动比等于该瞬时两轮连心线被其啮合齿廓接触的公法线所分割的两线段成反比。这一定律为齿廓啮合的基本定律。齿廓啮合基本定律表明：齿廓曲线的形状决定接触点处齿廓公法线的方向，进而决定公法线与连心线交点的位置，从而影响传动比的大小。欲使两齿轮瞬时角速度比恒定不变，必须使C点为连心线上的固定点。由此可知，满足定传动比的齿廓形状必须符合：不论两齿廓在哪一点接触，过接触点的两齿廓公法线必须与两轮连心线交于一点。该定点C称为节点。过节点C所作的两个相切的圆称为节圆。一对齿轮的啮合传动可以看作一对节圆作纯滚动。一对外啮合齿轮的中心距等于其节圆半径之和。凡能满足上述要求的一对齿廓称为共轭齿廓。轭两头牛背上的架子——轭，轭使两头牛同步行走。共轭即为按一定规律相配的一对。作为共轭齿廓曲线，从理论上讲有无穷多，但在生产实践中除了要考率传动比要求外，还要考虑设计、制造、安装和使用等要求。对于定传动比要求的齿轮，目前最常用的齿廓曲线是渐开线。2．渐开线的形成当一直线沿一个圆的圆周作纯滚动时，此直线上任一点的轨迹称为该圆的渐开线。这个圆称为基圆，该直线称为发生线。渐开线齿轮轮齿的齿廓就是由同一基圆上产生的两条反向且对称的渐开线组成。渐开线齿廓上某点的法线与齿廓上该点速度方向所夹的锐角αK，称为该点的压力角。OBcosOKbKKrr基圆半径BKAB3、渐开线的特性1、发生线在基圆上滚过的长度，等于基圆上被滚过的弧长，即2、渐开线上任意一点的法线必与基圆相切。3、B点为渐开线在K点的曲率中心，BK是K点的曲率半径，因此K点离基圆越远，曲率半径越大，渐开线越平缓。4、渐开线的形状取决于基圆的大小。大小相等的基圆其渐开线形状相同；大小不等的基圆其渐开线形状不同。基圆越大，渐开线越平直，基圆半径为无穷大时，渐开线为直线。齿条的齿廓就是这种直线齿廓。KA11NN22OO12A12A∞3∞N3∞O3b2rrb15、基圆内无渐开线。6、渐开线上各点的压力角不相等，离基圆越远，压力角越大。1、下图中属于平行轴齿轮传动的是？ADCB2、下图中属于相交轴齿轮传动的是？ADCB课堂练习3、下图中属于交错轴齿轮传动的是？ADCB4、下图中属于蜗轮蜗杆传动的是？ADCB课堂练习61234578910抢答：612345789101、图中属于平行轴齿轮传动的是：612345789102、图中属于圆锥齿轮传动的是：612345789103、图中属于交错轴齿轮传动的是：612345789104、图中属于直齿齿轮传动的是：检测题1、齿轮传动是指主从动轮直接接触的传动，用以传递两轴间的和。2、齿轮传动根据两轴的相对位置和轮齿方向，可分为、和交错的传动。3、齿轮传动根据工作条件不同可分为、和。4、齿轮根据啮合方式可分和。判断下列图形属于哪种齿轮传动形式？外啮合直齿圆柱齿轮传动内啮合直齿圆柱齿轮传动直齿齿轮齿条传动内啮合斜齿圆柱齿轮传动斜齿齿轮齿条传动人字齿轮传动直齿圆锥齿轮传动斜齿圆锥齿轮传动曲线齿圆锥齿轮传动交错轴斜齿轮传动蜗杆传动课堂小结外啮合直齿圆柱齿轮传动内啮合齿轮齿条啮合平行轴齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动人字齿圆柱齿轮传动直齿圆锥齿轮传动相交轴齿轮传动斜齿圆锥齿轮传动曲齿圆锥齿轮传动交错轴齿轮传动交错轴斜齿圆柱齿轮传动蜗轮蜗杆传动一、齿轮传动的特点。二、齿轮传动的分类1、按两齿轮轴线的相对位置及轮齿的形状2、啮合方式课堂小结三、齿轮传动的基本要求1、传动平稳2、承载能力高四、渐开线的概念1、齿廓曲线的基本要求：满足恒定不变的瞬时传动比，故齿廓为渐开线齿廓曲线。2、渐开线的形成3、渐开线的特性3-2标准直齿圆柱齿轮传动直齿圆柱齿轮传动是齿轮传动的最基本形式，它在机械传动装置中应用极为广泛。一、直齿圆柱齿轮各部分名称和定义二、直齿圆柱齿轮的主要参数三、标准直齿圆柱齿轮各部分几何尺寸计算四、标准直齿圆柱齿轮的啮合条件和传动比五、计算举例一、直齿圆柱齿轮各部分名称和定义(1).齿顶圆:过所有轮齿顶端的圆，其半径用ra表示。(2).齿根圆:过所有齿槽底部的圆，其半径用rf表示。(3).基圆:形成渐开线齿廓的圆，其半径用rb表示。(4).分度圆:位于轮齿的中部，是设计、制造的基准圆，其半径用r表示(5).齿顶高:齿顶圆与分度圆之间的径向距离，其长度用ha表示。(5).齿根高:齿根圆与分度圆之间的径向距离，其长度用hf表示。(7).全齿高:齿顶圆与齿根圆之间的径向距离，其长度用h表示，且h=ha+hf。(8).齿厚:每个轮齿在某一个圆上的圆周弧长。不同圆周上的齿厚不同，在半径]为rk的圆上，齿厚用sk表示；在半径为r的分度圆上，齿厚用s表示(9).齿槽宽:相邻两个齿间在某一个圆上的齿槽的圆周弧长。不同圆周上的齿槽宽不同，在半径为rk的圆上，齿槽宽用ek表示；在半径为r的分度圆上，齿槽宽用e表示。(10).齿距(（或称周节）:相邻两个轮齿同侧齿廓之间在某一个圆上对应点的的圆周弧长。不同圆周上的齿距不同，在半径为rk的圆上，齿距用pk表示，显然有pk=sk+ek；在半径为r的分度圆上，齿距用p表示，同样p=s+e。若为标准齿轮，则有s=e=p/2。动画演示齿轮基本尺寸的名称和符号iiiesp同一圆上齿根圆（df和rf）齿顶圆（da和ra）分度圆（d和r）基圆（db和rb）四圆三弧齿厚si齿槽宽ei齿距pi三高齿顶高ha齿根高hf齿全高hfahhhrf齿根圆rb基圆ra齿顶圆齿距pi齿厚si齿槽宽eiri齿顶高ha齿根高hf分度圆ro二、直齿圆柱齿轮的主要参数定义模数或1）齿数在齿轮的整圆周上轮齿总数，用z表示，显然z应为整数。齿轮的齿数是根据设计需要确定的，如：传动比、中心距要求、接触强度等。一般直齿圆柱齿轮的最少齿数zmin≥17。模数反映了轮齿的大小。当齿数一定时，模数越大,轮齿也越大。承载能力就越大。当模数一定时，齿数越多，齿轮的几何尺寸越大。2）模数m由于任何一个齿轮的齿数Z和模数m是一定的，由此可知：任何齿轮都有而且只有一个分度圆。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)141822283645注：1.本表适用于渐开线直齿轮和斜齿轮：对斜齿圆柱齿轮是指法向模数mn2.优先选用第一系列，括号内的模数尽可能不用。3)齿形角αα是决定渐开线齿廓形状的一个基本参数,齿数、模数一定时，分度圆一定；齿廓上不同点的齿形角是不相等的。越远离基圆，齿形角越大；越靠近基圆，齿形角越小。国家标准规定齿轮分度圆α=20°为标准值某些场合：α=14.5°、15°、22.5°、25°。齿数、模数、齿形角为渐开线齿轮的三个最基本参数。在端平面上，过端面齿廓与分度圆交点处的径向直线与齿廓在该点处的切线所夹的锐角称为齿形角。在分度圆半径不变的条件下，齿形角大于20°时，rb减小，齿顶变尖，齿根变厚，承载能力增强，但传动较费力；齿形角小于20°时，rb增大，齿顶变宽，齿根变细，承载能力降低。4)、齿顶高系数和顶隙(径向间隙)系数*ah*c*c*ah作用：1）储油润滑2）避免一齿轮的齿顶与另一个齿轮的齿槽相接触。标准值：=1，=0.25*ah*c齿顶高齿根高顶隙；一齿轮的齿顶与另一个齿轮的槽底间的径向间隙。用c表示C=c*m只要z、m、α、ha、hf这五个参数一经确定，齿轮的几何尺寸，包括轮齿的渐开线形状也即全部确定，因而以上五个参数称为渐开线标准齿轮的基本参数。标准齿轮的齿轮特征：（1）具有标准模数和标准压力角。不具备上述特征的齿轮称为非标准齿轮。（2）分度圆上的齿厚和齿槽宽相等，即s=e=πm/2。（3）具有标准的齿顶高和齿根高，即ha=ha*m，hf=（ha*+c*）m。标准直齿圆柱齿轮各部分尺寸计算公式例1：相互啮合的一对标准直齿圆柱齿轮，齿数分别为z1=20、z2=32，模数m=10mm，试计算两齿轮的分度圆直径d、顶圆直径da、根圆直径df和中心距a。解：按公式计算如下：d1=mz1=1020=200mmd2=mz2=1032＝320mmda1=m(z1+2)=10(20+2)=220mmda2=m(z2+2)=10(32+2)=340mmdf1=m(z1-2.5)=10(20-2.5)=175mmdf2=m(z2-2.5)=10(32-2.5)=295mma=(z1+z2)=(20+32)=260mm例2：已知一标准直齿圆柱齿轮，齿数z=30，齿根圆直径df=19