齒輪機(jī)構(gòu)詳解課件

1、本章要求掌握漸開線的形成及性質(zhì)。要求理解漸開線齒廓的特點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪幾何尺寸計(jì)算8-1 齒輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和類型 一、齒輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)二、齒輪機(jī)構(gòu)的類型三、基本要求一、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)齒輪機(jī)構(gòu)是應(yīng)用最廣的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之一優(yōu)點(diǎn)：3）傳動(dòng)比穩(wěn)定；1）適用的圓周速度和功率范圍廣；6）可實(shí)現(xiàn)平行軸、任意角相交軸和任意角交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng)。2）傳動(dòng)效率高；4）壽命較長(zhǎng)；缺點(diǎn)：2）不適宜于遠(yuǎn)距離兩軸之間的傳動(dòng)。1）要求較高的制造和安裝精度，成本較高。5）工作可靠性較高；二、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的類型齒輪機(jī)構(gòu)兩軸平行的齒輪機(jī)構(gòu)兩軸不平行的齒輪機(jī)構(gòu)圓柱齒輪機(jī)構(gòu)直齒斜齒人字齒兩軸相交的齒輪機(jī)構(gòu)兩軸交錯(cuò)的齒輪機(jī)構(gòu)直齒曲齒交錯(cuò)

2、軸斜齒輪蝸輪蝸桿平面齒輪機(jī)構(gòu)空間齒輪機(jī)構(gòu)圓錐齒輪機(jī)構(gòu)斜齒外嚙合內(nèi)嚙合齒輪齒條 交錯(cuò)軸斜齒輪（舊稱螺旋齒輪）三、基本要求機(jī)械系統(tǒng)對(duì)齒輪傳動(dòng)的基本要求歸納起來(lái)有兩項(xiàng)：1、傳動(dòng)要準(zhǔn)確平穩(wěn) 即要求齒輪傳動(dòng)在工作過程中，瞬時(shí)傳動(dòng)比要恒定，且振動(dòng)、沖擊要小。2、承載能力大 即要求齒輪傳動(dòng)能傳遞較大的動(dòng)力，且體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)。 為了滿足基本要求，需要對(duì)齒輪齒廓曲線、嚙合原理和齒輪強(qiáng)度等問題進(jìn)行研究。 83 漸開線齒廓 漸開線的形成和特性一、漸開線的形成和特性BK直線稱為發(fā)生線。1、漸開線的形成: 一直線在一個(gè)圓周上做純滾動(dòng)時(shí)，直線上任意一點(diǎn)的軌跡稱為漸開線。AK漸開線B發(fā)生線O基圓rb這個(gè)圓稱為基圓。

3、AK曲線稱為漸開線。AKBOrb2、漸開線特性:（1）BK = A B 發(fā)生線沿基圓滾過的長(zhǎng)度等于基圓上被滾過的圓弧長(zhǎng)度。（2）BK為漸開線在K點(diǎn)的法線，且為K點(diǎn)的曲率半徑。漸開線上任一點(diǎn)的法線必于與基圓相切。AKBOrK 漸開線上點(diǎn)的壓力角 在不考慮摩擦力、重力和慣性力的條件下，一對(duì)齒廓相互嚙合時(shí)，齒輪上接觸點(diǎn)所受到的正壓力方向與受力點(diǎn)速度方向之間所夾的銳角，稱為齒輪齒廓在該點(diǎn)的壓力角。 ()漸開線齒廓各點(diǎn)具有不同的壓力角，離基圓中心愈遠(yuǎn)，壓力角愈大?；鶊A上的壓力角為零。rbVkPkrK稱為向徑 當(dāng)基圓半徑趨于無(wú)窮大時(shí)，漸開線成為斜直線。它就是漸開線齒條的齒廓。KO11rb221rb1o1N

4、3在KN1KO22(4)漸開線的形狀取決于基圓的大小，基圓越大，漸開線越平直。N2o23K03在(5) 基圓以內(nèi)無(wú)漸開線。 以上五點(diǎn)是研究漸開線齒輪嚙合原理的出發(fā)點(diǎn)。84 齒輪各部分名稱及 漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪的基本尺寸 一、齒輪各部分名稱二、齒輪的基本參數(shù)四、標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒 輪幾何尺寸計(jì)算三、齒條的基本參數(shù)齒頂圓da齒根圓df齒槽寬ek齒厚SK齒距PK=eK+SK在任意圓上rk齒槽rk分度圓d齒頂高h(yuǎn)a齒根高h(yuǎn)f全齒高h(yuǎn)基圓db一、齒輪各部分名稱和符號(hào)2、模數(shù)m 齒輪的各部分名稱的定義，既適用于外齒輪，又適用于內(nèi)齒輪。1、齒數(shù)z 設(shè)齒輪的齒數(shù)為z，則齒輪上分度圓周長(zhǎng)為： 人為規(guī)定mP/， m稱為模

5、數(shù)，并取其為一有理數(shù)列。單位mm。二、齒輪的基本參數(shù) 為了便于設(shè)計(jì)、制造和限制刀具的數(shù)目，我們把齒輪分度圓上的模數(shù)定義為標(biāo)準(zhǔn)值，標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列見P57表41。 當(dāng)齒數(shù)一定時(shí)，模數(shù)越大，齒輪與輪齒的尺寸越大，輪齒的抗彎能力也越高。 當(dāng)模數(shù)一定時(shí)，齒數(shù)不同，齒廓漸開線的形狀不同。3、壓力角 由漸開線性質(zhì)可知，在不同直徑的圓周上，齒廓各點(diǎn)的壓力角是不同的。齒廓上K點(diǎn)處的壓力角： 我們通常所說的壓力角是指齒輪分度圓上的壓力角，簡(jiǎn)稱壓力角，其值為： 由上式可知，當(dāng)齒輪的齒數(shù)和模數(shù)一定時(shí)，分度圓壓力角不同，其基圓大小就不同，漸開線齒廓的形狀也就不同。因此，分度圓壓力角是決定漸開線齒廓形狀的基本參數(shù)。所以，分

6、度圓也可定義為：齒輪上具有標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)壓力角的圓。 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定分度圓上的壓力角為標(biāo)準(zhǔn)值， 20 ，在某些情況下也可采用15 。4、齒頂高系數(shù)ha*和頂隙系數(shù)c* 一對(duì)齒輪嚙合時(shí)，為避免一齒輪齒頂圓與另一齒輪齒根圓相碰，并為存儲(chǔ)潤(rùn)滑油，齒頂高略小于齒根高，留有徑向間隙(頂隙) 。齒頂高 ha ha*m齒根高 hf (ha* +c *) m全齒高 h ha + hf (2ha* +c *) m頂隙 c c * mr2r1cao1o2 我國(guó)對(duì)齒頂高系數(shù)ha*和頂隙系數(shù)c*也規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)值。見P57表42 分度圓上齒厚與齒槽寬相等，且齒頂高和齒根高為標(biāo)準(zhǔn)值的齒輪稱為標(biāo)準(zhǔn)齒輪。標(biāo)準(zhǔn)齒輪正常齒制: ha

7、* = 1 c * = 0.25 短齒制: ha* = 0.8 c * = 0.3 根據(jù)齒輪所承受的載荷大小等條件，選定了模數(shù)，并選定了齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)、壓力角，并確定了齒輪的齒數(shù)后，標(biāo)準(zhǔn)齒輪各部分的尺寸就能夠利用公式進(jìn)行計(jì)算。ha ha*mhf (ha* +c *) mS = e = P/2 = m/2四、標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪幾何尺寸計(jì)算h ha + hf (2ha* +c *) m8-5 漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪的嚙合 一、正確嚙合條件二、標(biāo)準(zhǔn)中心距三、重合度2.一對(duì)相嚙合的標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，已知齒數(shù)Z1=24,Z2=40,模數(shù)m=5mm。試計(jì)算其分度圓直徑，齒頂圓直徑，齒根圓直徑，基圓直徑，齒距，

8、齒厚，齒頂高，齒根高和中心距。練習(xí)1.一對(duì)相嚙合的標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，模數(shù)m=4mm，齒數(shù)Z1=25，Z2=50，求d，da，df，i，a。3.已知一標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的齒數(shù)Z=36，齒頂圓直徑da=304mm，試計(jì)算其分度圓直徑，齒根圓直徑，齒距以及齒高。4.已知一標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪副，其傳動(dòng)比i=3，主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)速750r/min，中心距a=240mm，模數(shù)m=5mm，試求從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速以及兩齒輪齒數(shù)和。一、正確嚙合條件 一對(duì)漸開線齒廓能滿足嚙合基本定律就能保證定傳動(dòng)比傳動(dòng)，但這并不意味著任意的兩個(gè)漸開線齒輪都能正確地嚙合傳動(dòng)。 根據(jù)漸開線性質(zhì)，兩輪齒法向齒距應(yīng)分別等于兩輪齒基圓齒距。 如左圖所示為一

9、對(duì)漸開線齒輪嚙合的情況。設(shè)前一對(duì)齒輪在K點(diǎn)接觸，后一對(duì)齒輪在K點(diǎn)接觸。 為使前后兩輪齒能同時(shí)在嚙合線上接觸，必須使法向齒距K1K1 K2K2，否則若K1K1 K2K2 ，傳動(dòng)中斷。若K1K1 K2K2 ，兩輪可能卡住。 由于模數(shù)、壓力角均已標(biāo)準(zhǔn)化，所以要滿足上式，應(yīng)使：一對(duì)齒輪正確嚙合條件是：兩齒輪的模數(shù)和分度圓壓力角必須分別相等。一對(duì)齒輪的傳動(dòng)比為：8-6 漸開線齒輪的切齒原理 一、仿形法二、范成法 齒輪的加工方法很多，有鑄造、熱軋、沖壓、模鍛、粉末冶金和切削法等。 切削法加工也有多種方法，但從加工原理看，可概括為成形法和范成法兩種。一、仿形法 利用具有漸開線齒槽形狀的成形銑刀直接切制出齒輪

10、齒廓的方法。常用的刀具有：圓盤銑刀和指狀銑刀指狀銑刀 仿形法切齒設(shè)備簡(jiǎn)單，不需專用機(jī)床，但生產(chǎn)效率低，制造精度低。圓盤銑刀二、范成法 范成法是利用一對(duì)齒輪（或齒輪與齒條）互相嚙合時(shí)，其共軛齒廓互為包絡(luò)線的原理來(lái)切齒的。常用刀具有：齒輪插刀、齒條插刀、齒輪滾刀范成實(shí)驗(yàn)齒 輪 插 刀 為加工出要求的漸開線齒廓，要求齒輪插刀的節(jié)圓與被加工齒輪的節(jié)圓相切并作純滾動(dòng)。齒 條 插 刀 齒條刀具在切制標(biāo)準(zhǔn)齒輪時(shí)，刀具的中線與輪坯的分度圓相切并作純滾動(dòng)。齒條插刀齒廓齒 輪 滾 刀能連續(xù)切削，生產(chǎn)效率高。 直齒圓柱齒輪嚙合時(shí)，齒面的接觸線與齒輪的軸線平行，輪齒沿整個(gè)齒寬是同時(shí)進(jìn)入或同時(shí)退出嚙合的，因此，輪齒上的

11、載荷是突然加上或突然卸掉的，容易引起沖擊和振動(dòng)，不適宜高速傳動(dòng)。 斜齒輪嚙合時(shí)，齒面接觸線是斜直線，接觸線先由短變長(zhǎng)，再由長(zhǎng)變短，直至脫離嚙合。減少了傳動(dòng)時(shí)的沖擊和噪音，提高了傳動(dòng)平穩(wěn)性，故斜齒輪適用于重載高速傳動(dòng)。3、直、斜齒輪嚙合特點(diǎn)：五、斜齒輪傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)（1）在傳動(dòng)中，其輪齒逐漸進(jìn)入和逐漸脫開嚙合， 傳動(dòng)平穩(wěn)，沖擊和噪聲?。唬?）重合度大，故承載能力高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，適用于 高速傳動(dòng)； 斜齒輪在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生軸向分力Fa，從而使軸向定位和結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。用人字齒輪可克服軸向推力。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)8-9 圓 錐 齒 輪 機(jī) 構(gòu)一、圓錐齒輪概述二、背錐和當(dāng)量齒數(shù)三、直齒圓錐齒輪幾何尺寸計(jì)算一、圓錐齒輪概述

12、圓錐齒輪機(jī)構(gòu)是用來(lái)傳遞空間兩相交軸之間運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種齒輪機(jī)構(gòu)。兩軸線交角可根據(jù)傳動(dòng)需要來(lái)確定，一般多采=90o。 與圓柱齒輪不同，其輪齒沿圓錐面分布，齒形從大端到小端逐漸變小。為計(jì)算和測(cè)量方便，通常取大端參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值。 圓錐齒輪的輪齒有直齒、斜齒和曲線齒（圓弧齒、擺線齒）等多種形式。 一般機(jī)械傳動(dòng)中，普遍采用的直齒圓錐齒輪傳動(dòng)。但汽車、拖拉機(jī)等高速重載機(jī)械中，多用曲線齒圓錐齒輪。1）輪齒折斷（打牙） 輪齒就好象一個(gè)懸臂梁，在受外載作用時(shí)，在其輪齒根部產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力最大。同時(shí)，在齒根部位過渡尺寸發(fā)生急劇變化，以及加工時(shí)沿齒寬方向留下加工刀痕而造成應(yīng)力集中的作用，當(dāng)輪齒重復(fù)受載，在脈動(dòng)循環(huán)或?qū)ΨQ

13、循環(huán)應(yīng)力作用下，在根部會(huì)造成疲勞斷裂。齒輪失效不良或由于軸的剛度不足而產(chǎn)生過大的彎曲變形，也會(huì)出現(xiàn)輪齒局部過載，造成局部折斷。 輪齒受到突然過載，齒根應(yīng)力如果超過材料強(qiáng)度極限，也會(huì)發(fā)生脆斷現(xiàn)象。在斜齒輪傳動(dòng)中，輪齒的接觸線為一斜線，輪齒受載后會(huì)發(fā)生局部折斷；直齒圓柱齒輪，若制造及安裝圖 6-25 輪齒折斷都是其彎曲應(yīng)力超過了材料相應(yīng)的極限應(yīng)力，是最危險(xiǎn)的一種失效形式。一旦發(fā)生斷齒，傳動(dòng)立即失效。2）輪齒工作表面的破壞 輪齒的破壞，除斷齒外，還有輪齒表面的破壞而造成傳動(dòng)的失效。輪齒表面的破壞主要有四類：點(diǎn)蝕、膠合、塑性變形和磨損。 （1）齒面點(diǎn)蝕在潤(rùn)滑良好的閉式齒輪傳動(dòng)中，由于齒面材料在交變接觸應(yīng)力作用下，因?yàn)榻佑|疲勞產(chǎn)生貝殼形狀凹坑的破壞形式稱為點(diǎn)蝕，也是常見的一種齒面破壞形式。 齒面上最初出現(xiàn)的點(diǎn)蝕隨材料不同而不同，最初為細(xì)小的尖狀麻點(diǎn)。 當(dāng)齒面硬度較低、材料塑性良好，齒面經(jīng)跑合后，接觸應(yīng)力趨于均勻，麻點(diǎn)不再繼續(xù)擴(kuò)展，這是一種收斂性點(diǎn)蝕，不會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)失效。但當(dāng)齒面硬度較高、材料塑性較差時(shí)，點(diǎn)蝕就會(huì)不斷擴(kuò)大，這是一種破壞性點(diǎn)蝕，是一種危險(xiǎn)的失效形式。圖 6-26（2）齒面膠合對(duì)于某些高速重載的齒輪傳動(dòng)（如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主傳動(dòng)齒輪），齒面間的壓力大，瞬時(shí)溫度高，油變稀而降低了潤(rùn)滑效果，導(dǎo)致摩擦增大，發(fā)熱增