齒輪機構的課件

1、一、特點 齒輪傳動用來傳遞任意兩軸間的運動和動力，其圓周速度可達到300m/s，傳遞功率可達105KW，齒輪直徑可從不到1mm到150m以上，是現(xiàn)代機械中應用最廣的一種機械傳動。 優(yōu)點： （1）傳遞動力大、效率高； （2）壽命長，工作平穩(wěn)，可靠性高； （3）能保證恒定的傳動比，能傳遞任意夾角兩軸間的運動。 缺點： （1）制造、安裝精度要求較高，因而成本也較高； （2）不宜作遠距離傳動； （3）無過載保護； （4）需專門加工設備。4-1 齒輪機構的特點和類型第四章 齒輪機構齒輪傳動1.按兩軸位置直齒圓柱齒輪傳動（輪齒與軸平行）斜齒圓柱齒輪傳動（輪齒與軸不平行）外嚙合 內嚙合 齒輪齒條外嚙合 內嚙

2、合 齒輪齒條人字齒輪傳動（輪齒成人字形） 空間齒輪運動(兩軸不平行) 傳遞相交軸運動（錐齒輪傳動）傳遞交錯軸運動 直齒 斜齒 曲線齒 交錯軸斜齒輪傳動 蝸輪蝸桿傳動 準雙曲面齒輪傳動平面齒輪傳動(兩軸平行)二、分類外嚙合直齒圓柱齒輪傳動內嚙合直齒圓柱齒輪傳動齒輪齒條傳動（直齒條）外嚙合斜齒圓柱齒輪傳動人字齒輪傳動齒輪齒條傳動（斜齒條）直齒圓錐齒輪傳動曲齒圓錐齒輪傳動螺旋齒輪傳動（交錯軸斜齒輪傳動）蝸桿傳動準雙曲面齒輪傳動 3、按齒形 漸開線常用 擺線計時儀器 圓弧承載能力較強 2、按工作條件 開式適于低速及不重要的場合半開式農業(yè)機械，建筑機械及簡單機械設備，只有簡單防護罩閉式潤滑、密封良好，汽

3、車、機床及航空發(fā)動機等齒輪傳動中 4.按使用情況分動力齒輪以動力傳輸為主，常為高速重載或低速重載傳動。傳動齒輪以運動準確為主，一般為輕載高精度傳動。5.按齒面硬度分：軟齒面齒輪（齒面硬度350HBS）硬齒面齒輪（齒面硬度350HBS）三、對齒輪傳動的基本要求 1.傳動準確平穩(wěn) 齒輪傳動的最基本要求之一是瞬時傳動比恒定不變。以避免產生動載荷、沖擊、震動和噪聲。這與齒輪的齒廓形狀、制造和安裝精度有關。 2.承載能力強 齒輪傳動在具體的工作條件下，必須有足夠的工作能力，以保證齒輪在整個工作過程中不致產生各種失效。這與齒輪的尺寸、材料、熱處理工藝因素有關。4-2 齒輪的齒廓曲線一、齒廓嚙合基本定律傳動

4、比：據(jù)三心定理：C點為兩輪的相對速度瞬心。i12稱為傳動比。討論： 1) 若i=const，則點C必為定點（因為O1O2不變，點C變，則傳動比i變），此時點C（為相對速度瞬心）在二齒輪上的軌跡（稱為相對瞬心線相對瞬心走過的軌跡）為圓，稱為節(jié)圓（pitch circle），點C稱為節(jié)點（pitch point）。 2) 若i/=const，則點C不可能為定點（因為O1O2不變，傳動比i變，則點C變），相對瞬心線不為圓，為某種曲線，稱為節(jié)線（節(jié)曲線，pitch curve），仍然相對滾動，為非圓齒輪，如橢圓齒輪機構等。 二節(jié)圓純滾動單個齒輪不存在節(jié)圓橢圓齒輪流量計 節(jié)圓半徑: 齒廓嚙合基本定律:（

5、輪齒齒廓正確嚙合的條件 ） 要使一對齒輪的傳動比為常數(shù)，那么其齒廓的形狀必須是：不論兩齒廓在哪一點嚙合，過嚙合點所作的齒廓公法線都與連心線交與一定點C齒廓嚙合基本定律 節(jié)點： C 節(jié)圓：節(jié)點C在兩個齒輪運動平面上的軌跡是兩個圓。 （輪1的節(jié)圓是以O1為圓心，O1C為節(jié)圓的半徑。）二、齒廓曲線的選擇1. 共軛齒廓，共軛曲線 凡滿足齒廓嚙合基本定律的一對齒輪的齒廓稱共軛齒廓，共軛齒廓的齒廓曲線稱為共軛曲線2. 齒廓曲線的選擇 a.滿足定傳動比的要求；b.考慮設計、制造等方面。 漸開線300多年，便于制造、安裝、測量、互換。 擺線鐘表、儀表中應用；嚙合齒面一凹一凸，接觸應力小，重合度較大；無根切現(xiàn)象

6、；機構緊湊；安裝精度要求高；精度要求較高，但制造卻不易精確。 圓弧強度較漸開線齒廓高1.52倍；安裝精度要求高,無可分性；軸向尺寸較大。 拋物線良好的抗磨損性能；根切的最少齒數(shù)可為3；強度高；加工復雜；安裝精度要求高。一、漸開線(involute)的形成及特性1、漸開線齒廓形成AK漸開線； 基圓：rb ；n-n：發(fā)生線 ； 4-3 漸開線齒廓2、漸開線的性質（here）（1）發(fā)生線沿基圓滾過的線段長度等于基圓上被滾過的相應弧長。（2） B點為速度瞬心點。BK為漸開線上K點的法線，線段BK為該點的曲率半徑，B點為曲率中心。漸開線上任意一點的法線必與基圓相切，或者說，基圓的切線必為漸開線上某一點的

7、法線（4）漸開線的形狀只取決于基圓大小。（5）基圓內無漸開線。（3）漸開線齒廓上某點的法線與該點的速度方向所夾的銳角稱為該點的壓力角。漸開線方程二.漸開線齒廓滿足齒廓嚙合基本定律 常數(shù) 1.中心距可分性 三.漸開線齒廓嚙合的特點 2.齒廓嚙合線，壓力作用線方向不變。 嚙合線：N1N2 嚙合點的軌跡 嚙合線、公法線、兩基圓內公切線，發(fā)生線 ，力的作用線五線重合。 嚙合角：過節(jié)點C作兩節(jié)圓的公切線tt，它與嚙合線N1N2的夾角（兩基圓內公切線即嚙合線為固定直線 ，所以=const ） 因為五線合一，所以兩嚙合齒廓間壓力作用線方向不變一、漸開線直齒圓柱齒輪的各部分名稱及主要參數(shù)1、齒輪各部分名稱和尺

8、寸齒數(shù)Z(1)、基圓 db(rb)(2)、齒頂圓da(ra)(3)、齒根圓df(rf)(4)、分度圓 d(r) 測量基準(5)、在任意圓上dk 齒槽寬ek 齒厚SK 齒距PK= ek+SK4-4 漸開線直齒圓柱齒輪的基本尺寸基節(jié) Pb基節(jié)基圓上的齒距周節(jié) P周節(jié)分度圓上的齒距P=s+e=2s=2e (6)、 齒頂高ha：d與da之間 ha=(da-d)/2全齒高h：h=ha+hf 齒根高hf：d與df之間hf=(d-df)/22、標準齒輪的基本參數(shù)定義模數(shù) 或 d=mz 單位：mm ；m標準化。 分度圓就是齒輪上具有標準模數(shù)和標 準壓力角的圓。(1)、模數(shù)m齒輪的主要幾何尺寸與模數(shù)成正比m越大

9、，輪齒越大，輪齒抗彎能力越強，m是輪齒抗彎能力的重要標志模數(shù)表示輪齒的大小選用模數(shù)時，應優(yōu)先選用第一系列，括號內的模數(shù)盡可能不用0.3(2)、分度圓壓力角（是決定漸開線齒廓形狀的一個基本參數(shù)） 國家標準規(guī)定齒輪分度圓 =20為標準值某些場合：=14.5、15、22.5、25。 分度圓和節(jié)圓區(qū)別與聯(lián)系(3)、齒數(shù)z表明：齒輪的大小和漸開線齒輪形狀都與齒數(shù)有關 (4)、齒頂高系數(shù) 和頂隙系數(shù)標準值： =1， =0.25非標準短齒： =0.8， =0.3 m、z決定了分度圓的大小，而齒輪的大小主要取決于分度圓，因此m、z是決定齒輪大小的主要參數(shù)； 輪齒的尺寸與m， ha* ， c* 有關與z無關；

10、至于齒形，與m，z，有關。二、一、正確嚙合條件 (m，不是連續(xù)值) 4-5 漸開線齒輪的嚙合傳動1、一對輪齒嚙合過程二、漸開線齒輪連續(xù)傳動的條件 起始嚙合點： 從動輪的齒頂點與主動輪的齒根處某點接觸，在嚙合線上為從動輪的齒頂圓與嚙合線N1N2的交點B2。 終止嚙合點： 主動輪的齒頂點與從動輪的齒根處某點接觸，在嚙合線N1N2上為主動輪的齒頂圓與嚙合線N1N2的交點B1。 實際嚙合線 理論嚙合線 齒廓工作段，齒廓非工作段 繼續(xù)嚙合:嚙合點沿N1N2向N2方向移動,同時在主動輪齒廓上由齒根向齒頂移動,在從動輪齒廓上由齒頂 向齒根移動;2、連續(xù)傳動條件要求：前一對輪齒脫離嚙合時，后一對輪齒必須已經進

11、入嚙合 或剛剛進入嚙合或 ：齒輪傳動的連續(xù)性條件 重合度的定義重合度的意義： 重合度不僅是齒輪傳動的連續(xù)性條件，而且是衡量齒輪承載能力和傳動平穩(wěn)性的重要指標。標準齒輪已保證重合度大于1，無需驗算，非標準齒輪需要驗算重合度。表明在轉過一個基節(jié)Pb的時間內，有30%的時間有兩對輪齒參加嚙合,其余70%的時間內只有一對輪齒參加嚙合。重合度的計算 使用場合一般機械制造業(yè)汽車、拖拉機金屬切削機床1.41.1-1.21.3重合度的要求 重合度的大小主要與z有關，z越多，越大三、標準安裝 標準安裝：頂隙C為標準值，側隙為零（側隙:兩輪節(jié)圓上的齒槽寬與齒厚之差）頂隙作用：儲存潤滑油，補償中心距安裝誤差、輪齒熱

12、變形、彈性變形側隙作用：理論側隙為0:防止反轉時出現(xiàn)空程,沖擊,振動和噪聲。（由于加工、安裝誤差、熱膨脹等因素，實際側隙應不為0，靠齒厚公差保證） 能實現(xiàn)無側隙嚙合 標準中心距： 頂隙 標準值 一對模數(shù)和壓力角都相等的標準齒輪要想標準安裝，必須兩輪的分度圓相切，即分度圓與節(jié)圓重合。 當安裝中心距不等于標準中心距（即非標準安裝）時，節(jié)圓半徑要發(fā)生變化，但分度圓半徑是不變的，這時分度圓與節(jié)圓分離。嚙合線位置發(fā)生變化，嚙合角也不再等于分度圓上的壓力角。 標準直齒輪的公法線長度公法線長度：是指齒輪千分尺跨過k個齒所量得的齒廓間的法向距離。用途：測量公法線長度的方法來檢驗齒輪的精度，以控制輪齒齒側間隙公

13、差。 如何計算公法線長度呢？如圖所示，設千分尺與齒廓相切于A、B兩點，A、B兩點在分度圓上，設跨齒數(shù)為k，則AB兩點的距離AB即為所測得的公法線長度，用Wk表示。嚙合線N1N2是一條與齒條齒廓垂直的基圓切線。嚙合線與過齒輪中心的齒條分度線的垂線的交點c為節(jié)點。由圖可知，無論齒條遠離或靠近齒輪，嚙合線N1N2的位置始終不變，節(jié)點位置不變。因而，齒輪分度圓總與節(jié)圓相重合，嚙合角 總等于分度圓壓力角 。 總之，齒輪與齒條嚙合時，不論是否標準安裝，齒輪分度圓與節(jié)圓總是重合的，嚙合角 恒等于分度圓壓力角 。只是在非標準安裝時，齒條的節(jié)線與其分度線不再重合。 齒輪加工方法成形法鑄造法熱軋法沖壓法模鍛法粉末

14、冶金法切制法（最常用）銑削拉削范成法(展成法共軛法包絡法)插齒滾齒剃齒磨齒4-6 漸開線齒輪的加工方法及根切現(xiàn)象一、齒輪輪齒的加工方法1.成形法(仿形法) 成形法是在普通銑床上用軸向剖面形狀與被切齒輪齒槽形狀完全相同的銑刀切制齒輪的方法，如圖所示。銑完一個齒槽后，分度頭將齒坯轉過3600/z，再銑下一個齒槽，直到銑出所有的齒槽。 成形法加工方便易行，但精度難以保證。由于漸開線齒廓形狀取決于基圓的大小，而基圓半徑rb=(mzcos)/2，故齒廓形狀與m、z、有關。欲加工精確齒廓，對模數(shù)和壓力角相同的、齒數(shù)不同的齒輪，應采用不同的刀具，而這在實際中是不可能的。生產中通常用同一號銑刀切制同模數(shù)、不同

15、齒數(shù)的齒輪，故齒形通常是近似的。表中列出了1-8號圓盤銑刀加工齒輪的齒數(shù)范圍。圓盤銑刀加工齒數(shù)的范圍 刀號12345678加工齒數(shù)范圍12-1314-1617-2021-2526-3435-5455-134135以上2.范成法 是利用一對齒輪無側隙嚙合時兩輪的齒廓互為包絡線的原理加工齒輪的。加工時刀具與齒坯的運動就像一對互相嚙合的齒輪，最后刀具將齒坯切出漸開線齒廓。范成法切制齒輪常用的刀具有三種： a 齒輪插刀 是一個齒廓為刀刃的外齒輪；00b 齒條插刀 是一個齒廓為刀刃的齒條；C 齒輪滾刀 像梯形螺紋的螺桿，軸向剖面齒廓為精確的直線齒廓，滾刀轉動時相當于齒條在移動?？蓪崿F(xiàn)連續(xù)加工，生產率高。

16、 用范成法加工齒輪時，只要刀具與被切齒輪的模數(shù)和壓力角相同，不論被加工齒輪的齒數(shù)是多少，都可以用同一把刀具來加工(控制傳動比和中心距實現(xiàn))，這給生產帶來了很大的方便，因此范成法得到了廣泛的應用。二.根切現(xiàn)象與最少齒數(shù)概念：當齒數(shù)太少，用范成法加工齒輪時，被加工齒輪齒根附近的漸開線齒廓將被切去一部分，這種現(xiàn)象稱為根切。后果：削弱了輪齒的抗彎強度，重合度減小，導致傳動的不平穩(wěn) 原因：若刀具的齒頂線（或齒頂圓）超過理論嚙合線極限點N 標準齒輪不產生根切的最少齒數(shù)： 防止： 若需Z0 負變位：刀具移近輪心的變位, x0變位齒輪用途標準齒輪設計計算簡單，互換性好。但標準齒輪傳動仍存在著一些局限性：（1）

17、受根切限制，齒數(shù)不得少于Zmin，使傳動結構不夠緊湊；（2）不適合于安裝中心距a不等于標準中心距a的場合。當aa時，雖然可以安裝，但會產生過大的側隙而引起沖擊振動，影響傳動的平穩(wěn)性；（3）一對標準齒輪傳動時，小齒輪的齒根厚度小而嚙合次數(shù)又較多，故小齒輪的強度較低，齒根部分磨損也較嚴重，因此小齒輪容易損壞，同時也限制了大齒輪的承載能力。變位齒輪可避免以上標準齒輪的缺點變位齒輪傳動類型等移距變位齒輪兩輪變位系數(shù)絕對值相等，小輪正變位，大輪副變位x1=-x2，小輪分度圓齒厚的增量正好等于大輪分度圓齒槽寬的增量。分度圓相切，中心距仍為標準中心距，嚙合角等于分度圓壓力角。不等移距變位齒輪(角變位-嚙合角

18、發(fā)生變化)兩輪的變位系數(shù)絕對值不等，x1/=-x2，因此分度圓上的小輪齒厚增量不等于大輪齒槽寬增量。安裝是分度圓不相切，中心距為非標準中心距。嚙合角不等于分度圓壓力角。4-8 平行軸斜齒圓柱齒輪傳動(Helical Gear) 前端面后端面由于斜齒輪的強度計算、制造等都是以法面為準，因此需要知道斜齒輪的法面齒形。但法面齒形比較復雜，不易精確計算。這樣可以找一個與斜齒輪法面齒形相當?shù)闹饼X輪齒形來近似代替，這個相當?shù)闹饼X輪稱為斜齒輪的當量齒輪 4-9 圓錐齒輪傳動一.圓錐齒輪傳動的特點及其齒廓曲面的名稱1.特點： 圓錐齒輪機構是用來傳遞空間兩相交軸之間運動和動力的一種齒輪機構，其輪齒分布在截圓錐體

19、上，齒形從大端到小端逐漸變小。圓柱齒輪中的有關圓柱均變成了圓錐。為計算和測量方便，通常取大端參數(shù)為標準值。 一對圓錐齒輪兩軸線間的夾角稱為軸角。其值可根據(jù)傳動需要任意選取，在一般機械中，多取90。 2.應用圓錐齒輪直齒圓錐齒輪：斜齒圓錐齒輪：曲齒圓錐齒輪：由于設計、制造、安裝方便，應用最廣介于兩者之間，傳動較平穩(wěn)，設計較簡單傳動平穩(wěn)、承載能力強，用于高速，重載傳動曲齒圓錐齒輪傳動直齒圓錐齒輪傳動 3、直齒圓錐齒輪齒廓的形成如圖，一個圓平面S與一個基圓錐切于直線OC，圓平面半徑與基圓錐錐距 R 相等，且圓心與錐頂重合。當圓平面繞圓錐作純滾動時，該平面上任一點B將在空間展出一條漸開線AB。漸開線必在以O 為中心、錐距 R 為半徑的球面上，成為球面漸開線。4、背錐和當量齒輪兩背錐展成平面后得到兩個扇形齒輪，將兩扇形齒輪的輪齒補足，使其成為完整的圓柱齒輪，那么它們的齒數(shù)將增大ZV1和ZV2。這兩個假想的直齒