機(jī)械基礎(chǔ)（少學(xué)時(shí)第3版） 課件 第9-11單元 螺旋機(jī)構(gòu)、齒輪傳動(dòng)、輪系

第9單元

螺旋機(jī)構(gòu)

項(xiàng)目背景

機(jī)床是利用刀具對(duì)金屬毛坯進(jìn)行切削加工的一種加工設(shè)備，被廣泛用于加工零部件。

圖9-1所示為典型臥式車床的外形結(jié)構(gòu)圖，它由帶動(dòng)工件按照規(guī)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的主軸箱、改變被加工螺紋的螺距或進(jìn)給量的進(jìn)給箱、帶動(dòng)刀架一起做直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的溜板箱、裝夾車刀的刀架、支撐長(zhǎng)工件的尾座、床身、底座等組成。為了實(shí)現(xiàn)刀具的進(jìn)給量和車制螺紋等功能，車床在不同箱體中多處采用螺旋機(jī)構(gòu)。

圖9-1典型臥式車床的外形結(jié)構(gòu)圖

第9單元

螺旋機(jī)構(gòu)

螺旋機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)分析

螺紋的基本知識(shí)綜合項(xiàng)目分析內(nèi)容CONTENTS第9單元螺旋機(jī)構(gòu)

知識(shí)目標(biāo)

1.了解螺紋的形成和基本參數(shù)。2.了解螺旋機(jī)構(gòu)的工作原理、類型、特點(diǎn)、功用及適應(yīng)場(chǎng)合。3.了解滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)的工作原理、特點(diǎn)及滾珠絲杠的選用。

1.能識(shí)別常用螺旋機(jī)構(gòu)的類型。2.能分析各種螺旋機(jī)構(gòu)的工作特性和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

能力目標(biāo)

第9單元

螺旋機(jī)構(gòu)

素質(zhì)目標(biāo)

1.培養(yǎng)工程思維與工程安全意識(shí)。2.強(qiáng)化國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)使用的嚴(yán)謹(jǐn)性與規(guī)范性。

1.螺紋的基本參數(shù)，會(huì)查閱相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。2.螺旋傳動(dòng)的工作原理、特點(diǎn)及功用。3.螺旋機(jī)構(gòu)中，螺紋的旋向、螺桿的轉(zhuǎn)向和螺母沿軸線的位移三者關(guān)系。4.滾珠絲桿的選擇。

學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)9.1螺紋的基本知識(shí)9.1.1螺紋的形成及分類1.螺紋的形成

將一底邊長(zhǎng)等于πd2的直角三角形繞到直徑為d的圓柱體上，三角形斜邊在圓柱體表面形成的空間曲線稱為螺旋線。

圖9-2螺旋線及其展開圖2.螺紋的分類

（1）按螺紋旋向不同，可分為左旋螺紋和右旋螺紋兩種，常用的是右旋螺紋（圖9-3a、c）。其旋向的判別方法為：將圓柱體直豎，螺旋線左低右高(向右上升)為右旋，反之則為左旋（圖9-3b）。

圖

旋向的判別方法9.1螺紋的基本知識(shí)

（2）按螺紋線的線數(shù)不同螺紋分為單線(圖9-3a）

、雙線（圖9-2b）或多線（圖9-3c）

。

單線螺紋：常用于聯(lián)接；

雙線或多線螺紋：主要用于傳動(dòng)。為制造方便，螺紋的線數(shù)一般不超過4。

9.1螺紋的基本知識(shí)圖9-3按線數(shù)分類的螺紋

在圓柱體的表面上形成的螺紋稱為外螺紋，在圓柱體內(nèi)表面上形成的螺紋稱為內(nèi)螺紋。由內(nèi)、外螺紋旋合而成的運(yùn)動(dòng)副稱為螺旋副。9.1螺紋的基本知識(shí)圖9-4螺紋的主要參數(shù)

3）按螺紋的牙形的不同，可分為三角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋等，表9-1其牙形特點(diǎn)及應(yīng)用。

9.1螺紋的基本知識(shí)

9.1.2螺紋的主要參數(shù)

螺紋的主要參數(shù)如圖9-4所示

（1）大徑(d、D)

螺紋的最大直徑，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定為螺紋的公稱直徑。外螺紋記為d，內(nèi)螺紋記為D。

（2）小徑(d1、D1)

螺紋的最小直徑，也是螺桿強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的危險(xiǎn)截面直徑。外螺紋記為d1，內(nèi)螺紋記為D1。

9.1螺紋的基本知識(shí)圖9-4螺紋的主要參數(shù)

（3）中徑(d2、D2)

介于大、小徑圓柱體之間，螺紋的牙厚與牙間寬相等的假想圓柱體的直徑，是確定螺紋幾何參數(shù)和配合性質(zhì)的直徑。外螺紋記為d2，內(nèi)螺紋記為D2。

（4）線數(shù)n：螺紋的螺旋線數(shù)目，可分為單線、雙線、三線（圖9-3）

9.1螺紋的基本知識(shí)圖9-3按線數(shù)分類的螺紋

（5）螺距P：螺紋相鄰兩牙在中徑線上對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的軸向距離。

（6）導(dǎo)程Ph：同一條螺旋線上相鄰兩牙在中徑線上對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的軸向距離，Ph=nP

（7）螺旋升角φ：中徑圓柱體上螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面之間的夾角，用來表示螺旋線傾斜的程度。

（8）牙型角α：螺紋軸向剖面內(nèi)，螺紋兩側(cè)邊間的夾角α，稱為牙型角。

9.1螺紋的基本知識(shí)圖9-4螺紋的主要參數(shù)

（9）牙側(cè)角β：螺紋牙型的側(cè)邊與垂直螺紋軸線的平面間的夾角β，稱為牙側(cè)角。

三角形螺紋α=60o，β=α/2=30o，稱為牙型半角；梯形螺紋α=30o，β=15o；鋸齒形螺紋α=33o，β=3o、30o。

9.1螺紋的基本知識(shí)圖9-4螺紋的主要參數(shù)

螺旋傳動(dòng)是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)要求的。

它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力。

圖9-5傳力螺旋機(jī)構(gòu)9.2螺旋機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)分析

9.2.1滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)

螺旋機(jī)構(gòu)按其運(yùn)動(dòng)形式可分為兩類

1.單螺旋機(jī)構(gòu)（按其用途的不同可分為）

（1）傳動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)：這種機(jī)構(gòu)用于舉起重物或克服大的生產(chǎn)阻力。

9.2螺旋機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)分析圖9-5傳力螺旋機(jī)構(gòu)

（2）傳導(dǎo)螺旋機(jī)構(gòu)

這種機(jī)構(gòu)用于傳遞運(yùn)動(dòng)，如圖9-6所示為車床進(jìn)給螺旋機(jī)構(gòu)。它常要求具有高的運(yùn)動(dòng)精度或工作速度，且能在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)連續(xù)工作。它常采用多線螺紋來提高效率。

當(dāng)螺桿相對(duì)于螺母轉(zhuǎn)過角度

φ時(shí)，螺桿相對(duì)于螺母沿軸線的位移為

式中：Ph—螺桿導(dǎo)程φ—螺母轉(zhuǎn)過角度

圖9-6傳導(dǎo)螺旋

9.2螺旋機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)分析

項(xiàng)目9-1

圖9-7中1為可更換螺絲刀頭的螺絲刀，試分析其工作原理。

圖9-9新型螺釘旋具1-更換螺絲刀頭2-螺絲刀夾持器3-螺桿4-空心手柄5-操縱鈕9.2螺旋機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)分析

☆

基礎(chǔ)訓(xùn)練

（1）圖9-8所示為兒童玩具飛翼，當(dāng)一手握住螺桿1，另一手通過套筒3推動(dòng)飛翼2（即螺母）時(shí)，飛翼就會(huì)快速轉(zhuǎn)動(dòng)而高飛起，請(qǐng)問為什么？

（2）圖9-9所示為一個(gè)設(shè)計(jì)巧妙的煙灰缸，該煙灰缸可以防止放入煙灰缸中煙頭的煙霧擴(kuò)散，分析其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，解釋其為什么可以實(shí)現(xiàn)該功能？

圖9-8兒童玩具飛翼9.2螺旋機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)分析圖9-9煙灰缸

2.雙螺旋機(jī)構(gòu)

（1）雙螺旋機(jī)構(gòu)的組成

螺桿1上有兩段不同導(dǎo)程的螺紋，分別與螺母2、3組成兩個(gè)螺旋副，這種螺旋機(jī)構(gòu)稱為雙螺旋機(jī)構(gòu)，如圖9-10所示。通常將兩個(gè)螺母中的一個(gè)固定（圖中將螺母3固定），另一個(gè)移動(dòng)（圖中螺母2只能移動(dòng)不能轉(zhuǎn)動(dòng)），并以螺桿1為轉(zhuǎn)動(dòng)原動(dòng)件。

圖9-10雙螺旋機(jī)構(gòu)（A和B為螺旋副）9.2螺旋機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)分析

（2）根據(jù)雙螺旋機(jī)構(gòu)中兩螺旋副的旋向可分為

1）差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)

當(dāng)兩螺旋副中螺紋旋向相同時(shí)，該機(jī)構(gòu)稱為差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)。如圖9-11所示的鏜刀微調(diào)機(jī)構(gòu)。當(dāng)兩螺旋副中螺紋旋向相同時(shí)，若兩螺旋副導(dǎo)程分別為

PhA、PhB，則移動(dòng)螺母相對(duì)于機(jī)架的位移為

圖9-11鏜刀微調(diào)機(jī)構(gòu)1－螺桿2－螺母3－鏜桿4－鏜刀

9.2螺旋機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)分析

（2）復(fù)式螺旋機(jī)構(gòu):當(dāng)兩螺旋副中螺紋旋向相反時(shí)，該機(jī)構(gòu)稱為復(fù)式螺旋機(jī)構(gòu)。若兩螺旋副導(dǎo)程分別為PA、PB，則移動(dòng)螺母的位移為：

螺桿和螺母的材料除要求有足夠的強(qiáng)度、耐磨性外，還要求兩者配合時(shí)摩擦系數(shù)小。一般螺桿可選用45鋼、50鋼；重要螺桿（如高精度機(jī)床絲杠）可選用

T12、40Cr、65Mn

等，并進(jìn)行熱處理。常用的螺母材料有鑄造錫青銅

ZCuSn10Pb1或

ZCuSn5Pb5Zn5；低速重載時(shí)可選用強(qiáng)度高的鑄造鋁青銅ZCuAl10Fe3Mn2；低速輕載時(shí)可選用耐磨鑄鐵。

9.2螺旋機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)分析

項(xiàng)目9-2

如圖9-11所示為鏜刀的微調(diào)機(jī)構(gòu)。螺母2固定于鏜桿3上。螺桿1與螺母2組成螺旋副A；同時(shí)又與螺母4組成螺旋副B。4的末端是鏜刀，它與2組成移動(dòng)副C。螺旋副A與B旋向相同而導(dǎo)程不同。根據(jù)差動(dòng)螺旋原理，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿1時(shí)，鏜刀相對(duì)鏜桿作微量的移動(dòng)，以調(diào)整鏜孔的進(jìn)刀量。

9.2螺旋機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)分析圖9-11鏜刀微調(diào)機(jī)構(gòu)1－螺桿2－螺母3－鏜桿4－鏜刀

項(xiàng)目9-3

測(cè)量螺旋機(jī)構(gòu)是利用螺旋機(jī)構(gòu)中螺桿的精確、連續(xù)的位移變化來進(jìn)行精密測(cè)量。如圖9-12所示，千分尺中的螺旋機(jī)構(gòu)主要由測(cè)微絲杠、固定套筒及微分筒等組成。測(cè)微絲杠采用單線螺紋，螺距為0.5mm；若微分筒隨測(cè)微絲杠一起旋轉(zhuǎn)1小格，則它在軸向移動(dòng)的距離為0.5×1/50mm=0.01mm。

9.2螺旋機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)分析圖9-12千分尺示意圖

☆基礎(chǔ)能力訓(xùn)練1）食品罐頭的螺旋蓋為什么采用多線、小螺距的螺紋？2）

根據(jù)復(fù)式螺旋原理，說明壓榨機(jī)構(gòu)（見圖9-13）

和銑床快速夾緊裝置（見圖9-14）的工作過程。

9.2螺旋機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)分析圖9-13壓榨機(jī)構(gòu)

圖9-14銑床快速夾緊裝置9.2螺旋機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)分析圖

三峽船升機(jī)

課程思政案例：大國(guó)重器—三峽升船機(jī)是三峽水利樞紐的永久通航設(shè)施之一，三峽升船機(jī)的主要作用是為客輪、貨輪提供快速過壩通道，它與雙線五級(jí)船閘聯(lián)合運(yùn)行，能有效提高樞紐的航運(yùn)通過能力，保障樞紐通航的質(zhì)量。

三峽升船機(jī)過船規(guī)模為3000t級(jí)，最大提升總量達(dá)1.55萬(wàn)t，承船箱垂直升降最大高度113m，為世界上最大的“船舶電梯”。

三峽升船機(jī)的承船廂采用齒輪齒條爬升平衡重式垂直裝置，從而帶動(dòng)承船廂上下運(yùn)動(dòng)。為確保極端情況下的運(yùn)行安全，三峽升船機(jī)事故保安系統(tǒng)采用螺旋鎖定裝置。請(qǐng)查閱資源，撰寫一篇關(guān)于三峽升船機(jī)的螺旋鎖定裝置結(jié)構(gòu)原理的分析報(bào)告。

9.2.2滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)

滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)又稱為滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)用得最廣泛的一種新型理想傳動(dòng)裝置。滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，車輛、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等高精度、高效傳動(dòng)的機(jī)械中。

9.2螺旋機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)分析圖9-15滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)原理示意圖

1.滾動(dòng)螺旋工作原理

圖9-15是滾珠絲杠傳動(dòng)的原理圖。在絲杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，當(dāng)把它們套裝在一起時(shí)形成螺旋通道。螺母上有滾珠回路管道，將將幾圈螺旋滾道的兩圖9-15滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)原理示意圖

端連接起來構(gòu)成封閉的循環(huán)滾道，并在滾道內(nèi)填滿滾珠。當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在滾道內(nèi)既有自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，迫使螺母（或絲杠）軸向移動(dòng)，

9.2螺旋機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)分析圖9-15滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)原理示意圖

2.滾動(dòng)螺旋特點(diǎn)

(1)摩擦系數(shù)小，傳動(dòng)效率高，所需傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩??；

(2)磨損小，壽命長(zhǎng)，精度保持性好；

(3)靈敏度高，傳動(dòng)平穩(wěn)，不易產(chǎn)生爬行；

(4)絲杠和螺母之間可通過預(yù)緊和間隙消除措施提高軸向剛度和反向精度；

(5)運(yùn)動(dòng)具有可逆性，既可將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，又可將直線運(yùn)動(dòng)變成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

(6)制造工藝復(fù)雜，成本高；

(7)在垂直安裝使不能自鎖，需附加制動(dòng)機(jī)構(gòu)；

(8)承載能力比滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)傳動(dòng)差。

9.2螺旋機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)分析圖9-15滾珠絲杠內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

3.滾珠的循環(huán)方式

螺旋副的滾珠循環(huán)方式有兩種：滾珠在循環(huán)過程中有時(shí)與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)；始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。

（1）外循環(huán)：滾珠絲杠的螺母旋轉(zhuǎn)槽的兩端由回珠管連接起來，返回的滾珠不與絲杠外圓相接觸，滾珠可以作周而復(fù)始的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，在管道的兩端還能起到擋珠的作用，用以避免滾珠沿滾道滑出。

9.2螺旋機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)分析

外循環(huán)滾珠絲杠

2）內(nèi)循環(huán)：帶有反向器，返回的滾珠經(jīng)過反向器和絲杠桿外圓返回。

9.2螺旋機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)分析圖

內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠1-凸鍵2、3-反向器4-絲杠5-鋼珠6-螺母7-反向器

綜合項(xiàng)目分析

螺旋機(jī)構(gòu)在機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)中有著廣泛的應(yīng)用。1）

圖9-16所示為MJ-50型數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)，采用滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)x軸方向和z軸方向的進(jìn)給傳動(dòng)。x軸進(jìn)給由功率為0.9kW的交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)20/24的同步帶傳動(dòng)到滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)，其螺母帶動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架移動(dòng)，滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)螺距為6mm。z軸進(jìn)給由功率為1.8kW的交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)24/30的同步帶傳動(dòng)到滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)，其上螺母帶動(dòng)滑板移動(dòng)，滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)螺距為10mm。試分析其工作過程與原理。

圖9-16MJ-50型數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)

項(xiàng)目訓(xùn)練

習(xí)9-1請(qǐng)問槍、炮膛的膛線采用何種曲線，可以保證子彈或炮彈在射出后飛行的穩(wěn)定性？

習(xí)9-4如圖9-22，請(qǐng)分析繪圖用圓規(guī)的結(jié)構(gòu)及組成，回答為什么調(diào)節(jié)螺桿中部位的操作小鈕，可實(shí)現(xiàn)圓規(guī)兩腳對(duì)稱地張開或收攏。

圖9-18題9-4圖謝謝聆聽！

第10單元

齒輪傳動(dòng)

項(xiàng)目背景

大國(guó)重器—三峽升船機(jī)是三峽水利樞紐的永久通航設(shè)施之一，三峽升船機(jī)的主要作用是為客輪、貨輪提供快速過壩通道，它與雙線五級(jí)船閘聯(lián)合運(yùn)行，能有效提高樞紐的航運(yùn)通過能力，保障樞紐通航的質(zhì)量。

三峽升船機(jī)過船規(guī)模為3000t級(jí)，最大提升總量達(dá)1.55萬(wàn)t，承船箱垂直升降最大高度113m，為世界上最大的“船舶電梯”。

三峽升船機(jī)的承船廂采用齒輪齒條爬升平衡重式垂直裝置，從而帶動(dòng)承船廂上下運(yùn)動(dòng)。

通過學(xué)習(xí)能正確分析齒輪傳動(dòng)的工作原理和運(yùn)動(dòng)特性，要求能夠掌握齒輪傳動(dòng)的基本類型、應(yīng)用及工作特性等知識(shí)。三峽船升機(jī)-齒輪齒條升降機(jī)構(gòu)直齒圓柱齒輪基本參數(shù)和幾何尺寸齒輪傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的嚙合傳動(dòng)齒輪的切削加工和變位齒輪內(nèi)容CONTENTS斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)直齒錐齒輪傳動(dòng)綜合項(xiàng)目分析

第10單元

齒輪傳動(dòng)

蝸桿傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)的失效分析與選材齒輪的結(jié)構(gòu)形式第10單元齒輪傳動(dòng)

知識(shí)目標(biāo)

1.理解并掌握漸開線性質(zhì)、漸開線齒廓嚙合特性、了解齒輪的切齒原理及加工方法。2.掌握漸開線直齒圓柱齒輪的主要參數(shù)及基本尺寸計(jì)算。3.掌握漸開線齒輪正確嚙合及連續(xù)傳動(dòng)的條件。4.了解斜齒圓柱齒輪、錐齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和基本參數(shù)。

1.能識(shí)別各種常用齒輪傳動(dòng)形式，識(shí)讀并計(jì)算齒輪的基本參數(shù)。2.能分析各種典型齒輪機(jī)構(gòu)的工作特性。

能力目標(biāo)

第10單元

齒輪傳動(dòng)

素質(zhì)目標(biāo)

1.培養(yǎng)工程思維，強(qiáng)化國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)使用的嚴(yán)謹(jǐn)性與規(guī)范性。2.學(xué)習(xí)三峽升船機(jī)建設(shè)者克難爭(zhēng)先、科技創(chuàng)新的精神。3.樹立以人為本的質(zhì)量設(shè)計(jì)理念。

1.漸開線齒廓嚙合特性、齒輪傳動(dòng)嚙合條件。2.各種齒輪的參數(shù)計(jì)算。

學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)10.1齒輪傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)10.1.1齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)、類型和基本要求

1.齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)

齒輪傳動(dòng)應(yīng)用廣泛，主要優(yōu)點(diǎn)是：1）適用的圓周速度和功率范圍廣，傳動(dòng)速度可達(dá)300m/s，傳動(dòng)功率可以從一瓦到十幾萬(wàn)千瓦。2）傳動(dòng)比準(zhǔn)確。3）機(jī)械效率高，可達(dá)95%～99%。4）工作壽命長(zhǎng)，可達(dá)幾年甚至幾十年。5）齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊，與其他傳動(dòng)相比，所占空間位置較小。6）可實(shí)現(xiàn)平行軸、相交軸、交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng)。

其主要缺點(diǎn)是：1）有較高的制造和安裝精度，成本較高。2）不適宜于遠(yuǎn)距離兩軸之間的傳動(dòng)。

1.齒輪傳動(dòng)的類型

齒輪傳動(dòng)的類型很多，可按兩軸的相對(duì)位置和齒向的不同分類。齒輪傳動(dòng)的類型如圖10-2所示。

圖

旋向的判別方法10.1齒輪傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)圖10-2齒輪傳動(dòng)的類型10.1.2漸開線的形成及其性質(zhì)。1.漸開線的形成

（1）漸開線的形成

（2）基圓（半徑用rb表示）

（3）發(fā)生線圖10-3漸開線的形成10.1齒輪傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)2、漸開線的性質(zhì)

(1)發(fā)生線沿基圓滾過的線段長(zhǎng)度等于基圓上被滾過的相應(yīng)圓弧長(zhǎng)度，即:BK=弧AB

(2)漸開線上任意一點(diǎn)K的法線恒于與基圓相切,該點(diǎn)的曲率半徑等于BK，切點(diǎn)為曲率中心。

(3)漸開線的形狀取決于基圓大小，基圓越大漸開線越平直，基圓半徑無(wú)窮大時(shí)漸開線為直線。

圖10-4漸開線形狀與基圓大小的關(guān)系10.1齒輪傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)

(4)作用于漸開線K點(diǎn)的正壓力Fn的方向（法線方向）與其作用點(diǎn)的速度vk方向所夾的銳角，稱漸開線在K點(diǎn)的壓力角，用αk表示，

K點(diǎn)離圓心越遠(yuǎn)，壓力角αk越大。(5)基圓內(nèi)無(wú)漸開線。10.1齒輪傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)圖10-3漸開線的形成

10.1.3漸開線齒廓嚙合特性

1.瞬時(shí)傳動(dòng)比為常數(shù)

在一對(duì)齒輪傳動(dòng)中，兩輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為ω1和ω2，其角速度之比稱為傳動(dòng)比，即i=ω1/ω2

。傳動(dòng)比與兩輪基圓半徑有如下關(guān)系：10.1齒輪傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)圖10-5漸開線齒廓傳動(dòng)的嚙合特性

基本概念：

1)節(jié)點(diǎn)：公法線（N1N2）與連心線（O1O2）的交點(diǎn)。

2)節(jié)圓：以O(shè)1、O2為圓心，過節(jié)點(diǎn)C所作的兩圓稱為節(jié)圓，節(jié)圓半徑用r′

。

3)中心距a′:兩輪的中心距稱為中心距

a′

故傳動(dòng)比與節(jié)圓半徑間有如下關(guān)系：

10.1齒輪傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)圖10-5漸開線齒廓傳動(dòng)的嚙合特性

2.漸開線齒輪具有可分性

對(duì)于漸開線齒輪，因制造、安裝等原因，使兩輪的實(shí)際中心距與設(shè)計(jì)中心距略有偏差，但不會(huì)影響兩輪的傳動(dòng)比，該特性稱為傳動(dòng)的可分性。該性質(zhì)對(duì)齒輪的加工和裝配都十分有利。

基本概念：

1）嚙合線：齒廓傳動(dòng)時(shí)，其齒廓嚙合點(diǎn)的軌跡稱為嚙合線。

2）嚙合角（α′）：嚙合線（

N1N2）與兩節(jié)圓的公切線tt之間的夾角。

10.1齒輪傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)圖10-5漸開線齒廓傳動(dòng)的嚙合特性

3）理論極限嚙合點(diǎn)（N1、N2）：為內(nèi)公切線與兩基圓的切點(diǎn)。

4）理論嚙合線：N1N2

3.齒廓嚙合線、壓力線方向不變

對(duì)于一對(duì)漸開線齒廓傳動(dòng)齒輪，同一方向的公法線是唯一確定的，不管齒輪在哪一點(diǎn)嚙合，嚙合點(diǎn)總是在這條公法線上，因而公法線也可稱為嚙合線。10.1齒輪傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)圖10-5漸開線齒廓傳動(dòng)的嚙合特性10.2.1齒輪各部分的名稱和基本參數(shù)

如圖10-6所示為一標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的一部分，齒輪各部分的名稱和基本參數(shù)如下：

1.齒輪各部分的名稱

(1)齒頂圓、齒根圓:過齒輪的齒頂所作的圓稱為齒頂圓，直徑用

da

表示，半徑用

ra表示；過齒輪各齒槽底部所作的圓稱為齒根圓，直徑用

df

表示，半徑用

rf表示。

10.2漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸圖10-6齒輪各部分的名稱

（2）任意圓周上的齒厚、槽寬和齒距:在齒輪的任意圓周上，一個(gè)輪齒兩側(cè)齒廓間的弧長(zhǎng)稱為該圓上的齒厚，用sK

表示；一個(gè)齒槽兩側(cè)齒廓間的弧長(zhǎng)稱為該圓上的槽寬，用

eK表示；相鄰兩齒廓間的弧長(zhǎng)稱為該圓上的齒距，用pK

表示。則

10.2漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸圖10-6齒輪各部分的名稱

(3)分度圓：為了便于齒輪各部分尺寸的計(jì)算，在齒輪上選擇一個(gè)圓作為計(jì)算的基準(zhǔn)，稱該圓為齒輪的分度圓，分度圓直徑用d

表示，半徑用

r表示。

(4)分度圓上的齒厚、槽寬、齒距和齒寬:在齒輪分度圓周上，一個(gè)輪齒兩側(cè)齒廓間的弧長(zhǎng)稱為分度圓上的齒厚，用

s表示；一個(gè)齒槽兩側(cè)齒廓間的弧長(zhǎng)稱為分度圓上的槽寬，用e

表示；相鄰兩齒同側(cè)齒廓間的弧長(zhǎng)稱為分度圓上的齒距，用

p表示，顯然有

分度圓的直徑為，其中z為齒數(shù)

10.2漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸圖10-6齒輪各部分的名稱

（5）齒頂高、齒根高和齒高：齒輪的齒頂圓與分度圓之間的徑向距離稱為齒頂高，用ha表示；分度圓與齒根圓之間的徑向距離稱為齒根高，用

hf

表示；齒頂圓與齒根圓之間的徑向距離稱為齒高，用h

表示。

（6）基圓、基圓齒距和法向齒距：基圓是形成漸開線齒廓的圓，基圓直徑（或半徑）用db（或rb）表示。在基圓上相鄰兩齒同側(cè)齒廓之間的弧長(zhǎng)稱為基圓齒距，用

pb

表示。

10.2漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸圖10-6齒輪各部分的名稱

2.基本參數(shù)

（1）模數(shù)：為便于設(shè)計(jì)制造、安裝和互換性要求，人為地把分度圓上齒距

p與無(wú)理數(shù)π的比值p/π規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)值，稱為齒輪的模數(shù)，用

m

表示，單位為mm。即

模數(shù)是齒輪幾何尺寸計(jì)算的基礎(chǔ)，模數(shù)越大，輪齒的尺寸也越大，彎曲強(qiáng)度越高。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列，如表10-1所示。于是得到分度圓直徑d的計(jì)算公式，即

10.2漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸

2.壓力角：是指分度圓上的壓力角，用α表示。國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角α=20o

3.齒頂高系數(shù)ha*和頂隙系數(shù)c*

（1）齒頂高：ha=ha*m

（2）齒根高：hf=(c*+ha*)m

（3）全齒高：h=ha+hf=(c*+2ha*)m

式中：ha—齒頂高

hf—齒根高

ha*—齒頂高系數(shù)

c*齒根高系數(shù)

.

10.2漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸圖10-6齒輪各部分的名稱

（5）齒數(shù)：齒輪的齒數(shù)是指輪齒的個(gè)數(shù)，用z表示。

綜合上述討論可知，模數(shù)、齒數(shù)、壓力角、齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)是漸開線齒輪幾何尺寸計(jì)算的五個(gè)最基本參數(shù)，這些值均為標(biāo)準(zhǔn)值。

10.2漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸圖10-6齒輪各部分的名稱10.2.2漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪

具有標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m、標(biāo)準(zhǔn)壓力角α=20o、標(biāo)準(zhǔn)齒頂高系數(shù)ha*、標(biāo)準(zhǔn)頂隙系數(shù)c*，且分度圓上齒厚等于槽寬的齒輪稱為標(biāo)準(zhǔn)齒輪。故其：s=e=p/2=πm/2

10.2漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸圖10-6齒輪各部分的名稱為了便于設(shè)計(jì)計(jì)

算，現(xiàn)將漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪幾何尺寸的計(jì)算公式列于表10-3中。

10.2漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸

一對(duì)齒輪嚙合過程中，必須保持兩輪相鄰的各對(duì)齒逐一嚙合，不得出現(xiàn)傳動(dòng)中斷、輪齒撞擊、齒廓重疊等現(xiàn)象，相嚙合的一對(duì)齒輪必須滿足：①正確嚙合條件；②無(wú)側(cè)隙傳動(dòng)條件；③連續(xù)傳動(dòng)條件。

10.3.1正確嚙合條件

漸開線直齒圓柱齒輪的正確嚙合條件是兩個(gè)齒輪的模數(shù)和壓力角必須分別相等。由于分度圓上模數(shù)m和壓力角α已標(biāo)準(zhǔn)化，故正確嚙合條件為：10.3漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的嚙合傳動(dòng)

10.3.2無(wú)側(cè)隙傳動(dòng)條件

齒輪傳動(dòng)時(shí)如果輪齒之間有側(cè)隙就會(huì)發(fā)生沖擊和振動(dòng)。要避免這樣的情況就要實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)安裝，即保證：安裝時(shí)分度圓與節(jié)圓重合。標(biāo)準(zhǔn)安裝時(shí)的中心距稱為標(biāo)準(zhǔn)中心距，為

式中，當(dāng)齒輪為外嚙合時(shí)取正號(hào)，內(nèi)嚙合取負(fù)號(hào)。10.3漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的嚙合傳動(dòng)圖10-7直齒圓柱齒輪標(biāo)準(zhǔn)安裝

項(xiàng)目10-1

某一臺(tái)設(shè)備上的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為一標(biāo)準(zhǔn)安裝的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在設(shè)備搬遷時(shí)因不慎將小齒輪丟失，要求按現(xiàn)有條件，配備這個(gè)齒輪。已知設(shè)備的傳動(dòng)比

i=2.5，對(duì)大齒輪參數(shù)測(cè)定得知：齒數(shù)z2=100,α=20°,

ha*=1,c*=0.25,m=2.5mm。10.3漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的嚙合傳動(dòng)

10.3.3連續(xù)傳動(dòng)條件

如圖10-8所示，兩輪的一對(duì)輪齒沿嚙合線

N1N2

的嚙合過程是：先由主動(dòng)輪的齒根推動(dòng)從動(dòng)輪的齒頂位置，開始進(jìn)入嚙合，直至主動(dòng)輪的齒頂推動(dòng)從動(dòng)輪的齒根，退出嚙合。所以主、從動(dòng)輪的齒頂圓與理論嚙合線

N1N2

的交點(diǎn)B2、B1，分別是實(shí)際起始嚙合點(diǎn)和終止嚙合點(diǎn)，

BB12

稱為實(shí)際嚙合線。

10.3漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的嚙合傳動(dòng)圖10-8直齒圓柱齒輪連續(xù)傳動(dòng)條件

為了使一對(duì)齒輪正確嚙合傳動(dòng)不致中斷，必須保證在前一對(duì)輪齒尚未脫離嚙合時(shí)，后一對(duì)輪齒就已經(jīng)進(jìn)入嚙合。

圖10-8所示，即要求實(shí)際嚙合線B1B2

的長(zhǎng)度大于等于輪齒基圓齒距

pb。

B1B2

與

pb

的比值稱為齒輪傳動(dòng)的重合度，用ε

表示。齒輪的連續(xù)傳動(dòng)條件為：

結(jié)論：重合度越大，嚙合線B1B2內(nèi)同時(shí)嚙合的輪齒對(duì)數(shù)越多，傳動(dòng)越平穩(wěn)。10.3漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的嚙合傳動(dòng)圖10-8直齒圓柱齒輪連續(xù)傳動(dòng)條件

☆基礎(chǔ)能力訓(xùn)練

重合度ε=1，有什么含義？而ε=2又有什么含義？若ε=1～2之間，則有什么含義？請(qǐng)問在齒輪實(shí)際傳動(dòng)過程中，是否可以取重合度ε=1，為什么？10.3漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的嚙合傳動(dòng)

10.4.1齒輪的切削加工原理

齒輪的加工方法很多，如鑄造法、模鍛法、沖壓法、熱軋法、切削法等。其中最常用的是切削法。按切削齒廓的原理不同，可分為仿形法和展成法兩大類，見表10-4。10.4齒輪的切削加工和變位齒輪10.4.2根切與變位齒輪1.切齒干涉現(xiàn)象和最少齒數(shù)

用展成法加工齒輪時(shí)，如果齒輪的齒數(shù)太少，則切削刀具的齒頂就會(huì)切去輪齒根部的一部分，這種現(xiàn)象稱為切齒干涉現(xiàn)象或根切，如圖10-9所示。發(fā)生根切后會(huì)使輪齒的彎曲強(qiáng)度降低，并使重合度減小，傳動(dòng)時(shí)出現(xiàn)沖擊噪聲，故應(yīng)設(shè)法避免根切現(xiàn)象的產(chǎn)生。

為了避免根切，則齒數(shù)不得少于某一最小

為了避免根切，則齒數(shù)不得少于某一最小限度。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪，齒數(shù)不能少于17（即zmin=17）。10.4齒輪的切削加工和變位齒輪圖10-9齒輪的根切現(xiàn)象

2.變位齒輪

用齒條型刀具加工齒輪時(shí)，若刀具的中線（又稱分度線）與輪坯的分度圓相切，則加工出來的齒輪為標(biāo)準(zhǔn)齒輪。如圖10-10a所示，若將刀具相對(duì)于輪坯中心向外移出或向內(nèi)移近一段距離，則刀具的中線不再與輪坯的分度圓相切，刀具移動(dòng)的距離xm稱為變位量，其中m

為模數(shù)，x

為變位系數(shù)。這種通過改變刀具與輪坯相對(duì)位置來加工的齒輪稱為變位齒輪。10.4齒輪的切削加工和變位齒輪圖10-10變位齒輪齒廓加工

如圖10-10b所示，在加工齒輪時(shí)，若刀具離開標(biāo)準(zhǔn)位置相對(duì)于輪坯中心向外移，則稱為正變位，變位系數(shù)x>0，加工出來的齒輪稱為正變位齒輪；

若刀具離開標(biāo)準(zhǔn)位置相對(duì)于輪坯中心向內(nèi)移，則稱為負(fù)變位，變位系數(shù)x<0，加工出來的齒輪稱為負(fù)變位齒輪。10.4齒輪的切削加工和變位齒輪圖10-10變位齒輪齒廓加工

變位齒輪與標(biāo)準(zhǔn)齒輪相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）采用正變位，可以加工出齒數(shù)z<zmin

而不發(fā)生根切的齒輪，使齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)尺寸減小。正變位齒輪齒根部齒厚增加，齒廓曲率半徑增大，有利于提高齒輪強(qiáng)度，但齒頂部齒厚變薄，這類齒輪使用較多。2）負(fù)變位齒輪齒根部齒厚減小，齒廓曲率半徑減小。對(duì)于同一模數(shù)和齒數(shù)的齒輪，輪齒顯得偏瘦。

由于變位齒輪與標(biāo)準(zhǔn)齒輪相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，而且并不增加加工難度，因此變位齒輪在各種機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用。10.4齒輪的切削加工和變位齒輪

☆基礎(chǔ)能力訓(xùn)練

某企業(yè)要進(jìn)行技術(shù)改造，需選配一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，已知主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速

n1=350r/min，要求從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速

n2≈100r/min，兩輪中心距

a=100mm，齒輪齒數(shù)z>17。試確定這對(duì)齒輪的模數(shù)和齒數(shù)。10.4齒輪的切削加工和變位齒輪

10.4.3漸開線齒輪的測(cè)量尺寸

在齒輪加工中，常通過對(duì)齒輪公法線長(zhǎng)度的測(cè)量和分度圓弦齒厚的測(cè)量，確定齒輪的模數(shù)、壓力角等參數(shù)，并檢驗(yàn)齒輪的加工精度。

1.公法線長(zhǎng)度的測(cè)量

所謂公法線線長(zhǎng)度：是指卡尺跨過k個(gè)齒所量得的齒廓間的

法線距離。公法線長(zhǎng)度計(jì)算式：

跨齒數(shù)：所得的k值應(yīng)取整數(shù)。

10.4齒輪的切削加工和變位齒輪圖10-11公法線長(zhǎng)度的測(cè)量

2.分度圓弦齒厚和弦齒高當(dāng)模數(shù)m>10mm時(shí)，則要測(cè)量齒輪的分度圓弦齒厚和分度圓的弦齒高。（1）分度圓弦齒厚：分度圓上齒厚對(duì)應(yīng)的弦長(zhǎng)，稱為分度圓弦齒厚，用表示

（2）分度圓弦齒高：齒頂高到分度圓弦齒厚的徑向距離，稱為分度圓弦齒高，用表示。

標(biāo)準(zhǔn)齒輪分度圓弦齒厚和分度圓弦齒高可按以下兩式計(jì)算。10.4齒輪的切削加工和變位齒輪10.4.4齒輪傳動(dòng)的精度表示

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T10095.1—2022《圓柱齒輪ISO齒面公差分級(jí)制

第1部分：齒面偏差的定義和允許值》對(duì)圓柱齒輪定義了11個(gè)齒面公差等級(jí)，從1級(jí)到11級(jí)；GB/T11365—2019《錐齒輪

精度制》對(duì)錐齒輪定義了10個(gè)精度等級(jí)，從2級(jí)到11級(jí)。齒輪傳動(dòng)公差等級(jí)和精度等級(jí)可根據(jù)齒輪的不同類型、傳動(dòng)用途和圓周速度等從表10-5中選取，而常用的精度等級(jí)為4～9級(jí)。10.4齒輪的切削加工和變位齒輪10.4齒輪的切削加工和變位齒輪10.5.1斜齒圓柱齒輪齒廓曲面的形成和嚙合特點(diǎn)

1.齒廓曲面的形成1）直齒輪齒廓曲面：是發(fā)生平面S在基圓柱上作純滾動(dòng)，直齒圓柱齒輪齒廓曲面是發(fā)生面S沿基圓柱作純滾動(dòng)時(shí)，S平面上與基圓母線平行直線，在空間形成漸開線柱面。10.5斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)圖10-13直齒圓柱齒輪齒廓曲面的形成2）斜齒圓柱齒輪齒廓

斜齒圓柱齒輪齒廓曲面的形成原理與直齒圓柱齒輪相似，只是發(fā)生面上的發(fā)生面直線KK與母線NN成一角度βb，當(dāng)發(fā)生面S沿基圓柱作純滾動(dòng)時(shí)，該直線KK在空間形成漸開螺旋面。10.5斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)圖10-14斜齒圓柱齒輪齒廓曲面的形成2.斜齒圓柱齒輪的嚙合特點(diǎn)

（1）一對(duì)直齒圓柱齒輪嚙合特點(diǎn)1)兩輪齒廓曲面的接觸線是平行于軸線的直線；2)嚙合開始和終止都在全齒寬突然接觸和分離。

因此輪齒上的作用力是突然加上或突然卸除的造成沖擊、振動(dòng)和噪聲，即傳動(dòng)平穩(wěn)性較差。

10.5斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)

（2）一對(duì)斜齒圓柱齒輪齒廓的嚙合特點(diǎn)1）齒廓接觸線是斜線；2)輪齒由齒寬一端進(jìn)入嚙合，又逐漸由另一端退出嚙合因而輪齒的承載和卸載是逐步的。其沖擊、振動(dòng)和噪聲小，傳動(dòng)的平穩(wěn)性高。

故斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)且承載能力較強(qiáng)，因此廣泛應(yīng)用于高速、重載的傳動(dòng)中。

10.5斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)

（3）直齒圓柱齒輪與斜齒圓柱齒輪的嚙合線對(duì)比

10.5斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)10.5.2斜齒圓柱齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸

基本概念：法面:與齒線垂直的平面稱為法面。

端面:與軸線垂直的平面稱為端面。

齒線:分度圓柱面與齒廓曲面的交線。10.5斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)1.基本參數(shù)

(1)螺旋角（β）:斜齒輪分度齒線與軸線的夾角稱為分度圓柱螺旋角簡(jiǎn)稱分度圓螺旋角或螺旋角，用β表示。一般β=8o~20o，人字齒輪β=25o~45o。

(2)模數(shù):如圖10-15所示，法向齒距

pn

和端面齒距

pt

之間的關(guān)系為:

可導(dǎo)出法向模數(shù)

mn

與端面模數(shù)

mt之間的關(guān)系為

(3)壓力角:斜齒輪的法向壓力角αn和端面壓力角αt之間的關(guān)系10.5斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)圖10-15斜齒圓柱齒輪沿分度圓柱面展開1-分度圓2-漸開線齒廓3-齒線4-軸線

在加工斜齒圓柱齒輪齒形時(shí)，銑刀沿齒線垂直于斜齒輪的法面方向進(jìn)刀，故一般規(guī)定法面內(nèi)的參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：斜齒輪的法面參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值，法向模數(shù)

mn

按表10-1選取，法向壓力角、法向齒頂高系數(shù)、法向頂隙系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值分別為：αn=20°、han*=1、cn*=0.25。10.5斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)圖10-17斜齒輪分度圓柱面上法向和端面壓力角的關(guān)系

2.外嚙合標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪的幾何尺寸計(jì)算

斜齒圓柱齒輪的幾何尺寸應(yīng)按端面參數(shù)計(jì)算，外嚙合標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪的幾何尺寸計(jì)算公式見表10-6。10.5斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)

10.5.3斜齒圓柱齒輪的嚙合傳動(dòng)和當(dāng)量齒數(shù)

1.斜齒圓柱齒輪正確嚙合條件

或10.5斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)

2.斜齒輪的當(dāng)量齒數(shù)

由于斜齒輪的強(qiáng)度計(jì)算、制造等都是以法面為準(zhǔn)，因此需要知道斜齒輪的法面齒形。

但法面齒形比較復(fù)雜，不易精確計(jì)算。

這樣可以找一個(gè)與斜齒輪法面齒形相當(dāng)?shù)闹饼X輪齒形來近似代替，這個(gè)相當(dāng)?shù)闹饼X輪稱為斜齒輪的當(dāng)量齒輪。其齒數(shù)稱為當(dāng)量齒數(shù)，用

zv表示。當(dāng)量齒數(shù)

zv與斜齒圓柱齒輪齒數(shù)

z

之間的關(guān)系為：

10.5斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)圖10-18斜齒圓柱齒輪的當(dāng)量齒輪

當(dāng)量齒數(shù)

zv值一般不是整數(shù)，無(wú)須圓整為整數(shù)。在斜齒輪強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，要用當(dāng)量齒數(shù)決定其齒形系數(shù)；選取斜齒輪變位系數(shù)及測(cè)量齒厚時(shí)，也要用到當(dāng)量齒數(shù)。

對(duì)于一個(gè)斜齒圓柱齒輪的端面，其輪齒數(shù)一定為一個(gè)整數(shù)，但當(dāng)量齒數(shù)則不一定為整數(shù)。由上式可得出標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)為：

由此可知，標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)比標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪少，故采用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)可以得到更為緊湊的結(jié)構(gòu)。

10.5斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)

如圖10-19a所示，錐齒輪常用于相交軸之間的傳動(dòng)。兩軸之間的軸交角∑可根據(jù)傳動(dòng)的需要來確定，在一般機(jī)械中，多采用兩軸間的夾角為Σ=δ1+δ2=90o的傳動(dòng)。

直齒圓錐齒輪的輪齒是分布在圓錐面上，因此有大端和小端之分。為了便于計(jì)算和測(cè)量，通常取齒輪大端的參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值。即大端模數(shù)和大端壓力角為標(biāo)準(zhǔn)值，α=20°

10.6直齒錐齒輪傳動(dòng)圖10-19錐齒輪傳動(dòng)

圖10-19b所示為一對(duì)正確安裝的標(biāo)準(zhǔn)錐齒輪各參數(shù)關(guān)系，其節(jié)圓錐與分度圓錐重合，δ1、δ2分別為兩輪分度圓錐角，直齒圓錐齒輪傳動(dòng)比為：

在大多數(shù)情況下，

Σ=δ1+δ2=90o，故

10.6直齒錐齒輪傳動(dòng)圖10-19錐齒輪傳動(dòng)

10.6.1直齒錐齒輪齒廓曲面與當(dāng)量齒數(shù)

1.直齒錐齒輪齒廓曲面的形成

10.6直齒錐齒輪傳動(dòng)圖10-20直齒錐齒輪齒廓曲面的形成

2.當(dāng)量齒數(shù)

（1）背錐面

（2）當(dāng)量齒輪和當(dāng)量齒數(shù)zV：

zV=z/cosδ

式中：z—錐齒輪的齒數(shù)；

zV—當(dāng)量齒數(shù)10.6直齒錐齒輪傳動(dòng)圖10-21背錐及當(dāng)量齒數(shù)

3.直齒錐齒輪正確嚙合條件

（1）直齒圓錐齒輪的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)

為了計(jì)算和測(cè)量方便，通常取圓錐齒輪大端的參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值，即大端的模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值，α=20o。

（2）直齒圓錐齒輪的正確嚙合條件

大端10.6直齒錐齒輪傳動(dòng)圖10-19錐齒輪傳動(dòng)

10.6.2直齒錐齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸

1.基本參數(shù)

直齒圓錐齒輪的基本參數(shù)以大端為準(zhǔn)，因?yàn)榇蠖顺叽缭跍y(cè)量時(shí)，相對(duì)誤差較小。

直齒圓錐齒輪的基本參數(shù)：有大端模數(shù)m，齒數(shù)z1、z2，壓力角α=20o，分度圓錐角δ1、δ2，齒頂高系數(shù)ha*=1和頂隙系數(shù)c*=0.2。

圖10-22標(biāo)出了直齒錐齒輪的幾何尺寸。

10.6直齒錐齒輪傳動(dòng)圖10-22直齒錐齒輪的幾何尺寸

漸開線錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算公式見表10-7。

10.6直齒錐齒輪傳動(dòng)

10.7.1蝸桿傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)

如圖15-21所示，蝸桿傳動(dòng)主要由蝸桿和蝸輪組成，它用于傳遞交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，通常兩軸垂直交錯(cuò)角為90o。一般以蝸桿作為主動(dòng)件，蝸輪為從動(dòng)件。

蝸桿根據(jù)其螺旋線的旋向不同，有右旋和左旋之分，通常采用右旋蝸桿。

10.7蝸桿傳動(dòng)圖10-23蝸桿傳動(dòng)的組成

1.蝸桿傳動(dòng)的類型—按蝸桿的不同形狀

（1）圓柱蝸桿傳動(dòng)（2）環(huán)面蝸桿傳動(dòng)（3）錐面蝸桿傳動(dòng)

其中：圓柱蝸桿傳動(dòng)在工程中應(yīng)用最廣。

10.7蝸桿傳動(dòng)圖10-24蝸桿傳動(dòng)的類型

1.蝸桿傳動(dòng)的類型—按圓柱蝸桿軸面齒型分

（1）阿基米德蝸桿：傳動(dòng)效率較低，常用頭數(shù)較少、載荷較小、低速或不太重要的傳動(dòng)中。

（2）漸開線蝸桿：漸開線蝸桿多用于大功率高速精密傳動(dòng)。

10.7蝸桿傳動(dòng)圖10-25阿基米德蝸桿圖10-26漸開線蝸桿

2.蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)

(1)傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊。傳動(dòng)比等于齒數(shù)比，蝸桿頭數(shù)一般為1～6，遠(yuǎn)小于齒輪的最少齒數(shù)，一般在動(dòng)力傳動(dòng)中，取傳動(dòng)比i=10～80，而在分度機(jī)構(gòu)中，可達(dá)i=1000。

(2)傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)噪聲。蝸桿傳動(dòng)如同螺旋傳動(dòng)，始終連續(xù)、平穩(wěn)、沒有噪聲。

(3)具有自鎖性。蝸桿的導(dǎo)程角γ很小時(shí)，蝸輪不能帶動(dòng)蝸桿，呈自鎖狀態(tài)。這種蝸桿傳動(dòng)常用于需要自鎖的手動(dòng)起重機(jī)中。

(4)效率低。一般效率只有0.7～0.9，具有自鎖性的蝸桿傳動(dòng)，效率僅有0.4。因此蝸桿傳動(dòng)發(fā)熱量大，如散熱不良，便不能持續(xù)工作。為了減摩和耐磨，蝸輪常用青銅制造，材料成本因而提高。10.7蝸桿傳動(dòng)

10.7.2蝸桿傳動(dòng)的基本參數(shù)和幾何尺寸

圖10-27所示為阿基米德蝸桿傳動(dòng)。通過蝸桿軸線并垂直蝸輪軸線的平面稱為蝸桿傳動(dòng)的中平面。在中平面內(nèi)，蝸桿相當(dāng)于一個(gè)齒條，蝸輪的齒廓為漸開線。

主平面上蝸輪與蝸桿嚙合當(dāng)于直齒條于斜齒輪嚙合。10.7蝸桿傳動(dòng)圖10-27阿基米德蝸桿傳動(dòng)

1.主要參數(shù)

(1)模數(shù)m和壓力角α

規(guī)定：蝸桿的軸向模數(shù)ma1和蝸輪的端面模數(shù)mt2相等且為標(biāo)準(zhǔn)值m。蝸桿的軸向壓力角αa1和蝸輪的壓力角αt2且為標(biāo)準(zhǔn)值α=20o。10.7蝸桿傳動(dòng)圖10-27阿基米德蝸桿傳動(dòng)(2)蝸桿的頭數(shù)z1、蝸輪的齒數(shù)z2和傳動(dòng)比i

1）蝸桿頭數(shù)的選擇蝸桿的頭數(shù)一般取z1=1~6。

z1↓→η↓→故一般推薦值為1，2，4，6，否則引起加工困難。當(dāng)要求蝸桿傳動(dòng)具有大的傳動(dòng)比或反行程自鎖時(shí)，取z1=1。10.7蝸桿傳動(dòng)圖10-27阿基米德蝸桿傳動(dòng)2)蝸輪齒數(shù)的選擇

z2

=iz1

蝸輪齒數(shù)

z2=28～80。若

z2<28，則傳動(dòng)的平穩(wěn)性會(huì)下降，且易產(chǎn)生根切；若

z2

過大，則蝸輪的直徑

d2增大，與之相應(yīng)的蝸桿長(zhǎng)度增加、剛度降低，從而影響嚙合的精度。

蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比為:10.7蝸桿傳動(dòng)(3)蝸桿的導(dǎo)程角γ

將蝸桿分度圓柱展開，其螺旋線與端平面的夾角γ稱為蝸桿的導(dǎo)程角。

蝸桿的螺旋線，多采用右旋。對(duì)于動(dòng)力傳動(dòng)為提高效率采用較大的γ值，即采用多頭蝸桿；對(duì)要求具有自鎖性能的傳動(dòng)，應(yīng)采用γ<3o30′，即蝸桿頭數(shù)為1。10.7蝸桿傳動(dòng)圖10-28導(dǎo)程角(4)蝸桿分度圓直徑

d1

與蝸桿直徑系數(shù)

q

為了減少蝸輪滾刀的個(gè)數(shù)和便于滾刀的標(biāo)準(zhǔn)化，就對(duì)每一標(biāo)準(zhǔn)的模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)量的蝸桿分度圓直徑

d1

，而把分度圓直徑和模數(shù)的比稱為蝸桿直徑系數(shù)q。(5)中心矩a

蝸桿傳動(dòng)中，當(dāng)蝸桿節(jié)圓與蝸輪分度圓重合時(shí)稱為標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)。

10.7蝸桿傳動(dòng)2.蝸桿傳動(dòng)正確嚙合條件

中間平面內(nèi)蝸桿與蝸輪的模數(shù)和壓力角分別相等。即

10.7蝸桿傳動(dòng)圖10-23蝸桿傳動(dòng)的組成3.蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸

阿基米德蝸桿傳動(dòng)的主要幾何尺寸計(jì)算公式見表10-8。

10.7蝸桿傳動(dòng)齒輪常用的結(jié)構(gòu)形式主要有四種，見表10-9。

10.8齒輪的結(jié)構(gòu)形式蝸輪蝸桿常用的結(jié)構(gòu)形式見表10-10。

10.8齒輪的結(jié)構(gòu)形式

齒輪傳動(dòng)要滿足兩個(gè)基本要求：傳動(dòng)平穩(wěn)，有足夠的承載能力。按工作條件，齒輪傳動(dòng)可分為閉式傳動(dòng)和開式傳動(dòng)兩種。

（1）閉式傳動(dòng):閉式傳動(dòng)是將齒輪封閉在剛性的箱體內(nèi)，因此潤(rùn)滑及維護(hù)等條件較好。重要的齒輪傳動(dòng)都采用閉式傳動(dòng)。

（2）開式傳動(dòng):開式傳動(dòng)的齒輪是敞開的，工作時(shí)易落入灰塵，導(dǎo)致潤(rùn)滑不良，而且輪齒容易磨損，故只適用于簡(jiǎn)易的機(jī)械設(shè)備及低速場(chǎng)合。

10.9齒輪傳動(dòng)的失效分析與選材

10.9.1齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

1.輪齒的主要失效形式

齒輪傳動(dòng)的失效一般發(fā)生在輪齒上，通常有輪齒折斷和齒面損傷兩種形式。后者又分為齒面點(diǎn)蝕、齒面磨損、齒面膠合和塑性變形等。齒輪傳動(dòng)常見失效分析見表10-11。10.9齒輪傳動(dòng)的失效分析與選材10.9齒輪傳動(dòng)的失效分析與選材

2.齒輪傳動(dòng)的一般設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

(1)軟齒面（齒面硬度≤350HBW）閉式傳動(dòng):主要失效形式為齒面點(diǎn)蝕，故通常先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)幾何尺寸，然后用齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核其承載能力。

(2)硬齒面（齒面硬度>350HBW）閉式傳動(dòng):主要失效形式為輪齒折斷，故通常先按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)幾何尺寸，然后用齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核其承載能力。

(3)開式齒輪傳動(dòng):主要失效形式是磨損，但目前尚無(wú)完善的計(jì)算方法，齒輪傳動(dòng)常因磨損而使齒根變薄，導(dǎo)致輪齒折斷，故僅以齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)幾何尺寸，并將所得模數(shù)加大10%～20%，以考慮磨損的影響，此時(shí)不必進(jìn)行齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算。10.9齒輪傳動(dòng)的失效分析與選材

10.9.2齒輪材料及熱處理

通過輪齒失效分析，可知要求齒輪的表面應(yīng)具有較高的硬度，以增強(qiáng)它抵抗磨損、膠合和塑性變形的能力，芯部要有較好的韌性，以增強(qiáng)它承受沖擊的能力。

即：表硬芯軟

大小配對(duì)齒輪對(duì)材料的要求

(1)當(dāng)大小齒輪都是軟齒面時(shí)，小齒輪材料的硬度比大齒輪高20~50HBW。

(2)對(duì)于高速、重載或重要的齒輪傳動(dòng)，可采用硬齒面齒輪組合，齒面硬度可大致相同。

10.9齒輪傳動(dòng)的失效分析與選材

常用的齒輪材料有各種牌號(hào)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、鑄鋼和鑄鐵，一般多采用鍛件或軋鋼材。鋼制齒輪的熱處理方法主要有以下幾種：

(1)表面淬火:表面淬火常用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr鋼等。表面淬火后，齒面硬度一般為40～55HRC。特點(diǎn)是抗疲勞點(diǎn)蝕、抗膠合能力高；耐磨性好。由于齒輪心部未淬硬，所以齒輪仍有足夠的韌性，能承受不大的沖擊載荷。(2)滲碳淬火:滲碳淬火常用于碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%～0.25%的低碳鋼和低碳合金鋼，如20、20Cr

鋼等。滲碳淬火后齒面硬度可達(dá)56～62HRC，齒面接觸強(qiáng)度高，耐磨性好，而齒輪心部仍保持較高的韌性，常用于受沖擊載荷的重要齒輪傳動(dòng)。齒輪經(jīng)滲碳淬火后，輪齒變形較大，應(yīng)進(jìn)行磨削加工。

10.9齒輪傳動(dòng)的失效分析與選材

(3)滲氮:滲氮是一種表面化學(xué)熱處理。滲氮后不需要再進(jìn)行其他熱處理，齒面硬度可達(dá)60～62HRC。因滲氮處理溫度低，齒的變形小，故適用于內(nèi)齒輪和難以磨削的齒輪，常用于含鉛、鉬、鋁等合金元素的滲氮鋼，如38CrMoAl等。

(4)調(diào)質(zhì):調(diào)質(zhì)一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr、35SiMn鋼等。調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度一般為220～280HBW。因硬度不高，輪齒精加工可在熱處理后進(jìn)行。

(5)正火:正火能消除內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化晶粒，改善力學(xué)性能和切削性能。機(jī)械強(qiáng)度要求不高的齒輪可采用中碳鋼正火處理，大直徑的齒輪可采用鑄鋼正火處理。10.9齒輪傳動(dòng)的失效分析與選材

五種熱處理中，經(jīng)調(diào)質(zhì)和正火兩種處理后的齒面硬度較低（≤350HBW），為軟齒面；其他三種處理后的齒面硬度較高，為硬齒面（>350HBW）。軟齒面的加工工藝過程較簡(jiǎn)單，適用于一般傳動(dòng)。

1)當(dāng)大小齒輪都是軟齒面時(shí)，考慮到小齒輪齒根較薄，彎曲強(qiáng)度較低，且小齒輪承載次數(shù)即應(yīng)力循環(huán)次數(shù)）多，故為了使大小齒輪壽命接近，通常小齒輪材料的硬度比大齒輪高20～50HBW。

2)對(duì)于高速、重載或重要的齒輪傳動(dòng)，可采用硬齒面齒輪組合，齒面硬度可大致相同。10.9齒輪傳動(dòng)的失效分析與選材

常用的齒輪材料、熱處理硬度和應(yīng)用舉例見表10-1210.9齒輪傳動(dòng)的失效分析與選材齒輪常用材料及其力學(xué)性能見表10-13。10.9齒輪傳動(dòng)的失效分析與選材齒輪常用材料及其力學(xué)性能見表10-13。10.9齒輪傳動(dòng)的失效分析與選材

在忽略齒面間摩擦力的情況下，各種齒輪傳動(dòng)的受力分析與比較見表10-14。10.10各種類型齒輪傳動(dòng)的受力分析與比較10.10各種類型齒輪傳動(dòng)的受力分析與比較

綜合項(xiàng)目分析

在自動(dòng)化生產(chǎn)線中，電動(dòng)機(jī)常與齒輪系統(tǒng)一起組成設(shè)備的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，如圖10-29a所示。由蝸輪蝸桿、斜齒圓柱齒輪、錐齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成組成的減速裝置示意圖如圖10-29b所示。請(qǐng)根據(jù)所學(xué)內(nèi)容，完成以下任務(wù)：

1)已知輸出軸n6的方向，為使各軸軸向力能相互抵消，請(qǐng)判定蝸桿蝸輪1、2和斜齒輪3、4的旋向、各軸的轉(zhuǎn)向及各齒輪軸向力的方向（標(biāo)在圖上或用文字說明）。

圖10-29自動(dòng)化生產(chǎn)線中的動(dòng)力系統(tǒng)圖

綜合項(xiàng)目分析

2)經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備振動(dòng)明顯加劇。拆開一看，發(fā)現(xiàn)圖10-29b中所標(biāo)識(shí)的斜齒圓柱齒輪3發(fā)生失效，失效情形如圖10-29c所示，請(qǐng)分析這是什么失效形式。

3)為了讓自動(dòng)化設(shè)備恢復(fù)正常工作，請(qǐng)按現(xiàn)有條件，重新配備這個(gè)齒輪。已知齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中的斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)比

i34=2.5，斜齒圓柱齒輪4經(jīng)參數(shù)測(cè)定得：齒數(shù)

z4=100，αn=20°,han*=1，cn*=0.25，

mn=2.5mm

。

圖10-29自動(dòng)化生產(chǎn)線中的動(dòng)力系統(tǒng)圖

項(xiàng)目訓(xùn)練

習(xí)10-5如圖所示為一減速器圖，輸入軸轉(zhuǎn)速n1=1350r/min，輸出轉(zhuǎn)速n4=150r/min，輪1與輪4同軸線，低速級(jí)齒輪z3=20，高速級(jí)齒輪z1=25，z2＝75，m=3mm試求：低速級(jí)另一齒輪的齒數(shù)z4及模數(shù)。（答案：m34＝3.75mm,

z4＝60)

圖10-31題10-5圖

項(xiàng)目訓(xùn)練

習(xí)10-6

某二級(jí)斜齒圓柱齒輪減速器，已知齒輪1主動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向和螺旋方向如圖10-32所示。若使軸Ⅱ上齒輪2、3的軸向力抵消一部分，試確定齒輪3螺旋線的方向，并將各齒輪的螺旋線方向及軸向力Fa的方向標(biāo)在圖中。

（答案：1輪為左旋Fa1向上，2輪為右旋Fa2向下，輪3為右旋Fa3向上，4輪為左旋Fa4向下）

圖10-32題10-6圖謝謝聆聽！

第11單元

輪系

項(xiàng)目背景

課程思政案例：齒輪傳動(dòng)在各種機(jī)器和機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用廣泛,但為了減速、增速、變速等特殊用途，往往不能只靠一對(duì)齒輪來完成，經(jīng)常需采用一系列相互嚙合的齒輪組成的傳動(dòng)系統(tǒng)—輪系。

我國(guó)古代在輪系研制方面有許多杰出發(fā)明創(chuàng)造，如東漢張衡利用漏壺的等時(shí)性制成水運(yùn)渾象，通過在渾象內(nèi)部設(shè)置的一套齒輪系機(jī)械傳動(dòng)裝置,可實(shí)現(xiàn)渾象每天等速旋轉(zhuǎn)一周；東漢以后出現(xiàn)的記里鼓車則是利用一套減速齒輪系，通過鼓鐲的音響分段報(bào)知里程。

通過學(xué)習(xí)了解我國(guó)機(jī)械發(fā)明史上的輝煌成就，堅(jiān)定文化自信和專業(yè)自信，樹立機(jī)械發(fā)展偉大復(fù)興的職業(yè)理想。中國(guó)古代機(jī)械-水運(yùn)渾象定軸輪系的傳動(dòng)比輪系的類型周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比混合輪系內(nèi)容CONTENTS輪系的作用綜合項(xiàng)目分析

第11單元

輪系

第11單元輪系

知識(shí)目標(biāo)

1.了解輪系的基本類型及輪系的主要功用，能正確識(shí)別輪系的類型。2.熟練掌握定軸輪系、周轉(zhuǎn)輪系、混合輪系的傳動(dòng)比計(jì)算。

1.能識(shí)別各種典型輪系類型及應(yīng)用。2.能完成各種輪系傳動(dòng)比計(jì)算。

能力目標(biāo)

第11單元

輪系

素質(zhì)目標(biāo)

1.學(xué)習(xí)中國(guó)古代輪系發(fā)展史，樹立文化自信。2.培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致、精益求精的探索實(shí)踐精神。

1.定軸輪系、周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比的計(jì)算。2.混合輪系傳動(dòng)比的計(jì)算。

學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)11.1輪系的類型

輪系概念：由一系列互相嚙合齒輪組成的傳動(dòng)系統(tǒng)稱為輪系（或齒輪系）。

圖11-1機(jī)械手表結(jié)構(gòu)圖機(jī)床齒輪傳動(dòng)圖

輪系按傳動(dòng)時(shí)軸線是否固定，可分為兩大類：定軸輪系（定軸線輪系）和周轉(zhuǎn)輪系。

1.定軸輪系：輪系傳動(dòng)時(shí)，各齒輪的幾何軸線位置都是固定的，這種輪系稱為定軸輪系，如圖11-2所示。

2.周轉(zhuǎn)輪系：輪系傳動(dòng)時(shí)，至少有一個(gè)齒輪的幾何軸線可繞另一齒輪的幾何軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的輪系稱為周轉(zhuǎn)輪系。如圖11-3所示，周轉(zhuǎn)輪系由行星輪2、太陽(yáng)輪1和3、行星架H（或系桿）和機(jī)架組成。圖11-2定軸輪系圖11-3周轉(zhuǎn)輪系（一）11.1輪系的類型

（1）太陽(yáng)輪：在周轉(zhuǎn)輪系中，軸線位置固定不動(dòng)的齒輪，稱為太陽(yáng)輪。

（2）行星輪：齒輪軸線繞其他輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪，稱為行星輪。

（3）行星架（或系桿H）：用于支持行星輪并與太陽(yáng)輪共軸線的構(gòu)件，稱為行星架（或系桿）

11.1輪系的類型圖11-3周轉(zhuǎn)輪系（一）

周轉(zhuǎn)輪系按其自由度F不同，可分為差動(dòng)輪系（F=2）和行星輪系（F=1）。

差動(dòng)輪系（F=2）11.1輪系的類型行星輪系（F=1）圖11-4周轉(zhuǎn)輪系（二）

3.混合輪系：工程中有的輪系既包括定軸輪系，又包含周轉(zhuǎn)輪系，或直接由幾個(gè)周轉(zhuǎn)輪系組合而成。機(jī)械傳動(dòng)中由定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系構(gòu)成的復(fù)雜輪系稱為混合輪系。圖11-5汽車差速器11.1輪系的類型圖11-6渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)減速器傳動(dòng)簡(jiǎn)圖

☆基礎(chǔ)能力訓(xùn)練

圖11-7所示為指南車復(fù)原圖。指南車是古代一種指示方向的車輛，它利用齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)和離合裝置來指示方向，在特定條件下，車子轉(zhuǎn)向時(shí)木人手臂仍指向正南。圖11-8所示為記里鼓車復(fù)原圖，記里鼓車是中國(guó)古代用于計(jì)算道路里程的車，基本原理和指南車相同，也是利用齒輪機(jī)構(gòu)的差動(dòng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)道路里程