第六章平行軸齒輪傳動(dòng)

1、www.themegallery.com,§6-1 齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)、應(yīng)用與分類§6-2 漸開線的形成原理和特性§6-3 漸開線齒輪的參數(shù)及幾何尺寸§6-4 漸開線齒輪的嚙合傳動(dòng)§6-5 漸開線齒輪的切齒原理§6-6 根切現(xiàn)象與最少齒數(shù)§6-7 漸開線變位齒輪概述§6-8 齒輪傳動(dòng)的失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)

2、則§6-9 齒輪常用材料及熱處理§6-10 漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算§6-11 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)§6-12 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)§6-13　齒輪的潤(rùn)滑,第六章 圓柱齒輪傳動(dòng),,www.themegallery.com,6-1 齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)、應(yīng)用與分類,一、特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：1.傳動(dòng)效率高（η=99%）；2.傳動(dòng)比恒定；3.結(jié)構(gòu)緊湊（較之于帶

3、、鏈傳動(dòng)）；4.工作可靠、壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)：1.制造、安裝精度要求高（專用機(jī)床、刀具）；2.使用、維護(hù)費(fèi)用較高；3.不適于中心距較大的兩軸間的傳動(dòng)；4.精度低時(shí)、噪音、振動(dòng)較大。,齒輪傳動(dòng)是應(yīng)用最廣的機(jī)械傳動(dòng),,www.themegallery.com,二、分類,1、按軸的布置方式,6-1 齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)、應(yīng)用與分類,,www.themegallery.com,2、按工作條件,開式——適于低速及不重要的場(chǎng)合半開式——農(nóng)業(yè)

4、機(jī)械、建筑機(jī)械及簡(jiǎn)單機(jī)械設(shè)備—只有簡(jiǎn)單防護(hù)罩閉式——潤(rùn)滑、密封良好，—汽車、機(jī)床及航空發(fā)動(dòng)機(jī)等的齒輪傳動(dòng)中,6-1 齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)、應(yīng)用與分類,,www.themegallery.com,6-2 漸開線的形成原理和特性,一、漸開線的形成,V k,二．漸開線的特性,（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)弧長(zhǎng)。（2）漸開線上任意一點(diǎn)法線必然與基圓相切。因?yàn)楫?dāng)發(fā)生線在基圓上作純滾動(dòng)時(shí)，B點(diǎn)為漸開線上K點(diǎn)的曲率中

5、心，BK為其曲率半徑和K點(diǎn)的法線。 （3）漸開線齒廓上某點(diǎn)的法線與該點(diǎn)的速度方向所夾的銳角稱為該點(diǎn)的壓力角。齒廓上各點(diǎn)壓力角是變化的。（4）漸開線的形狀只取決于基圓大小。（5）基圓內(nèi)無漸開線,動(dòng)畫演示,,www.themegallery.com,6-3 漸開線齒輪的參數(shù)及幾何尺寸,一．齒輪各部分名稱和符號(hào),（1）齒頂圓 da（2）齒根圓 df（3）基圓 db（4）分度圓 d（5）齒厚

6、 sk（6）齒槽寬 ek（6）齒距 pk（8）齒頂高 ha（9）齒根高 hf（10）齒全高 h（11）齒寬 b☆分度圓上齒厚、齒槽寬和齒距分別用s、e、p表示。,,www.themegallery.com,6-3 漸開線齒輪的參數(shù)及幾何尺寸,,www.themegallery.com,二．齒輪基本參數(shù)及選擇,基本參數(shù),其中：,☆標(biāo)準(zhǔn)齒輪是指m,a, ha*和 c*均為標(biāo)準(zhǔn)值，且s=

7、e的齒輪。,6-3 漸開線齒輪的參數(shù)及幾何尺寸,,www.themegallery.com,三、內(nèi)齒輪與外齒輪的不同點(diǎn)：1.齒廓是內(nèi)凹的。2.分度圓大于齒頂圓，齒根圓大于分度圓。3.齒頂圓必須大于基圓，齒頂?shù)凝X廓才能全部　為漸開線。,四、齒條與齒輪的不同點(diǎn)：,1.齒條齒廓上各點(diǎn)的壓力角相等。其大小等于齒廓的傾斜角（取標(biāo)準(zhǔn)值20°)，通稱為齒形角。2.無論在中線上或與其平行的其它直線上，其齒距都相等。,6-3

8、 漸開線齒輪的參數(shù)及幾何尺寸,,www.themegallery.com,一、正確嚙合條件,即嚙合條件為：兩輪的模數(shù)和壓力角必須分別相等。,兩齒輪的正確嚙合條件為：,二、連續(xù)傳動(dòng)條件,連續(xù)傳動(dòng)的條件為：B1B2 >= Pb也可表示為： >= 1(即齒輪傳動(dòng)的重合度大于等于1，一般取 =（1.1~1.4）,6-4 漸開線齒輪的嚙合傳動(dòng),,www.themegallery.com,三、漸開線齒輪的無側(cè)隙嚙

9、合,標(biāo)準(zhǔn)中心距 ：,徑向方向上留有間隙c （標(biāo)準(zhǔn)頂隙）：,非標(biāo)準(zhǔn)安裝時(shí)，中心距：,1.外嚙合傳動(dòng),☆兩輪的中心距a應(yīng)等于兩輪分度圓半徑之和。這個(gè)中心距稱為標(biāo)準(zhǔn)中心距，按照標(biāo)準(zhǔn)中心距進(jìn)行安裝稱標(biāo)準(zhǔn)安裝。,6-4 漸開線齒輪的嚙合傳動(dòng),,www.themegallery.com,2.齒輪齒條嚙合,齒輪齒條嚙合時(shí)，相當(dāng)于齒輪的分度圓與齒條的節(jié)圓作純滾動(dòng)。標(biāo)準(zhǔn)安裝時(shí)，齒條的節(jié)線與齒輪的分度圓相切。,此時(shí)， 當(dāng)齒條圓離

10、或靠近齒輪時(shí)，嚙合線位置不 變，嚙合角不變，節(jié)點(diǎn)位置不變，齒輪與齒條嚙合時(shí)齒輪的分度圓永遠(yuǎn)與節(jié)圓重合，嚙合角等于壓力角。但只有標(biāo)準(zhǔn)安裝時(shí)，齒條的分度線才與節(jié)線重合。,6-4 漸開線齒輪的嚙合傳動(dòng),,www.themegallery.com,6-5 漸開線齒輪的切齒原理,一.仿形法,仿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(gè)齒槽后，分度頭將齒坯轉(zhuǎn)過360/z，再銑下一個(gè)

11、齒槽，直到銑出所有的齒槽。,圓盤銑刀加工齒數(shù)的范圍,這種方法適用于單件生產(chǎn)而且精度要求不高的齒輪加工。,動(dòng)畫演示,,www.themegallery.com,二. 展成法,范成法是利用一對(duì)齒輪無側(cè)隙嚙合時(shí)兩輪的齒廓互為包絡(luò)線的原理加工齒輪的。加工時(shí)刀具與齒坯的運(yùn)動(dòng)就像一對(duì)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：（1）齒輪插刀  是一個(gè)齒廓為刀刃的外齒輪；（2）齒條插刀  是一

12、個(gè)齒廓為刀刃的齒條；（3）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(zhuǎn)動(dòng)時(shí)相當(dāng)于齒條在移動(dòng)。可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)加工，生產(chǎn)率高。,滾直齒,插直齒,6-5 漸開線齒輪的切齒原理,,www.themegallery.com,6-6 根切現(xiàn)象與最少齒數(shù),用范成法加工齒輪時(shí)，若刀具的齒頂線（或齒頂圓）超過理論嚙合線極限點(diǎn)N時(shí)，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（如圖所示）。,一.

13、根切現(xiàn)象,輪齒的根切大大削弱了輪齒的彎曲強(qiáng)度，降低齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性和重合度，因此應(yīng)力求避免,動(dòng)畫演示,,www.themegallery.com,二、標(biāo)準(zhǔn)外齒輪的最少齒數(shù),漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪不根切的最少齒數(shù)為：,時(shí),時(shí),6-6 根切現(xiàn)象與最少齒數(shù),,www.themegallery.com,6-7 漸開線變位齒輪概述,一、標(biāo)準(zhǔn)齒輪的局限性,1.受根切限制，齒數(shù)不得少于16，使傳動(dòng)結(jié)構(gòu)不夠緊湊；,2.不適用于安裝中心距a'

14、不等于標(biāo)準(zhǔn)中心距a的場(chǎng)合。,3.一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)時(shí)，小齒輪的齒根厚度小而嚙合次數(shù)又較多，故小齒輪的強(qiáng)度較低，齒根部分磨損也較嚴(yán)重，因此小 齒輪容易損壞，同時(shí)也限制了大齒輪的承載能力。,刀具分度線,,www.themegallery.com,二、變位齒輪的概念,用改變刀具與輪坯相對(duì)位置的齒輪加工方法稱為變位修正法。加工出的齒輪稱作變位齒輪。,刀具移動(dòng)的距離稱作變位量，用xm 表示,x稱作變位系數(shù)。相對(duì)于輪坯中心，刀具向外移動(dòng)稱作正變位，

15、x>0；刀具向里移動(dòng)，稱作負(fù)變位，x<0；正變位加工出的齒輪稱作正變位齒輪，負(fù)變位加工出來的齒輪稱作負(fù)變位齒輪。,變位齒輪的幾何尺寸見課本的附表,動(dòng)畫演示,6-7 漸開線變位齒輪概述,,www.themegallery.com,三、變位齒輪傳動(dòng)的類型,6-7 漸開線變位齒輪概述,,www.themegallery.com,6-8 齒輪傳動(dòng)的失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,一、失效形式,機(jī)械零件由于強(qiáng)度、剛度、耐磨性和振

16、動(dòng)穩(wěn)定性等因素不能正常工作時(shí)，稱為失效。機(jī)械零件在變應(yīng)力作用下引起的破壞稱為疲勞破壞，機(jī)械零件抵抗疲勞破壞的能力稱為疲勞強(qiáng)度。齒輪傳動(dòng)的失效主要是輪齒的失效。其失效形式有：,（1）輪齒折斷,（2）齒面點(diǎn)蝕,（3）齒面膠合,（4）齒面磨損,（5）齒面塑性變形,齒面膠合,齒面點(diǎn)蝕,,www.themegallery.com,齒面磨損,齒面塑性變形,一、失效形式,6-8 齒輪傳動(dòng)的失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,,www.themegallery.

17、com,二、 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,對(duì)于閉式齒輪傳動(dòng)：1）軟齒面（≤350HBS）齒輪主要失效形式是齒面點(diǎn)蝕，故可按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。2）硬齒面（>350HBS）或鑄鐵齒輪，由于抗點(diǎn)蝕能力較高，輪齒折斷的可能性較大，故可按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核。 對(duì)于開式齒輪傳動(dòng)中的齒輪，齒面磨損為其主要失效形式，故通常按照齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，確定齒輪的模數(shù)，考慮磨損因

18、素，再將模數(shù)增大10%——20%，而無需校核接觸強(qiáng)度。,三、設(shè)計(jì)步驟,6-8 齒輪傳動(dòng)的失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,,www.themegallery.com,一、齒輪材料的基本要求,齒輪的齒體應(yīng)有較高的抗折斷能力，齒面應(yīng)有較強(qiáng)的抗點(diǎn)蝕、抗磨損和較高的抗膠合能力，即要求：齒面硬、芯部韌、加工工藝性能及熱處理性能良好。,鋼：許多鋼材經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砘虮砻嫣幚?，可以成為常用的齒輪材料；,鑄鐵：常作為低速、輕載、不太重要場(chǎng)合的齒輪材料；,非金屬材

19、料：適用于高速、輕載、且要求降低噪聲的場(chǎng)合。,6-9 齒輪常用材料及熱處理,二、齒輪常用材料及其熱處理,,www.themegallery.com,一、 輪齒的受力分析,以節(jié)點(diǎn) P 處的嚙合力為分析對(duì)象，并不計(jì)嚙合輪齒間的摩擦力，可得：,6-10 漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算,,,www.themegallery.com,6-10 漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算,二、輪齒的計(jì)算載荷,齒輪傳動(dòng)在實(shí)際工作時(shí)，由于原動(dòng)機(jī)

20、和工作機(jī)的工作特性不同，會(huì)產(chǎn)生附加載荷。齒輪、軸、軸承的加工、安裝誤差及彈性變形會(huì)引起載荷集中，使實(shí)際載荷增加。,計(jì)算載荷用符號(hào)Fnc表示。,即,Fnc= KFn,,www.themegallery.com,三、 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算,直齒圓柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算3,基本公式──赫茲應(yīng)力計(jì)算公式，即:,在節(jié)點(diǎn)嚙合時(shí)，接觸應(yīng)力較大，故以節(jié)點(diǎn)為接觸應(yīng)力計(jì)算點(diǎn)。,齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核式：,齒面接觸疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)式：,節(jié)點(diǎn)處的綜合曲率半徑為：,上述

21、式中：u─齒數(shù)比，u=z2/z1；ZE ─彈性影響系數(shù)；ZH ─區(qū)域系數(shù)；,6-10 漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算,,www.themegallery.com,四、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算,中等精度齒輪傳動(dòng)的彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的力學(xué)模型如下圖所示。,根據(jù)該力學(xué)模型可得齒根理論彎曲應(yīng)力,計(jì)入齒根應(yīng)力校正系數(shù)Ysa后，強(qiáng)度條件式為：,引入齒寬系數(shù)后 　　　，可得設(shè)計(jì)公式：,YFa為齒形系數(shù)，是僅與齒形有關(guān)而與模數(shù)m無關(guān)的系數(shù)，其值可根

22、據(jù)齒數(shù)查表獲得。,6-10 漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算,,www.themegallery.com,6-11 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng),一、齒廓曲面的形成及其嚙合特點(diǎn),直齒輪輪齒漸開線曲面的形成與斜齒輪輪齒漸開線曲面的形成 的比較,,,www.themegallery.com,二、斜齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算,1．螺旋角,,6-11 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng),,www.themegallery.com,3．壓力角,在直角△ABD、

23、△ACE及△ABC中，,所以有：,6-11 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng),,www.themegallery.com,4.齒頂高系數(shù)及頂隙系數(shù)：,無論從法向或從端面來看，輪齒的齒頂高都是相同的，頂隙也是相同的。,5.斜齒輪的幾何尺寸計(jì)算：,斜齒輪傳動(dòng)的中心距與螺旋角b有關(guān)。當(dāng)一對(duì)斜齒輪的模數(shù)、齒數(shù)、一定時(shí)，可以通過改變其螺旋角b的大小來調(diào)整中心距。,斜齒輪最少齒數(shù)Zmin為,由于cosban,所以斜齒輪的最少齒數(shù)比直齒輪要少，因而斜齒輪機(jī)構(gòu)更加緊

24、湊。,6-11 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng),,www.themegallery.com,三、斜齒輪正確嚙合的條件和重合度,1.正確嚙合條件,2.斜齒輪傳動(dòng)的重合度,直齒輪的重合度：齒輪傳動(dòng)的實(shí)際嚙合線長(zhǎng)度為B1B2,6-11 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng),,www.themegallery.com,斜齒輪傳動(dòng)嚙合時(shí)，由從動(dòng)輪前端面齒頂與主動(dòng)輪前端面齒根接觸點(diǎn)D開始嚙合，至主動(dòng)輪后端面齒頂與從動(dòng)輪后端面齒根接觸點(diǎn)C退出嚙合，實(shí)際嚙合線長(zhǎng)度為DC1，它比直齒

25、輪的嚙合線增大了CC1。因此，斜齒輪傳動(dòng)的總重合度為,,為端面重合度 稱作軸向重合度,6-11 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng),,www.themegallery.com,四、斜齒圓柱齒輪的當(dāng)量齒數(shù),用比較了解的直齒圓柱齒輪來代替斜齒輪。這個(gè)直齒輪是一個(gè)虛擬的齒輪。這個(gè)虛擬的齒輪稱為該斜齒輪的當(dāng)量齒輪。,計(jì)算式為,不發(fā)生根切的最小齒數(shù),,6-11 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng),,www.themegallery.com,6-11 斜齒圓柱齒輪傳

26、動(dòng),,www.themegallery.com,由于Fa∝tanb，為了不使軸承承受的軸向力過大，螺旋角b不宜選得過大，常在b=8º～20º之間選擇。,五、 斜齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算,1.受力分析,圓周力,徑向力,軸向力,6-11 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng),,www.themegallery.com,2.斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算：,（1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算,校核公式,,,設(shè)計(jì)公式,（2）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算,校核公式,設(shè)