齿轮传动幻灯片（9）

机械设计基础课件（9）,第9章 齿轮传动,第一节 齿轮传动的特点和类型,齿轮传动是目前机械 传动中最重要的一 种传动，它能适应各种不同的工作条件：无论 两轴是平行布置的，还是相交的或是交错的， 都能应用齿轮传动。 1. 齿轮传动的作用 传递任意两轴间的运动和动力. 2. 齿轮传动的优、缺点,优点：,传动比恒定；传动平稳,传动效率高,=99%以上；,工作可靠性高；使用寿命长,可使用数年。,适用的功率、速度范围广。,结构紧凑，外廓尺寸小。,缺点：,制造和安装精度要求较高；成本高.,不适宜用于两轴轴间距离较大的传动。,无过载保护功能。,传动中有噪声和振动。,二、齿轮及其传动的类型,1、按齿轮的轮廓曲面分类,（1）渐开线齿轮应用最广泛，重点讨论。,（2）圆弧齿轮适用于高速重载的场合。,（3）摆线齿轮主要用于摆线少齿差传动。,外啮合直齿轮,内啮合直齿轮,2、按齿轮传动相对运动分类,（1）平面齿轮（两轴平行）,斜齿圆柱齿轮,人字齿圆柱齿轮,齿轮齿条传动,直齿圆锥齿轮传动,(2)、空间齿轮传动（两轴不平行）,两轴相交错的齿轮机构,交错轴斜齿轮传动,蜗轮蜗杆传动,8avi,多路齿轮机构传动,3、按齿轮传动工作条件分类,（1）开式传动指齿轮暴露在箱体之外的齿轮传动，适用 于低速或不重要的场合。 （2）半开式传动只有简单的防护罩，适用于农业机械、 建筑机械等。 （3）闭式传动齿轮安装在封闭的箱体内的齿轮传动。多 用于重要的传动。,三、齿轮传动的基本要求 1、传动准确、平稳 2、承载能力强,i12=1/2= 常数,第二节渐开线齿轮（P140页）,一、齿廓啮合基本定律,啮合线是两基圆的一条 内公切线,啮合线 两齿廓啮合 点在机架相固连的坐标 系中的轨迹,齿廓啮合基本定律,要使两齿轮的瞬时传动比为一常数，则不论两齿廓在任何位置接触，过接触点所作的两齿廓公法线都必须与两轮中心连心线交于一定点C 。,凡能满足齿廓啮合基本定律的一对齿廓称为共轭齿廓， 理论上有无穷多对共轭齿廓，其中以渐开线齿廓应用最广。,基本要求 实现预定传动比；便于设计、制造和安装；互换性好；强度高 齿廓曲线 渐开线（最常用）、外摆线、圆弧曲线,1、渐开线的形成,当直线沿一圆周作相切纯滚动时，直线上任一点在与该圆固联的平面上的轨迹AK，称为该圆的渐开线。,发生线,二、渐开线的形成及其特性,(2) 渐开线上任意一点的法线必 切于基圆，切于基圆的直线。 与基圆的切点B为渐开线在 点的曲率中心，而线段BK 是渐开线在点处的曲率半径。,(2)渐开线的基本性质,渐开线上点的压力角,在不考虑摩擦力、重力和惯性 力的条件下，一对齿廓相互啮合时， 齿轮上接触点所受到的正压力方 向与受力点速度方向之间所夹的锐 角，称为齿轮齿廓在该点的压力角。,rk,B,（动画演示）,(4)渐开线的形状取决于基圆的大小，基圆越大，渐开线越平直，当基圆半径趋于无穷大时，渐开线成为斜直线。,r,(5)基圆内无渐开线。,（ 渐开线形成视频。）,第三节、渐开线齿轮的基本参数和几何尺寸,齿厚sk,齿距P,齿顶圆da,齿根圆df,分度圆d,齿顶高ha,齿根高hf,齿槽宽ek,一、直齿圆柱齿轮的基本参数,齿轮各部分尺寸和名称（图94）,模数的标准系列见GB1357-1987，参见表9-2。 * 模数反映出轮齿尺寸的大小,m 越大,p也越大,轮齿越厚,齿轮承载力越高,抗弯能力越好.,模数,设一齿轮的齿数为 z，其分度圆的直径为d ，该圆上的齿距为p，则分度圆周长为,模数 人为地把 p / 规定为一些简单的有理数，该比值称为模数,一个齿轮在不同直径的圆周上，其模数的大小是不同的。,模数对齿轮尺寸的影响（图95）,由此可见：齿数，模数，压力角是决定渐开线形状的三个基本参数。,5）压力角,压力角是法向作用力F与速度方向之间的夹角. 在同一渐开线上,各点压力角不同.离基圆越远,压力角越大, 齿顶圆压力角最大,基圆上的压力角等于零. 我国标准规定=20°,齿顶高用ha 表示，齿根高用hf 表示，齿全高用h 表示：,6）齿顶高系数 和顶隙系数,齿顶高,齿根高,齿全高,、c* 分别称为齿顶高系数和顶隙系数，其准值为：,正常齿,顶隙 一对相互啮合的齿轮中，一个齿轮的齿根圆与另一个齿轮的齿顶圆之间在连心线上度量的距离，用C 表示。,顶隙（也称径向间隙）,r1',顶隙C是为了避免齿顶与齿槽发 生干涉，以及可贮存润滑油而留 的间隙。,1)、标准齿轮 除模数和压力角为标准值外，分度圆上的齿厚(S)等于齿槽宽(e)，以及齿顶高(ha)、齿根高(hf)分别与模数（m）之比值均等于标准值的齿轮。,即,且有,二、渐开线直齿圆柱齿轮几何尺寸计算,标准齿轮几何尺寸计算公式见表 93,径节制齿轮简介,以模数为基本参数进行几何尺寸计算的齿轮称为模数制齿轮。,以径节为基本参数进行几何尺寸计算的齿轮，称为径节制齿轮用P表示。,第四节 渐开线直齿轮的啮合传动 一、渐开线齿轮的啮合过程（动画演示）,二、渐开线直齿圆柱齿轮啮合的条件 1、渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合条件（动画演示）,即必须满足下列条件：,一对渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是：两轮的模数相等，两轮的压力角相等。,正确啮合时两齿轮的基节相等,2 、渐开线直齿轮连续传动的条件,一对轮齿在啮合线上啮合的起始点 从动轮2的齿顶圆与啮合线N1N2的交点B2 一对轮齿在啮合线上啮合的终止点 主动轮的齿顶圆与啮合线N1N2的交点B1。,o2,o1,1,2,N1,B2,B1,N2,ra2,rb2,rb1,ra1,实际啮合线 线段B1B2 理论啮合线 线段N1N2,重合度,重合度及连续传动条件,为了使齿轮传动不至中断，必须保证前一对轮齿未脱离啮合时，后一对轮齿进入啮合，从右图可以看出，前一轮齿未能退出啮合之前，后一对轮齿已进入啮合。此时B1 B1 恰好等于齿距Pb 。,因此，连续传动的条件为,pb,重合度表示同时参与啮合 轮齿的对数。 =1时，表示前一对轮齿准备退出啮合时，后一对轮齿正好准备进入啮合， 或表明在传动过程中始终 只有一对轮齿在啮合， 越大，同时参与啮合的对数 越多，轮齿受力越小， 传动越平稳。,pb,一般的齿轮机构,若 ，则表示前一 轮齿 退出啮合时，后一轮齿还没 进入啮合，如右图所示。 此时传动中断，轮齿间会产 生冲击和噪声，严重影响 传动的平稳性。,pb,3、渐开线直齿轮的标准安装的条件,无侧隙啮合,标准齿轮传动的中心距,一对齿轮啮合传动时，中心距等于两节圆半径之和。 标准中心距（标准齿轮无侧隙传动中心距）,r1',标准顶隙,顶隙即为一个齿轮的齿顶与另一个齿轮的齿根间的空隙，其标准值为 。,在齿轮设计中，齿顶圆半径的设计原则 ： 在保证一对齿轮作无侧隙啮合条件下，具有标准的顶隙c*m。,结论：一对标准齿轮，按标准中心距安装，节圆与分度圆 重合，满足正确安装条件。,一、填空： 1. 离基圆越 远 ，压力角越_； 基圆压力角等于_。 2把齿轮某一圆周上的比值Pk/规定为标准值并使该圆上的压力角也为标准值，这个圆称为 。 3如果分度圆上的压力角等于_，模数取的是_，齿顶高系数和顶隙系数均为标准值，齿厚和齿间宽度_ 的齿轮，就称为标准齿轮。,4. 渐开线标准直齿圆柱齿轮连续传动的条件是： 。,5.渐开线标准直齿圆柱齿轮连续传动的条件是: 。,二、判断题： 1模数没有单位，只有大小。 （ ） 2齿轮的标准压力角和标准模数都在分度圆上。（ ） 3单个齿轮既有分度圆，又有节圆。 （ ）,三、选择题： 1. 渐开线上任意一点的法线必_基圆。 A、交于 B、切于 C、没关系 2. 标准渐开线齿轮，影响齿轮齿廓形状的是_。 A、齿轮的基圆半径 B、齿轮的分度圆半径 C、齿轮的节圆半径 D、齿轮的任意圆半径,3渐开线上各点的压力角 ，基圆上压力角 。 a. 相等 b不相等 c不等于零 d等于零,4 对于齿数相同的齿轮，模数越大 ，齿轮的几何尺寸和齿轮 的承载能力 。 a. 越大 b越小 C.不变化,齿轮轮齿的加工方法很多，最常用的是切削加工法。此外还有铸造法、冲压法和挤压法等。而从加工原理来分，则可以分成仿形法和展成法两种。,1.仿形法 用与渐开线齿轮的齿槽形状相同的成形铣刀直接切削出齿轮齿形的一种加工方法 。,切削法,指状铣刀,盘状铣刀,插齿,滚齿,2.展成法 展成法是根据一对齿轮的啮合原理进行切齿加工的 。,齿轮形插刀,齿条形插刀,第五节 渐开线齿轮的切齿原理与根切现象,一、渐开线齿轮切制原理,1、仿形法加工齿轮方法简便，加工精度低，生产率也低。,（a）用圆盘铣刀加工 （ b）用指形铣刀立铣加工,（C）用指形铣刀卧铣加工,2、展成法,用展成法加工齿轮,用齿轮插刀插齿,用齿条插刀插齿,也称包络法，,展成法是利用一对齿轮（或齿条）作为刀具，另一个齿轮则为被切齿轮毛坯，刀具相对于被切齿轮毛坯运动时，刀具齿廓即可切出被加工齿轮的齿廓。 此方法的生产率高，轮齿的精度也高，适用于大批大量生产。,范成运动,切削运动,进给运动,（1）齿轮插刀,（2）齿轮滚刀,滚齿加工视频,齿廓根切 用展成法切制齿轮时，有时刀具会把轮齿根部已切制好的渐开线齿廓再切去一部分，这种现象称为齿廓根切。%,二、渐开线齿轮的 根切现象和最少齿数,用范成法加工齿轮时，若刀具的齿顶线（或齿顶圆）超过理论啮合线极限点N时，被加工齿轮齿根附近的渐开线齿廓将被切去一部分，这种现象称为根切。,根切现象（动画演示）,根切使齿轮的抗弯强度削弱，承载能力降低，啮合过程缩短，传动的平稳性变差，因此应避免根切。,（zmin=17）称为标准齿轮不产生根切的最小齿数，还有避免根切的方法，例如改变ha及等。,三、变位齿轮的概念,前面讨论的都是渐开线标准齿轮，它们设计计算简单，互换性好。但标准齿轮传动仍存在着一些局限性：（1）受根切限制，齿数不得少于Zmin，使传动结构不够紧凑；（2）不适合于安装中心距a'不等于标准中心距a的场合。当a'a时，虽然可以安装，但会产生过大的侧隙而引起冲击振动，影响传动的平稳性；（3）一对标准齿轮传动时，小齿轮的齿根厚度小而啮合次数又较多，故小齿轮的强度较低，齿根部分磨损也较严重，因此小齿轮容易损坏，同时也限制了大齿轮的承载能力。,变位齿轮加工原理,标准齿轮和变位齿轮加工,负变位齿轮,正变位齿轮,标准齿轮,分度圆,用同一把齿条刀切出齿数相同的标准齿轮。正变 位齿轮及负变位齿轮的轮齿。它们的齿廓是相同基 圆上的渐开线(齿形一样)，只是取渐开线的不同部位作为齿廓。,一、 斜齿轮齿齿面的形成和啮合特点,1、斜齿圆柱齿轮齿面的形成,第六节 标准斜齿圆柱齿轮传动,当发生面沿基圆柱作纯滚动时，若平行于齿轮的轴线的直线kk在空间的轨迹为直齿圆柱齿轮的齿面。,直齿轮传动（传动视频）,渐开线斜齿圆柱齿轮齿 面的形成（动画演示）,当发生面沿基圆柱作纯滚动时，而若与基圆柱母线成一夹角b的直线在空间的轨迹则为斜齿圆柱齿轮的渐开螺旋面。,斜齿轮齿面的形成,直齿轮和斜齿轮渐开线形成对比,斜齿轮的主要优缺点,啮合性能好、传动平稳，噪音小。,重合度大，承载能力高。,缺点是产生轴向力，且随增大而增大，,一般取8°20°。,采用人字齿轮，可使25°40°。,常用于高速大功率