汽车机械基础：任务七 齿轮传动认识与应用

1、任务七 齿轮传动认识与应用汽车机械基础课程教学内容一、齿轮传动基本知识二、渐开线直齿圆柱齿轮传动三、斜齿圆柱齿轮传动四、圆锥齿轮传动五、齿轮传动的失效形式、材料应 用及结构1. 齿轮传动的特点传动动力大，效率高寿命长，工作平稳，可靠性高能保证恒定的传动比，能传递任意夹角两轴间的运动制造、安装精度要求较高，因而成本也较高不宜作轴间距离过大的传动分析讨论一、齿轮传动基本知识1、按照一对齿轮轴线的相互位置分为平面齿轮传动：两个齿轮的轴线相互平行，两轮的相对运动是平面运动空间齿轮传动：两个齿轮的轴线不平行，两轮的相对运动是空间运动。2、按照齿轮的工作条件不同分为开式传动：齿轮传动裸露在外，故不能防尘且

2、润滑不良。闭式传动：齿轮传动安装在密闭的箱体内。2. 齿轮传动的类型平面齿轮传动 直齿外啮合齿轮传动直齿内啮合齿轮传动直齿轮与齿条传动平面齿轮传动斜齿轮传动人字齿轮传动空间齿轮传动相交轴齿轮传动直齿圆锥齿轮传动斜齿圆锥齿轮传动曲齿圆锥齿轮传动空间齿轮传动交错轴齿轮传动交错轴斜齿轮传动蜗杆传动准双曲面齿轮传动总结应用齿轮传动类型 小结齿轮传动平面齿轮传动空间齿轮传动直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动传递相交运动-锥齿轮传动传递交错轴运动内啮合外啮合齿轮齿条直齿圆锥齿轮斜齿圆锥齿轮交错轴斜齿轮传动蜗杆传动准双曲面齿轮曲线齿圆锥齿轮人字齿齿轮传动3. 齿廓啮合基本定律欲使瞬时传动比 保持不变，两轮齿廓

3、在啮合过程中，过啮合点的齿廓公法线nn与两轮连心线O1O2的交点C的位置保持不变。齿廓啮合基本定律齿廓啮合基本定律： 过齿廓啮合点作公法线与两轮连心线交于P点，该点称为节点. 以节点到齿轮中心的距离为半径作的圆，称为节圆，其半径用r表示注：节点P是一对齿轮在啮合传动时产生的，单个齿轮无节点和节圆。 .O221O1Knn节圆节点（1） 渐开线的形成观看渐开线生成4. 渐开线齿廓的形成及其啮合特性1）发生线在基圆 上滚过的长度 等于基圆上被 滚过的弧长， 即KN=AN。渐开线的性质：点击画面观看2）渐开线上任一点K的法线必与基圆相切.渐开线的性质：点击画面观看3）发生线与基圆的切点N为渐开 线上K

4、点的曲率 中 心，线段NK为渐开线上K点的曲率半径。点击画面观看渐开线的性质：4）渐开线的形状取决于基圆的大小。 基圆越小，渐开 线越弯曲；基圆 越大，渐开线越 平直；当基圆趋于无穷大时，渐 开线为一直线。点击画面观看渐开线的性质：5）作用于渐开线上任意点 K的力方向与该点线速度间所夹的锐角称为渐开线在K点的压力角。渐开线的性质：点击画面观看6）基圆内无渐开线压力角渐开线的性质：1）渐开线满足齿廓啮合基本定律 由于 ，因此传动比可写成: 齿廓公法线基圆的内公切线啮合线传力方向线四线合一：（2） 渐开线齿廓的啮合特点2) 中心距变化传动比不变3)啮合角不变传力方向不变两轮中心距稍微有变化，也不会

5、改变其瞬时传动比 由于一对渐开线齿廓的啮合线为一固定直线，故其啮合角为一定值，且等于渐开线齿廓在节圆上的压力角。1.齿轮结构名称及参数二、渐开线直齿圆柱齿轮传动1）齿数：齿轮整个圆周上的轮齿的个数，用 z 表示。齿轮结构名称及参数2）齿顶圆：轮齿的齿顶部位构成的圆，用da、ra表示其直径和半径。3）齿根圆：轮齿的齿槽底部位构成的圆，用df、rf表示其直径和半径。4）基圆：发生渐开线的圆，用db rb表示其直径和半径。5)齿距、齿厚、齿槽宽： 在半径为rk的圆周上相邻两齿同侧齿廓之间的弧长称为该圆周上的齿距pk； 在该圆周上所量得的一轮齿两侧齿廓间的弧长，称为齿厚Sk; 在该圆周上相邻两齿廓之间

6、的弧长称为齿槽宽ek。6)分度圆 1)齿顶圆和齿根圆之间规定一个圆作为计算齿轮各部分尺寸的基准，称为分度圆，用d、r表示其直径和半径。分度圆上的齿厚、齿槽宽和齿距分别用s、e和p表示，对于标准齿轮，分度圆上的齿厚和齿槽宽相等，即se。 轮齿的齿顶圆和齿根圆之间的径向尺寸称为齿全高，用h表示；分度圆以上的齿高称为齿顶高，用ha表示 ；分度圆以下的齿高称为齿根高，用hf表示 ； 7)全齿高、齿顶高、齿根高 8）模数m 模数愈大，轮齿尺寸愈大，反之则愈小Z p = d则d=p z= m z模数单位为mm，标准模数见表。它是确定齿轮尺寸的重要参数。 渐开线齿廓在分度圆处的压力角。用 表示。C o s

7、k =r b/r kC o s =rb/r我国规定齿轮标准压力角为20度9)压力角: 用 a 表示标准中心距 a=(d1+d2)/2=m(z1+z2)/210)标准中心距 标准直齿轮的基本参数标准齿轮：标准齿轮是指m、ha*、c* 均取标准值，具有标准的齿顶高和齿根高，且分度圆齿厚等于齿槽宽的齿轮。基本参数:我国规定:齿 数z分度圆dd=mz齿 厚ss=p/2齿槽宽ee=p/2齿 距pp=e+s模 数mm=p/齿顶圆dada=d+2ha=m(z+2)名 称代 号计算公式标准直齿轮的几何尺寸齿顶圆dada=d+2ha=m(z+2)齿顶高haha=m齿根圆dfdf=d-2hf=m(z-2.5)齿根

8、高hfhf=1.25m齿 高hh=ha+hf=2.25m标准中心距aa=(d1+d2)/2=m(z1+z2)/2齿 宽b名 称代 号计算公式标准直齿轮的几何尺寸2渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动齿轮正确啮合条件和连续传动条件分别是什么？啮合传动知识1)渐开线标准直齿圆柱齿轮正确啮合条件：即正确啮合条件为：两轮的模数和压力角必须分别相等。动画 一对渐开线齿轮的传动过程分析讨论2)标准安装和标准中心距标准安装:外啮合圆柱齿轮传动内啮合圆柱齿轮传动标准中心距:分度圆必与节圆重合;即两轮分度圆相切。分析讨论7.4 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动2） 标准安装和标准中心距 顶隙的作用是为了避免一齿轮的齿顶与

9、另一齿轮的齿根相抵触，同时也便于储存润滑油。顶隙C:分析讨论3）渐开线齿轮连续传动的条件齿轮传动是依靠两轮的轮齿依次啮合而实现的，要求重合度大于等于。啮合传动知识直齿轮的重合度 重合度：理论啮合线实际啮合线分析讨论1.齿面的形成三 斜齿圆柱齿轮传动直齿轮齿廓曲面的形成分析讨论1.齿面的形成斜齿轮齿廓曲面的形成啮合特点：1）传动平稳2）承载能力大3）在传动中产生轴向力7.10 斜齿圆柱齿轮传动2 .基本参数及几何尺寸计算（1）螺旋角螺旋角：齿线与齿轮轴线间的夹角,称为分度圆柱上的螺旋角。对于直齿圆柱齿轮=0一般情况下=8 20 人字齿=25 45左旋齿轮右旋齿轮旋向的判定： 顺着齿轮的轴线看，螺

10、旋线由左向右上升为右旋，由右向左上升为左旋。斜轮齿的旋向分：左旋、右旋（1）螺旋角（2）模数和压力角端面（t-t）：垂直于齿轮轴线的平面法面（n-n）：垂直于齿线的平面端面参数、法向参数关系：法向齿距Pn端面齿距PtPn=Pt cos端面模数mt=pt /法向模数mn=pn / mn=mt cos 端面压力角t与法面压力角n之间的关系tg n=tg tcos 即法面模数mn 、法面压力角n 、法面的齿顶高系数han*、法面顶隙系数c*n为标准值。（2）模数和压力角齿数：Z 法面模数：mn为标准值， 法面压力角n = 20 ，螺旋角：=8 20，正常齿制齿轮 han*1， cn*0.25短齿制齿

11、轮 han* 0.8，cn*0.37.10 斜齿圆柱齿轮传动2. 基本参数及几何尺寸计算基本参数（六个）齿顶高系数及顶隙系数：几何尺寸计算1）两斜齿轮的法面模数相等；2）两斜齿轮的法面压力角相等；3）两斜齿轮的螺旋角大小相等，方向相反。3.正确啮合条件mn1=mn2=mn1 = n2 = 1= 2外啮合取“”内啮合取“+”分析讨论问题导入圆锥齿轮传动应用实例四、 圆锥齿轮传动1.圆锥齿轮传动概述圆锥齿轮传动用于传递相交轴的运动和动力。1.圆锥齿轮传动概述2.直齿锥齿轮齿廓的形成 点击画面观看动画3.基本参数3.基本参数规定大端参数为标准值Z 、 m 、ha* 、 c* 、标准规定正常齿制齿轮h

12、a*1 c*0.20.10.120.150.20.250.30.350.40.50.60.70.80.911.1251.251.3751.51.7522.252.52.7533.253.53.7544.555.566.578910111214161820222528303236404550锥齿轮模数（摘自GB123681990） （mm） 名称符号小齿轮大齿轮齿数zz1z2 传动比i 分度圆锥角齿顶高齿根高分度圆直径齿顶圆直径标准直齿锥齿轮的几何尺寸计算标准直齿锥齿轮的几何尺寸计算不等顶隙收齿，等顶隙收齿名称符号小齿轮大齿轮齿根圆直径锥距R齿顶角a齿根角f齿顶圆锥面圆锥角a齿根圆锥面圆锥角f齿

13、宽b =1/41/3 一对直齿锥齿轮的啮合，可近似看作是一对当量齿轮的啮合，其正确啮合条件：m1=m2=m 1=2= 即两轮大端的模数和大端的压力角分别相等。4. 直齿锥齿轮的正确啮合条件直齿锥齿轮的传动比：1. 齿轮传动的失效形式分析讨论塑性变形 轮齿折断齿面点蚀齿面磨损齿面胶合五 . 齿轮传动的失效形式、齿轮材料应用及结构主要是轮齿的失效!疲劳折断； 过载折断 ； 严重磨损及安装制造误差等造成轮齿折断；（1)轮齿折断 原因：预防措施2）采用合适的热处理，使轮齿芯部材料具有足够的韧性；3）采用喷丸、滚压等工艺，强化齿根表面。011）增大齿根过渡圆角半径，减小应力集中；1.轮齿折断 现象：由于

14、疲劳而产生的麻点状剥蚀损伤，首先出现在靠近节线的齿根面上，然后向其它部位扩散。(2)齿面的点蚀 闭式齿轮传动中，软齿面齿轮最容易出现齿面疲劳点蚀。在开式齿轮传动中，由于齿面磨损较快，一般不出现点蚀现象。预防措施：提高齿面硬度；降低齿面粗糙度；增大润滑油粘度；采用合理变位。齿面的点蚀 （3）齿面的磨损 原因：落入磨料性物质和齿面间的滑动摩擦。预防措施：采用闭式传动；提高齿面硬度；降低齿面粗糙度；采用清洁的润滑油。现象：在高速重载齿轮传动中，相啮合的两齿面就会发生粘在一起，在齿面上沿相对滑动的方向形成伤痕。（4）齿面的胶合预防措施： 选用抗胶合性能好的材料，保持适当硬度差，采用极压齿轮油，提高精度

15、，改变润滑方法，限制油温。（5）塑性变形预防措施：提高齿面硬度和采用粘度较高的润滑。现象：低速重载传动时，当齿面间作用力过大，啮合中的齿面表层材料就会沿着摩擦力方向产生塑性流动。05齿轮常见的失效形式失效形式产生原因预防措施轮齿折断1）齿根弯曲疲劳折断；2）过载折断1）增大齿根过渡圆角半径，减小应力集中；2）合适热处理，使齿芯有足够韧性；3）采用喷丸、滚压等工艺，强化齿根表面。齿面点蚀两齿轮在工作中因脉动循环变化的接触应力和重复次数超过某一限度时，齿面的表层金属剥落，形成齿面疲劳点蚀。1）提高齿面材料硬度；2）采用合理的润滑，降低接触应力；3）在合理限度内，增大齿轮直径，减小接触应力；4）在合

16、理限度内，用尽可能高粘度的润滑油，避免疲劳裂纹加速扩展。齿面磨损灰尘、硬屑粒等落入齿面间引起齿面磨损，严重时齿廓显著变形（开式齿轮的主要失效形式）1）提高齿面材料硬度；2）采用闭式齿轮传动，并合理润滑；3）保持齿轮传动环境清洁。齿面胶合1）高速重载齿轮，齿面间温度高，油膜破裂，齿面局部粘结，齿面间相对滑动，被撕裂。2）低速重载齿轮传动，由于润滑油膜不易形成，也会产生胶合，称为冷胶合。1）提高齿面材料硬度；2）降低齿面粗糙度；3）限制油温。塑性变形齿轮频繁起动和在重载时，较软齿面在载荷和摩擦力的作用下会产生局部塑性变形，使齿廓失去正确的齿形，主动轮节线处出现凹沟，从动轮出现凸棱。1）提高齿面材料的硬度；2）适当较高润滑油的粘度；3）避免频繁启动和过载工作。学习总结2. 齿轮的材料应用 齿轮材料基本要求 ：齿面硬、齿芯韧即：(1)齿面应有足够的硬度，以抵抗齿面磨损、点蚀、胶合以及塑性变形等；(2)齿芯应有足够的强度和较好的韧性，以抵抗齿根折断和冲击载荷：(3)应有良好的加工工艺性能及热处理性能使之便于加工且便于提高其力学性能。最常用的齿轮材料是钢，此外还有铸铁及一些非金属材料等。锻钢：强度高、韧性好、便于制造、便于热处理等，大多数齿轮都用锻钢制造。齿轮的常用材料： 软