齿轮机构设计

齿轮机构设计 本章以渐开线直齿圆柱齿轮传动为主线 ， 阐述圆柱齿轮传动的运动设计和承载能力设计 。 运动设计主要包括啮合原理及啮合特点 、 基本参数和几何尺寸计算等内容 ； 承载能力设计主要包括设计计算准则 、 齿轮失效 、 力分析和强度计算等内容 。 在此基础上 ， 简明介绍直齿锥齿轮传动设计及齿轮润滑设计 。 基 本要 求 : 1) 了解齿轮传动的特点 、 应用及类型 ； (2) 理解齿廓啮合基本定律 , 掌握渐开线齿廓的形成及其性质 ， 并能在后续相关内容中运用 ； 熟练掌握渐开线圆柱齿轮的基本参数 、 标准齿轮的几何尺寸计算 ， 能够正确计算 ； 掌握范成法切齿原理 、 标准齿轮和变位齿轮切制特点以及变位齿轮的尺寸变化 。 (3) 深入理解直齿轮传动运动设计应满足的六个条件及重合度 、 不根切最少齿数 、 无侧隙啮合方程等内容 ， 并 正确运用重合度等公式进行计算 ； 掌握圆柱齿 轮传动的几何尺寸计算及中心距变动系数 、 齿顶高变动系数等概念 ； 了解标准齿轮传动 、 高度变位齿轮传动及角度变位齿轮传动的特点 。 (4) 理解斜圆柱齿轮齿廓曲面的形成 、 基 本参数与螺旋角的关系 、 当量齿轮及当量齿数的概念 ； 理解平行轴斜齿轮传动运动设计的条件 ， 并正确运用其几何尺寸公式进行计算 ； 了解交错轴斜齿轮传动的特点 。 (5) 了解齿轮精度选择的方法 ， 五种失效 形式的特点 、 生成机理 及予防或减轻损伤的措施 ； 掌握齿轮材料选择要求 、 常用钢铁材料选用及其热处理特点 。 (6) 熟练掌握齿轮传动的受力分析 ， 特别是平行轴斜齿轮轴向力的大小和方向的确定 ，直齿锥齿轮传动轴向力与径向力的关系 ； 理解 几个载荷修正系数的意义及其影响因素 ， 减小其影响的方法 ； (7) 熟练掌握直齿圆柱传动的齿面接 触疲劳强度计算和齿根弯曲疲劳强度的计算基本理论依据 ， 推导公式的思路 ， 公式中各个参数和系数的意义 ， 掌握其确定方法 ； 参考示范例题 ， 掌握齿轮传动设计的步骤 ， 正确地进行直齿轮传动的强度设计计算 ； 了解平行轴斜齿轮传动和直齿锥齿轮传动的当量齿轮的意义 ， 掌握平行轴斜齿轮传动和直齿锥齿轮传动强度计算特点 。 (8) 掌握齿轮四种结构形式的特点和选择 ， 并能画出齿轮零件的 工作图 ； 掌握齿轮传动润滑油种类 、 粘度及润滑方式的选择 。 7 .1 概述 7 .1 .1 优缺点 及分 类 齿轮传动机构的特点 ： 齿轮机构是现代机械中应用最广泛的传动 机构 ， 用于传递空间任意两轴或多轴之间的运动和动力 。 齿 轮传 动主要 优点 ： 传 动效率高 ， 结构紧凑 ， 工作可靠 、 寿命长 ， 传动比准确 。 齿 轮机 构主要 缺点 ： 制造及安装精度要求高 ， 价格较贵 ， 不宜用于两轴间距离较大的场合 。 齿 轮传 动机构 的分 类 ： 平行轴齿轮传动机构按轴的相对位置 相交轴齿轮传动机构 、 交错轴齿轮传动机构按齿线相对齿轮体母线相对位置 直齿 、 斜齿 、 人字齿 、 曲线齿 按齿廓曲线 渐开线齿 、 摆线齿 、 圆弧齿 按齿轮传动机构的工作条件 闭式传动 、 开式传动 、 半开式传动350HB ） 说 明 ： 平行轴齿轮传动机构又称为平面齿轮传动机构 . 相交轴齿轮传动机构和交错轴齿轮传动机构统称为空间齿轮传动机构 . 闭式传动的齿轮封闭在箱体内 ， 润滑良好 ； 开式传动的齿轮是完全外露的 ， 不能保证良好润滑 ； 半开式传动的齿轮浸在油池内 ， 装有防护罩 ， 不封闭 。 平 行轴 齿轮传 动机 构 （ 圆 柱齿 轮传动 机构 ） 直 齿 斜 齿 曲 齿 人字齿 齿轮齿条 内齿轮 相 交轴 齿轮传 动机 构 （ 圆 锥齿 轮传动 机构 ） 直 齿 斜 齿 曲线齿 交 错轴 齿轮传 动机 构 斜 齿 蜗杆蜗轮 准双曲面齿轮 7 .1 .2 传动 的基本 要求 ： 在齿轮传动机构的研究 、 设计和生产中 ， 一般要满足以下两个基本要求 ： 1. 传 动平 稳 - 在传动 中保持瞬时传动比不变 ， 冲击 、 振动及噪音尽量 小 。 2. 承 载能 力大 - 在尺寸 小 、 重量轻的前提下 ， 要求轮齿的强度高 、 耐磨性好及寿命长 。 7 .2 齿轮齿 廓设 计 7 .2 .1 齿廓啮 合基 本定律 图示为一对作平面啮合的齿轮 ， 两轮的齿廓曲线分别为 G1和 G2。 设轮 1 绕轴 O1以角速度1转动 ， 轮 2 绕轴 O2以角速度 2转动 ， 图 中点 K 为两齿廓的接触点 ， 过点 K 作两齿廓的公法线 nn ， 公法线 nn 与连心线 O1O2交于点 C 。 由三心定理可知 ， 点 C 是两轮的相对速度瞬心 ，故有 ： 由此可得 ： 在齿轮啮合原理中 ， 将点 C 称为 啮 合节 点 ， 简 称 节 点 。 i1 2称为 传动 比 。 由以上分析可知 ： 一 对齿 廓在 任一位 置啮 合时 ， 过接 触点 作齿廓 公法线 ， 必 通过 节点 P ，它 们的 传动比 与连 心线 O1O2被节 点 C 所 分成两 个线 段成反 比 。 这一规 律称 为齿廓 啮合 基本定律 。 作 固定 传动比 传动 齿廓必 须满 足的条 件 通常齿轮传动要求两轮作定传动比传动 ， 则由式 可得节点 C 为固定点 。 由此得到两轮作定传动比传动时 ， 其齿廓必须满足的条件 ： 无 论两 齿廓 在何处 接触 ， 过接 触点 作两齿 廓的 公法线 必须 通过固 定节 点 C 。 节点 C 在两轮运动平面上的轨迹是两个圆 ， 称为齿轮的 节 圆 。 因为 两轮在节点 C 处的相对速度等于零 ， 所以一对齿轮的啮合传动可以视为其节圆的纯滚动 。 设两轮节圆半径分别为 r1 和 r2 ， 则 共 轭齿 廓 : 凡是满足齿廓啮合基本定律的一对齿廓称为 共轭 齿廓 ， 共轭齿廓的齿廓曲线称为