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机械设备点检员培训教材 能源环保部大师工作室2018年7月 主要内容 第3章斜齿轮传动 3 1 斜齿轮传动概述3 2 斜齿轮参数和尺寸 本章主要内容 3 1斜齿轮传动概述 3 1 1斜齿圆柱齿轮 直齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成如图所示 直齿轮的齿廓曲面为渐开线曲面 斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成如图所示 当平面沿基圆柱作纯滚动时 其上与母线成一倾斜角 b的斜直线KK在空间所走过的轨迹为渐开线螺旋面 该螺旋面即为斜齿圆柱齿轮齿廓曲面 b称为基圆柱上的螺旋角 b 0时为圆柱齿轮 3 1斜齿轮传动概述 3 1 2斜齿圆柱齿轮传动特点 1 传动平稳 承载能力强2 传动时产生轴向力3 不能用作变速滑移齿轮 与直齿轮传动比较 斜齿轮传动有以下特点 p27 2 啮合特点 直齿圆柱齿轮啮合时 齿面的接触线均平行于齿轮轴线 整个齿宽同时进入啮合 同时脱离啮合的 载荷沿齿宽突然加上及卸下 因此传动的平稳性较差 易产生冲击和噪声 不适合于高速和重载的传动中 斜齿圆柱齿轮啮合时 斜齿轮的齿廓是逐渐进入啮合 逐渐脱离啮合的 斜齿轮齿廓接触线的长度由零逐渐增加 又逐渐缩短直至脱离 接触 点 线 点 载荷不是突然加上或卸下的 因此工作较平稳 斜齿轮传动的重合度要比直齿轮大 啮合性能好 主要缺点是运转时会产生轴向力 可用人字齿克服 广泛用于高速重载传动中 3 1斜齿轮传动概述 3 1 2斜齿圆柱齿轮传动特点 3 1斜齿轮传动概述 3 1 3斜齿圆柱齿轮旋向和正确啮合条件 将斜齿轮中心铅垂放置 离观察者近的这端 哪边齿高就是哪个旋向的 例如 左边齿高 就是左旋的 右边齿高 就是右旋的 1 斜齿圆柱齿轮旋向 3 1斜齿轮传动概述 3 1 3斜齿圆柱齿轮旋向和正确啮合条件 2 斜齿圆柱齿轮正确啮合条件 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 2斜齿轮参数和尺寸 3 2 1斜齿圆柱齿轮的参数 1 端面T和法面n法面参数 垂直于螺旋线方向所作的截面称为法面端面参数 垂直于齿轮轴线方向所作的截面称为端面斜齿轮的几何参数有端面和法面之分 端面齿距 法面齿距 3 2斜齿轮参数和尺寸 3 2 1斜齿圆柱齿轮的参数 p29 pn 法面齿距pt 端面齿距 3 2斜齿轮参数和尺寸 3 2 1斜齿圆柱齿轮的参数 p29 2 压力角 n和 t 3 齿顶高 齿根高 3 2斜齿轮参数和尺寸 3 2 1斜齿圆柱齿轮的参数 p29 3 2斜齿轮参数和尺寸 3 2 2标准斜齿圆柱齿轮几何尺寸计算 p30 第4章圆齿锥齿轮传动 4 1 直齿圆锥齿轮传动概述4 2 标准直齿圆锥齿轮参数和尺寸计算 本章主要内容 4 1圆锥齿轮传动概述 圆锥齿轮传动是用来传递空间两相交轴之间运动和动力的一种齿轮传动 其轮齿分布在截圆锥体上 齿形从大端到小端逐渐变小 圆柱齿轮中的有关圆柱均变成了圆锥 为计算和测量方便 通常取大端参数为标准值 一对圆锥齿轮两轴线间的夹角 称为轴角 其值可根据传动需要任意选取 在一般机械中 多取 90 圆锥齿轮的轮齿有直齿 斜齿和曲齿 直齿圆锥齿轮设计 制造 安装比较简便 应用广泛 圆锥直齿轮由于设计 制造 安装都较方便 故在两轴相交传动中应用最广泛 4 1直齿圆锥齿轮传动概述 圆锥斜齿轮由于传动平稳 承载能力强 常用于高速重载的传动中 如汽车 飞机 拖拉机的传动机构中 4 1直齿圆锥齿轮传动概述 4 1 1直齿圆锥齿轮特点 p32 4 1直齿圆锥齿轮传动概述 一对圆锥齿轮传动相当一对节圆锥纯滚动 圆锥齿轮有齿顶圆锥 分度圆锥 齿根圆锥 一对正确安装的标准圆锥齿轮节圆锥和分度圆锥重合 4 1 2正确啮合的条件 4 1直齿圆锥齿轮传动概述 1 两齿轮大端的模数相等2 压力角相等 4 2 1标准直齿圆锥齿轮基本参数 4 2标准直齿圆锥齿轮参数和尺寸计算 4 2 2标准直齿圆锥齿轮几何尺寸的计算 p33 4 2标准直齿圆锥齿轮参数和尺寸计算 第5章蜗杆传动 5 1 蜗杆传动概述5 2 蜗杆传动计算 本章主要内容 5 1蜗杆传动概述 蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的 用于传递空间交错两轴之间的运动和动力 交错角一般为90 传动中一般蜗杆是主动件 蜗轮是从动件 5 1 1涡轮 蜗杆及传动 5 1蜗杆传动概述 1 涡轮 蜗杆蜗杆副等有关术语的定义 p36 1 蜗杆 2 涡轮 3 蜗杆副 4 圆柱蜗杆 5 圆柱蜗杆副 其蜗杆的螺旋面是用刃边为凸圆弧形的车刀切制而成的 其蜗杆体在轴向的外形是以凹弧面为母线所形成的旋转曲面 这种蜗杆同时啮合齿数多 传动平稳 齿面利于润滑油膜形成 传动效率较高 同时啮合齿数多 重合度大 传动比范围大 10 360 承载能力和效率较高 可节约有色金属 5 1蜗杆传动概述 2 圆柱蜗杆分类 圆柱蜗杆 环面蜗杆 普通圆柱蜗杆 按刀具位置不同 阿基米德蜗杆 延伸渐开线 法向直廓 蜗杆 渐开线蜗杆 圆锥蜗杆 5 1蜗杆传动概述 阿基米德蜗杆 ZA 轴面 直线 延伸渐开线蜗杆 ZI 加工 刀具平面垂直于螺线 法面 直线 特点 端面 延伸渐开线 5 1蜗杆传动概述 渐开线蜗杆 ZI 加工 刀刃与蜗杆的基圆柱相切 特点 端面 渐开线 后两种蜗杆的加工 刀具安装较困难 生产率低 故常用阿基米德蜗杆 5 1蜗杆传动概述 5 1蜗杆传动概述 3 蜗杆传动 蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的 用于传递空间交错两轴之间的运动和动力 交错角一般为90 传动中一般蜗杆是主动件 蜗轮是从动件 1 蜗杆传动的组成 5 1蜗杆传动概述 3 蜗杆传动 蜗杆的头数Z1和蜗轮的齿数Z2 可参考表 常取Z1 1 2 4 6 Z2根据传动比而定 蜗杆传动传动比i i n1 n2 Z2 Z1 2 传动比 5 1蜗杆传动概述 手向判定法则 四指握住蜗杆转向 则蜗轮转向与拇指向相反 右旋蜗杆 右手法则 左旋蜗杆 左手法则 3 蜗杆传动回转方向的判定 5 1 2蜗杆的特点 5 1蜗杆传动概述 5 2 1蜗杆传动的参数和尺寸 5 2蜗杆传动计算 1 模数m和压力角 规定 蜗轮 蜗杆在中间平面的模数和压力角为标准值 5 2 1蜗杆传动的参数和尺寸 5 2蜗杆传动计算 2 蜗杆的分度圆直径d1和直径系数q 第一系列 4 4 5 5 5 6 6 3 7 1 8 9 10 11 2 12 5 14 16 18 20 22 4 25 28 31 5 35 5 40 45 50 56 63 71第二系列 6 7 5 8 5 15 30 38 53 60 由于蜗轮是用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀配对加工而成的 为了限制滚刀的数目 国家标准对每一标准模数规定了一定数目的标准蜗杆分度圆直径d1 GB T10088 直径d1与模数m的比值称为蜗杆的直径系数q 即 5 2 1蜗杆传动的参数和尺寸 5 2蜗杆传动计算 3 导成角 如图所示蜗杆螺旋面与分度圆柱的交线为螺旋线 5 2 1蜗杆传动的参数和尺寸 5 2蜗杆传动计算 4 中心距 当蜗杆节圆与分度圆重合时称为标准传动 其中心距计算式为a 0 5 d1 d2 0 5m q z2 12 4 注意 a 0 5m z1 z2 中心距的常用值见表12 3注 5 2 1蜗杆传动的参数和尺寸 5 2蜗杆传动计算 5 蜗杆传动的几何尺寸计算 第6章轮系 6 1 轮系及应用特点6 2 定轴轮系 本章主要内容 6 1轮系及应用特点 6 1 1轮系及其应用特点 1 轮系的组成 由一系列彼此啮合的齿轮组成的传动机构 用于原动机和执行机构之间的运动和动力传递 这种有一系列相互啮合的齿轮组成的传动系统称为轮系 6 1轮系及应用特点 6 1 1轮系及其应用特点 2 轮系应用特点 1 可获得很大的传动比 一对齿轮传动的传动比不能过大 一般i12 3 5 imax 8 而采用轮系传动可以获得很大的传动比 以满足低速工作的要求 6 1轮系及应用特点 6 1 1轮系及其应用特点 2 轮系应用特点 2 可作较远距离的传动 两轴中心距较大时 如用一对齿轮传动 则两齿轮的结构尺寸必然很大 导致传动机构庞大 6 1轮系及应用特点 6 1 1轮系及其应用特点 2 轮系应用特点 3 可以方便地实现变速和变向要求 滑移齿轮变速机构 利用中间齿轮变向机构 6 1轮系及应用特点 6 1 1轮系及其应用特点 2 轮系应用特点 4 可以实现运动的合成与分解 采用行星轮系 可以将两个独立的运动合成为一个运动 或将一个运动分解为两个独立的运动 6 1轮系及应用特点 6 1 2轮系的分类 按轮系传动时各齿轮的几何轴线在空间的相对位置是否都固定划分 轮系可分为 定轴轮系和周转轮系 1 定轴轮系 当轮系运转时 所有齿轮的几何轴线位置相对于机架固定不变 也称普通轮系 平面定轴轮系 空间定轴轮系 输出 6 1轮系及应用特点 6 1 2轮系的分类 2 周转轮系 轮系运转时 至少有一个齿轮的几何轴线相对于机架的位置是不固定的 而是绕另一个齿轮的几何轴线转动 差动轮系 中心轮的转速都不为零的周转轮系 行星轮系 有一个中心轮的转速为零的周转轮系 6 1轮系及应用特点 6 1 2轮系的分类 差动轮系 行星轮系 中心轮 位于中心位置且绕轴线回转的内齿轮或外齿轮 行星轮 同时与中心轮和齿圈啮合 既作自转又作公转的齿轮 行星架 支承行星轮的构件 6 1轮系及应用特点 6 1 2轮系的分类 6 2定轴轮系 6 2 1定轴轮系的传动比 1 传动比及回转方向 当首轮 或末轮 的转向为已知时 其末轮 或首轮 的转向也就确定了 齿轮转向可以用标注箭头的方法表示 圆柱齿轮啮合 外啮合 转向用画箭头的方法表示 主 从动轮转向相反时 两箭头指向相反 圆柱齿轮啮合 内啮合 主 从动轮转向相同时 两箭头指向相同 6 2定轴轮系 6 2 1定轴轮系的传动比 1 传动比及回转方向 锥齿轮啮合传动 两箭头指向相背或相向啮合点 6 2定轴轮系 6 2 1定轴轮系的传动比 1 传动比及回转方向 蜗杆啮合传动 两箭头指向按第五章讲过的规定标注 6 2定轴轮系 6 2 1定轴轮系的传动比 1 传动比及回转方向 6 2定轴轮系 6 2 1定轴轮系的传动比 1 传动比及回转方向 轮系中各齿轮轴线相互平行时 其任意级从动轮的转向可以通过在图上依次标注箭头来确定 也可以通过数外啮合齿轮的对数来确定 若外啮合齿轮的对数是偶数 则首轮与末轮的转向相同 若为奇数 则转向相反 轮系中各齿轮轴线相互平行时 其任意级从动轮的转向可以通过在图上依次标注箭头来确定 也可以通过数外啮合齿轮的对数来确定 若外啮合齿轮的对数是偶数 则首轮与末轮的转向相同 若为奇数 则转向相反 6 2定轴轮系 6 2 1定轴轮系的传动比 1 传动比及回转方向 6 2定轴轮系 6 2 1定轴轮系的传动比 2 定轴轮系传动比的计算 大小 6 2定轴轮系 6 2 1定轴轮系的传动比 2 定轴轮系传动比的计算 SK360普通车床 6 2定轴轮系 6 2 1定轴轮系的传动比 2 定轴轮系传动比的计算 p46 第7章齿轮传动的失效形式 7 1 齿轮传动的失效形式及其对策7 2 齿轮的常用材料7 3 齿轮传动的精度 本章主要内容 齿轮传动过程中 若齿轮发生折断 齿面损坏等现象 使齿轮失去了正常的工作能力 称为失效 齿轮传动的失效主要轮齿失效 其主要形式有 轮齿折断齿面点蚀齿面胶合齿面磨损齿面塑变 齿轮的失效形式 7 1齿轮传动的失效形式及其对策 折断的原因 疲劳折断 属静强度破坏过载折断 轮齿受冲击载荷或短时间过载 突然折断 多见于脆性材料齿轮 一 轮齿折断 7 1齿轮传动的失效形式及其对策 发生部位 1局部折断 齿宽较大的直齿轮或斜齿轮2整体折断 齿宽较小的直齿轮 7 1齿轮传动的失效形式及其对策 轮齿折断的后果 轮齿折断常常是突然发生 后果是传动失效 不但会使齿轮传动和机器不能工作 甚至会造成重大事故 所以要特别注意改善的措施 1 增大齿根厚度 提高齿面硬度 从而提高齿根的抗弯强度 2 增大齿面过渡圆角半径 降低表面粗糙度 减少加工损伤 从而减少应力集中3 提高轮齿精度 提高轮齿支撑刚度 从而改善载荷分布 7 1齿轮传动的失效形式及其对策 61 二 齿面点蚀产生的原因 多次交变应力作用细微裂纹纹扩展脱落发生的部位 靠近节线的齿根部位齿面点蚀的后果 振动 噪音增大 传动不平稳 承载能力下降改善措施 1 提高齿面硬度2 提高润滑油粘度3 减小齿面粗糙度裂 循环次数增大 润滑油渗入 7 1齿轮传动的失效形式及其对策 62 三 齿面胶合形成原因 齿面间压力大 瞬时速度大 润滑效果差 在高温高压下 相啮合两接触的齿面粘合在一起 齿轮继续运动时粘着点被撕破 齿面出现撕裂沟痕 7 1齿轮传动的失效形式及其对策 63 胶合发生的部位 靠近齿顶或齿根部齿面胶合的后果 引起强烈的磨损和发热 传动不平稳 导致齿轮报废改善措施 1 采用抗胶合性能好的齿轮材料2 采用极压润滑油3 提高齿面硬度 降低表面粗糙度 7 1齿轮传动的失效形式及其对策 四 齿面磨损产生的原因 1 由于硬的颗粒进入齿面引起的 磨粒磨损2 由于两齿面存在相互相对滑动摩擦引起的 研磨磨损 7 1齿轮传动的失效形式及其对策 齿面磨损的后果 1 齿形破坏 传动精度降低 间隙增大 有噪音 有冲击2 轮齿变薄 易折断改善措施 1 改开式传动为闭式传动2 提高齿面硬度 降低表面粗糙度3 注意润滑油的清洁 定期更换 7 1齿轮传动的失效形式及其对策 66 五 齿面塑变该失效形式主要出现在低速重载 频繁启动和过载场合 主动轮塑变后 齿面节线处产生凹槽 从动轮塑变后 在齿面节线处形成凸脊 7 1齿轮传动的失效形式及其对策 塑形变形产生的原因 在过大的应力作用下 轮齿表面材料处于屈服状态 在齿面切向力作用下产生材料塑性流动 即塑性变形 7 1齿轮传动的失效形式及其对策 68 齿面塑变的后果 齿形被破坏 传动不平稳 齿夺取减薄 抗弯能力下降 轮齿易折断改善措施 1 提高齿面的硬度2 采用高粘度的或加有极压添加剂的润滑油均有助于减缓或防止齿轮产生塑性变性 7 1齿轮传动的失效形式及其对策 7 2齿轮的常用材料 7 2 1齿轮材料的基本要求 1 直面要求足够的硬度和耐磨性2 齿根要有足够的强度和良好的韧性3 要用良好的加工工艺性及热处理性能 1 软齿面齿轮 工艺简单 生产率高 故比较经济 但因为齿面硬度不高 限制了承载能力 故适用于载荷 速度 精度要求均不很高的场合 硬齿面齿轮承载能力高 但成本也高 故适用于载荷 速度 精度要求高的重要齿轮 2 相啮合的一对齿轮 小齿轮齿面硬度要比大齿轮齿面硬度高20 50HBS 7 2齿轮的常用材料 7 2 2常用材料及热处理 3 由于锻钢的力学性能优于同类铸钢 所以齿轮材料应优先选用锻钢 对于结构复杂的大型齿轮 手锻造工艺和设备的限制 可采用铸钢制造 如低速重载的轧钢设备 矿山机械的大型齿轮等 4 在小功率和精度要求不高的高速齿轮传动中 为了减少噪声 其小齿轮常用尼龙 夹布胶木 聚甲醛等非金属材料制造 但配对的大齿轮仍用钢或铸铁制造 7 2齿轮的常用材料 7 2 2常用材料及热处理 提高齿面硬度 既可以提高接触强度 又可以提高抗磨粒磨损及抗塑性变形的能力 硬齿面齿轮与软齿面齿轮比较 其综合承载能力可提高2 3倍以上 在相同承载能力的条件下 硬齿面齿轮尺寸比软齿面齿轮尺寸小的多 所以除非生产条件受到限制 一般硬采用硬齿面齿轮传动 7 2齿轮的常用材料 7 2 2常用材料及热处理 经过表面硬化的齿轮齿面硬度一般不低于HRC45 相当于424HBS 对金属制的直齿轮 配对的两齿轮齿面的硬度差应保持在30 50或更多 即HBS1 HBS2 是普遍要求 因为当小齿轮与大齿轮的齿面具有较大的硬度差时 如小齿轮淬火磨制 大齿轮为常化或调质 在运转过程中较硬的小齿轮齿面对较软的大齿轮齿面 会有显著的冷作硬化效应 提高大齿面的疲劳极限 其接触疲劳强度约可以提高20 7 2齿轮的常用材料 7 2 2常用材料及热处理 选取齿轮材料及热处理方法时 要根据需要及可能而定 钢制齿轮总要进行适当的热处理以改善材料性能 常用方法有 常化 调质 淬火 渗碳淬火 氮化等1 调质对于45 40Cr 35SiMn等中碳合金钢 经过调质处理后 其机械强度 韧性等综合性能较好 齿面硬度一般为220 260HBS 因为硬度不高 故可以在热处理之后精切齿面 以消除热处理的变形 7 2齿轮的