机械设计基础第四章齿轮结构ppt课件

中南大学专用作者：潘存云教授,.,1,第4章齿轮机构,教、学目标,4-1、见识齿轮机构应用、类型，感性认识齿轮机构的传动过程；,4-24-3、了解齿廓啮合定律，齿廓曲线对齿轮传动比的影响；了解渐开线性质，并理解为何工程中常用的齿廓曲线为渐开开线。,4-4、熟悉齿轮各个名称、术语、三要素；掌握齿轮各部分尺寸计算。,4-5、理解正确啮合条件就是保证渐开线齿轮传动连续性的必要条件；重合度是对齿轮传动连续性的量度；了解齿轮的安装与齿轮传动平稳性的关系。,中南大学专用作者：潘存云教授,.,2,4-64-7、了解齿轮的常用加工方法；着重了解标采用标准齿条型刀具范成加工标准齿轮的原理和过程；了解加工过程中根切产生的原因及解决办法；了解变位齿轮产生的原因及特点。,4-8、了解斜齿圆柱齿轮两套参数之间换算关系；了解斜齿圆柱齿轮的当量齿数；比较直齿圆柱齿轮与斜齿圆柱齿轮特点。,中南大学专用作者：潘存云教授,.,3,41齿轮机构的特点和类型,作用：传递空间任意两轴（平行、相交、交错）的旋转运动，或将转动转换为移动。,齿轮结构及机构组成：圆柱体、椭圆柱体或圆锥体外（或内）均匀分布有大小一样的轮齿。,特点：,传动比准确、传动平稳。,圆周速度大，高达300m/s。,传动功率范围大，从几瓦到10万千瓦。,效率高(0.99)、使用寿命长、工作安全可靠。,可实现平行轴、相交轴和交错轴之间的传动。,要求较高的制造和安装精度，加工成本高、不适宜远距离传动(如单车)。,中南大学专用作者：潘存云教授,.,4,平面齿轮传动（轴线平行）,外啮合传动,直齿,斜齿,人字齿,圆柱齿轮,非圆柱齿轮,空间齿轮传动（轴线不平行）,直齿,斜齿,曲线齿,圆锥齿轮,两轴相交,两轴交错,蜗轮蜗杆传动,交错轴斜齿轮,球齿轮,分类：,内齿轮传动,齿轮齿条,B,（按轴线分）齿轮的类型,中南大学专用作者：潘存云教授,.,5,、由主动轮上轮齿齿廓与从动轮上轮齿齿廓相接触并推动从动轮来实现的，齿廓间的接触点被称为啮合点。,、由主、从动轮每一对轮齿交替啮合来实现的。即：每一对轮齿都有一个进入啮合和退出啮合的过程，当前一对轮齿即将退出啮合时，后一对轮齿将进入或已经进入啮合。当一对轮齿完成一个啮合过程后，主、从动轮也各自绕其轴线转过一个角度。,、就主、从动轮的一对轮齿的啮合点来说，在从进入啮合到退出啮合的过程中，主动轮齿齿廓上，啮合点的位置由齿根到齿顶移动。从动轮齿齿廓上，啮合点的位置由齿顶到齿根移动。并啮合点也随同齿轮的转动而运动，所以一对轮齿的啮合点在几个运动的复合下将在齿轮转动的平面内走出一条轨迹线。我们称之为啮合线。,*齿轮的啮合过程：,中南大学专用作者：潘存云教授,.,6,42齿廓实现定角速度比的条件,得：i12瞬1/2O2P/O1P,齿廓啮合基本定律:互相啮合的一对齿轮在任一瞬间的传动比，与连心线O1O2被其啮合齿廓在接触点处的公法线所分成的两段成反比。,根据三心定律可知：P点为相对瞬心。,O1P1,O2P2,由：,P点又称为节点：,（传动比）,（P点位置）,中南大学专用作者：潘存云教授,.,7,如果要求传动比为常数，则应使O2P/O1P为常数。,节圆：,由于O2、O1为定点，故P必为一个定点。,a=r1+r2,中心距：,o1,1,两节圆相切且作纯滚动。,共轭齿廓：一对能实现预定传动比(i12=1/2)规律的啮合齿廓。,i121/2O2P/O1P,中南大学专用作者：潘存云教授,.,8,2.齿廓曲线的选择,渐开线、摆线(仅用于钟表)和变态摆线,近年圆弧和抛物线。,渐开线、摆线(仅用于钟表)和变态摆线,近年圆弧和抛物线。,中南大学专用作者：潘存云教授,.,9,43渐开线齿廓,一、渐开线的形成和特性,1、条直线在圆上作纯滚动时，直线上任一点的轨迹,2.渐开线的特性,kAK段的展角,渐开线,中南大学专用作者：潘存云教授,.,10,一、渐开线的形成和特性,速度瞬心,曲率中心,切点、,基圆切线、,BK:,K点的法线、,结论：渐开线上任意一点的法线必与基圆相切;基圆的切线必为渐开线上某一点的法线.,B点:,曲率半径,1、条直线在圆上作纯滚动时，直线上任一点的轨迹,kAK段的展角,2.渐开线的特性,43渐开线齿廓,中南大学专用作者：潘存云教授,.,11,渐开线形状取决于基圆,基圆内无渐开线。,当rb，变成直线。,离中心越远，渐开线上的压力角越大。,压力角:,渐开线上K点法线方向与该点速度方向所夹锐角K,中南大学专用作者：潘存云教授,.,12,二、渐开线齿廓的优点：,i12=1/2=O2C/O1C=r2/r1,1.渐开线齿廓满足定传动比要求,啮合线：两基圆的内公切线N1N2是啮合点的轨迹。,o1,o2,主动,从动,1,2,rb2,rb1,中南大学专用作者：潘存云教授,.,13,O1,1,2.齿廓间正压力方向不变,正压力方向不变。该特性对传动的平稳性有利。,rb1,中南大学专用作者：潘存云教授,.,14,O1,O2,主动,从动,k1,r2,r1,3.运动可分性,实际安装中心距略有变化时，不影响i12的特性称为运动可分性，对加工和装配很有利。,中南大学专用作者：潘存云教授,.,15,斜齿圆锥齿轮,曲线齿圆锥齿轮,b3,中南大学专用作者：潘存云教授,.,16,104齿轮各部分名称及渐开线标准齿轮的基本尺寸,分度圆：,d=mz,B,直齿圆柱齿轮,中南大学专用作者：潘存云教授,.,17,O1,齿轮的压力角：,N,b,齿轮曲率半径,某些场合采用20、14.5、15、22.5、25如航空齿轮。,分度圆：模数、压力角取标准值的圆,中南大学专用作者：潘存云教授,.,18,da,df,dk,分度圆,正常齿：ha*1短齿制：ha*0.8,正常齿：c*0.25短齿制：c*0.3,中南大学专用作者：潘存云教授,.,19,法向齿距Pb：,m，z，ha*，c*是决定齿轮的五要素,中南大学专用作者：潘存云教授,.,20,齿条：,（中线）,L,中南大学专用作者：潘存云教授,.,21,B1,N1,N2,45渐开线标准齿轮的啮合传动,N1N2：理论上可能的最长啮合线段-,理论啮合线段,B1B2实际啮合线,B2-终止啮合点,B1-起始啮合点,齿轮传动连续性,中南大学专用作者：潘存云教授,.,22,45渐开线标准齿轮的啮合传动,N1,N2,B2,B1,齿轮传动连续性,B2-终止啮合点,B1-起始啮合点,B1B2实际啮合线,N1N2：理论上可能的最长啮合线段-,理论啮合线段,中南大学专用作者：潘存云教授,.,23,B1,B2,N1,N2,45渐开线标准齿轮的啮合传动,B2-终止啮合点,B1-起始啮合点,B1B2实际啮合线,N1N2：理论上可能的最长啮合线段-,理论啮合线段,齿轮传动连续性,中南大学专用作者：潘存云教授,.,24,45渐开线标准齿轮的啮合传动,一.正确啮合条件,不能连续传动!,pb1pb2,pb1=pb2,能连续传动!,中南大学专用作者：潘存云教授,.,25,pb1=pb2,将pb=mcos代入得：m1cos1=m2cos2,因m和都取标准值，使上式成立的条件为：,m1=m2，1=2,结论：一对渐开线齿轮的正确啮合条件是它们模数和压力角应分别相等。,传动比：,中南大学专用作者：潘存云教授,.,26,一对齿轮的连续传动条件是：,为保证可靠工作，工程上要求：,1,采用标准齿轮，总是有：1故不必验算。,二、重合度,中南大学专用作者：潘存云教授,.,27,三、标准中心距a,齿轮安装，应满足两个要求：,1)理论上齿侧间隙为零,一对正确啮合的渐开线标准齿轮：,m1=m2,e1=s1=e2=s2,a=r1+r2,中南大学专用作者：潘存云教授,.,28,此时有：c=a-ra1-rf2,=(r1+r2)/2（r1+ha*m）r2-(ha*m+c*m),=c*m,2)顶隙c为标准值。,c=c*m,一对正确啮合的渐开线标准齿轮：,中南大学专用作者：潘存云教授,.,29,因此有：=,必须指出：1.分度圆和压力角是单个齿轮就有的；而节圆和啮合角是两个齿轮啮合后才出现的。,2.标准齿轮非标准安装时，两分度圆将分离，此时由：,中南大学专用作者：潘存云教授,.,30,齿条与齿轮啮合传动,m条=m轮条=轮=20,中南大学专用作者：潘存云教授,.,31,KK=KN1KN1,K1K=KN1KN1,=pb,b6,中南大学专用作者：潘存云教授,.,32,2.基本参数,模数m,齿数z,分度圆周长：d=zp,称为模数m。,模数的单位：mm，它是决定齿轮尺寸的一个基本参数。齿数相同的齿轮，模数大，尺寸也大。,d=mz，r=mz/2,人为规定：m=p/只能取某些简单值，,B18,m和z一定时，分度圆是一个大小唯一确定的圆。,中南大学专用作者：潘存云教授,.,33,0.350.70.91.752.252.75(3.25)3.5(3.75)第二系列4.55.5(6.5)79(11)14182228(30)3645,b1,中南大学专用作者：潘存云教授,.,34,按ESC返回,正转，反转连续动画：按键不松手，点动：单击键,B2,B1,中南大学专用作者：潘存云教授,.,35,按ESC返回,正转，反转连续动画：按键不松手，点动：单击键,B1,B2,中南大学专用作者：潘存云教授,.,36,按ESC返回,正转，反转连续动画：按键不松手，点动：单击键,B2,B1,B9,中南大学专用作者：潘存云教授,.,37,46渐开线齿轮的切齿原理,成形法,铣削,拉削,一、成形法铣削,范成法(展成法共轭法包络法),插齿,滚齿,中南大学专用作者：潘存云教授,.,38,指状铣刀加工,盘铣刀加工,适用于加工大模数m20的齿轮和人字齿轮。,中南大学专用作者：潘存云教授,.,39,成形法加工的特点：产生齿形误差和分度误差，精度较低，加工不连续，生产效率低。适于单件生产。,中南大学专用作者：潘存云教授,.,40,二、范成法,共轭齿廓互为包络线,中南大学专用作者：潘存云教授,.,41,i=0/=z/z0,1.齿轮插刀,中南大学专用作者：潘存云教授,.,42,Vrmz/2,2.齿条插刀,插齿加工过程为断续切削，生产效率低。,中南大学专用作者：潘存云教授,.,43,滚刀,相当于齿轮齿条啮合传动,3.齿轮滚刀,中南大学专用作者：潘存云教授,.,44,范成法加工的特点：一种模数只需要一把刀具连续切削，生产效率高，精度高，用于批量生产。,中南大学专用作者：潘存云教授,.,45,三、用标准齿条型刀具加工标准齿轮,GB1356-88规定：,1、标准齿条型刀具,2、用标准齿条型刀具加工标准齿轮,中线,中南大学专用作者：潘存云教授,.,46,三、用标准齿条型刀具加工标准齿轮,GB1356-88规定：,1、标准齿条型刀具,2、用标准齿条型刀具加工标准齿轮,中线,中南大学专用作者：潘存云教授,.,47,三、用标准齿条型刀具加工标准齿轮,GB1356-88规定：,1、标准齿条型刀具,2、用标准齿条型刀具加工标准齿轮,中线,中南大学专用作者：潘存云教授,.,48,三、用标准齿条型刀具加工标准齿轮,GB1356-88规定：,1、标准齿条型刀具,2、用标准齿条型刀具加工标准齿轮,中线,中南大学专用作者：潘存云教授,.,49,三、用标准齿条型刀具加工标准齿轮,GB1356-88规定：,1、标准齿条型刀具,2、用标准齿条型刀具加工标准齿轮,中线,加工标准齿轮：刀具分度线刚好与轮坯的分度圆作纯滚动。,中南大学专用作者：潘存云教授,.,50,三、用标准齿条型刀具加工标准齿轮,GB1356-88规定：,1、标准齿条型刀具,加工结果：,中线,S轮e条m/2,加工标准齿轮：刀具分度线刚好与轮坯的分度圆作纯滚动。,2、用标准齿条型刀具加工标准齿轮,m轮=m条,轮=条=20,中南大学专用作者：潘存云教授,.,51,一、根切现象,47根切现象、最少齿数及变位齿轮,PB2PN1不根切,PB2=PN1不根切,中南大学专用作者：潘存云教授,.,52,发生根切,中南大学专用作者：潘存云教授,.,53,根切的后果：削弱轮齿的抗弯强度；,使重合度下降。,结论：刀具齿顶线与啮合线的交点B2落在极限啮合点N1的右上方，必发生根切。,中南大学专用作者：潘存云教授,.,54,二、避免根切的方法及渐开线齿轮不发生根切的最少齿数,不根切的条件：,在PN1O1中有：,在PB2B中有：,代入求得：,取=20,ha*=1，得:zmin=17,即：,=mzsin/2,PN1=rsin,N1H=PN1sin=mzsin2/2,zmin2ha*/sin2,z2ha*/sin2,1、加工标准齿轮,中南大学专用作者：潘存云教授,.,55,2.刀具的移位,中南大学专用作者：潘存云教授,.,56,2.刀具的移位,x-为移距系数。,-移距,B2,（变位齿轮）,径向移动刀具xm,中南大学专用作者：潘存云教授,.,57,齿厚：s=m/2,正变位：齿厚变宽，齿槽宽减薄。,齿槽宽：e=m/2,+2xmtg,2xmtg,三、变位齿轮及其齿厚的确定,B2,中南大学专用作者：潘存云教授,.,58,标准齿轮与变位齿轮的比较：标准齿轮：计算简单、互换性好。,当zzmin时，产生根切。但实际生产中经常要用到zzmin的齿轮。,不适合aa的场合。aa时，产生过大侧隙，且,小齿轮容易坏。小齿轮厚度小与大齿轮厚度,变位齿轮能弥补标准齿轮的不足,中南大学专用作者：潘存云教授,.,59,48平行轴斜齿轮传动,直齿圆柱齿轮齿廓渐开柱面,斜齿轮的齿廓螺旋渐开面,一.斜齿轮的齿廓,在与端面平行的平面内，齿轮的齿廓曲线为渐开线。,中南大学专用作者：潘存云教授,.,60,48平行轴斜齿轮传动,斜齿轮的齿廓螺旋渐开面,一.斜齿轮的齿廓,b基圆柱上的螺旋角(左右旋之分）,分度圆柱上的螺旋角(左右旋之分）,中南大学专用作者：潘存云教授,.,61,2,二、斜齿轮的啮合,mt1=mt2，t1t2,正确啮合条件：,接触线长度不变，齿廓沿宽度方向同时进入、退出啮合，所以加载、卸载过程是沿整个齿