齿轮传动经典课件.ppt

汽车机械基础第十一章,第十一章齿轮传动,汽车机械基础,汽车机械基础第十一章,第十一章齿轮传动,1)了解齿轮传动的特点、分类与应用；齿轮传动基本知识。2)熟悉掌握渐开线直齿圆柱齿轮齿轮各部分名称、基本参数及各部分几何尺寸计算。3)掌握渐开线斜齿轮传动的特点与应用、基本参数及各部分几何尺寸计算；4)了解标准直齿圆锥齿轮传动的特点与应用、基本参数及各部分几何尺寸计算；5)了解蜗杆传动的特点与应用、基本参数和几何尺寸计算；6)了解齿轮传动设计方法及参数选择。,本章的教学目标：,汽车机械基础第十一章,目录,第一节齿轮传动的特点与类型,第二节渐开线直齿圆柱齿轮,第三节渐开线直齿圆柱齿轮传动,第四节斜齿圆柱齿轮传动,第五节锥齿轮传动,第六节蜗杆传动,第七节圆弧齿轮传动,第八节齿轮结构设计与齿轮传动润滑,汽车机械基础第十一章,齿轮传动,汽车机械基础第十一章,第一节齿轮传动的特点与类型,一.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,汽车机械基础第十一章,二.齿轮传动的类型,汽车机械基础第十一章,二.齿轮传动的类型,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,传递交错轴运动,内啮合,外啮合,齿轮齿条,内啮合,外啮合,齿轮齿条,直齿,斜齿,交错轴斜齿轮传动,蜗杆涡轮,准双曲面齿轮,曲线齿,人字齿齿轮运动,汽车机械基础第十一章,一.齿廓啮合基本定律：(传动比：12=常数),1.齿廓啮合基本定律要使传动比：12=常数，那么其齿廓的形状必须是：不论两齿廓在哪一点啮合，过啮合点所作的齿廓公法线都与连心线交与一定点P（轮齿齿廓正确啮合的条件）节点:定点P,节圆:O1P、OP为半径的圆。）,第二节渐开线直齿圆柱齿轮,动画,12=1/2=O2N2/O1N1=O2C/O1C,汽车机械基础第十一章,齿廓曲线：工业上通常采用渐开线、摆线、变态摆线,2、共轭齿廓，共轭曲线,凡满足齿廓啮合基本定律的一对齿轮的齿廓称共轭齿廓，共轭齿廓的齿廓曲线称为共轭曲线,3、齿廓曲线的选择,1)满足定传动比的要求；2)考虑设计、制造等方面。,一.齿廓啮合基本定律：,汽车机械基础第十一章,二、渐开线齿廓的形成及其啮合特性,1.渐开线的形成,观看渐开线生成,如图，当一直线n-n沿一个半径为rb的圆的圆周作纯滚动时，该直线上任一点K的轨迹AK称为该圆的渐开线。这个圆称为基圆，该直线称为渐开线的发生线。渐开线上任一点K的向径与起始点A的向径的夹角1；T1小齿轮所传递的转矩(N.mm)；K载荷系数，见表；a中心距(mm)；a齿宽系数；H齿轮材料许用接触应力(MPa),齿面接触疲劳强度校核公式：,(五)齿面接触疲劳强度计算,汽车机械基础第十一章,齿面接触疲劳强度设计公式：,(五)齿面接触疲劳强度计算,汽车机械基础第十一章,一.齿面的形成及特点,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。1.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。,第四节斜齿圆柱齿轮传动,汽车机械基础第十一章,2.啮合特点,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，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,一.齿面的形成及特点,汽车机械基础第十一章,汽车机械基础第十一章,汽车机械基础第十一章,3.平行轴斜齿轴传动的主要优缺点,1)优点：,重合度大，传动平稳，承载能力高,比直齿轮小，机构更紧凑,制造成本与直齿轮相同,广泛应用于高速、重载传动中,2)缺点：,有轴向力,汽车机械基础第十一章,二、斜齿轮的基本参数,斜齿轮的切削加工：,仿形法；范成法：滚齿,（用仿形法加工斜齿轮时，铣刀是沿螺旋齿槽的方向进刀的）,法面：垂直于分度圆柱面螺旋线的切线的平面,进刀方向法面(参数用下角标n表示,如Pn),斜齿轮的法面模数与刀具的模数一致，法面上的模数和压力角为标准值。,端面：轴线的面(参数用下角标t表示,如Pt),汽车机械基础第十一章,汽车机械基础第十一章,计算斜齿轮端面参数与尺寸：,1.齿距：,在DFE中,2.模数：,二、斜齿轮的基本参数,汽车机械基础第十一章,3.压力角：,BD=CE,二、斜齿轮的基本参数,汽车机械基础第十一章,4.齿顶高系数，顶隙系数：,二、斜齿轮的基本参数,汽车机械基础第十一章,5.螺旋角：一般机械=1025小轿车=3537,螺旋线的导程Pz:,螺旋线绕同一周时它沿轴线方向前进的距离,（上式表明，不同圆柱面的螺旋角不等）,二、斜齿轮的基本参数,汽车机械基础第十一章,5.正确啮合条件,（斜齿轮在端面内的啮合相当于直齿轮的啮合）,二、斜齿轮的基本参数,汽车机械基础第十一章,三、平行轴斜齿轮的几何尺寸计算,平行轴斜齿轮在端面内的几何尺寸关系与直齿轮相同。,1.尺寸计算,改变螺旋角可凑中心距，无须变位。,直齿轮最少齿数,汽车机械基础第十一章,四、斜齿轮的当量齿数,当量齿轮：以为分度圆半径，用斜齿轮的mn和n分别为模数和压力角作一虚拟的直齿轮，其齿形与斜齿轮的法面齿形最接近。这个齿轮称斜齿轮的当量齿轮，齿数ZV称当量齿数。,由解析几何知,汽车机械基础第十一章,（一）斜齿轮命名：左旋轮右旋轮(观察者面对轴线)（二）受力分析：1.力的分类：法向力（Fn）圆周力（Ft）径向力（Fr）轴向力（Fx）2.力大小计算：,右旋轮,五、斜齿轮的受力分析,汽车机械基础第十一章,3.力方向的判别Ft:主反从同转向Fr:指向轮心Fx(左右手定则)主动轮:左旋-左手右旋-右手左手定则:伸出左手,四指指向齿轮的转动方向,大拇指指向为轴向力方向.,右旋轮,五、斜齿轮的受力分析,汽车机械基础第十一章,一、圆锥齿轮机构的特点及应用,1.特点,圆锥齿轮机构是用来传递空间两相交轴之间运动和动力的一种齿轮机构.,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。,2.应用,圆锥齿轮,直齿圆锥齿轮：,斜齿圆锥齿轮：,曲齿圆锥齿轮：,由于设计、制造、安装方便，应用最广,介于两者之间，传动较平稳，设计较简单,传动平稳、承载能力强，用于高速，重载传动,第五节锥齿轮传动,汽车机械基础第十一章,二、直齿圆锥齿轮齿廓的形成,如图，一个圆平面S与一个基圆锥切于直线OC，圆平面半径与基圆锥锥距R相等，且圆心与锥顶重合。当圆平面绕圆锥作纯滚动时，该平面上任一点B将在空间展出一条渐开线AB。渐开线必在以O为中心、锥距R为半径的球面上，成为球面渐开线。,汽车机械基础第十一章,三、锥齿轮的传动比I12=w1/w2=d2/d1=z2/z1=tan四、直齿圆锥齿轮的基本参数和尺寸1.基本参数：规定以大端参数为标准值。2.正确啮合条件m1=m2=ma1=a2=a=903.基本尺寸计算：表11-10,汽车机械基础第十一章,五、直齿圆锥齿轮的啮合传动,正确啮合条件：,圆锥齿轮大端的模数和压力角分别相等，且锥距相等，锥顶重合,连续传动的条件：,重合度大于1，重合度可按当量齿轮进行计算,传动比：,汽车机械基础第十一章,交错轴斜齿轮机构：,若将一对斜齿轮安装成其轴线既不平行也不相交，就成为交错轴斜齿轮机构。,两轮轴线之间的夹角称为轴角,1、轴角,2、点接触，承载能力低,3、相对滑动速度大，轮齿易磨损。,第六节蜗杆传动,汽车机械基础第十一章,蜗杆蜗轮的形成,1、交错轴斜齿轮机构,蜗杆蜗轮,2、啮合特点：,点接触,线接触,右旋蜗杆，,头数是从端面上看蜗杆具有的齿数Z1,第六节蜗杆传动,汽车机械基础第十一章,蜗杆的中圆柱（分度圆柱）,过齿形中线处的圆柱,在中圆柱上轴向齿厚与齿槽相等,蜗杆分度圆柱面上螺旋线的导程角：,汽车机械基础第十一章,1蜗杆传动的特点,一蜗杆传动特点、类型和应用,与其它传动机构相比，蜗杆传动的特点是：传动比大，在动力传动中一般=8100，在分度机构中传动比可达1000。传动平稳，噪声低，结构紧凑，在一定条件下可以实现自锁。但蜗杆传动效率低，发热量大，磨损较严重。因此，蜗轮齿圈部分常用减摩性能好的有色金属（如青铜）制造，成本较高。,汽车机械基础第十一章,1、优点：,i大，机构紧凑,传动平稳、无噪音。,反行程时可自锁，安全保护（起重机）,2、缺点：,轮齿间相对滑动速度较大，易磨损。,效率低（最高70%）,成本较高蜗杆：钢，蜗轮：青铜,1蜗杆传动的特点,汽车机械基础第十一章,2、蜗杆蜗轮机构的分类,按蜗杆形状分：,圆柱蜗杆机构,环面蜗杆机构,锥蜗杆机构,按蜗杆齿廓曲线的形状,阿基米德圆柱蜗杆,渐开线圆柱蜗杆,延伸渐开线蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,汽车机械基础第十一章,汽车机械基础第十一章,11-30蜗杆传动的类型a）圆柱蜗杆传动b）环面蜗杆传动c）锥蜗杆传动,汽车机械基础第十一章,二、蜗杆传动的主要参数及尺寸计算,1、模数m,2、压力角,=,20标准值,25动力传动中,12、15分度传动,3、头数Z1,Z1=1，2，4，6,Z2=2780,汽车机械基础第十一章,三、蜗杆传动,1、主平面：,通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面,2、在主平面内，蜗杆传动相当于齿轮齿条传动,3、正确啮合条件：,（螺旋线方向相同、旋向相同）,汽车机械基础第十一章,4、螺旋升角（导程角）,5、直径系数q,汽车机械基础第十一章,6、尺寸计算,（蜗杆、蜗轮的齿顶高、齿根高、齿全高、齿顶圆直径、齿根圆直径可用直齿轮公式计算）,标准中心距：,汽车机械基础第十一章,判定蜗杆、蜗轮的转向：,蜗杆为左旋，蜗轮转向为顺时针,汽车机械基础第十一章,三、蜗杆传动的受力分析,汽车机械基础第十一章,三、蜗杆传动的受力分析,Ft1=2T1d1=-Fa2Fa1=2T2d2=-Ft2（11-29）Fr1=Ft2tan=-Fr2,蜗杆传动的失效形式与齿轮传动基本相同，有胶合、磨损、疲劳点蚀和轮齿折断。,四、蜗杆传动的失效形式及强度计算准则,闭式蜗杆传动按蜗轮轮齿的齿面接触疲劳强度进行设计计算，按齿根弯曲疲劳强度校核，并进行热平衡验算；,汽车机械基础第十一章,第七节圆弧齿轮传动,一、圆弧齿轮啮合原理简介,汽车机械基础第十一章,二、单圆弧齿轮的优缺点,1优点1）齿面接触强度高；2）齿廓形状对润滑有利，传动效率较高；3）齿面容易跑合；4）无根切，故齿数可较少，最少齿数主要受轴的强度和刚度限制。2缺点1）对中心距及切齿深度的精度要求较高，这二者的误差会使圆弧齿轮传动的承载能力显著下降；2）噪声较大，故高速传动中其应用受到限制；3）通常轮齿弯曲强度较低；4）切削同一模数凸圆弧齿廓和凹圆弧齿廓需要不同的滚刀，加工成本高。,汽车机械基础第十一章,三、双圆弧齿轮,与单圆弧齿轮相比，其优点为：1)因是多点接触，故使载荷分散，相应的降低了接触应力和弯曲应力。此外，由于其轮齿根部较强，故其弯曲强度有明显的提高。2)正因为是多点接触，提高了传动的平稳性，故振动和噪声均较小。3)互相啮合的一对齿轮可用同一把刀具来加工。,汽车机械基础第十一章,第八节齿轮结构设计与齿轮传动润滑,一、圆柱齿轮的结构设计与润滑,二、蜗杆传动的结构设计、润滑与冷却方法,汽车机械基础第十一章,一、圆柱齿轮的结构设计与润滑,（一）圆柱齿轮的结构形状,圆柱齿轮结构一般分为轮缘、轮毂和轮辐三部分.,1齿轮轴,2实心式齿轮,3辐板式齿轮,常用的齿轮结构形式有以下几种：,汽车机械基础第十一章,常用的齿轮结构形式有以下几种：,图11-38齿轮轴,图11-39实心式齿轮,汽车机械基础第十一章,常用的齿轮结构形式有以下几种：,图11-40辐板式齿轮模锻圆柱齿轮b）自由锻造的圆柱齿轮,图11-41铸造的辐板式齿轮,汽车机械基础第十一章,（二）齿轮精度、公差选用与常用检测方法,1齿轮精度,GB11365-89规定了锥齿轮传动精度等级和公差。两标准将齿轮精度等级分为12级，1级最高，12级最低，由于目前1、2级精度的加工工艺水平和测量手段尚难以达到，一般不用，最常用的为69级。齿轮的精度等级应根据齿轮传动的用途、使用条件、传动功率、圆周速度以及经济性等技术要求来选择，其允许的圆周速度和一般应用见表11-14。,汽车机械基础第十一章,2齿轮、齿轮副的公差项目和代号,按误差特性和它们对传动性能的影响，GB/T1009512001和GB/T1009522001对渐开线圆柱齿轮传动的齿轮和齿轮副规定了22个公差项目，其中对齿轮为16个项目，对齿轮副为6个项目。各项目的名称和代号见表11-15。,（二）齿轮精度、公差选用与常用检测方法,汽车机械基础第十一章,3齿轮的各项公差（和极限偏差）的分组和检验分组,国家标准根据各公差项目对三类传动精度的不同影响相应分为三个公差组：主要反映运动精度的第公差组、主要反映工作平稳性精度的第公差组以及主要反映接触精度的第公差组，见表11-16。,（二）齿轮精度、公差选用与常用检测方法,汽车机械基础第十一章,4齿轮副的检验和公差,（1）接触斑点,（2）侧隙要求,（二）齿轮精度、公差选用与常用检测方法,汽车机械基础第十一章,（三）齿轮传动的润滑和效率,润滑方式:（1）浸油润滑,（2）喷油润滑,图11-42油池润滑和喷油润滑a)不带油轮的油池润滑b)带油轮的油池润滑c)喷油润滑,汽车机械基础第十一章,二、蜗