齿轮传动 (精品)

1、 齿轮传动是应用最广泛的传动机构之一。齿轮齿轮传动是应用最广泛的传动机构之一。齿轮 传动的优缺点如下：传动的优缺点如下： 优点优点： 适用的圆周速度和功率范围广；效率较高，一适用的圆周速度和功率范围广；效率较高，一 般般 为为0.940.99；传动比准确；寿命较长；工作可；传动比准确；寿命较长；工作可 靠性较高；可实现平行轴、任意角相交轴和任意角靠性较高；可实现平行轴、任意角相交轴和任意角 交错轴之间的传动。交错轴之间的传动。 缺点缺点： 要求较高的制造和安装精度，成本较高；不适要求较高的制造和安装精度，成本较高；不适 宜远距离两轴之间的传动。宜远距离两轴之间的传动。 1、按两轮轴几何特性可分

2、为：、按两轮轴几何特性可分为： 圆柱圆柱齿轮传动齿轮传动:两轴线相互平行。两轴线相互平行。 圆锥圆锥齿轮传动齿轮传动:两轴线相交。两轴线相交。 螺旋螺旋齿轮传动齿轮传动:两轴线交错在空间既不平行也两轴线交错在空间既不平行也 不相交。不相交。 2、按轮齿形状可分为、按轮齿形状可分为: 直齿圆柱齿轮传动直齿圆柱齿轮传动 斜齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动 人字齿圆柱齿传动人字齿圆柱齿传动 斜齿齿轮传动斜齿齿轮传动人字齿轮传动人字齿轮传动直齿齿轮传动直齿齿轮传动 外啮合齿轮传动外啮合齿轮传动内啮合齿轮传动内啮合齿轮传动齿轮齿条传动齿轮齿条传动 2、按齿轮啮合形式可分为、按齿轮啮合形式可分为: 外啮合齿

3、轮传动外啮合齿轮传动 内啮合齿轮传动内啮合齿轮传动 齿轮齿条传动齿轮齿条传动 齿顶圆：齿顶圆： 过齿轮各过齿轮各 轮齿顶端轮齿顶端 的圆，其的圆，其 直径用直径用 da 表示。表示。 齿根圆：齿根圆： 过齿轮各过齿轮各 齿槽底部齿槽底部 的圆，其的圆，其 直径用直径用 df 表示。表示。 齿厚：齿厚：在在 任意圆周任意圆周 上轮齿两上轮齿两 侧间的弧侧间的弧 长，用长，用 s 表示。表示。 齿宽：齿宽：沿沿 齿轮轴线齿轮轴线 量得齿轮量得齿轮 的宽度用的宽度用 b 表示。表示。 齿槽宽：齿槽宽：在任意圆周上相邻两齿空间部分的弧长，用在任意圆周上相邻两齿空间部分的弧长，用 e表示。表示。 分度圆

4、：分度圆： 对标准齿轮来对标准齿轮来 说，齿厚与齿说，齿厚与齿 槽宽相等的那槽宽相等的那 个圆称为分度个圆称为分度 圆，直径用圆，直径用 d 表示。分度圆表示。分度圆 上的齿厚和齿上的齿厚和齿 槽宽分别用槽宽分别用 s 和和 e 表示，即表示，即 se。 周节或齿距：周节或齿距：相邻两齿在分度圆上对应点间的弧长，相邻两齿在分度圆上对应点间的弧长， 用用 p 表示，表示，pse。 决定齿轮尺寸和齿形的基本参数有决定齿轮尺寸和齿形的基本参数有5个：个： 齿轮的模数齿轮的模数 m 压力角压力角a a 齿数齿数 z 齿顶高系数齿顶高系数ha* 顶隙系数 顶隙系数c* 以上以上5个参数，除齿数个参数，除

5、齿数 z 外均已标准化了。外均已标准化了。 分度圆上的周节分度圆上的周节 p 对对 p p 的比值称为模数，用的比值称为模数，用 m（mm）表示，即：）表示，即： m= p/p p 模数模数是齿轮几何尺寸计算的基础。显然，是齿轮几何尺寸计算的基础。显然，m 越大，则越大，则 p越大，轮齿就越大，轮齿的抗弯越大，轮齿就越大，轮齿的抗弯 曲能力也越高。曲能力也越高。 我国已规定了标准模数系列。我国已规定了标准模数系列。 第一系列1 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50 第二系列 1.75 2.25 2.75 (3.25) 3.5 (3.7

6、5) 4.5 5.5 (6.5) 7 9 (11) 14 18 22 28 (30) 36 45 我国标准规定分度圆上齿廊的压力角我国标准规定分度圆上齿廊的压力角a a20。以后凡。以后凡 是不加指明，压力角都是指分度圆上的标准压力角是不加指明，压力角都是指分度圆上的标准压力角a a。 渐开线上某点的法线渐开线上某点的法线 （压力方向线）与该点（压力方向线）与该点 速度方向所夹的锐角速度方向所夹的锐角a K称为该点的压力角。称为该点的压力角。 当一根直线当一根直线BK在一圆在一圆 周上作纯滚动时（如右周上作纯滚动时（如右 图所示）此直线上任意图所示）此直线上任意 一点一点K的轨迹的轨迹AK称为

7、称为 该圆的渐开线。该圆的渐开线。 全齿高：全齿高：为齿顶高与齿根高之和，即为齿顶高与齿根高之和，即h= ha+hh= ha+hf f。 顶隙：顶隙：当齿轮啮合时，一个齿轮的齿顶圆与配对齿轮当齿轮啮合时，一个齿轮的齿顶圆与配对齿轮 的齿根圆的径向距离，用的齿根圆的径向距离，用 c c 表示，表示，c= hf-hac= hf-ha。 c c的存在可避免一个轮的齿顶与另一轮的齿底相碰并的存在可避免一个轮的齿顶与另一轮的齿底相碰并 可储存润滑油。如果用模数来表示，则齿顶高和齿可储存润滑油。如果用模数来表示，则齿顶高和齿 根高可分别写为：根高可分别写为： ha= haha= ha* *m m（3 33

8、838） hf=(hahf=(ha* *+ c+ c* *)m)m 式中：式中：haha* *、 c c* *-分别称为齿顶高系数和顶隙系数，分别称为齿顶高系数和顶隙系数， 对于圆柱齿轮，其标准值如表对于圆柱齿轮，其标准值如表3 31919所示。所示。 模数、压力角、齿顶高系数及顶隙系数均取标准值，模数、压力角、齿顶高系数及顶隙系数均取标准值， 分度圆上齿厚与齿槽宽相等的齿轮称为标准齿轮。分度圆上齿厚与齿槽宽相等的齿轮称为标准齿轮。 因此，对于标准齿轮有：因此，对于标准齿轮有： sep/2=mp p/2 分度圆直径分度圆直径d d、齿顶圆直径、齿顶圆直径d da a 和齿根圆直径 和齿根圆直径

9、d df f的计算的计算 式为：式为： d =zm da =d+2ha=2ha*+z df=d-2hf=(z-2ha*-2c*)m （一）齿轮传动的特点、类型（一）齿轮传动的特点、类型 齿轮传动是由主动轮与从动轮组成的齿轮副齿轮传动是由主动轮与从动轮组成的齿轮副 来传递运动和动力的传动装置。其传动比为：来传递运动和动力的传动装置。其传动比为： 一对齿轮的传动比不宜过大，否则，会使齿一对齿轮的传动比不宜过大，否则，会使齿 轮结构尺寸过大，不利于制造和安装。通常一轮结构尺寸过大，不利于制造和安装。通常一 对圆柱齿轮的传动比对圆柱齿轮的传动比i12=58 1 2 2 1 12 z z n n i 1

10、、齿轮传动的特点、齿轮传动的特点 齿轮传动与带、链传动相比主要有以下优点：齿轮传动与带、链传动相比主要有以下优点： （1 1）传递动力大、效率高；）传递动力大、效率高； （2 2）寿命长，工作平稳，可靠性高；）寿命长，工作平稳，可靠性高； （3 3）能保证恒定的传动比，能传递任意两轴间的运）能保证恒定的传动比，能传递任意两轴间的运 动和动力。动和动力。 齿轮传动与带传动相比主要缺点有：齿轮传动与带传动相比主要缺点有： （1 1）制造、安装精度要求较高，因而成本也较高；）制造、安装精度要求较高，因而成本也较高； （2 2）不宜作远距离传动。）不宜作远距离传动。 2、齿轮传动的类型、齿轮传动的类型

11、 蜗轮蜗杆蜗轮蜗杆 外啮合直齿圆柱齿轮外啮合直齿圆柱齿轮内啮合直齿圆柱齿轮内啮合直齿圆柱齿轮齿轮齿条（直齿条）齿轮齿条（直齿条）外啮合斜齿圆柱齿轮外啮合斜齿圆柱齿轮 人字齿轮传动人字齿轮传动齿轮齿条（斜齿条）齿轮齿条（斜齿条）直齿圆锥齿轮直齿圆锥齿轮曲齿圆锥齿轮曲齿圆锥齿轮 螺旋齿轮传动螺旋齿轮传动 蜗轮蜗杆传动蜗轮蜗杆传动准双曲面齿轮传动准双曲面齿轮传动行星齿轮传动行星齿轮传动 二、渐开线齿轮二、渐开线齿轮 1、渐开线的形成、渐开线的形成 2、渐开线齿轮的主要参数、渐开线齿轮的主要参数 1）压力角）压力角 k a 2）模数）模数m 模数是齿距模数是齿距t除以圆周率除以圆周率 所得的商，单位为

12、所得的商，单位为 mm。模数越大，轮齿尺寸越大，轮齿承载能。模数越大，轮齿尺寸越大，轮齿承载能 力越强。一般轿车、轻便货车变速齿轮力越强。一般轿车、轻便货车变速齿轮 m=2.53.5；中型货车；中型货车m=3.54.5；重型；重型 货车货车m=4.56。 3）齿轮的齿数）齿轮的齿数z 当模数一定时，齿数越多，齿轮尺寸越大。当模数一定时，齿数越多，齿轮尺寸越大。 p 三、蜗杆传动三、蜗杆传动 1、概述、概述 在蜗杆传动中蜗轮在蜗杆传动中蜗轮 与蜗杆轴线交叉成与蜗杆轴线交叉成90 通常蜗杆为主动件。蜗通常蜗杆为主动件。蜗 杆头数一般取杆头数一般取14。其。其 传动比为：传动比为： 1 2 2 1

13、12 z z n n i 蜗轮传动蜗轮传动 式中式中Z1为头数。即蜗杆的螺旋线数。为头数。即蜗杆的螺旋线数。 2、旋转方向的判定、旋转方向的判定 1）蜗杆旋向的判定）蜗杆旋向的判定 采用右手法则。伸出右手，手心对着自己，四采用右手法则。伸出右手，手心对着自己，四 指指向轴线方向，蜗杆齿向与右手拇指一致为右旋，指指向轴线方向，蜗杆齿向与右手拇指一致为右旋， 反之为左旋。反之为左旋。 2）蜗轮转向的判定）蜗轮转向的判定 蜗杆右旋用右手，左旋用左手。四指顺着蜗杆蜗杆右旋用右手，左旋用左手。四指顺着蜗杆 旋转方向握拳，蜗轮的旋转方向与拇指指向相反。旋转方向握拳，蜗轮的旋转方向与拇指指向相反。 3、蜗杆

14、传动的特点、蜗杆传动的特点 1）传动比大：）传动比大：i6001000； 2）工作平稳，噪声小；）工作平稳，噪声小； 3）具有自锁功能；）具有自锁功能； 4）传动效率低；）传动效率低； 5）不能任意互换啮合；）不能任意互换啮合； 6）蜗轮经常采用青铜等贵重材料制成，成）蜗轮经常采用青铜等贵重材料制成，成 本高。本高。 4 4、适用范围、适用范围： 由于普通蜗杆传动效率较低，所以一由于普通蜗杆传动效率较低，所以一 般只适用于传递功率值在般只适用于传递功率值在505060kW60kW以下的以下的 场合。场合。 一些高效率的新型蜗杆传动所传递的一些高效率的新型蜗杆传动所传递的 功率可达功率可达500

15、kW500kW，圆周速度可达，圆周速度可达50m/s50m/s。 （一）轮系（一）轮系 由一系列相互啮合的齿轮组成的传动由一系列相互啮合的齿轮组成的传动 系统称为轮系。系统称为轮系。 1、轮系的分类、轮系的分类 根据轮系中齿轮的轴线是否固定，分为：根据轮系中齿轮的轴线是否固定，分为： 1） 定轴轮系（轴线固定），又称为普通轮系。定轴轮系（轴线固定），又称为普通轮系。 式中式中m为外啮合齿轮的对数。为外啮合齿轮的对数。 结果为负值表示首末两轮的转向相反，为正值结果为负值表示首末两轮的转向相反，为正值 表示首末两轮的转向相同。表示首末两轮的转向相同。 主动齿轮齿数的连乘积 从动齿轮齿数的连乘积 ）

16、（定轴轮系传动比 m 1 含含 蜗蜗 轮轮 蜗蜗 杆杆 的的 定定 轴轴 轮轮 系系 含含 蜗蜗 轮轮 蜗蜗 杆杆 的的 定定 轴轴 轮轮 系系 2）周转轮系（至少一个齿轮轴线不固定，绕）周转轮系（至少一个齿轮轴线不固定，绕 另一个齿轮轴线回转）。周转轮系由太阳轮、另一个齿轮轴线回转）。周转轮系由太阳轮、 行星轮、行星架（转臂）组成。如下图所示。行星轮、行星架（转臂）组成。如下图所示。 行星轮行星轮 太阳轮太阳轮 行星架行星架 齿圈（太阳轮）齿圈（太阳轮） 根据有没有固定不动的太阳轮周转轮系又分为：根据有没有固定不动的太阳轮周转轮系又分为： 1） 行星轮系：有固定不动的太阳轮。行星轮系：有固定

17、不动的太阳轮。 2） 差动轮系：没有固定不动的太阳轮。差动轮系：没有固定不动的太阳轮。 行星轮行星轮 行星架行星架 太阳轮太阳轮 齿圈（太阳轮）齿圈（太阳轮） 3）混合轮系：既有定轴轮系又有周转轮系。）混合轮系：既有定轴轮系又有周转轮系。 2、轮系的应用特点、轮系的应用特点 1）可实现较大的传动比）可实现较大的传动比 2）可作远距离传动）可作远距离传动 3）可实现变速、变向）可实现变速、变向 4）可实现运动合成或分解）可实现运动合成或分解 二、减速器二、减速器 1、减速器的作用、类型、减速器的作用、类型 作用：降低转速、增大转矩。作用：降低转速、增大转矩。 类型：圆柱齿轮减速器、圆锥类型：圆柱

18、齿轮减速器、圆锥-圆柱齿轮减圆柱齿轮减 速器、蜗杆速器、蜗杆-圆柱齿轮减速器、行星齿轮减圆柱齿轮减速器、行星齿轮减 速器。速器。 2、减速器的结构、减速器的结构 减速齿轮、箱体、附件（轴、轴承、油塞、减速齿轮、箱体、附件（轴、轴承、油塞、 联结零件、通气孔等）联结零件、通气孔等） 特点：结构紧凑，特点：结构紧凑， 传递功率范围大，传递功率范围大， 工作可靠，寿命长，效率较高，工作可靠，寿命长，效率较高， 使用和维护简单。使用和维护简单。 应用：非常广泛。它的主要参数已经标准化，并应用：非常广泛。它的主要参数已经标准化，并 由专门工厂进行生产。一般情况下，按工作要求，由专门工厂进行生产。一般情况

19、下，按工作要求， 根据传动比、输入轴功率和转速、载荷工况等，根据传动比、输入轴功率和转速、载荷工况等， 可选用标准减速器；必要时也可自行设计制造。可选用标准减速器；必要时也可自行设计制造。 齿轮最重要的部分为轮齿。轮齿失效形式齿轮最重要的部分为轮齿。轮齿失效形式 主要有四种：主要有四种： 轮齿折断轮齿折断 齿面磨损齿面磨损 齿面点蚀齿面点蚀 齿面胶合齿面胶合 由于轮齿受力时齿根弯曲应力最大，而且有应力由于轮齿受力时齿根弯曲应力最大，而且有应力 集中，因此，轮齿折断一般发生在齿根部分。集中，因此，轮齿折断一般发生在齿根部分。 若轮齿单侧工作时，根部弯曲应力一侧为拉伸，若轮齿单侧工作时，根部弯曲应

20、力一侧为拉伸， 另一侧为压缩，轮齿脱离啮合后，弯曲应力为零。另一侧为压缩，轮齿脱离啮合后，弯曲应力为零。 因此，在载荷的多次重复作用下，弯曲应力超过弯因此，在载荷的多次重复作用下，弯曲应力超过弯 曲持久极限时，齿根部分将产生疲劳裂纹。裂纹的曲持久极限时，齿根部分将产生疲劳裂纹。裂纹的 逐渐扩展，最终将引起断齿，这种折断称为疲劳折逐渐扩展，最终将引起断齿，这种折断称为疲劳折 断。断。 轮齿因短时过载或冲击过载而引起的突然折断，轮齿因短时过载或冲击过载而引起的突然折断， 称为过载折断。用淬火钢或铸铁等脆性材料制成的称为过载折断。用淬火钢或铸铁等脆性材料制成的 齿轮，容易发生这种断齿。齿轮，容易发生

21、这种断齿。 齿面磨损的原因：齿面磨损的原因： 灰砂、硬屑粒等进灰砂、硬屑粒等进 入齿面间而引起的磨入齿面间而引起的磨 粒性磨损。粒性磨损。 齿面互相摩擦而产齿面互相摩擦而产 生的跑合性磨损。生的跑合性磨损。 磨损后齿廓失去正磨损后齿廓失去正 确形状（如左图所示）确形状（如左图所示） 使运转中产生冲击和使运转中产生冲击和 噪声。噪声。 轮齿工作时，其工作表轮齿工作时，其工作表 面产生的接触压应力由零增面产生的接触压应力由零增 加到一最大值，即齿面接触加到一最大值，即齿面接触 应力是按脉动循环变化的。应力是按脉动循环变化的。 在过高的接触应力的多次重在过高的接触应力的多次重 复作用下，齿面表层就会

22、产复作用下，齿面表层就会产 生细微的疲劳裂纹，裂纹的生细微的疲劳裂纹，裂纹的 蔓延扩展使齿面的金属微粒蔓延扩展使齿面的金属微粒 剥落下来而形成凹坑，即剥落下来而形成凹坑，即疲劳点蚀疲劳点蚀。如继续发展会导致。如继续发展会导致 轮齿啮合情况恶化而报废。轮齿啮合情况恶化而报废。 实践表明，疲劳点蚀首先出现在齿根表面靠近节线实践表明，疲劳点蚀首先出现在齿根表面靠近节线 处。如右上图所示。齿面抗点蚀能力主要与齿面硬度有处。如右上图所示。齿面抗点蚀能力主要与齿面硬度有 关，齿面硬度越高，抗点蚀能力也越强。关，齿面硬度越高，抗点蚀能力也越强。 在高速重载传动中，常因在高速重载传动中，常因 啮合温度升高而引

23、起润滑失啮合温度升高而引起润滑失 效，致使两齿面金属直接接效，致使两齿面金属直接接 触并相互粘联。触并相互粘联。 当两齿面相对运动时，较当两齿面相对运动时，较 软的齿面沿滑动方向被撕裂软的齿面沿滑动方向被撕裂 出现沟纹。这种现象称为胶合。如右上图所示。出现沟纹。这种现象称为胶合。如右上图所示。 在低速重载传动中，由于齿面间不易形成润滑油膜也可在低速重载传动中，由于齿面间不易形成润滑油膜也可 能产生胶合破坏。提高齿面硬度和光洁度能增强抗胶合能能产生胶合破坏。提高齿面硬度和光洁度能增强抗胶合能 力。低速传动采用粘度较大的润滑油；高速传动采用含抗力。低速传动采用粘度较大的润滑油；高速传动采用含抗 胶

24、合添加剂的润滑油，对于抗胶合也很有效。胶合添加剂的润滑油，对于抗胶合也很有效。 传动传动 形式形式 主要优点主要优点主要缺点主要缺点 带传带传 动动 中心距变化范围大，可用于较远距离的传 动，传动平稳，噪音小，能缓冲吸振，有 过载保护作用，结构简单，成本低，安装 要求不高 有滑动，传动比不能保持恒定，外廓尺寸大，带的寿命 较短（通常为3500h5000h），由于带的摩擦起电不宜用于 易燃、易爆的地方，轴和轴承上作用力大 链传链传 动动 中心距变化范围大，可用于较远距离 的传动，在高温、油、酸等恶劣条件下能 可靠工作，轴和轴承上的作用力小 虽然平均速比恒定，但运转时瞬时速度不均匀，有冲击、 振动

25、和噪音，寿命较低（一般为5000h15000h） 齿轮齿轮 传动传动 外廓尺寸小，效率高，传动比恒定， 圆周速度及功率范围广，应用最广 制造和安装精度要求较高，不能缓冲，无过载保护作用， 有噪音 蜗杆蜗杆 传动传动 结构紧凑，外廓尺寸小，传动比大， 传动比恒定，传动平稳，无噪音，可做成 自锁机构 效率低，传递功率不宜过大，中高速需用价贵的青铜， 制造精度要求高，刀具费用高 传动传动 形式形式 主要优点主要优点主要缺点主要缺点 带传带传 动动 中心距变化范围大，可用于较远距离的传 动，传动平稳，噪音小，能缓冲吸振，有 过载保护作用，结构简单，成本低，安装 要求不高 有滑动，传动比不能保持恒定，外

26、廓尺寸大，带的寿命 较短（通常为3500h5000h），由于带的摩擦起电不宜用于 易燃、易爆的地方，轴和轴承上作用力大 链传链传 动动 中心距变化范围大，可用于较远距离 的传动，在高温、油、酸等恶劣条件下能 可靠工作，轴和轴承上的作用力小 虽然平均速比恒定，但运转时瞬时速度不均匀，有冲击、 振动和噪音，寿命较低（一般为5000h15000h） 齿轮齿轮 传动传动 外廓尺寸小，效率高，传动比恒定， 圆周速度及功率范围广，应用最广 制造和安装精度要求较高，不能缓冲，无过载保护作用， 有噪音 蜗杆蜗杆 传动传动 结构紧凑，外廓尺寸小，传动比大， 传动比恒定，传动平稳，无噪音，可做成 自锁机构 效率低，传递功率不宜过大，中高速需用价贵的青铜， 制造精度要求高，刀具费用高 基本特性基本特性V形带传动形带传动链传动链传动圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动蜗杆传动蜗杆传动 h h 闭式闭式 0.950.970.960.99 自锁自锁0.4 非自锁