机械基础齿轮传动讲课课件

1、齿轮传动齿轮传动想一想：想一想：日常学习生活中哪里用到了齿日常学习生活中哪里用到了齿轮传动呢？轮传动呢？钟表、机床、汽车、减速器等4-1齿轮传动的类型及应用 齿轮传动：利用齿轮副来传递运动和动力的一种齿轮传动：利用齿轮副来传递运动和动力的一种机械传动。机械传动。 啮合：齿轮副的一对齿轮的齿依次交替接触，从而实啮合：齿轮副的一对齿轮的齿依次交替接触，从而实现一定规律的相对运动的过程和形态。现一定规律的相对运动的过程和形态。齿轮传动的常见类型：齿轮传动的常见类型：齿直圆柱齿轮传动齿直圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动人字齿圆柱齿轮传动人字齿圆柱齿轮传动外啮合齿轮传动内啮合齿轮传动齿轮齿条传动锥齿轮传动交

2、错轴斜齿轮传动蜗轮蜗杆传动2021-12-114齿轮传动齿轮传动平行轴间齿轮传动平行轴间齿轮传动直齿外啮合直齿外啮合内啮合内啮合齿轮齿条齿轮齿条斜齿斜齿人字齿人字齿直齿直齿斜齿斜齿曲齿曲齿弧齿轮传动弧齿轮传动准双曲面锥齿轮传动准双曲面锥齿轮传动相交轴间齿轮传动相交轴间齿轮传动交错轴间齿轮传动交错轴间齿轮传动传动比 齿轮传动的传动比是主动齿轮转速与从动齿轮转速之比,也等于两齿轮齿数之反。 i = = n1n2z2z112 齿轮传动的应用特点 优点： （1）能保证恒定的传动比，传递运动能保证恒定的传动比，传递运动准确，传递平稳准确，传递平稳。 （2）传动效率高传动效率高，一般可达，一般可达95%9

3、9%，工作可靠，寿命长。，工作可靠，寿命长。 （3）适用的功率、速度和尺寸范围大）适用的功率、速度和尺寸范围大。传递功率可以从很小至上万千瓦；。传递功率可以从很小至上万千瓦；速度最高可达速度最高可达300m/s；齿轮直径可以；齿轮直径可以从几毫米至二十多米。从几毫米至二十多米。 4、传动效率高，使用寿命长，维护简便。 缺点： 1、运转过程中有振动、冲击和噪声。 2、齿轮安装要求较高。 3、不能实现无级变速。 4、不适用于中心距较大的场合。2021-12-118一、渐开线的形成与渐开线齿轮一、渐开线的形成与渐开线齿轮 渐开线的形成渐开线的形成 当一条动直线（发生线），沿着一个固定的圆（基圆）作纯

4、滚动纯滚动时，动直线上任意一点K的轨迹称为该圆的渐开线。2021-12-119 如图所示为直齿圆柱外齿轮的部分齿轮，齿轮上每如图所示为直齿圆柱外齿轮的部分齿轮，齿轮上每个凸起的部分称为轮齿，相邻两轮齿之间的空间称为个凸起的部分称为轮齿，相邻两轮齿之间的空间称为齿槽，其各部分的名称和表达符号见图。齿槽，其各部分的名称和表达符号见图。二、渐开线齿轮各部分的名称二、渐开线齿轮各部分的名称2021-12-120三、直齿圆柱齿轮的基本参数三、直齿圆柱齿轮的基本参数1.1.齿数（）齿数（） 一个齿轮的轮齿数目即齿数，是齿轮的一个齿轮的轮齿数目即齿数，是齿轮的最基本参数之一。最基本参数之一。 当模数一定时，

5、齿数愈多，齿轮的 几何尺寸愈大，轮齿 渐开线的曲率半径也愈大，齿廓曲线趋于平直。2021-12-1212.2.模数（模数（ m m ） 将分度圆上齿距P与无理数的比值称为模数，用m表示，单位为mm， 即 m mp/p/或p=m2021-12-122 由此可知，m越大，p越大，轮齿也就越大，齿轮的承载能力越强；反之齿轮越小，齿轮的承载能力越弱。由于d=pz，可得分度圆直径d=mz。2021-12-123 如图所示为两个齿数相同而模数不同的齿轮如图所示为两个齿数相同而模数不同的齿轮齿形的比较。齿形的比较。2021-12-124 模数是决定齿轮尺寸的一个基本参数。由于是无理数，给齿轮的设计、制造及检

6、测带来不便。为此，我国已规定了标准模数系列。2021-12-125第一系列第一系列 0.1 0.12 0.15 0.2 0.25 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 0.1 0.12 0.15 0.2 0.25 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 1 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 1 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50 12 16 20 25 32 40 50 第二系列第二系列 0.35 0.7 0.9 1.75 2.25 2.75 0.35 0.7 0.9 1.75 2.25 2.75 （3.25

7、3.25） 3.5 3.5 （3.753.75） 4.5 5.5 4.5 5.5 （6.56.5） 7 7 （1111） 14 18 22 14 18 22 28 36 45 28 36 45 标准模数系列表标准模数系列表(GB 1357(GB 135787) mm87) mm 注：本表适用于渐开线圆柱齿轮，对斜齿轮是指法面模数；选用模数时，应优先采用第一系列，其次是第二系列，括号内的模数尽量不用。 2021-12-1263.压力角（压力角（） 压力角是物体运动方向与受力方向压力角是物体运动方向与受力方向所夹的锐角。所夹的锐角。齿轮压力角是指渐开线齿廓在分度圆上的压力角。 压力角不同，轮齿的形

8、状也不同。压力角已标准化，我国规定标准压力角是我国规定标准压力角是20。 2021-12-127四标准直齿圆柱齿轮的几何尺四标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算寸计算 标准齿轮：模数m、压力角 、齿顶高系数ha和顶隙系数C均为标准值且齿厚s等于齿槽宽e的齿轮。2021-12-128 标准齿轮传动的中心距标准齿轮传动的中心距一对齿轮啮合传动时，中心距等于一对齿轮啮合传动时，中心距等于两分度圆半径之和。两分度圆半径之和。 标准中心距（标准齿轮标准中心距（标准齿轮无侧隙传动无侧隙传动中心距）中心距）2121rrrra212zzm 2021-12-130例相啮合的一对标准直齿圆柱齿轮（压力角例相啮合的一对标

9、准直齿圆柱齿轮（压力角= =，齿顶高系数齿顶高系数= =，顶隙系数，顶隙系数 =0.25=0.25），齿数），齿数，模数，模数mmmm，试计算其分度圆直径，试计算其分度圆直径，顶圆直径顶圆直径 ，根圆直径，根圆直径，齿厚，齿厚，基圆直径，基圆直径。 齿顶圆直径齿顶圆直径da da1=d1+2ha=m(z1+2) da2=d2+2ha=m(z2+2)齿根圆直径齿根圆直径df df1=d1-2hf=m(z1-2.5) df2=d2-2hf=m(z2-2.5) 基圆直径基圆直径db db1=d1cosa db2=d2cosa标准中心距标准中心距a a=(d1+d2)/2=m (z1+z2)/2 四圆

10、四圆 三高三高 二距二距 一系数一系数1.有一正常齿标准直齿圆柱齿轮，已知齿数有一正常齿标准直齿圆柱齿轮，已知齿数z24，模数，模数m3mm,试计算其分度圆直径试计算其分度圆直径d、齿顶高、齿顶高ha ,齿根高齿根高hf，全齿高全齿高h、齿顶圆直径齿顶圆直径da和齿根圆直径和齿根圆直径df 2.有一对正常齿标准直齿圆柱齿轮传动，已知有一对正常齿标准直齿圆柱齿轮传动，已知ha* ，c*0.25，m2.5mm，z118, z2，试确定两齿轮的主要尺寸（试确定两齿轮的主要尺寸（d、da、df、db）及中）及中心距心距a。 3.某齿轮传动的大齿轮已经丢失，小齿轮存在。已知这对齿轮某齿轮传动的大齿轮已经

11、丢失，小齿轮存在。已知这对齿轮为正常齿制的外啮合标准直齿圆柱齿轮，两轴间距离为为正常齿制的外啮合标准直齿圆柱齿轮，两轴间距离为112.5mm，小齿轮具数，小齿轮具数z1 38，顶圆直径，顶圆直径da100mm。试确定大齿轮的模数、齿数和主要尺寸试确定大齿轮的模数、齿数和主要尺寸(d、da、df)。4.有一对外啮合直齿圆柱齿轮，已知有一对外啮合直齿圆柱齿轮，已知ha*,c*0.25,m=2.5mm,中心距中心距a=90mm,传动比传动比i=2.6.试计算这试计算这对齿轮的对齿轮的d, da, df ,ha, hf ,h 7.4、渐形线齿轮的正确齿合条件、渐形线齿轮的正确齿合条件 两齿轮的模数和压

12、力角分别对应相等两齿轮的模数和压力角分别对应相等 m1m2m a1a220o7.67.6 轮齿的失效形式及设计准则轮齿的失效形式及设计准则 轮齿折断轮齿折断一般发生在齿根处，严重过载突然断裂、疲劳折断。一、轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式 失效形式失效形式提高轮齿抗折断能力的措施：提高轮齿抗折断能力的措施：1）增大齿根过渡圆角半径，消除加工刀痕，减小齿根增大齿根过渡圆角半径，消除加工刀痕，减小齿根应力集中；应力集中； 2）增大轴及支承的刚度，使轮齿接触线上受载较为均匀增大轴及支承的刚度，使轮齿接触线上受载较为均匀； 3）采用合适的热处理，使轮齿芯部材料具有足够的韧性采用合适的热处理，使轮齿芯部

13、材料具有足够的韧性； 4）采用喷丸、滚压等工艺对齿根表层进行强化处理采用喷丸、滚压等工艺对齿根表层进行强化处理。 齿面接触应力按脉动循环变化当超过疲劳极限时，表面产生微裂纹、高压油挤压使裂纹扩展、微粒剥落。点蚀首先出现在节线处，齿面越硬，抗点蚀能力越强。软齿面闭式齿轮传动常因点蚀而失效。齿面点蚀齿面点蚀轮齿折断轮齿折断失效形式失效形式一、轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式 齿面点蚀齿面点蚀齿面胶合齿面胶合高速重载传动中，常因啮合区温度升高而引起润滑失效，致使齿面金属直接接触而相互粘连。当齿面向对滑动时，较软的齿面沿滑动方向被撕下而形成沟纹。措施：措施： 1.提高齿面硬度提高齿面硬度2.减小齿面粗

14、糙度减小齿面粗糙度3.增加润滑油粘度增加润滑油粘度低速4.加抗胶合添加剂加抗胶合添加剂高速轮齿的失效形式轮齿的失效形式轮齿折断轮齿折断失效形式失效形式一、轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式 齿面胶合齿面胶合齿面磨损齿面磨损措施：措施：1.减小齿面粗糙度减小齿面粗糙度2.改善润滑条件，清洁环境改善润滑条件，清洁环境磨粒磨损磨粒磨损跑合磨损跑合磨损齿面点蚀齿面点蚀轮齿的失效形式及设计准则轮齿的失效形式及设计准则 轮齿折断轮齿折断失效形式失效形式一、轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式 3.提高齿面硬度提高齿面硬度从动齿从动齿主动齿主动齿从动齿从动齿主动齿主动齿从动齿从动齿主动齿主动齿从动齿从动齿主动齿主

15、动齿齿面胶合齿面胶合齿面磨损齿面磨损齿面点蚀齿面点蚀轮齿的失效形式及设计准则轮齿的失效形式及设计准则 轮齿折断轮齿折断失效形式失效形式齿面塑性变形齿面塑性变形一、轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式 表面凸出表面凸出表面凸出表面凸出一、对齿轮材料性能的要求一、对齿轮材料性能的要求 齿轮的齿体应有较高的抗折断能力，齿面应有较强齿轮的齿体应有较高的抗折断能力，齿面应有较强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力，即要求：齿的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力，即要求：齿面硬、芯部韧。面硬、芯部韧。 7.6.27.6.2 齿轮材料及选用准则齿轮材料及选用准则 常用常用齿齿轮材料轮材料锻钢锻钢 铸钢铸钢 铸铁铸铁

16、常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿轮材料；轮材料；适用于高速、轻载、且要求降低适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。噪声的场合。 非金属材料非金属材料 二、常用齿轮材料二、常用齿轮材料 钢材的韧性好，耐冲击，通过热处理和化学处理可钢材的韧性好，耐冲击，通过热处理和化学处理可改善材料的机械性能，最适于用来制造齿轮。改善材料的机械性能，最适于用来制造齿轮。 耐磨性及强度较好，常用于大尺寸齿轮。耐磨性及强度较好，常用于大尺寸齿轮。含碳量为含碳量为(0.150.6)%(0.150.6)%的碳素钢或合金钢。的碳素钢或合金钢。一般用齿轮用碳素钢，重要齿轮用合金钢一般

17、用齿轮用碳素钢，重要齿轮用合金钢。表表7-5 常用齿轮材料及其机械性能常用齿轮材料及其机械性能 材料牌号材料牌号 热处理方法热处理方法 强度极限强度极限 屈服极限屈服极限 硬度硬度 (HBS)B / MPa S / Mpa 齿齿芯部芯部 齿面齿面HT250 250 170241 HT300 300 187255 HT350 350 197269 QT500-5 500 147241 QT600-2 600 229302 ZG310-570 常化常化 580 320 156217 ZG340-640 650 350 169229 45 580 290 162217 45 217255 4050H

18、RC 40Cr 241286 4855HRC 调质后表调质后表面淬火面淬火续表续表7-5 常用齿轮材料及其机械性能常用齿轮材料及其机械性能 材料牌号材料牌号 热处理方法热处理方法 强度极限强度极限 屈服极限屈服极限 硬度硬度 (HBS)B / MPa S / Mpa 齿齿芯部芯部 齿面齿面ZG340640 700 380 241269 45 650 360 217255 30CrMnSi 1100 900 310360 35SiMn 750 450 217269 38SiMnMo 700 550 217269 40Cr 700 500 241286 20Cr 650 400 300 20CrM

19、nTi 1100 850 300 12Cr2Ni4 1100 850 320 35CrAlA 950 750 255321 85HV 渗碳后淬火渗碳后淬火调质调质20Cr2Ni4 1200 1100 350 38CrMnAlA 1000 850 255321 85HV 夹布胶木夹布胶木 100 2535 调质后氮化调质后氮化( (氮氮化层化层 0.30.5)0.30.5)热处理方法热处理方法表面淬火表面淬火渗碳淬火渗碳淬火调质调质正火正火渗氮渗氮 一般用于中碳钢和中碳合金钢，如一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr等。表等。表面淬火后轮齿变形小，可不磨齿，硬度可达面淬火后轮齿变形小，可不

20、磨齿，硬度可达5256HRC，面硬芯软，能承受一定冲击载荷。面硬芯软，能承受一定冲击载荷。1.1.表面淬火表面淬火-高频淬火、火焰淬火高频淬火、火焰淬火三、齿轮材料的热处理和化学处理三、齿轮材料的热处理和化学处理 2. 2. 渗碳淬火渗碳淬火 渗碳钢为含碳量渗碳钢为含碳量0.150.25%的低碳钢和低碳合金钢，的低碳钢和低碳合金钢，如如20、20Cr等。齿面硬度达等。齿面硬度达5662HRC，齿面接触强齿面接触强度高，耐磨性好，齿芯韧性高。常用于受冲击载荷的度高，耐磨性好，齿芯韧性高。常用于受冲击载荷的重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。 调质一般用于中碳钢和中碳合

21、金钢，如调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如4545、4040CrCr、35SiMn35SiMn等。调质处理后齿面硬度为：等。调质处理后齿面硬度为：220260220260HBS HBS 。因为硬度不高，故可在热处理后精因为硬度不高，故可在热处理后精切齿形，且在使用中易于跑合。切齿形，且在使用中易于跑合。3.3.调质调质4. 正火正火 正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。 渗氮是一种化学处理。渗氮后齿面硬度可达渗氮是一种化学处理。渗氮后齿面硬度可达6062HRC。氮化处理温度低，轮齿变形小，适用于难氮化处理温度低，轮齿变形小，适用于难以磨齿的场合，如内齿轮。材料为：以磨齿的场合，如内齿轮。材料为：38CrMoAlA.5. 渗氮渗氮特点及应用：特点及应用： 调质、正火处理后的硬度低，调质、正火处理后的硬度低，HBS