第七章机械设计西南交大载运机械设计

1、齿 轮 传 动 第八 章 齿轮传动 1 齿轮传动概述 2 齿廓啮合的基本定律 3 渐开线齿廓 4 齿轮传动的基本参数 5 齿轮传动的失效形式及设计准则 6 齿轮的材料及其选择原则 7 圆柱齿轮传动的几何计算 8 齿轮传动的载荷计算 9 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 10 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 第八章 齿轮传动 11 直齿锥齿轮传动 12 齿轮的结构设计 13 齿轮传动的效率与润滑 1 齿轮传动概述 一、齿轮传动定义 齿轮传动是机械传动中最重要的传动之 一，传递任意两轴间的运动和动力。 1 齿轮传动概述 齿轮传动是依靠轮齿之间的直接啮合， 将主动轮的运动传给从动轮的。 将主动轮的运动

2、传给从动轮的 （齿轮机构动画） 1 齿轮传动概述 齿轮传动是机械传动中应用最广泛的一种传动形式。 05kW W 已达到的水平： P110 D33m v300 300m/s /s n105r/min 二、主要特点 主要特点 优点： 优点 形 合，效率高( ； 1）形闭合，效率高(0.980.99； 2）工作可靠，寿命长； 3）结构紧凑，外廓尺寸小； 4）瞬时i 为常数。 缺点： 1）制造费用大，需专用机床和设备； ）制造费用大，需专用机床和设备； 2）精度低时，振动、噪音大； 3）不适于中心距大的场合 3）不适于中心距大的场合。 三、分类 1、按两轴线位置分 平行 相交 交错 2、按轮齿的位置分

3、 外齿轮 内齿轮 齿条 3、按工作条件分（失效形式不同） （ ） 开式传动：外露，润滑条件差，易磨损； 闭式传动：封闭于箱体内，润滑良好，使用广泛。 渐开线齿轮 4、按齿廓曲线分 摆线齿轮 圆弧齿轮 四 基本要求 四、基本要求 1、传动准确平稳（i=const）。运动要求 2、承载能力高。 传递动力要求 第八章 第 章 齿轮传动 2 齿廓啮合的基本定律 2 齿廓啮合的基本定律 传动基本要求： i=1/2=const 齿廓形状符合什么条件？ 齿廓1：O1、 1 齿廓2：O2、2 O1O2：定长；K：齿廓任一接触点 两齿廓不分离、不嵌入 “ “连续接触” ” n n （公法线上投影分速度） vK

4、= v 1 K2 n vK 1 = v K 1 cos K 1 = 1 O1 K cos K 1 n vK 2 = v K 2 cos K 2 = 2 O2 K cos K 2 1 O2K cos K2 O2N2 i= = = 2 O K1 O1N1 1K cos Q O1CN1 O1CN1 1 O2C i = = = const 2 O1C 由于 O1O2 为定长，必为连心线上固定点。 齿廓啮合基本定律： 过任意接触点的齿廓公法线必须恒通 过两轮连心线上的一个定点。 过两轮连心线上的一个定点 能满足该要求的一对齿廓，称为共轭齿廓。 共轭齿廓。 r2 。 节点；节圆过节点的圆， 节点 节圆 过

5、节点的圆 r1 、 节点处：vC1= vC2 ，齿轮传动时，一对节圆作纯滚动。 2 齿廓啮合的基本定律 共轭齿廓：满足齿廓啮合基本定律的齿廓 齿廓曲线的类型 渐开线齿廓、摆线齿廓、圆弧齿廓、抛物线齿廓 齿廓曲线的选择渐开线齿廓 易于制造、安装、调节性好、对误差的适应性好以及 轴与轴承上受力的大小与方向不变. 轴与轴承上受力的大小与方向不变 (可分性和啮合角为常数 第八章 第 章 齿轮传动 3 渐开线齿廓 3 渐开线齿廓 Fn vk k 一、渐开线的形成 一直线在半径为rb的圆上作纯 滚动，直线上任一点K的轨迹 滚动 直线上任 点K的轨迹AK， 该圆的渐开线 其中：圆基圆； rk k rb N

6、二、性质 直线发生线。 发生线 1 NK 1. NK= AN 2. 渐开线上任一点的法线必与基圆相切； 3. 渐开线的形状取决于基圆的大小； rb渐开线越平直 vk 渐开线 k t II K t I rb，渐开线直线 故齿条是渐开线齿轮的特例 故齿条是渐开线齿轮的特例。 4. 基圆内无渐开线 基圆内无渐开线。 5. 渐开线上各点压力角是变化的。 发生线 A rk k N 法线与速度方向夹角 cos k = ON rb = OK rk rb O 基圆 K点不同，rk不同k不同 rkk，rk=rb时， k=0 三、渐开线齿廓的特点 1、 渐开线齿廓满足齿廓啮合基本定律 由渐开线性质2知：两渐开线在

7、 接触处的公法线N1N2必为两基圆的内 公切线。 当两轮固定后 同侧内公切 当两轮固定后，同侧内公切 线只有一条，故无论在何处接触， N1N2与O1O2交于一定点。 1 O2C r2 i= = = = 常数 2 O1C r1 r1、 r2节圆半径 2、中心距可分性 r2 rb 2 = 常数 i= = r1 rb1 齿轮制造完成后 rb为定值。 齿轮制造完成后， 为定值 因安装 磨损等原因造成中心距变化时 i仍然不变 因安装、磨损等原因造成中心距变化时， 中心距可分性 给制造、安装带来方便； 结果 但：a齿侧间隙冲击、噪音 故：a不可随意增大，有一定要求。 3. 啮合角为常数 啮合线：齿轮传动时

8、， 两齿廓接触点的轨迹。 由于啮合点的公法线为N1N2， 则啮合点必在N1N2上。 啮合角：啮合线与两节圆公切线的夹角a/。 必为常数 并等于节圆压力角 必为常数，并等于节圆压力角 即：齿廓正压力Fn方向始终不变 有利于传动平稳性 3 渐开线齿廓 结论 1）啮合线为一条定直线； 1）啮合线为 条定直线； 2）能够实现定传动比传动； 3）中心距变化不影响传动比； 中 变化 影响传 4）啮合角恒等于节圆压力角； 5）中心距与啮合角的余弦乘积恒等于两 齿轮基圆半径之和； 第八 章 齿轮传动 4 渐开线标准直齿圆柱齿 轮各部分名称及尺寸 4 渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称及尺寸 一、直齿圆柱齿轮各部

9、分名称及基本参数 、直齿圆柱齿轮各部分名称及基本参数 渐开线齿轮：轮齿两侧齿廓由形状相同 方向相反 渐开线齿轮：轮齿两侧齿廓由形状相同、方向相反 的渐开线曲面组成。 齿 图 轮 1. 齿数z：齿轮轮齿个数 2. 齿槽：相邻两齿间的 空间； 3. 齿槽宽ek：齿槽两侧 齿廓之间的弧长； 4. 齿厚sk：轮齿两侧齿 廓 间 廓之间的弧长； 5. 齿距pk：相邻两齿同 侧齿廓之间的弧长； pk=s sk+e ek=dk/z 6. 分度圆：为便于设计制造，取的一基准圆， 分度圆 s=e=p/2。 d=pz/ d pz/=mz( mz(将p/规定为 规定为一系列简单有理数 系列简单有理数模数m 定义：齿

10、轮上具有标准模数和标准压力角的圆分度圆 我国已制订了模数的国家标准，首选第一系列 7. 齿顶圆：过各轮齿顶端的圆，da，ra。 8. 齿根圆：过各齿槽底部的圆，df，rf。 9 全齿高h、齿顶高 9. 齿顶高ha 、齿根高 齿根高hf h=ha +hf 对m1的标准齿轮：ha =m hf = ha + c =1.25m c =0.25m (顶隙） h = ha +hf =2.25m 10. 压力角 ：分度圆上压力角，标准齿轮=20。 标准齿轮：m、ha、c均为标准值，且分度圆上 标准齿轮 均为标准值 且分度圆上s=e。 二、标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸 1、模数m 代表了轮齿的大小，计算 齿轮尺

11、 的 要 齿轮尺寸的重要基本参数，已 参数， 标准化。 m = p/ d = mz (mm (mm 2. 标准中心距a 一个加工好的齿轮：分度圆和压力角，d=mz，=20 一对相啮合的齿轮：节圆和啮合角，r1、r2、 标准安装：安装后节圆与分度圆重合， = 1 1 a = (d1 + d 2 = m( z1 + z 2 2 2 3. 齿顶圆直径da d a = d + 2ha = ( z + 2m 4. 齿根圆直径df d f = d 2h f = ( z 2.5m 标准 标准齿轮的完整定义： 完 定 齿轮的基本参数：模数、分 度圆压力角 齿顶高 和顶 度圆压力角、齿顶高、和顶 隙均为标准值且

12、分度圆上理 论齿厚等于齿槽宽的齿轮 第八章 第 章 齿轮传动 5 渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合 和连续传动的条件 5 渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合和连续传动的条件 一、正确安装条件 a=(d1+d2/2 (d1/+d2/2 /2= =(d m(z1+z2/2 分度圆与节圆重合 二、正确啮合条件 齿廓沿啮合线啮合 保证轮齿接替 法向齿距相等 ( K1 K1 = K 2 K 2 由渐开线性质1，齿廓法向 齿距等于基圆齿距pb，故正确啮 故正确啮 合条件为：pb1=pb2 pb1 = d b1 z1 = d1 cos z1 = m1 cos 1 pb 2 = d b 2 z2 = d 2 cos z2

13、= m2 cos 2 则： m1 cos1= m2 cos2 渐开线直齿圆柱正确啮合条件： 两轮模数和压力角必须分别相等 即 两轮模数和压力角必须分别相等，即 m1 = m2 = m m（标准模数） （标准模数） 1 = 2 = （ （20 20 ） 否则： 传动比： db 2 d 2 z2 1 d 2 = = = = i= 2 d1 d b1 d1 z1 三、连续传动条件 连续传动：保证前一对齿脱离 啮合前，后一对齿 已进入啮合。 齿轮啮合： B2开始啮合 B1退出啮合 N1N2理论啮合线 B1B2实际啮合线 必须保证：啮合点到达B1时，后对 时 后对 齿已在K点啮合，即B1KB1B2。 由

14、于： B1K=pb pb B1B2 故：连续传动条件为： B1 B 2 = 1 pb 从理论上讲重合度只要 就可以保证传动比连续传动， 但是 于齿轮制造和啮合 动 齿轮的变形，实际 应使用 但是由于齿轮制造和啮合传动中齿轮的变形，实际上应使用 1 在一般机械制造中重合度取1.11.4 6 渐开线直齿圆柱齿轮的加工及精度 一、齿轮的加工 齿 的 6 渐开线直齿圆柱齿轮的加工及精度 一、齿轮的加工 齿 的 方法： 铸造、热轧、冲压、切削等 成形法(仿形法 范成法 1、成形法 成形法 用与齿轮齿槽 形状相同的铣 在 形状相同的铣刀在 铣床上加工。 特点：1）不需专用机床，加工简单。 需专用机床，加

15、简单 2）加工不连续，生产效率低。 3）精度低。 渐开线形状取决于rb（与m、z有关），同 有关） 同m 的通常由几个铣刀加工误差。 故：用于单件、小批量生产或修配。 2、范成法 利用齿轮啮合原理 啮合原理来切削齿廓。最常用的为插齿和滚齿。 1）插齿 用插刀在插齿机上加工齿轮。 2）滚齿 用滚刀在滚齿机上加工齿轮。 滚齿为连续切削，效率较插齿高，但不能加 内齿轮 滚齿为连续切削，效率较插齿高，但不能加工内齿轮。 范成法加工的齿廓其m、与刀具相同，且同 一把刀可切出不同齿数的齿轮，故精度较高。 7 齿轮的失效和齿轮材料 一、失效形式： 齿轮传动的失效主要是指 轮齿 的失效。 的失效 主要失效形式

16、 轮齿折断 齿面损伤 齿面磨粒磨损 齿面点蚀 齿面胶合 齿面塑性变形 1、轮齿折断 常发生于闭式硬齿面或开式传动中。 现象：局部折断 整体折断 常发生于 开式齿轮传动。 2、齿面磨粒磨损 原因:相对滑动+硬颗粒后果:正确齿形被破坏传动不平稳 冲击 噪音折断平稳, 冲击、噪音折断 措施: 1采用闭式传动; 2硬度; 3表面粗糙度 3表面粗糙度; 4润滑油的清洁; 5改善润滑。 3、齿面点蚀常出现在 润滑良好 的 闭式软齿面 传动中。 现象:节线靠近齿根部位 出现麻点状小坑。 原因 原因:H H 润滑油挤胀 点蚀机理 实实践证明:硬度抗点蚀能力改善措施:1硬度2润滑油粘度开式传动:无点蚀 ( v

17、磨损 v点蚀 点蚀实例4、齿面胶合 现象:齿面沿滑动方向粘焊、撕脱,形成沟痕。原因: v,t ,油,油膜破坏,融焊 相对运动撕裂、沟痕。相对运动 撕裂 沟痕 P、v ,不易形成油膜冷胶合。 后果:引起强烈的磨损和发热,传动不平稳。改善措施:1采用抗胶合性能好的齿轮材料对。2采用极压润滑油。3表面粗糙度 HB3表面粗糙度,HB。4使大、小齿轮保持一定硬度差。5、齿面塑性变形 主要出现在低速重载、频繁启动和过载场合。 要出现在低 载 频繁启动和过载场合 齿面较软时，重载下，Ff材料塑性流动（沿Ff） 主动轮:凹槽，从动轮:凸脊。 现象： 改善措施 改善措施：1）齿面硬度 ）齿 硬度 2）采用的润滑油 齿轮的失效形式 。 。 。 。 。 。 主动 主动 被动 被动 相对滑动 第七章 齿轮传动 8 直齿圆柱齿轮传动的强度计算 一、