汽车机械基础课件第9章 齿轮传动在汽车机械上的应用

浙江工贸职业技术学院机械设计基础课程组1．教学目标1．了解齿轮机构的类型和应用；2．了解渐开线齿轮的啮合特性及正确啮合的条件、连续传动条件等；3．熟悉渐开线齿轮各部分的名称、基本参数及几何尺寸计算；4．熟悉根切现象、最少齿数；5．了解斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成、啮合特点，并能计算其几何尺寸；6．了解标准直齿圆锥齿轮的传动特点及其基本尺寸计算。7．掌握齿轮传动的失效形式，常用的材料及热处理方法。2．教学重点和难点重点：1）渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动的基本尺寸计算。

2）齿轮传动的失效形式。难点：齿轮啮合传动的基本尺寸计算3．讲授方法：多媒体、课件第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

复习：键联接在汽车机械上的应用新课内容齿轮机构的类型齿轮各部分的名称、基本参数及几何尺寸计算齿轮正确啮合的条件根切现象、不发生根切的最少齿数；了解齿轮机构的类型和应用；了解渐开线齿轮的啮合特性及正确啮合的条件、连续传动条件等；熟悉渐开线齿轮各部分的名称、基本参数及几何尺寸计算；熟悉根切现象、最少齿数；重点：1）渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动的基本尺寸计算。浙江工贸职业技术学院齿轮传动机构用于传递空间任意两轴之间的运动和动力。基本要求：1）传动平稳，即要求齿轮在传动过程中，任何瞬时的传动比保持恒定不变，以免产生冲击、振动和噪声。

2）承载能力强，即要求齿轮有较高的承受载荷能力，3）有较长的使用寿命，且尺寸小，重量轻，耐磨性好。第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院一、齿轮传动的类型一对齿轮组成的齿轮传动是最简单的齿轮机构形式。9.1齿轮传动的类型及特点第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院二、齿轮传动的特点1．齿轮传动的主要优点1）传动比准确2）传递的功率和圆周速度范围大3）可以实现两轴平行、相交或交错的传动4）工作可靠、效率高、寿命长。2．齿轮传动的主要缺点1）制造和安装精度要求较高，制造成本较高2）不适用于远距离的传动3）低精度的齿轮传动时会产生冲击、振动和噪声。第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院9.2标准直齿圆柱齿轮的主要参数计算及正确啮合条件（2）

齿顶圆

过齿轮所有齿顶端的圆称为齿顶圆，用r

a和d

a分别表示其半径和直径。（1）齿数在齿轮整个圆周上轮齿的总数称为该齿轮的齿数，用z表示。（3）

齿根圆

过齿轮所有齿槽底的圆称为齿根圆，用

r

f和df分别表示其半径和直径。一、齿轮各部分的名称第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院（4）

分度圆

在齿顶圆和齿根圆之间，规定一直径为d(半径为r)的圆，作为计算齿轮各部分尺寸的基准，并把这个圆称为分度圆。在分度圆上的齿厚、齿槽和齿距，即为通常称的齿厚、齿槽和齿距，并分别用s、e

和p表示。而且p=

s+e，对于标准齿轮s=e。第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院（5）模数mp--相邻两齿的齿距mmd--分度圆直径

mmm--模数单位为mm第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院（6）压力角α规定标准压力角为分度圆上的压力角α=20°

第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院（7）齿顶高齿根高

ha=ha*m

（ha*—齿顶高系数）

hf=(ha*+c*)m

（c*—顶隙系数）

我国标准规定：正常齿制ha*=1，c*=0.25；短齿制ha*=0.8，c*=0.3

标准齿轮是指m、α

、ha*和

c*均为标准值，是直齿轮的基本参数第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组二、齿轮基本参数相互关系1．模数与分度圆的关系第一系列11.251.522.5345681012162025324050第二系列2.75(3.25)3.5(3.75)4.55.5(6.5)79(11)141822283645第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

2．模数与齿高的关系

齿根高

全齿高

齿顶高代表齿顶高系数代表顶隙系数

3．压力角

分度圆上的压力角，以α表示，国标规定标准齿轮分度圆上的压力角为标准值，一般取α=20°。浙江工贸职业技术学院三、齿轮几何尺寸计算序

号名

称符

号公

式1分度圆直径dd=mz2齿顶圆直径dada=d+2ha3齿根圆直径dfdf=d-2hf4基圆直径dbdb=dcosα5中心距a第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院两齿轮正确啮合条件为：两齿轮的模数和压力角必须分别相等。

m1=m2=ma1=a2=a

四、正确啮合条件5．中心距

是两个齿轮传动时转动中心之间的距离，当齿轮为标准安装时，中心矩等于两个齿轮的分度圆直径总和的一半：外啮合内啮合第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院五、重合度

通常把齿轮连续传动条件称为齿轮传动的重合度，用符号ε表示，齿轮传动的重合度愈大，表明同时参与啮合的轮齿数目愈多，轮齿所受载荷就小，因而相对地提高了齿轮的承载能力。

使用场合一般机械汽车拖拉机金属切削车床[ε]1.41.1～1.21.3在实际应用中，应使ε≥[ε]第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院汽车机械基础课程组9.3渐开线齿轮的加工方法

20分一、仿形法仿形法的特点是所采用的刀具在其轴剖面内，刀刃的形状和被切齿轮齿间的形状相同。仿形法是在普通铣床上用轴向剖面形状与被切齿轮齿槽形状完全相同的铣刀切制齿轮的方法。铣完一个齿槽后，分度头将齿坯转过360°/z，再铣下一个齿槽，直到铣出所有的齿槽。仿形法加工方便易行，但精度难以保证。在生产中通常用同一号铣刀切制同模数、不同齿数的齿轮，故仿形法通常是近似的。

第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

浙江工贸职业技术学院刀号12345678加工齿数范围12~1314~1617~2021~2526~3435~5455~134135以上铣刀的号数有限，所以用这种方法加工出来的齿轮其齿廓曲线大多数是近似的，加之分度又有误差，因而精度较低。同时由于加工不连续，生产率低，只适用于单件生产。

第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院二、展成法插齿和滚齿是展成法加工齿轮的常用形式。展成法加工齿轮是利用一对齿轮或齿轮与齿条在啮合传动时，齿廓互为包络线的原理。模仿一对齿轮传动那样，以一定的传动比传动，直至全部齿槽切削完毕。滚齿加工齿轮插齿第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院插齿刀加工齿轮的工作是不连续的，而滚齿刀能连续切削，因此滚齿比插齿生产率高。用展成法加工齿轮时，只要刀具和被加工齿轮的模数m和压力角α相同，则不管被加工齿轮的齿数多少，都可以用同一把滚刀来加工。滚齿生产率高，所以在大批量生产中多采用滚齿加工方法。第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组思考题

现有4个标准齿轮：1)m1=4mm,z1=25；

2)m2=4mm,z2=50；

3)m3=3mm,z3=60；

4)m4=2.5mm,z4=40。

试问：

1）哪两个齿轮的渐开线形状相同？

2）哪两个齿轮能正确啮合？

3）哪两个齿轮能用同一把滚刀制造?这两个齿轮能否改成用同一把铣刀加工？第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

浙江工贸职业技术学院三、

根切现象用展成法加工齿轮时，若刀具的齿顶切入轮齿根部，将齿根的渐开线齿廓切去一部分，这种现象称为轮齿的根切。第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组点击看根切现象浙江工贸职业技术学院第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院对于短齿，ha*=0.8，a=20°，代入上式，可得zmin=14

标准渐开线直齿轮发生根切的最少齿数zmin=17四、不发生根切的最少齿数第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组五、变位齿轮有等距变位和不等距变位两大类。不等距变位有正变位和负变位两种。1、等距变位一般用在z<zmin的情况下。优点：使齿根变厚，可以改善磨损、避免根切、提高强度缺点：重合度ε有所下降2、不等距变位正变位

负变位正变位，ε下降，负变位ε上升。变位齿轮的共同缺点是互换性差。浙江工贸职业技术学院二、齿轮的常用材料1.锻钢（1）软齿面齿轮（齿面硬度≤350HBS）这类齿轮的热处理方法是调质或正火。1）调质调质是在淬火后进行高温回火，通常用于45钢、40Cr、35SiMn等中碳钢或中碳合金钢制造的齿轮。调质后，材料的综合性能良好，硬度一般可达200～250HBS，齿轮尺寸较小时可达280HBS以上。2）正火正火能消除内应力，细化晶粒，改善力学性能。正火后硬度可达170～217HBS。使配对的大小齿轮寿命相当，小齿轮的齿面硬度比大齿轮的齿面硬度高出30～50HBS。第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院（2）硬齿面齿轮（齿面硬度>350HBS）1）表面淬火中碳钢及中碳合金钢，如45钢、40Cr、35SiMn等制造的齿轮，经表面淬火后齿面硬度可达40～55HRC。2）表面渗碳淬火对重载、受冲击较大的重要齿轮，可采用韧性好的低碳合金钢，如20Cr、20CrMnTi等制造，并进行表面渗碳淬火。渗碳淬火后，齿面硬度可达56～62HRC，而齿芯仍保持较高的韧性，故可承受较大的冲击载荷。3）渗氮渗氮是一种化学热处理方法，常用的渗氮钢有38CrMoAlA、35CrAlA等。渗氮后，齿面硬度可达65HRC以上，渗氮处理的硬化层很薄，承受冲击载荷时硬化层容易碎裂，而且也不宜用于有剧烈磨损的场合。第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院2.铸钢

对于直径较大（齿顶圆直径da≥400～600mm）、结构形状较复杂而不易锻造的齿轮常用铸钢制造，牌号有ZG310—570、ZG340—640等。铸钢齿轮的毛坯一般需经正火处理。

3.铸铁

灰铸铁具有较好的减摩性和加工性能，且价格低廉。强度较低、抗冲击能力较差。只适用于低速、轻载和无冲击的场合。铸铁齿轮对润滑要求较低，多用于开式传动中。常用牌号有HT250、HT300等。球墨铸铁有较好的力学性能，常用牌号有QT500—5、QT600—2等。

第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院一对斜齿轮啮合时，齿面上的接触线由短变长，再由长变短，减少了传动时的冲击和噪音，提高了传动平稳性，故斜齿轮适用于重载高速传动。o9.4斜齿圆柱齿轮传动一、斜齿轮的啮合特点第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院二、斜齿轮几何尺寸计算斜齿轮的法面模数和法面压力角与刀具的相同，是标准值。须建立法向参数与端面参数的换算关系。1．法向模数mn

与端面模数mt

pn=p

tcosβ

pn=π

mn

pt=π

mt

mn=m

tcosβ

由于cosβ＜1，故m

t＞m

n第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院2．法向压力角an与端面压力角at

轮齿与端面的垂直线有一夹角β，法面和端面是不重合的。Δabd为端面，Δace为法面，由于两三角形的高相等，即bd

=ce

Δabc中，ac=abcosβ

tanan=tanat

cosβ

cosβ＜1，故at＞an

第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院3．齿顶高系数和及顶隙系数和h*an－法面齿顶高系数，han*＝1c*n－法面顶隙系数,c*n＝0.25ha=h*anmn

hf=(h*an+c

*n)mn第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院4．螺旋角β斜齿轮分度圆柱上的螺旋角β为s为螺旋线的导程，即螺旋线绕一周时，沿轴线方向前进的距离。基圆柱螺旋角β

b应为

各圆柱上的螺旋角都不相等。

第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院1.一对斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件三、斜齿轮正确啮合条件和重合度外啮合

:

β1＝-β2内啮合：β1＝β2第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院2．重合度

直齿轮：斜齿轮：ε的增量：△ε＝△L/pbt＝btgβb

/pbt

＝εt+△εε＝L/pb

ε＝(L+△L)/pbt＝btgβ/pt斜齿轮的重合度随着齿宽b和螺旋角βb的增大而增大，故斜齿轮重合度比直齿轮大得多，这就是斜齿轮传动平稳，承载能力高的主要原因。

第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院标准外啮合斜齿轮的几何尺寸计算：第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组2．轮齿不发生根切的最少齿数斜齿圆柱齿轮的最少齿数比直齿圆柱齿轮的最少齿数要少，所以斜齿轮传动比直齿轮结构紧凑。

β=15°，α=20°，时zmin=17cos315°=15个齿第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

复习齿轮参数正确啮合条件几何尺寸计算新课了解：圆锥齿轮的传动特点，理解：圆锥齿轮的几何尺寸计算掌握：1）利用齿轮的直径确定齿轮的结构类型

2）根据齿轮的圆周速度选择齿轮的润滑方法解决方法： 1讲授2看动画3参观实物4练习复习:

斜齿轮的形成及其啮合特点基本参数和几何尺寸计算斜齿轮传动的重合度今天的内容：直齿锥齿轮的尺廓曲线直齿锥齿轮当量齿数的计算和几何尺寸的计算齿轮传动齿轮的结构设计齿轮传动的润滑方式选择齿轮精度等级的概念和精度等级的选择浙江工贸职业技术学院9.5直齿圆锥齿轮传动9.5.1圆锥齿轮参数圆锥齿轮用来传递两相交轴之间的运动和动力一般机械中多采用轴交角Σ=90°。圆锥齿轮的轮齿排列在圆锥体上，从大端到小端逐渐收缩变小。通常取大端的参数为标准值，压力角一般取α=20°δ——分度圆锥角第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组9.5.2直齿圆锥齿轮几何尺寸计算第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

浙江工贸职业技术学院9.5.3直齿圆锥齿轮正确啮合条件和不产生根切的最少齿数1、正确啮合条件直齿圆锥齿轮的正确啮合条件，就是圆锥齿轮的大端模数和压力角必须相等。除此以外，两轮的锥距还必须相等。。

第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组直齿圆锥齿轮的最少齿数比直齿圆柱齿轮的最少齿数少。时，zvmin=17例如当δ=45°，α=20°，2、锥齿轮不发生不发生根切的最少齿数浙江工贸职业技术学院9.6.1齿轮轮齿的失效形式1．轮齿折断防止弯曲疲劳折断的办法是，保证轮齿弯曲疲劳强度，加大齿根圆角以缓和应力集中，防止过载折断的办法是，禁止过载使用。轮齿受力时存在有应力集中，在正常情况下，主要为弯曲疲劳折断。在多次重复载荷作用下，齿根圆角处会产生疲劳裂纹，裂纹逐渐扩大导致疲劳断齿，这种折断称为弯曲疲劳折断。由于短时过载和意外冲击，致使轮齿突然折断，这种折断称为过载折断。设计：潘存云第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组9.6齿轮传动的失效形式、常用材料、结构与润滑浙江工贸职业技术学院2.齿面点蚀轮齿工作时，其工作表面上的接触应力是按脉动循环变化的。齿面长时间在这种交变应力作用下，可能出现微小的剥落而形成一些疲劳浅坑（麻点），这种现象称为疲劳点蚀。疲劳点蚀首先出现在齿根表面靠近节线处，在闭式传动中，软齿面（齿面硬度≤350HBS）的齿轮常因齿面疲劳点蚀而破坏。防止办法：限制齿面的接触应力，提高齿面硬度，降低齿面粗糙度，采用粘度高的润滑油及适宜的添加剂。第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院3.齿面磨损在齿轮传动中，当齿面间落入尘土、铁屑、砂粒等物质，齿面便被逐渐磨损，这种磨损称为齿面磨粒磨损。磨粒磨损会破坏正确齿形，引起附加动载荷和噪声，致使轮齿失效，磨损使齿厚磨薄后会造成轮齿折断。磨粒磨损是开式传动的主要失效形式。防止办法:采用闭式传动，保持良好清洁的润滑，提高齿面硬度。第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院4.齿面胶合防止办法:采用粘度大或有抗胶合添加剂的润滑油，提高齿面硬度、改善齿面粗糙度，配对齿轮采用不同的材料，对于高速重载传动还要加强散热措施。在高速重载传动中，常因啮合区温度升高而引起润滑失效，致使两齿面金属直接接触并相互粘连，当两齿面相对运动时，较软的齿面沿滑动方向被撕下而形成沟纹，这种现象称为齿面胶合。第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院5.齿面塑性变形在启动频繁或重载传动中，齿面材料就会沿着摩擦力的方向产生塑性变形，软齿面形成凹坑，硬齿面产生凸包，破坏正确齿形。防止办法有：提高齿面硬度、降低工作应力，减少载荷集中等。第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组点击看轮齿破坏形式浙江工贸职业技术学院9.6.2齿轮的结构齿轮的结构形式与齿轮的尺寸大小、毛坯材料及加工方法等因素有关，一般先按齿轮的直径大小、选定合适的结构形式，再根据经验公式，完成结构设计。按照毛坯制造方法不同，齿轮结构分为锻造齿轮和铸造齿轮。1.锻造齿轮（1）齿轮轴

当齿轮齿根圆直径与轴的直径相差较小时，通常将齿轮与轴制成一体，称为齿轮轴。第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院（2）实体式齿轮

齿根圆直径比轴的直径大出两倍齿高，且齿顶圆直径，一般可制成实体式齿轮

第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院（3）腹板式齿轮

齿根圆直径比轴的直径大出两倍齿高，且齿顶圆直径，一般可制成腹板式齿轮。为减轻重量，往往在腹板上开一些圆孔。da=(160~500)mm第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组孔板式齿轮结构尺寸浙江工贸职业技术学院2.铸造齿轮当齿顶圆直径，宜采用铸钢或铸铁铸造毛坯，常用轮辐式齿轮。

第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院轮辐式齿轮结构尺寸第9章齿轮传动在汽车机械上的应用

汽车机械基础课程组浙江工贸职业技术学院9.6.3精度等级选择齿轮精度分为1~12级。1级最高，12级最低。常用的是6～9级。精度等级圆周速度vm/s

应用直齿齿轮斜齿轮锥齿轮6级≤15≤25≤9高速重载的齿轮传动，如飞机、汽车和机床制造中的重要齿轮；分度机构的齿轮传动7级≤10≤17≤6高速中载或中速重载的齿轮传动，如标准系列减速箱中的齿轮，汽车和机床制造中的齿轮8级≤5≤10≤3机械制造中对精度无特殊要求的齿轮9级≤3≤3.5≤2.5低速及对精度要求低的传动第9章齿轮传动在汽