精密机械设计课件：齿轮传动（二） -

齿轮传动一、蜗杆的类型与特点特点：⑴传动平稳，振动、冲击、噪声均小。⑵能获得很大的单级传动比，结构紧凑：

传递动力时

i≈8~100分度机构时i

可达几百至一千⑶自锁性机构。⑷啮合轮齿间相对滑动速度高，导致磨损大，发热大，效率低。(5)

蜗杆所受轴向力大。2.8

蜗杆传动一、蜗杆的类型与特点1、形成：螺旋齿轮传动的特例。2、螺旋线多采用右旋。3、单头蜗杆多头蜗杆4、

=2蜗轮蜗杆一、蜗杆的类型与特点圆柱形蜗杆

环面蜗杆锥面蜗杆阿基米德蜗杆

－端面齿形为阿基米德螺线渐开线蜗杆－端面齿形为渐开线圆弧齿蜗杆－轴剖面内的齿廓为凹圆弧蜗杆类型普通圆柱型涡轮、蜗杆2、正确啮合条件正确啮合条件：限定条件：⑴阿基米德蜗杆⑵主平面内2.8.2、基本参数（表2-12）1.模数m：标准值2.压力角

：标准值。3.蜗杆分度圆直径d1：标准值，表2-124.蜗杆直径系数q=d1/m

引入原因：5.螺杆导程角：一般认为≤3°40′的蜗杆具有自锁性

6.蜗杆头数z1（表2-13）蜗轮齿数z2反行程可自锁时，2.8.3圆柱蜗杆传动的几何尺寸有关尺寸的计算公式见表2-14。2.8.4蜗杆传动的失效形式和材料的选择1.失效形式

蜗轮的胶合和磨损

2.材料选择蜗杆副的材料首先应具有良好的减摩、耐磨、易于跑合和抗胶合的能力；同时还要有足够的强度。蜗轮常采用贵重的减摩、耐磨材料如铜合金制造，还需要良好的润滑和散热条件；蜗杆大多采用碳素钢或合金钢制造，经淬火处理后以提高表面硬度。2.8.5蜗杆传动受力分析注意受力方向2.9谐波齿轮传动2.9.1概述1.工作原理及齿形组成：波发生器1、柔轮2和钢轮3原理：柔轮与刚轮啮合。波发生器在柔轮内（外）旋转时，迫使柔轮发生弹性变形，使其啮合区和脱离区位置变化，迫使柔轮和刚轮之间产生相对运动。波发生器的接头数n等于完全啮合（或脱离）区域的数量，即柔轮的变形波数。与刚齿轮齿数和柔轮齿数之间的关系2.9.2谐波齿轮传动主要参数及其材料参数包括：系统传动比i、轮齿理论齿高轮齿齿形角等

系统传动比：(1)钢轮固定，波发生器输入，柔轮输出时

（2）柔轮固定时

（3）波发生器固定时

2、轮齿理论齿高1.系统传动比：波发生器的转角仅在24°到72°范围才有线性关系，此范围内，轮齿的径向位移为柔轮变形量的0.77倍。若把此线性范围扩大到0°到90°，则三角形齿形的理论齿高应为

为了避免卡住现象，将齿顶、齿根制成圆角。实际齿高应小于或等于柔轮的变形量

3.轮齿齿形角（2-37）

柔轮齿形角：

4.谐波齿轮传动效率（2-38）

谐波齿轮传动参数计算详见表2-12

常用材料2.9.2谐波齿轮传动主要参数及其材料钢轮材料，一般不应与柔轮相同，机械性能略低

2.9.3强度验算4.9.4谐波齿轮传动设计过程轮系分类周转轮系（轴有公转）定轴轮系（轴线固定）

复合轮系（两者混合）

差动轮系（F=2）行星轮系（F=1）平面定轴轮系空间定轴轮系1

2

32.10.1概述

由一系列齿轮组成的齿轮传动链简称轮系。1.轮系的类型

传动时，每个齿轮的几何轴线都是固定的，称为定轴轮系

传动时，至少有一个齿轮的几何轴线绕另一齿轮的几何轴线传动的轮系，称周转轮系F：原动件数2.10轮系轮系类型平面定轴轮系空间定轴轮系（1）中心轮1、3和系杆H绕同一轴线转动。（2）行星轮2既绕系杆H的轴线O2转动（称为自转），又随系杆H绕轴线O转动（又称为公转）。因此行星轮的绝对运动是上述两个转动的合成。差动轮系需要两个原动件的输入运动，机构才能有确定的输出运动。若将差动轮系的中心轮3固定，只有1个自由度。这表明行星轮系只需要一个原动件的输入运动，机构就有确定的输出运动行星、差动轮系

图示轮系显然不是基本型周转轮系，因为该轮系具有3个中心轮1、3、4。该轮系可看成是两个基本型周转轮系的复合。如以下三种复合情况之一：

①.行星轮系1-2-3-H同差动轮系1-2-2´-4-H的复合。

②.行星轮系3-2-2´-4-H同差动轮系1-2-2´-4-H的复合。

③.行星轮系1-2-3-H同行星轮系3-2´-2-4-H的复合。

复合轮系2.10.1概述2、轮系的功用⑴可获得较大的传动比，并且结构紧凑；⑵可做相距较远两轴之间传动；⑶可实现多种传动比传动；⑷可改变从动轴转向⑸实现运动的合成和分解：可将两个独立的转动合成为一个转动；或将一个转动分解为两个独立的转动。1、定轴轮系传动比的计算2.10.2轮系传动比的计算连乘后:例题：时钟上的轮系如右图所示。已知:求：秒针与分针、分针与时针的传动比。解：⑴秒针与分针的传动比(2)分针与时针的传动比2.11.1齿轮空回、空回产生原因及计算

空回：当主动轮反向转动时从动轮滞后的一种现象。滞后的转角即空回误差角。

原因：齿轮传动时存在侧隙。2.11齿轮传动的空回产生空回的主要因素：齿轮－中心距变大、齿厚偏差、基圆偏心和齿形误差等。其它－齿轮装在轴上时的偏心、滚动轴承转动座圈的径向偏摆和固定座圈与壳体的配合间隙等。(1)侧隙的存在：零件的加工误差，贮存润滑油，温度变化引起零件尺寸变化。(2)侧隙在反向传动中引起的空回误差，将直接影响传动精度。必要时予以控制或设法消除影响。空回误差计算

一对啮合齿轮总的侧隙

（2-44）一对啮合齿轮，由侧隙引起的从动轮滞后的转角（空回误差角）（2-45）2级齿轮传动，输出轴的空回误差角（2-46）

结论：最后一级齿轮空回误差对整个齿轮传动的空回误差影响最大，所以提高最后一级齿轮的制造精度，可以减小空回误差，同时各级齿轮传动比按照先小后大原则分配更合理。

1、利用弹簧力减小或消除传动空回

2.11.2消除和减小齿轮传动空回方法使用拉伸弹簧使用扭转弹簧2、固定双片齿轮减小或消除传动空回3、利用接触游丝减小或消除传动空回1)接触游丝应安装于传动链最后一环。2)传动链的转数受到限制。3)结构简单、工作可靠。4、采用调整中心距法减小或消除传动空回2.12.1齿轮传动链的设计步骤⒈根据传动要求和工作特点、正确选择传动形式；⒉决定传动级数，分配各级传动比；⒊确定齿数、模数，计算齿轮几何尺寸；⒋对于精密传动链，进行误差分析和估算；⒌结构设计。包括齿轮、齿轮与轴的连接、轴承形式\小消空会结构等；必要时交叉进行。2.12齿轮传动链设计2.12.2齿轮传动链的设计内容⒈选择合理的齿轮传动型式

1）考虑结构条件对齿轮传动的要求。

传动链的设计也可反过来对机械结构提出要求。

2）齿轮传动精度要求；

a)传递运动的准确性。要求齿轮在一转范围内最大转角误差不超过一定范围。

b)传动的平稳性。要求齿轮每转过一齿的最大转角误差不超过一定范围。

c)载荷分布的均匀性。控制齿轮啮合时齿面接触状态。

d)齿侧间隙。控制齿轮啮合时，非工作表面一侧的间隙大小。

3)齿轮传动的工作速度与平稳性、无噪声要求；

4)齿轮传动的工艺性因素；需考虑具体的生产设备条件及生产批量。

5)传动效率与润滑条件。2、合理分配齿轮传动链传动比一般说来，齿轮传动链的传动级数少些较好，不但可以使结构简化，还有利于提高传动效率，减小传动误差和提高工作精度。

应根据齿轮传动链的具体工作要求，合理地确定其传动级数，再进行各级传动比的分配。（1）“先小后大”原则，可获得较高的传动精度；分配传动比时，应该使靠近主动轴的前几级齿轮的传动比取小些，后面的靠近输出端的齿轮传动比取大些。

2、合理分配齿轮传动链传动比及如图,完全相同的两对齿轮、、。其中，。a方案：

b方案:

>多用于示数传动2、合理分配齿轮传动链传动比（2)“最小体积”原则；假设：1）各齿轮宽度均相同：2）各齿轮主动轮的分度圆直径均相等；3）齿轮的材料相同；4）不考虑轴与轴承体积。

结论：各级速比相同可使齿轮机构的体积最小。

（3）“最小转动惯量”原则可实现运转灵活，启动、制动及时。2级齿轮传动3级齿轮传动3、确定齿轮齿数、模数（1）齿数的确定

1)标准齿轮，zmin=17。斜齿时，zmin可以更小。要求较低时，zmin≥12。

2)

示数传动即自锁时，则应采用单头蜗杆

3)中心距不受限，精度较高时，z≥25。4)采用大模数时，小齿轮齿数减少，采用变位齿轮。5)蜗杆螺旋线的头数，一般可采取1～4，示数传动的精密蜗杆，一般采用单头蜗杆。（2）模数的确定一般由中心距和传动比按下式求出，按标准圆整。4、齿轮传动链的结构设计把传动链作为一个整体来考虑

（1）设计齿轮的结构

考虑结构的工艺性，齿轮工作的可靠性，经济性，热处理。

圆柱齿轮典型结构

圆锥齿轮典型结构

蜗轮蜗杆典型结构（2）设计齿轮与轴的连接方式基本要求：

1）联结牢固，满足传递转矩要求。

2）保证轴与齿轮的同轴度和垂直度。常用的：