汽车机械基础 课件 4.3齿轮传动

汽车机械基础课程学习平台学银在线/detail/241541013中国大学MOOC/course/WXIC-1002376003项

目四

汽车常用机械传动4.1带传动带传动基础知识、普通V带和V带轮、带传动的工作情况分析、带传动的正确使用4.2链传动链传动基础知识、滚子链结构、链传动的布置和张紧4.3齿轮传动齿轮传动基础知识、齿轮传动的分类、渐开线直齿圆柱齿轮、蜗杆传动4.4轮系轮系的分类、轮系传动比的计算、轮系的功用4.3齿轮传动能力目标：能够分析汽车上的齿轮传动的应用、轮齿失效形式等。

汽车中使用多组齿轮，分析各齿轮的类型、特点，应用场合。任务导入汽车中的齿轮传动

齿轮传动主要有主动轮、从动轮和支撑件组成，是通过轮齿间直接啮合来实现的一种机械传动，主要用来传递运动和动力，在机械中运用非常广泛。任务分析一

齿轮传动优缺点典型的齿轮传动

齿轮机构的优点是：结构紧凑，工作可靠，效率高，寿命长，能保证恒定的传动比，而且其传递的功率与适用的速度范围大。齿轮机构的缺点是：制造安装费用较高，低精度齿轮传动的振动噪声较大。

齿轮机构是通过一对对齿面的依次啮合来传递两轴之间的运动和动力的，根据一对齿轮实现传动比的情况，它可以分为定传动比和变传动比齿轮机构。本章仅讨论实现定传动比的圆柱齿轮机构。一

齿轮传动优缺点齿轮机构是依靠轮齿直接接触构成高副来传递两轴之间的运动和动力的。二

齿轮传动分类1.平行轴之间传递运动（1）直齿圆柱齿轮机构轮齿分布在圆柱体外部且与其轴线平行,啮合的两外齿轮转向相反。应用广泛。二

齿轮传动分类（2）斜齿圆柱齿轮机构轮齿与其轴线倾斜，两轮转向相反，传动平稳,适合于高速传动,但有轴向力。二

齿轮传动分类（3）人字齿圆柱齿轮机构由两排旋向相反的斜齿轮对称组成，其轴向力被相互抵消。适合高速和重载传动，但制造成本较高。二

齿轮传动分类（4）直齿内啮合圆柱齿轮机构轮齿与其轴线平行且分布在空心圆柱体的内部，它与外齿轮啮合时两轮的转向相同。（5）斜齿内啮合圆柱齿轮机构轮齿与其轴线倾斜的内齿轮加工困难，它与斜齿外齿轮啮合时两轮转向相同。有轴向力。应用较少。二

齿轮传动分类（6）直齿齿轮齿条机构齿数趋于无穷多的外齿轮演变成齿条，它与外齿轮啮合时，齿轮转动，齿条直线移动。（7）斜齿齿轮齿条机构斜齿轮斜齿条啮合传动应用较少。二

齿轮传动分类2.相交轴之间传递运动(1)直齿圆锥齿轮机构轮齿沿圆锥母线排列于截锥表面，是相交轴齿轮传动的基本形式。制造较为简单。（2）斜齿圆锥齿轮机构轮齿倾斜于圆锥母线，制造困难，应用较少。二

齿轮传动分类（3）曲齿圆锥齿轮机构轮齿是曲线形，有圆弧齿、螺旋齿等，传动平稳，适用于高速、重载传动，但制造成本较高。现在汽车后桥都采用这种齿轮。二

齿轮传动分类3.交错轴之间传递运动（1）交错轴斜齿圆柱齿轮机构

两螺旋角数值不等的斜齿轮啮合时，可组成两轴线任意交错传动，两轮齿为点接触，且滑动速度较大，主要用于传递运动或轻载传动。二

齿轮传动分类（2）蜗杆蜗轮传动

蜗杆蜗轮传动多用于两轴交错角为90

的传动，其传动比大，传动平稳，具有自锁性，但效率较低。三

渐开线齿轮1.名称和符号(外齿轮)齿数Z令齿顶圆齿根圆齿槽宽齿厚齿距齿宽齿顶高齿根高分度圆模数有标准系列（表6-1）分度圆上模数和压力角均为标准值。=20o、d、p、s、e三

渐开线齿轮2.直齿圆柱齿轮的基本参数(基本参数为m、Z、

和h、c*)*a在齿轮的整圆周上轮齿总数，用z表示，显然z应为整数。(1)齿数

齿轮的齿数是根据设计需要确定的，如：传动比、中心距要求、接触强度等。三

渐开线齿轮（2）模数m齿轮分度圆的周长为:分度圆直径为：为了设计、制造和测量方便令：模数系列三

渐开线齿轮模数的意义模数的量纲mm

，确定模数m实际上就是确定周节p,也就是确定齿厚和齿槽宽e。进而推论，模数越大，轮齿的抗弯强度越大。模数m越大，周节p越大，齿厚s和齿槽宽e也越大。确定模数的依据根据轮齿的抗弯强度选择齿轮的模数这是一组齿数相同，模数不同的齿轮。三

渐开线齿轮（3）分度圆压力角(齿形角)

国家标准（GB1356-88）中规定分度圆压力角为标准值为20

。若为提高齿轮的综合强度而增大分度圆压力角时，推荐为25

。（4）齿顶高系数齿顶高ha与模数成正比，即，称为齿顶高系数。三

渐开线齿轮（5）径向间隙系数

齿根高hf与模数成正比，即称为径向间隙系数或顶隙系数。轮齿间的径向间隙：齿顶高系数和径向间隙系数均为标准值。

正常齿标准短齿标准三

渐开线齿轮3.直齿圆柱齿轮几何尺寸计算基准分度圆直径

基圆直径齿顶高齿顶高系数齿根高顶隙系数齿全高齿顶圆直径齿根圆直径正常齿制齿距齿厚齿槽宽三

渐开线齿轮四齿轮的构造齿轮轴四

齿轮的构造实心式齿轮腹板式轮辐式

五

渐开线标准直齿圆柱齿轮啮合传动1.渐开线齿轮的啮合过程理论啮合线段N1N2

实际啮合线段B1B2

齿廓工作段2.渐开线啮合传动的特点1）传动比恒定传动比：主、从动轮的角速度之比传动比公式可写成：五

渐开线标准直齿圆柱齿轮啮合传动3.渐开线齿轮啮合传动的条件1）一对渐开线齿轮的正确啮合条件若能正确啮合，必须有：即：因此一对渐开线齿轮的正确啮合条件基圆齿距即两轮的模数和分度圆压力角必须分别相等并为标准值。可以将传动比的计算公式改写为i=Z2/Z1五渐开线标准直齿圆柱齿轮啮合传动2）连续传动条件齿轮要连续进行传动，就必须使前一对轮齿尚未脱离啮合时，后一对轮齿已经进入啮合。即实际啮合线必须大于或等于基圆齿距。重合度分析：1）=1表示在啮合过程中，始终只有一对齿工作；

2）12表示在啮合过程中，有时是一对齿啮合，有时是两对齿同时啮合。重合度

传动平稳性

承载能力

。

重合度ε值越大，表明齿轮传动的连续性和平稳性越好，一般机械制造业中，齿轮传动的许用重合度[ε]=1.3～1.4，即要求ε≥[ε]。五

渐开线标准直齿圆柱齿轮啮合传动3）标准安装的条件

一对正确啮合的齿轮，其模数相等，在分度圆上的齿厚与齿槽宽相等，在安装的时候可使两齿轮的分度圆相切作纯滚动，即节圆与分度圆重合。这种安装称为标准安装。

标准安装时的中心距称为标准中心距，以a表示。标准安装时，节圆和分度圆重合。三种常用圆柱蜗杆端截面轴截面车刀法截面轴截面1）阿基米德蜗杆法向剖面：凸形曲线齿廓端面齿廓：阿基米德螺旋线轴向剖面：直线齿廓

这种蜗杆可在车床上加工不需要特殊设备，因此应用较为广泛。

缺点是传动效率低通常为50~80%，蜗轮副齿部磨损较快，因此，一般用于不重要，载荷小，转速低的传动。阿基米德蜗杆又称为轴向直廓蜗杆。1.蜗杆类型六蜗杆传动端截面轴截面车刀阿基米德螺旋线

点A沿射线OB作匀速运动，射线OB作匀速转动，此时，点A的轨迹为阿基米德螺旋线。六蜗杆传动2）

延伸渐开线蜗杆端截面轴截面法截面车刀端面齿廓：延伸渐开线轴向剖面：凸形曲线齿廓法向剖面：直齿廓

延长渐开线和渐开线蜗杆一样，可以用砂轮端面来加工，也就可能制造更精密的啮合和耐磨的蜗轮副，传动效率也高，而加工过程比渐开线蜗杆简单，滚齿机，磨齿机上的精密蜗轮副一股都采用这种蜗秆。延伸渐开线蜗杆又称为法向直廓蜗杆。六蜗杆传动延伸渐开线延伸渐开线又称为长幅渐开线线段AC与BC固联，AC与圆O相切，并且在圆O上作纯滚动，此时，点B的轨迹称为延伸渐开线。六蜗杆传动车刀端截面轴截面与基圆柱相切的剖面3）

渐开线蜗杆端面齿廓：渐开线轴向剖面：凸形曲线齿廓法向剖面：凸形曲线齿廓与基圆柱相切的剖面：直线齿廓

这种蜗杆传动效率可高达90%，但加工过程复杂，制造成本高。这种蜗杆一般少见，通常应用在载荷大，转速高的场合。六蜗杆传动2.蜗杆蜗轮的正确啮合条件

过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面称为蜗杆传动的中间平面。

在中间平面内蜗轮与蜗杆的啮合就相当于齿轮与齿条啮合，因此蜗杆蜗轮的正确啮合条件为：在中间平面内其模数和压力角应分别相等。六蜗杆传动3.蜗杆传动的基本参数1）模数m和压力角

蜗杆的轴面模数mx1和蜗轮的端面模数mt2应相等,均应取标准值，以m表示。压力角

也应取标准值延伸渐开线蜗杆渐开线蜗杆阿基米德蜗杆取轴向压力角为标准值：取法向压力角为标准值：2）齿顶高系数h*a和径向间隙系数c*一般采用h*a=1，c*=0.2六蜗杆传动3）蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2与传动比i12

为获得大传动比i12，应采用单头蜗杆,即z1=1，但其传动效率低。为了提高效率应增加蜗杆的头数，但这又会造成蜗杆加工的困难。一般取z1=1、2、4、6。动力传动中，为提高效率，常用多头蜗杆。单头蜗杆传动不仅可以得到大传动比i12，而且其传动具有自锁性，常用于起重装置中。蜗杆头数z1确定后，按传动比i12的大小确定蜗轮齿数z2，z2=i12z1。当z1=1时，要求蜗轮齿数z2≥17；当z1=2时，要求z2>27；一般动力传动中，z2<80。六蜗杆传动4）蜗杆直径d1与蜗杆导程角

设蜗杆的分度圆直径为d1，螺旋导程为l，轴向齿距（螺距）为，导程角为

，则有：蜗杆的分度圆直径为d1必须按国家标准取值。当m一定时，增大d1值，可以提高蜗杆轴的强度和刚度。增大

值，可提高蜗杆传动的效率。对于要求高效率的传动，常采用

=15°~30°，此时应采用多头蜗杆，即取z1>1。当要求蜗杆传动具有自锁性能时，应取

≤3

30'。此时应取z1=1。六蜗杆传动4.蜗杆传动的几何尺寸计算蜗轮分度圆直径d2

蜗杆、蜗轮的齿顶高、齿根高、齿顶圆直径和齿根圆直径等尺寸，可参照圆柱齿轮相应公式计算，必须注意蜗杆传动的c*=0.2。蜗杆蜗轮的齿顶圆直径式中：x为蜗轮的变位系数蜗杆传动的中心距a（无变位）六蜗杆传动5.蜗杆传动的优缺点优点：1）可实现空间交错轴间的很大传动比，其结构比交错轴斜齿轮机构紧凑。一般传动比可达：i12=10～80，在一些手动或分度机构中，i12可大于300。

3）当蜗杆导程角

很小时，传动具有自锁性，即只能由蜗杆带动蜗轮，而蜗轮不能带动蜗杆，故它常用于起重或其它需要自锁的场合。缺点：1）机械效率较低，一般效率η=0.7～0.8，具有自锁性的蜗杆传动的效率η≤0.5。2）蜗杆传动为线接触，传动平稳，噪音小。