机械基础（第二版）课件：齿轮传动

齿轮传动机械基础（第二版）

齿轮传动§4—2渐开线齿廓§4—1齿轮传动概述§4—4其他齿轮传动简介§4—5齿轮的结构、材料、润滑与失效§4—3渐开线标准直齿圆柱齿轮传动

齿轮传动齿轮传动是机器中传递运动和动力的最主要形式之一。在金属切削机床、工程机械、冶金机械，以及汽车、机械式钟表中都有齿轮传动。§4—1齿轮传动概述一、齿轮传动及其传动比1．齿轮、齿轮副和齿轮传动a）齿轮b）齿轮传动模型图c）齿轮传动原理图§4—1齿轮传动概述§4—1齿轮传动概述n1z1=n2z2齿轮传动的传动比：n1、n2——主、从动齿轮的转速，r/minz1、z2——主、从动齿轮的齿数2．齿轮传动的传动比二、齿轮传动的类型及应用1．两轴平行§4—1齿轮传动概述§4—1齿轮传动概述2．两轴不平行§4—1齿轮传动概述§4—1齿轮传动概述三、齿轮传动的应用特点（1）能保证瞬时传动比恒定，工作平稳性好，传递运动准确、可靠（2）传递功率和圆周速度范围大，传递功率可高达5×104kW，圆周速度可达300m/s（3）传动效率高，使用寿命长（4）结构紧凑，工作可靠，维护简便1．优点§4—1齿轮传动概述（1）运转过程中有振动、冲击和噪声（2）对齿轮的安装要求较高，加工成本高（3）不能实现无级变速（4）不适用在中心距较大的场合2．缺点

齿轮传动一、齿轮传动对齿廓曲线的基本要求1.传动要平稳2.承载能力要强§4—2渐开线齿廓二、渐开线的形成动直线AB沿一固定圆作纯滚动，此动直线AB上任意一点K的运动轨迹CD称为该圆的渐开线§4—2渐开线齿廓三、渐开线的性质1.发生线在基圆上滚过的线段长度，等于基圆上滚过的一段弧长。2．渐开线上任意一点的法线必定与基圆相切。3．渐开线上各点的曲率半径不相等。K点离基圆越远，其曲率半径越大，渐开线越趋于平直；K点离基圆越近，曲率半径越小，渐开线越弯曲；当K点与基圆上的C点重合时，曲率半径等于零。4．渐开线的形状取决于基圆的大小。基圆相同，渐开线形状相同。基圆越小，渐开线越弯曲；基圆越大，渐开线越趋于平直。当基圆半径趋于无穷大时，渐开线成直线，这就是齿条的齿廓曲线。§4—2渐开线齿廓a）基圆大b）基圆小§4—2渐开线齿廓三、渐开线的性质5．基圆内无渐开线。6．渐开线上各点处的压力角不相等。渐开线齿廓上的压力渐开线上各点的压力角不等§4—2渐开线齿廓四、渐开线齿廓啮合特性a）一对标准齿轮正确安装b）一对标准齿轮存在中心距误差安装§4—2渐开线齿廓1.能保持传动比的恒定渐开线齿轮传动的传动比等于主动轮和从动轮基圆半径的反比。由于两啮合齿轮的基圆半径是定值，所以，渐开线齿轮传动的传动比能保持恒定不变。四、渐开线齿廓啮合特性§4—2渐开线齿廓2.具有传动的可分离性由于齿轮传动的传动比𝑖只与两轮基圆半径有关，而与两齿轮的中心距𝑏无关，所以对于基圆半径已确定的齿轮副，其传动比大小不受两齿轮安装时中心距误差的影响，这一啮合特性称为渐开线齿轮传动的可分离性。§4—2渐开线齿廓3.齿廓间具有相对滑动§4—2渐开线齿廓一、渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称第三节渐开线标准直齿圆柱齿轮传动

齿轮传动§4—3渐开线标准直齿圆柱齿轮传动三、渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数2．压力角α压力角：齿廓上某点所受正压力方向（即齿廓上该点法向）与速度方向线之间所夹的锐角1．齿数z齿数z：一个齿轮的轮齿总数§4—3渐开线标准直齿圆柱齿轮传动分度圆上压力角大小对轮齿形状的影响α<20°

α=20°

α>20°§4—3渐开线标准直齿圆柱齿轮传动3．模数mm＝p/π模数：齿距p除以圆周率π所得的商m的单位为mm模数大小和齿轮尺寸大小的比较模数越大，轮齿厚度也越大，承载能力越强§4—3渐开线标准直齿圆柱齿轮传动

§4—3渐开线标准直齿圆柱齿轮传动知识链接标准齿轮

§4—3渐开线标准直齿圆柱齿轮传动三、直齿圆柱内齿轮齿顶曲面位于齿根曲面之内的齿轮称为内齿轮。§4—3渐开线标准直齿圆柱齿轮传动1．内啮合齿轮的齿顶圆小于分度圆，齿根圆大于分度圆。2．内啮合齿轮的齿廓是内凹的，其齿厚和齿槽宽分别对应于外啮合齿轮的齿槽宽和齿厚。3．为使内啮合齿轮齿顶的齿廓全部为渐开线，其齿顶圆必须大于基圆。直齿圆柱内齿轮与外齿轮相比，具有以下不同点：§4—3渐开线标准直齿圆柱齿轮传动四、标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算§4—3渐开线标准直齿圆柱齿轮传动§4—3渐开线标准直齿圆柱齿轮传动§4—3渐开线标准直齿圆柱齿轮传动五、渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合的条件1．两齿轮的模数必须相等，即m1=m22．两齿轮分度圆上的压力角必须相等，即α1=α2§4—3渐开线标准直齿圆柱齿轮传动§4—4其他齿轮传动简介

齿轮传动a）斜齿轮传动b）锥齿轮传动c）齿轮齿条传动一、斜齿圆柱齿轮传动1．斜齿圆柱齿轮的形成a）直齿圆柱齿轮b）斜齿圆柱齿轮直线KK′所形成的一个螺旋形的渐开线曲面称为渐开线螺旋面。βb称为基圆柱上的螺旋角。

渐开线直齿圆柱齿轮的齿廓是发生面在基圆柱上作纯滚动时，面上任意一条与基圆柱母线NN′平行的直线KK′的运动轨迹§4—4其他齿轮传动简介2．斜齿圆柱齿轮的主要参数（1）斜齿圆柱齿轮的螺旋角β斜齿圆柱齿轮的螺旋角：分度圆柱面与齿廓相交的螺旋线的螺旋角，用β表示β越大，轮齿倾斜程度越大，因而传动平稳性越好，但轴向力也越大§4—4其他齿轮传动简介（2）模数mPn＝Ptcosβmn＝mtcosβ斜齿圆柱齿轮的法向模数为标准值（3）压力角α压力角取标准值，即αn=20°§4—4其他齿轮传动简介（4）旋向

将齿轮轴线垂直放置，轮齿自左至右上升者为右旋，反之为左旋a）右旋b）左旋c）一对斜齿圆柱齿轮啮合§4—4其他齿轮传动简介

3．斜齿圆柱齿轮几何要素尺寸计算法向截面内采用标准模数、标准压力角、齿顶高等于模数、齿高等于2.25倍模数的斜齿圆柱齿轮称为标准斜齿圆柱齿轮，简称标准斜齿轮。§4—4其他齿轮传动简介§4—4其他齿轮传动简介4．斜齿圆柱齿轮传动的特点（1）传动平稳，承载能力强a）直齿圆柱齿轮b）斜齿圆柱齿轮当一对斜齿圆柱齿轮啮合时，两齿轮齿面的接触线是一条与轴线倾斜的直线，传动时轮齿齿面上的接触线长度由短逐渐变长，再由长变短，直至脱离啮合§4—4其他齿轮传动简介（2）传动时产生轴向力§4—4其他齿轮传动简介（3）不能用于滑移变速机构5．斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件（1）两齿轮法向模数相等，即：mn1=mn2=m（2）两齿轮法向压力角相等，即：αn1=αn2=α（3）两齿轮螺旋角相等、旋向相反，即：β1=－β2§4—4其他齿轮传动简介二、直齿锥齿轮传动a）直齿锥齿轮b）斜齿锥齿轮c）曲线齿锥齿轮§4—4其他齿轮传动简介1．直齿锥齿轮锥齿轮的轮齿分布在圆锥面上，所以轮齿的尺寸沿着齿宽方向变化，大端轮齿的尺寸大，齿槽宽而深，小端轮齿的尺寸小，齿槽窄而浅，其齿形从大端到小端逐渐收缩。规定以大端参数作为标准参数。§4—4其他齿轮传动简介2．标准直齿锥齿轮的几何尺寸计算大端法向压力角𝛽=20°；大端齿顶高等于模数、齿高等于2.2m的直齿锥齿轮称为标准直齿锥齿轮§4—4其他齿轮传动简介§4—4其他齿轮传动简介直齿锥齿轮传动正确啮合的条件：（1）两齿轮的大端模数相等，m1=m2=m（2）两齿轮的压力角相等，α1=α2=α3．直齿锥齿轮的正确啮合条件§4—4其他齿轮传动简介三、齿轮齿条传动齿条就像一个直径无限大的齿轮§4—4其他齿轮传动简介三、齿轮齿条传动齿条就像一个直径无穷大的齿轮1．齿条§4—4其他齿轮传动简介当齿轮的圆心位于无穷远处时，其上各圆的直径趋向于无穷大，齿轮上的基圆、分度圆、齿顶圆等各圆成为基线、分度线、齿顶线等互相平行的直线，渐开线齿廓也变成直线齿廓（对齿面而言则为平面），齿轮即演化成为齿条齿条的几何要素§4—4其他齿轮传动简介2．齿轮齿条传动齿轮齿条传动可以将齿轮的回转运动转换为齿条的往复直线运动，或将齿条的往复直线运动转换为齿轮的回转运动§4—4其他齿轮传动简介齿条移动速度计算:v=n1πd1=n1πmz1齿条的移动速度：v——齿条的移动速度，mm/minn1——齿轮的转速，r/mind1——齿轮分度圆直径，mmm——齿轮的模数，mmz1——齿轮的齿数齿轮回转一周，齿条移动距离：L=πd1=πmz1§4—4其他齿轮传动简介3．齿轮齿条传动的特点（1）由于齿条的齿廓是直线，所以齿廓上各点的法线互相平行。传动时，齿条作直线运动，且速度大小和方向均一致。齿条齿廓上各点的压力角均相等，且等于齿廓直线的倾斜角，其标准值为20°。（2）由于齿条上各齿的同侧齿廓互相平行，所以无论是在分度线（即基本齿廓的基准线）上、齿顶线上，还是在与分度线平行的其他直线上，齿距均相等，模数为同一标准值。齿条分度线是确定齿条各部分尺寸的基准线，齿条分度线上的齿厚和齿槽宽相等。§4—4其他齿轮传动简介一、齿轮的结构

齿轮传动§4—5齿轮的结构、材料、润滑与失效§4—5齿轮的结构、材料、润滑与失效二、齿轮常用材料及热处理（1）齿面具有足够的硬度和耐磨性（2）齿心具有足够的韧性（3）具有良好的冷、热加工的工艺性对齿轮材料的基本要求:§4—5齿轮的结构、材料、润滑与失效（1）常用材料为优质碳素结构钢、合金结构钢、铸钢、铸铁和非金属材料（2）齿轮结构尺寸较大时用铸钢（3）开式低速传动齿轮用灰铸铁或球墨铸铁（4）低速重载齿轮选用综合性能较好的钢材（5）高速齿轮选用齿面硬度高的材料（6）受冲击载荷的齿轮选用韧性好的材料（7）高速、轻载而又要求低噪声的齿轮传动，用非金属材料、如夹布胶木、尼龙常用的齿轮材料:§4—5齿轮的结构、材料、润滑与失效主要有表面淬火、渗碳淬火、渗氮、调质、正火等钢制齿轮的热处理方法:为了减小胶合的可能性，并使配对的大小轮寿命相当，通常使小轮齿面硬度比大齿轮齿面硬度高出30～50HBW。§4—5齿轮的结构、材料、润滑与失效三、齿轮传动的润滑开式齿轮传动的润滑:采用人工定期润滑，可采用油润滑或脂润滑1．齿轮传动的润滑方式§4—5齿轮的结构、材料、润滑与失效闭式齿轮传动的润滑:（1）v＜12m/s时，多采用油池润滑（2）v＞12m/s时，应采用喷油润滑a）油池润滑b）带油轮润滑c）喷油润滑§4—5齿轮的结构、材料、润滑与失效2．齿轮传动润滑剂的选择（1）齿轮的载荷是选择润滑油的主要依据。轻负荷可选用不含添加剂的油；负荷和滑动较大（例如斜齿轮等）时，可选用含有油性添加剂的油；重负荷且又有强烈冲击时（例如双曲