齿轮机构的特点和类型课件

齒輪機構是現代機械中應用最為廣泛的一種傳動機構

齒輪機構的特點和類型1.特點優點：1傳遞動力大、效率高2傳動比穩定3可靠性高；壽命長4能實現任意夾角兩軸間傳動

缺點：1製造、安裝精度高，成本高2不宜於遠距離傳輸齒輪機構依靠輪齒直接接觸構成高副傳遞兩軸之間的運動和動力2.齒輪傳動的類型齒輪傳動平面齒輪傳動空間齒輪傳動直齒圓柱齒輪傳動斜齒圓柱齒輪傳動傳遞相交運動傳遞交錯軸運動外嚙合齒輪齒條內嚙合外嚙合齒輪齒條直齒斜齒交錯軸斜齒輪傳動蝸杆渦輪准雙曲面齒輪曲線齒人字齒齒輪運動內嚙合直齒圓柱齒輪傳動斜齒圓柱齒輪傳動直齒輪齒條斜齒輪齒條人字齒交錯軸斜齒輪直齒錐齒輪斜齒錐齒輪曲齒錐齒輪蝸輪蝸杆1.漸開線的形成

§4-2漸開線齒廓

一直線BK沿半徑為rb的圓作純滾動時，該直線上任一點K

的軌跡就是該圓的漸開線2.漸開線的性質（1）發生線沿基圓滾過的線段長度等於基圓上被滾過的相應弧長（2）漸開線上任意一點法線必然與基圓相切。因為當發生線在基圓上作純滾動時，B點為漸開線上K點的曲率中心，BK為其曲率半徑和K點的法線。AB=BK（3）漸開線齒廓上某點的法線與該點的速度方向所夾的銳角稱為該點的壓力角。齒廓上各點壓力角是變化的。（4）漸開線的形狀只取決於基圓大小。

rb↑→∞,漸開線→直線；（5）基圓內無漸開線。2.漸開線的性質（續）v齒廓嚙合基本定律：

一對相互嚙合的齒廓無論在任何位置嚙合，其兩輪的傳動比恒等於連心線被齒廓接觸點的公法線所分成的兩段的反比嚙合節點：連心線與齒廓接觸點公法線交點共軛齒廓：滿足齒廓嚙合基本定律的一對齒廓

§4-3齒廓實現定比傳動條件i12=ω1ω2=C齒輪傳動基本要求：節圓：過節點所作的兩個相切的圓傳動比與節圓半徑成反比漸開線齒廓能否滿足定比傳動要求思考?1.嚙合過程B1B2

一對具有漸開線齒廓齒輪的嚙合傳動，是依靠主動齒輪的齒廓推動從動齒輪的齒廓來實現的。圖中：B1:嚙合終止點

B2:嚙合起始點

B1B2:實際嚙合線段

N1N2:理論嚙合線段

N1、N2:極限嚙合點P2.漸開線齒廓的嚙合特點(2)四線合一嚙合線、過嚙合點的公法線、基圓的公切線和正壓力作用線四線合一漸開線齒廓滿足齒廓嚙合基本定律（3）中心距可分性：CO2N2O1N1==rb2rb1傳動比為常數，中心距變化不會改變傳動比(1)傳動比恒定（4）嚙合角不變（齒廓間壓力方向不變）嚙合線與兩節圓公切線所夾的銳角稱為嚙合角，用α’表示。顯然，齒輪傳動嚙合角不變，正壓力的大小也不變，傳動過程比較平穩3.漸開線標準直齒圓柱齒輪的基本參數和幾何尺寸

§4-4漸開線標準齒輪各部分名稱及基本參數1.外齒輪各部分名稱及符號：

齒輪圓周上輪齒的數目稱為齒數,用z表示模數的量綱mm

確定模數m實際上就是確定周節p,也就是確定齒厚和齒槽寬e。模數m越大，周節p越大，齒厚s和齒槽寬e也越大,輪齒的抗彎強度越大。2.外齒輪基本參數及幾何尺寸計算（1）模數mZp=d則d=pz=mzm是確定齒輪尺寸的重要參數。標準模數見表4-1。模數的意義確定模數的依據根據輪齒的抗彎強度選擇齒輪的模數外齒輪基本參數及幾何尺寸計算(2)壓力角:漸開線齒廓在分度圓處的壓力角。用表示。Cosk=r

b/r

kCos=rb/r我國規定標準壓力角為20(3)齒頂高

ha=ha*m

（ha*—齒頂高係數）全齒高

h=ha+hf

=(2ha*+c*)m(4)齒根高

hf=(ha*+c*)m

（c*—頂隙係數）

注：我國標準規定正常齒制ha*=1，c*=0.25標準齒輪是指m,a,ha*和c*均為標準值，且s=e的齒輪。m,a,ha*和c*是齒輪的基本參數，其他幾何尺寸可通過它們計算求得漸開線標準直齒圓柱齒輪的幾何尺寸齒對交替過程中不發生衝擊

§4-5漸開線標準齒輪的嚙合1.正確嚙合條件1.正確嚙合條件

為了保證前後兩對齒輪能在嚙合線上同時接觸而又不產生干涉，則必須使兩輪的相鄰兩齒同側齒廓沿嚙合線上距離（法向齒距）相等。由漸開線性質可知，法向齒距與基圓齒距相等

§4-5漸開線標準齒輪的嚙合Pb1=Pb2Pb=πmCosαm1Cosα1=m2Cosα2

嚙合條件故，一對齒輪傳動比為：齒側間隙：一對齒輪傳動時，一齒輪節圓上的齒厚之差【注：在機械設計中，正確安裝的齒輪應無齒側間隙】

一對相互嚙合的標準齒輪，其模數相等，故兩輪分度圓上的齒厚和齒槽寬相等，因此，當分度圓與節圓重合時，可滿足無齒側間隙的條件。這種安裝稱為標準安裝。

標準安裝時的中心距稱為標準中心距。頂隙C=c*m

2.標準安裝條件a=m(z1+z2)/23.連續傳動條件B1B2:實際嚙合線段N1N2:理論嚙合線段

為了使齒輪傳動不至中斷，在輪齒相互交替工作時，必須保證前一對輪齒尚未脫離嚙合時，後一對輪齒就應進入嚙合。為了滿足連續傳動要求，前一對輪齒齒廓到達嚙合終點B1時，尚未脫離嚙合時，後一對輪齒至少必須開始在B2點嚙合，此時線段B1B2恰好等於Pb。所以，連續傳動的條件為：B1B2≥Pb3.連續傳動條件

重合度ε愈大，表示一對齒嚙合的時間長，同時參加嚙合的齒數多，傳動愈平穩。為保證漸開線齒輪連續以定角速比傳動，重合度必須大於1，即對於標準齒輪傳動，其重合度都大於1，可不必驗算。1.成形法用漸開線齒形的的成形銑刀（被切齒輪齒槽的形狀）直接切出齒形

§4-6漸開線齒輪的切齒原理切齒方法簡單，但加工不連續，生產率低，精度差，故僅適用於單件生產及精度要求不高的齒輪加工2.範成法

範成法是利用一對齒輪無側隙嚙合時兩輪的齒廓互為包絡線的原理加工齒輪的。加工時刀具與齒坯的運動就像一對互相嚙合的齒輪，最後刀具將齒坯切出漸開線齒廓。範成法切制齒輪常用的刀具有三種：

（1）齒輪插刀

是一個齒廓為刀刃的外齒輪；（2）齒條插刀

是一個齒廓為刀刃的齒條；（3）齒輪滾刀

像梯形螺紋的螺杆，軸向剖面齒廓為精確的直線齒廓，滾刀轉動時相當於齒條在移動。可以實現連續加工，生產率高。齒輪插刀插齒齒條插刀插齒齒輪滾刀滾齒

在輪坯端面上，刀具與輪坯的相對運動相當於齒條與齒輪的嚙合傳動3.滾齒加工的特點齒條刀具插齒過程（1）齒條刀插齒的缺點齒條刀(梳刀)插齒時，由於梳刀的長度有限，在加工幾個齒廓之後必須退回到原來位置，這就造成機床結構複雜且難以保證分齒精度。插齒過程中切削不連續，生產率低。滾刀（2）滾齒原理這樣就可以加工出漸開線齒輪，並且可以實現連續切削提高生產效率。把滾刀做成蝸杆形狀該蝸杆的軸截面為直線齒形滾刀旋轉時，相當於直線齒廓的齒條沿其軸線方向連續不斷地移動這是一個了不起的創造！設想：實際結果：把滾刀做成阿基米德蝸杆，其軸截面為直線齒形，加工漸開線齒輪有誤差。把滾刀做成延伸漸開線蝸杆，其法截面為直線齒形，加工漸開線齒輪也有誤差。把滾刀做成漸開線蝸杆，其法截面為直線齒形，加工漸開線齒輪沒有誤差。結果的討論：原來的設想很好，但是，比較粗造，理論上不夠精確。用漸開線蝸杆作為滾刀，之所以能夠加工出精確的漸開線齒輪，是因為，漸開線蝸杆與漸開線齒輪嚙合，正好符合齒輪嚙合基本定律。阿基米德蝸杆、延伸漸開線蝸杆滾刀與漸開線齒輪嚙合，均不符合齒輪嚙合基本定律。實際生產中所用滾刀的情況：漸開線蝸杆應用較少，因為磨齒較困難阿基米德蝸杆修形應用較多，因為比較容易磨齒和修形2.根切現象有何危害？

根切使齒輪的抗彎強度削弱、承載能力降低、嚙合過程縮短、傳動平穩性變差，因此應避免根切。

用範成法加工漸開線齒輪過程中，有時刀具齒頂會把被加工齒輪根部的漸開線齒廓切去一部分，這種現象稱為根切。

§4-6根切現象及變位齒輪1.何為根切現象？根切位置

根切現象是由於刀具的齒頂線超過了嚙合線與輪坯基圓的切點N1而產生的。3.根切現象是如何產生的？

要使被切齒輪不產生根切，刀具的齒頂線不得超過極限嚙合點N。

提高嚙合極限點N1增加齒數Z

20

201515ha*10.810.8zmin171430244.如何避免根切？rb

降低刀具齒頂線刀具分度線變位齒輪標準齒輪變位齒輪：改變刀具與齒坯相對位置後切制出來的齒輪Xm：變位量X：變位係數X>0（正變位）X<0（負變位）

因齒條刀具任一條節線上的齒距、模數m和壓力角均相等，故齒輪變位前後，其齒距、模數和壓力角均為不變量。分度圓和基圓保持不變，定角速比性質也保持不變。

刀具變位後，與輪坯分度圓相切並作純滾動的節線上的齒槽寬和齒厚不相等，故被切齒輪分度圓上的齒厚和齒槽寬也不相等。刀具正變位時，因其節線上的齒槽寬比中線上的齒槽寬增，故被切齒輪分度圓齒厚增大，齒槽寬則減小。

標準齒輪設計計算簡單，互換性好。但標準齒輪傳動仍存在著一些局限性：①受根切限制，齒數不得少於Zmin，使傳動結構不夠緊湊；②不適合於安裝中心距a‘不等於標準中心距a的場合。當a’<a時無法安裝，當a‘>a時，雖然可以安裝，但會產生過大的側隙而引起衝擊振動，影響傳動的平穩性；③一對標準齒輪傳動時，小齒輪的齒根厚度小而嚙合次數又較多，故小齒輪的強度較低，齒根部分磨損也較嚴重，因此小齒輪容易損壞，同時也限制了大齒輪的承載能力。與標準齒輪相比，變位齒輪有何優勢？

採用變位修正法來製造漸開線齒輪，可以製成齒數少於17而無根切的齒輪；可以實現非標準中心距的無側隙傳動；可以使大小齒輪的抗彎能力比較接近。可用此方法來提高齒輪機構的承載能力、配湊中心距和減小機構的幾何尺寸。1.齒面的形成直齒圓柱齒輪：齒廓曲面為漸開線曲面斜齒圓柱齒輪：當平面沿基圓柱作純滾動時，其上與母線成一傾斜角βb的斜直線KK在空間所走過的軌跡為漸開線螺旋面β稱為基圓柱上的螺旋角

§4-6平行軸斜齒輪β2.嚙合特點廣泛用於高速重載傳動

一對平行軸斜齒圓柱齒輪嚙合時，斜齒輪的齒廓是逐漸進入、脫離嚙合的，斜齒輪齒廓接觸線的長度由零逐漸增加，又逐漸縮短，直至脫離接觸，載荷不是寬突然加上及卸下，因此斜齒輪傳動工作較平穩。3.斜齒圓柱齒輪的主要參數

①法向齒距Pn和端面齒距Pt

Pn=PtCos

mn=m

tCos螺旋角端面參數:垂直於齒輪軸線（下標以t表示）法面參數:垂直於齒廓螺旋面(下標以n表示）②法向模數mn和端面模數

m

ttanαn=tan

α

tCosβ③法向壓力角αn和端面壓力角

αt在直角△ABD、△ACE及△ABC中，所以有：

切制斜齒輪的輪齒時，刀具沿齒輪的螺旋線方向進刀，故其法面參數（）與刀具的參數相同，為標準值。

而一對斜齒輪傳動在端面上看相當於一對直齒輪傳動，故可將直齒輪的幾何尺寸計算公式用於斜齒輪的端面。即斜齒輪的幾何尺寸按端面參數進行計算。4.斜齒圓柱齒輪幾何尺寸計算3）兩斜齒輪的螺旋角大小相等，方向相反。5.正確嚙合條件1）兩斜齒輪的法面模數相等；2）兩斜