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文档简介
齒輪機構及其設計§5—1概述齒輪機構:非圓齒輪機構;圓形齒輪機構。圓形齒輪機構——平面齒輪機構(圓柱齒輪);空間齒輪機構(用來傳遞兩相交軸或交錯軸)平面齒輪機構:直齒圓柱齒輪機構(直齒輪)——①外嚙合;②內嚙合;③齒輪齒條平行軸斜齒輪機構(斜齒輪):①外;②內;③齒輪齒條空間齒輪機構:圓錐齒輪機構——①直齒;②斜齒;③曲線齒交錯軸斜齒輪機構蝸杆機構:兩軸垂直交錯§5—2齒廓嚙合基本定律
傳動比:①常數——圓齒輪;②f(t)——非圓齒輪
設節圓半徑
一、齒廓嚙合基本定律要使一對齒輪的傳動比為常數,那麼其齒廓的形狀必須是:不論兩齒廓在哪一點嚙合,過嚙合點所作的齒廓公法線都與連心線交與一定點P——齒廓嚙合基本定律(輪齒齒廓正確嚙合的條件)P——節點;節圓:節點P在兩個齒輪運動平面上的軌跡是兩個圓。(輪1的節圓是以O1為圓心,O1P為半徑的圓。)通常採用漸開線、擺線、變態擺線
二、共軛齒廓,共軛曲線凡滿足齒廓嚙合基本定律的一對齒輪的齒廓稱共軛齒廓,共軛齒廓的齒廓曲線稱為共軛曲線三、齒廓曲線的選擇1.滿足定傳動比的要求;2.考慮設計、製造等方面。AK——漸開線基圓,rbn-n:發生線θK:漸開線AK段的展角§5—3漸開線及漸開線齒廓一、漸開線的形成及性質1、形成當一直線n-n沿一個圓的圓周作純滾動時,直線上任一點K的軌跡(5)基圓內無漸開線2、性質(1)(2)NK為漸開線在K點的法線,NK為曲半半徑,漸開線上任一點的法線與基圓相切。(3)漸開線離基圓愈遠,曲半半徑愈大,漸開線愈平直(4)漸開線的形狀決定於基圓的大小。θK相同時,rb越大,曲半半徑越大
rb→∞,漸開線→⊥N3K的直線3、漸開線方程漸開線方程
二、漸開線齒廓滿足齒廓嚙合基本定律
常數
下式表明,i12決定於基圓大小常數
三、漸開線齒廓嚙合的特點1、漸開線齒廓嚙合的嚙合線是直線——N1N2嚙合點的軌跡嚙合線、公法線、兩基圓的內公切線三線重合。2、漸開線齒廓嚙合的嚙合角不變
α’
:N1N2與節圓公切線之間的夾角α’=漸開線在節點處嚙合的壓力角3、漸開線齒廓嚙合具有可分性。§5—4漸開線直齒圓柱齒輪的基本參數和幾何尺寸齒數——Z,齒槽1、齒頂圓ra2、齒根圓rf3、在任意圓上rk齒槽寬ek齒厚SK齒距PK=eK+SK定義
模數
一、齒輪各部分名稱和基本參數4、分度圓,r,d,s,e,p5、齒頂高ha:d與da之間6、基節d=mzm為標準值P=s+e齒全高h:h=ha+hf齒根高hf:d與df之間基節——基圓上的周節(齒距)Pb二、標準齒輪的基本參數定義模數
或
∴d=mz單位:mm;m標準化。
2、分度圓壓力角α(α是決定漸開線齒廓形狀的一個基本參數)
GB1356-88規定標準值α=20°某些場合:α=14.5°、15°、22.5°、25°。
分度圓就是齒輪上具有標準模數和標準壓力角的圓。分度圓和節圓區別與聯繫1、模數m3、齒數z表明:齒輪的大小和漸開線齒輪形狀都與齒數有關
4、齒頂高係數和頂隙係數標準值:=1,=0.25非標準短齒:=0.8,=0.3三、標準直齒輪的幾何尺寸標準齒輪:標準齒輪是指m、α、ha*、c*
均取標準值,具有標準的齒頂高和齒根高,且分度圓齒厚等於齒槽寬的齒輪。一個齒輪:d=mz
da=d+2ha=(z+2ha*)mdf=d-2hf=(z-2ha*-2c*)mdb=dcosαha=ha*mhf=(ha*+c*)mh=ha+hf=(2ha*+c*)mP=πm一對標準齒輪:①m、z決定了分度圓的大小,而齒輪的大小主要取決於分度圓,因此m、z是決定齒輪大小的主要參數②輪齒的尺寸與m,ha*
,c*
有關與z無關③至於齒形,與m,z,α有關m制齒輪
四、標準齒條z→∞
2、齒廓在不同高度上的齒距均相等,但齒厚和槽寬各不相同p=пm,分度線(齒條中線):s=e3、尺寸計算:同標準齒輪一樣五、任意圓上的齒厚
1、齒廓不同高度上的壓力角均相等,且等於齒廓的傾斜角,此角稱為齒形角,標準值為20°α=齒形角(20°)
§5—5漸開線直齒圓柱齒輪的傳動一、嚙合過程起始嚙合點:
從動輪的齒頂點與主動輪的齒根處某點接觸,在嚙合線上為從動輪的齒頂圓與嚙合線N1N2的交點B2。
終止嚙合點:
主動輪的齒頂點與從動輪的齒根處某點接觸,在嚙合線N1N2上為主動輪的齒頂圓與嚙合線N1N2的交點B1。
——實際嚙合線
——理論嚙合線
齒廓工作段,齒廓非工作段
二、正確嚙合條件
兩對齒分別在K,K’點嚙合,根據嚙合基本定律K在N1N2上K’在N1N2上
KK’——法向齒距
在齒輪1上:KK’=Pb1
在齒輪2上:KK’=Pb2
∴Pb1=Pb2
(m,α不是連續值)——正確嚙合條件三、無側隙嚙合條件
齒側間隙(側隙)
進行運動設計時,需按無側隙嚙合。
1、滿足的條件
2、標準齒輪的安裝
標準安裝
能實現無側隙嚙合
標準中心距:
頂隙
→標準值
非標準安裝
a’只有增大
由圖可知:
——有側隙
3、傳動比
常數
四、漸開線齒輪連續傳動的條件
或
重合度(重疊係數)
:齒輪傳動的連續性條件
重合度的定義還有其他形式:
漸開線性質:
(一對齒從開始嚙合到終止嚙合在基圓上轉過的弧長)(在節圓上轉過的弧長)——作用弧
1.重合度的定義ψ2——作用角
顯然:所對的中心角也為ψ2
2、重合度的意義
重合度不僅是齒輪傳動的連續性條件,而且是衡量齒輪承載能力和傳動平穩性的重要指標。
3、重合度的計算
由左圖看出:
§5—6漸開線齒廓的加工及根切
加工看錄象問題:1.仿形法加工齒輪的優、缺點。
2.展成法中的齒輪插刀切制齒輪時包括哪些運動?展成法法加工齒輪的優、缺點。一、標準齒條形刀具切制標準齒輪
1、刀具被加工齒輪:
要求:
刀具比標準齒條在齒頂部高出一段
2、切制標準齒輪
首先,將輪坯的外圓按被切齒輪的齒頂圓直徑預先加工好。
然後,將刀具的中線與輪坯的分度圓安裝成相切的狀態。
→齒輪和刀具有相同的模數和壓力角
由於展成運動相當於無側隙嚙合,
齒輪的齒厚=刀具的齒槽寬=並且∴加工出的齒輪為標準齒輪
二、漸開線齒廓的根切現象
1.根切:
危害:①切掉部分齒廓;
②削弱了齒根強度;
③嚴重時,切掉部分漸開線齒廓,降低重合度。
根切原因看錄象2、齒輪不發生根切的最少齒數
§5—7變位齒輪
一、變位目的
1.避免根切
2、改善小齒輪的壽命(大傳動比時,使小齒輪齒厚增大,大齒輪齒厚減小,使一對齒輪的壽命相當)
3、湊中心距
——外嚙合
無法安裝;
二、齒輪的變位
1、用改變刀具與輪坯徑向相對位置來切制齒輪的方法稱徑向變位法。
變位齒輪
xm——移距或變位
x——移距係數或變位係數
規定:
正變位
零變位
負變位
切削變位齒輪:分度圓不變,節線變
變位齒輪和標準齒輪相比:
m、α、r齒距、rb、不變
齒厚、齒頂高、齒根高變化
2、最小變位係數(變位齒輪不發生根切的現象的條件)正變位
負變位
三、變位齒輪的尺寸變化及計算
1、分度圓上的齒厚
見圖:刀具節線的齒槽寬比中線齒槽寬,∴被切齒輪分度圓上的齒厚增加在△IJK中:
分度圓的齒厚:
2、齒頂高和齒根高
齒根高hf:刀具加工節線到頂刃線之間的距離
對正變位:x>0,hf比標準減小xm
對負變位:x<0,hf比標準增加xm
∴變位齒輪的齒根圓半徑:
齒頂高:
∵變位齒輪的分度圓與相應標準齒輪的分度圓一樣,∴變位齒輪的齒頂高僅決定於輪坯頂圓的大小。
為保證齒全高
由於所以§5—9平行軸斜齒圓柱齒輪機構
一、斜齒輪齒廓曲面的形成和嚙合特點
1、直齒輪:
基圓柱,發生面S,KK∥基圓柱母線NN漸開線柱面
嚙合特點:
①齒廓曲面的接觸線∥NN②受力突變,噪音較大。
2、斜齒輪:
基圓柱,發生面S,KK與NN有夾角βb
漸開線螺旋面
βb——基圓柱上的螺旋角
漸開線螺旋面齒廓的特點:
①與基圓柱相切的平面與齒廓曲面的交線為斜直線(與NN交角βb
)
②端面(垂直於齒輪軸線的面)與齒廓曲面的交線為漸開線。
③與基圓柱同軸的圓柱面與漸開線螺旋面的交線為一螺旋線。不同面→螺旋角不同
斜齒輪的嚙合特點:
(1)兩斜齒齒廓的公法面既是兩基圓柱的公切面,又是傳動的嚙合面
(2)兩齒廓的接觸線與軸線夾角
βb(3)接觸線0→長→0,傳動平穩☆
二、斜齒輪的基本參數
1、斜齒輪的切削加工:
①仿形法;②範成法:滾齒
(用仿形法加工斜齒輪時,銑刀是沿螺旋齒槽的方向進刀的)
法面:垂直於分度圓柱面螺旋線的切線的平面
進刀方向⊥法面
刀具的模數應於斜齒輪的法面模數一致,→法面上的模數和壓力角為標準值。端面:⊥軸線的面
計算斜齒輪端面參數與尺寸:
齒距:
在△DFE中模數:壓力角:∵BD=CE
齒頂高係數,頂隙係數:
螺旋角β:
螺旋線的導程
Pz:螺旋線繞同一周時它沿軸線方向前進的距離
(上式表明,不同圓柱面的螺旋角不等)
三、平行軸斜齒輪傳動的正確嚙合條件和重合度
1、正確嚙合條件
(斜齒輪在端面內的嚙合相當於直齒輪的嚙合)
2、重合度ε
(兩個端面參數完全相同的標準直齒輪和標準斜齒輪)——縱向作用弧
總重合度
εγ:總作用弧與Pt的比值
——端面重合度
——縱向重合度
四、斜齒輪的當量齒數當量齒輪:以ρ為分度圓半徑,用斜齒輪的mn和αn分別為模數和壓力角作一虛擬的直齒輪,其齒形與斜齒輪的法面齒形最接近。這個齒輪稱斜齒輪的當量齒輪,齒數ZV稱當量齒數。
由解析幾何知
五、平行軸斜齒輪的變位和幾何尺寸計算
平行軸斜齒輪在端面內的幾何尺寸關係與直齒輪相同。
1、尺寸計算
——改變螺旋角可湊中心距,無須變位。
<直齒輪最少齒數
2、變位
移距相同:
六、平行軸斜齒軸傳動的主要優缺點
1、優點:
①重合度大,傳動平穩,承載能力高
②比直齒輪小,機構更緊湊
③製造成本與直齒輪相同
廣泛應用於高速、重載傳動中
2、缺點:
有軸向力
§5—11蝸杆機構
交錯軸斜齒輪機構:若將一對斜齒輪安裝成其軸線既不平行也不相交,就成為交錯軸斜齒輪機構。
兩輪軸線之間的夾角∑稱為軸角
1、軸角
2、點接觸,承載能力低
3、相對滑動速度大,輪齒易磨損。
一、蝸杆蝸輪的形成
1、交錯軸斜齒輪機構
→蝸杆蝸輪
2、嚙合特點:
點接觸
線接觸
3、加工
蝸杆
——車削(螺旋線)(軸平面內的齒形為直線齒廓的齒條)
蝸輪
——與蝸杆相似的滾刀展成切制蝸輪
右旋蝸杆,
頭數是從端面上看蝸杆具有的齒數Z1蝸杆的中圓柱(分度圓柱)
——過齒形中線處的圓柱
在中圓柱上軸向齒厚與齒槽相等
蝸杆分度圓柱面上螺旋線的導程角:二、蝸杆蝸輪機構的分類
按蝸杆形狀分:
圓柱蝸杆機構
環面蝸杆機構
錐蝸杆機構
按蝸杆齒廓曲線的形狀
阿基米德圓柱蝸杆
漸開線圓柱蝸杆延伸漸開線蝸杆
錐面包絡圓柱蝸杆
三、蝸杆傳動
1、主平面:
通過蝸杆軸線並垂直於蝸輪軸線的平面
2、在主平面內,蝸杆傳動相當於齒輪齒條傳動
3、正確嚙合條件:
(螺旋線方向相同、旋向相同)
☆判定蝸杆、蝸輪的轉向:
蝸杆為左旋,蝸輪轉向為順時針
四、蝸杆傳動的主要參數及尺寸計算
1、模數m2、壓力角α
α=20°
標準值
25°
動力傳動中
12°、15°分度傳動
3、頭數Z1
Z1=1,2,4,6Z2=27~804、螺旋升角γ(導程角)
5、直徑係數q6、尺寸計算
(蝸杆、蝸輪的齒頂高、齒根高、齒全高、齒頂圓直徑、齒根圓直徑可
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