1、第三章 齿轮传动,第一节 齿轮传动概述,一、齿轮传动的特点及应用二、齿轮传动的类型,一、齿轮传动的特点及应用,齿轮传动由主动轮、从动轮和支承件组成，是现代机械中应用最为广泛的一种传动机构。它可以用来传递平行轴、任意两相交轴和任意两交错轴之间的运动和动力。 齿轮传动与其他传动比较，具有瞬时传动比恒定，结构紧凑、工作可靠、寿命长、传动平稳、效率高等优点。但齿轮传动制造成本高，低精度齿轮传动时噪声和振动较大，不宜用于轴间距离较大的传动。,二、 齿轮传动的类型,第二节 渐开线齿廓,一、渐开线的形成二、渐开线的基本性质,一、 渐开线的形成,如下图所示，当直线NK沿一圆周作纯滚动时，直线上任意一点K的轨迹
2、称为该圆的渐开线。这个圆称为渐开线的基圆，其半径用rb表示；直线NK称为渐开线的发生线。,二、 渐开线的基本性质,第二节 渐开线标准直齿圆柱齿轮 几何尺寸的计算,一、齿轮上的各部分的名称二、渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数三、渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算,一、 齿轮上的各部分的名称,1、齿顶圆、齿根圆2、齿厚、齿槽宽和齿距3、分度圆4、齿顶高、齿根高、全齿高5、基圆,二、 渐开线标准直齿圆柱齿轮的 基本参数,1、齿数Z,2、模数m,齿轮分度圆的周长:,国标将比值P/制定为标准值，称为模数，用m表示:,对于相同齿数的齿轮，模数愈大，齿轮的几何尺寸愈大，轮齿也愈大.,二、 渐开线标准直齿圆
3、柱齿轮的 基本参数,3、压力角,国家标准规定，标准齿轮的压力角,4、齿顶高系数,5、顶隙系数,齿顶高：,齿根高：,国家标准中规定,齿顶高系数与顶隙系数的标准值为：,正常齿制：,将渐开线标准直齿圆柱齿轮的齿数Z、模数m、压力角、齿顶高系数和顶隙系数称为齿轮的五要素.,三、渐开线标准直齿圆柱齿轮 几何尺寸的计算,第四节 渐开线标准直齿圆柱齿轮 的啮合传动,一、渐开线齿轮的啮合过程二、渐开线齿轮啮合传动特点三、渐开线齿轮啮合传动的条件,一、 渐开线齿轮的啮合过程,一对具有渐开线齿廓齿轮的啮合传动，是依靠主动齿轮的齿廓推动从动齿轮的齿廓来实现的。图中： B1为啮合终止点 B2为啮合起始点 B1B2为实
4、际啮合线段 N1N2为理论啮合线段 N1、N2为极限啮合点,二、 渐开线齿轮啮合传动特点,1、传动比恒定,上式表明两轮的传动比与两轮的基圆半径成反比，且为一定值。这就保证了齿轮传动的平稳性。,2、中心距可分性：,齿轮制成以后，基圆半径便已确定。因此，传动比也就定了。所以，安装时若中心距略有变化不会改变传动比大小，此特性称为中心距可分性。,因为，渐开线齿廓啮合的啮合线是直线N1N2啮合点的轨迹。啮合线、公法线、两基圆的内公切线三线重合。当齿廓不论在什么点啮合，不计摩擦，齿轮之间的压力的大小和方向均不变。,3、传动的作用力方向不变：,三、 渐开线齿轮啮合传动的条件,1、正确啮合条件,一对齿轮正确啮
5、合的条件是：两齿轮的模数和分度圆压力角分别相等并为标准值，即,2、连续传动条件,实现齿轮的连续传动，必须在前一对轮齿刚要退出且尚未退出啮合时，后一对轮齿必须刚好或提前进入啮合。 通常把实际啮合线长度与基圆齿距之比称为重合度，用表示。 齿轮连续传动的条件是：,3、标准安装条件,正确啮合的标淮齿轮，其模数和压力角均相等，且分度圆齿厚、齿槽相等。当分度圆和节圆重合时便可满足无侧隙啮合条件，这种安装方法称为标准安装。 标准安装时，对于外啮合齿轮传动，其标准中心距为,对于内啮合齿轮传动，其标准中心距为：,第五节 渐开线齿轮的切齿原理,一、齿轮轮齿的加工方法二、直齿圆柱齿轮的结构三、轮齿的根切现象,一、
6、齿轮轮齿的加工方法,轮齿加工的基本要求是齿形准确和分齿均匀。 轮齿的加工方法很多，最常用的是切削加工法，此外还有铸造，模锻、热轧、冲压等。 轮齿的切削加工方法按其原理可分为仿形法和展成法两类,1、仿形法,仿形法是用与齿轮齿槽形状相同的圆盘铣刀或指状铣刀在铣床上进行加工，常用的有盘形铣刀和指状铣刀两种。 仿形法加工方法简单，不需要专用机床，但加工是逐个齿切削，精度差，切削不连续，故生产率低，仅适用于单件生产及精度要求不高的齿轮加工。,2、展成法,展成法是较为完善的一种切齿方法，因而应用甚广。它是利用一对齿轮（或齿轮与齿条）互相啮合时其共轭齿廓互为包络线的原理来切齿的。用展成法切削齿轮时常用的刀具
7、有三种：齿轮插刀、齿条插刀及滚刀。,1.齿轮轴：,二、 直齿圆柱齿轮的结构,直径较小的钢质齿轮，当齿根直径与轴径接近时，可以将齿轮和轴做成一体，称为齿轮轴 。,2.实心齿轮,当齿轮的齿顶圆直径d a200mm 时，可采用实体式结构。这种结构型式的齿轮常用锻钢制造。,3.腹板式齿轮,当齿轮的齿顶圆直径da=200-500mm时，可采用腹板式结构。这种结构的齿轮多用锻钢制造。,4.轮辐式齿轮,当齿轮的齿顶圆直径da500mm时，可采用轮辐式结构。这种结构的齿轮常用铸钢或铸铁制造。,三、 轮齿的根切现象,用展成法加工齿数较少的齿轮时，常会将轮齿根部的渐开线齿廓切去一部分，这种现象称为根切。 对于标准
8、齿轮，是用限制最少齿数的方法来避免根切的。 正常齿制标准直齿圆柱齿轮时，根据计算，可得出不发生根切的最少齿数为：,对于齿数少于zmin的齿轮，还可以通过改变刀具与齿坯相对位置的切齿方法（变位）来防止根切。,第六节 齿轮失效形式及齿轮材料的选择,一、齿轮传动的主要失效形式二、齿轮材料,1、轮齿折断,一、齿轮传动的主要失效形式,轮齿折断形式有两种：一种是在交变载荷作用下，齿根弯曲应力超过允许限度时，齿根处产生微小裂纹，随后裂纹不继扩展，最终导致轮齿疲劳折断；另外一种是短时过载或受冲击载荷发生突然折断。,2、齿面点蚀,轮齿齿面在载荷的反复交变作用下，当轮齿表面接触应力超过允许限度时，表面发生微小裂纹
9、，以致小颗粒的金属剥落形成麻坑，称为齿面疲劳点蚀。,3、齿面磨损,在开式传动中，轮齿工作面间进入灰尘杂物时，会引起齿面磨损。齿面磨损后，齿厚变薄，渐开线齿廓被破坏，引起冲击、振动和噪声，最后导致轮齿因强度不足而折断。,4、齿面胶合,高速、重载传动中，由于齿面的压力大、相对滑动速度高，造成局部温度过高，使齿面油膜破裂，产生接触齿面金属粘着，随着齿面的相对运动，使金属从齿面上撕落。这种现象称为齿面胶合。,5、齿面塑性变形,硬度不高的齿面在重载荷作用下，可能产生局部的塑性变形。这种失效常在过载严重和起动频繁的传动中出现,对齿轮材料性能总的要求为齿面硬、齿心韧，同时应具有良好的加工和热处理的工艺性。,
10、最常用的齿轮材料是钢此外还有铸铁及一些非金属材料等。,二、齿轮材料,1锻钢 锻钢因具有强度高、韧性好、便于制造、便于热处理等优点，大多数齿轮都用锻钢制造。,(1)软齿面齿轮：齿面硬度350HBS，常用中碳钢和中碳合金钢，如45钢40Cr，35SiMn等材料，进行调质或正火处理。这种齿轮适用于强度。精度要求不高的场合，轮坯经过热处理后进行插齿或滚齿加工，生产便利、成本较低。 在确定大小齿轮硬度时应注意使小齿轮的齿面硬度比大齿轮的齿面硬度高30一50HBS，这是因为小齿轮受载荷次敷比大齿轮多，且小齿轮齿根较薄为使两齿轮的轮齿接近等强度，小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。 (2)硬齿面齿轮 硬齿面
11、齿轮的齿面硬度大于350HBS，常用的材料为中碳钢或中碳合金钢经表面淬火处理。,2铸钢 当齿轮的尺寸较大(大于400一600mm)而不便于锻造时可用铸造方法制成铸钢齿坯，再进行正火处理以细化晶粒。 3铸铁 低速、轻载场合的齿轮可以制成铸铁齿坯。当尺寸大于500mmm时可制咸大齿圈，或制成轮辐式齿轮。,第七节 其他齿轮传动简介,一、平行轴斜齿圆柱齿轮传动二、圆锥齿轮传动三、蜗杆传动,1斜齿圆柱齿轮传动特点,一、平行轴斜齿圆柱齿轮传动,2斜齿圆柱齿轮的基本参数,除螺旋角以外，斜齿轮与直齿轮样，也有模数、齿数、压力角、齿顶高系数和顶隙系数5个参数。,由于有了螺旋角，斜齿轮的各参数均有端面和法面之分，
12、并分别用下标 t和n以示区别 ，并且两者之间均有一定的对应关系。,法面齿距和端面齿距的关系为：,则：,加工斜齿轮时用的是加工直齿轮的刀具，刀具沿着螺旋线方向，即垂直于法面方向切齿，故斜齿轮的法面参数与刀具相同，所以规定斜齿轮的法面参数为标准值。即,标准斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式可查阅机械设计手册。,3平行轴斜齿轮正确啮合的条件,一对斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件为：两斜齿轮的法面模数相等；两斜齿轮的法面压力角相等；若为外啮合传动，两斜齿轮的螺旋角大小相等，方向相反；若为内啮合传动，两斜齿轮的螺旋角大小相等，方向相同。即,外啮合齿轮传动：,内啮合齿轮传动：,1圆锥齿轮传动特点及应用,二、 圆
13、锥齿轮传动,2直齿圆锥齿轮传动的主要参数和正确啮合条件,（1）主要参数 为了计算和测量的方便，规定以直齿圆锥齿轮的大端参数为标准值。,基本参数有： 大端模数 (按国家标准规定的模数系列取值):m 分度圆压力角： 分度圆锥角: 齿顶高系数： 顶隙系数： 齿数：z,2正确啮合的条件,一对直齿圆锥齿轮的正确啮合条件为：两轮大端模数压力角分别相等，即,1蜗杆传动的特点,三、蜗轮蜗杆传动,蜗杆传动主要由蜗杆和蜗轮组成，主要用于传递空间交错的两轴之间的运动和动力，通常两轴交错角为90。一般蜗杆为主动件。 蜗杆传动工作平稳，噪声低，结构紧凑、传动比大（单级蜗杆传动在传递动力时，传动比i580，常用的为i=1
14、550。在分度机构中传动比可达1000）；但蜗杆传动的效率低，一般只有70% 80%，具有自锁功能的蜗杆机构，效率则一般低于50%，易磨损、发热，制造成本高，轴向力较大。常用于传动比较大，结构要求紧凑，传动功率不大的场合。,2蜗杆传动机构的基本参数和正确啮合条件,我们将通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面定义为中间平面，如下图所示。在此平面内，蜗杆传动相当于齿轮齿条传动。因此蜗杆传动的参数和几何尺寸与齿轮传动相似，设计和加工以中间平面上的参数和尺寸作为标准值。,（1）模数m、压力角及正确啮合条件,蜗杆传动在主平面内相当于渐开线齿轮与齿条的啮合，而主平面是蜗杆的轴向平面又是蜗轮的端面。 为保证轮齿
15、的正确啮合，蜗杆的轴向模数 应等于蜗轮的端面模数；蜗杆的轴向压力角应等于蜗轮的端面压力角；蜗杆分度圆导程角应等于蜗轮分度圆螺旋角 ，且两者螺旋方向相同。即：,、,（2）蜗杆头数Z1与蜗轮齿数Z2,蜗杆头数Z1一般取1、2、4、6。头数Z1越大，传动效率越高，但加工制造难度越大。,、,蜗杆传动的传动比为：,（3）蜗杆分度圆直径d1,（4）蜗杆头数Z1与蜗轮齿数Z2,蜗轮分度圆直径为：,、,蜗杆分度圆直径为：,当蜗杆节圆与蜗轮分度圆重合时，即标准安装时，蜗杆传动的中心距为：,3蜗杆传动转动方向的判定,由蜗杆的回转方向及蜗杆的旋向可以通过“左、右手定则”来判断蜗轮的转动方向。,祝学习愉快！,本章内容结束,
