弧齿锥齿轮齿轮基础知识

弧齿锥齿轮齿轮基础知识齿轮的用途很广，是各种机械设备中的重要零件，如机床、飞机、轮船及日常生活中用的手表、电扇等都要使用各种齿轮。齿轮还可按其外形分为圆柱齿轮、锥齿轮、非圆齿轮、齿条、蜗杆蜗轮；按齿线形状分为直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、曲线齿轮；按轮齿所在的表面分为外齿轮、内齿轮；按制造方法可分为铸造齿轮、切制齿轮、轧制齿轮、烧结齿轮等。软齿面的齿轮承载能力较低，但制造比较容易，跑合性好，多用于传动尺寸和重量无严格限制，以及小量生产的一般机械中。因为配对的齿轮中，小轮负担较重，因此为使大小齿轮工作寿命大致相等，小轮齿面硬度一般要比大轮的高。硬齿面齿轮的承载能力高，它是在齿轮精切之后，再进行淬火、表面淬火或渗碳淬火处理，以提高硬度。但在热处理中，齿轮不可避免地会产生变形，因此在热处理之后须进行磨削、研磨或精切，以消除因变形产生的误差，提高齿轮的精度。制造齿轮常用的钢有调质钢、淬火钢、渗碳淬火钢和渗氮钢。铸钢的强度比锻钢稍低，常用于尺寸较大的齿轮；灰铸铁的机械性能较差，可用于轻载的开式齿轮传动中；球墨铸铁可部分地代替钢制造齿轮；塑料齿轮多用于轻载和要求噪声低的地方，与其配对的齿轮一般用导热性好的钢齿轮。而齿轮理论和制造工艺的发展将是进一步研究轮齿损伤的机理，这是建立可靠的强度计算方法的依据，是提高齿轮承载能力，延长齿轮寿命的理论进行轮齿修形，以改善齿轮运转的平稳性，并在满载时增大轮齿的接触面积，从而提高齿轮的承载能力。弧齿锥齿轮弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮是汽车、拖拉机、缝纫机、工程机械、电动工具、气动工具、冶金、钻井机械等传动装置中的重要零件，过去由于弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮的设计、制造较为复杂，所以国内能生产的企业并不多，但随着改革开放引进了大量的国外切齿设备，特别近年来由于民营企业的崛起，国内生产弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮的厂家越来越多。螺旋锥齿轮：当主从动齿轮的轴线垂直成90度，相交于一点，也有非正交的情况（下图1）。准双曲面齿轮：当主从动齿轮的轴线不相交而是空间交叉，即主动齿轮轴线相对于从动齿轮轴线有向上或向下的偏置，且其空间交叉角采用90度（下图2）。他们没都具有传动平稳、噪声小、承载能力高等优点，特别是准双曲面齿轮齿轮名词解释1.模数模数：齿轮的分度圆是设计、计算齿轮各部分尺寸的基准，而齿轮分度圆的周长=πd=zp。于是得分度圆的直径d=zp/π由于在上式中π为一无理数,不便于作为基准的分度圆的定位。为了便于计算,制造和检验,现将比值p/π人为地规定为一些简单的数值,把这个比值叫做模数(module),以m表示,即令其单位为mm。于是得:模数m是决定齿轮尺寸的一个基本参数。齿数相同的齿轮模数大，则其尺寸也大。为了便于制造,检验和互换使用,齿轮的模数值已经标准化2.分度圆直径分度圆直径是齿轮的基准直径。决定齿轮大小的两大要素是模数和齿数、分度圆直径等于齿数与模数(端面)的乘积。过去,分度圆直径被称为基准节径。最近,按ISO标准,统一称为分度圆直径。3.压力角。齿形与分度圆交点的径向线与该点的齿形切线所夹的锐角被称为分度圆压力角。一般所说的压力角,都是指分度圆压力角。最为普遍地使用的压力角为20°,但是也有使用14.5°、15°、17.5°、22.5°压力角的齿轮。4．螺旋角1）.圆柱面上，圆柱螺旋线的切线与通过切点的圆柱面直母线之间所夹的锐角，称为螺旋角。2）.在圆锥面上，圆锥螺旋线的切线与通过切点的圆锥面直母线之间所夹的锐角，也称为螺旋角。3）.由螺旋边缘与刀具中心轴形成的角。增大螺旋角β可以增大轴向重合度εβ=Bsinβ/πmn，一般要求εβ＞1～1.15，提高传动的平稳性和降低噪声，使传动平稳，但轴向力随之增大(指斜齿轮)。同一轴上两齿轮螺旋角方向应相同，以便轴向力相互抵消。把高速级螺旋角取大，低速级螺旋角取小，以减小低速级的轴向力，对某些设计亦是可取方案。适当选取β可凑中心距a，使a具有圆整的数值。如按抵消机床交换齿轮误差来确定螺旋角，可有效地减少滚齿加工齿轮的螺旋角误差。5.单头与双头蜗杆的不同。蜗杆的螺旋齿数被称为「头数」,相当于齿轮的轮齿数。头数越多,导程角越大。6.如何区分Ｒ（右旋）、Ｌ（左旋）。轮轴垂直地面平放,轮齿齿向向右上倾斜的是右旋齿轮、向左上倾斜的是左旋齿轮。7.Ｍ（模数）与ＣＰ（周节）的不同。ＣＰ（周节：Circularpitch）是在分度圆上的圆周齿距。单位与模数相同为毫米。ＣＰ除以圆周率（π）得Ｍ（模数)。Ｍ（模数）与ＣＰ得关系式如下所示:Ｍ（模数)＝ＣＰ／π（圆周率）。两者都是表示轮齿大小的单位。8.齿隙。一对齿轮啮合时,齿面间的间隙。齿隙是齿轮啮合圆滑运转所必须的参数。9.弯曲强度与齿面强度的不同是什么？齿轮的强度一般应从弯曲和齿面强度的两方面考虑。弯曲强度是传递动力的轮齿抵抗由于弯曲力的作用,轮齿在齿根部折断的强度。齿面强度是啮合的轮齿在反复接触中,齿面的抗摩擦强度。10.中心距。中心距是指一对齿轮的轴间距离。中心距的大小对齿隙产生影响。中心距越大,齿隙也越大。11.正齿轮的中心距容许差,一般情况下应该取多少？一般取基准值的近似于0的±公差12.轴交角。相交轴齿轮（伞形齿轮）及交错轴齿轮（交错轴斜齿轮和蜗杆蜗轮）的二轴间所成之角度。一般为９０°。轴交角的大小是对轮齿接触及齿隙产生重要影响的要素。13.组装距离（安装距）伞形齿轮的圆锥顶点到定位面（安装基准面）的轴向距离。组装距离是影响轮齿接触与齿隙等的重要尺寸。小知识：在英语中,组装距离被称为Locatingdistance(Mountingdistance)。14.组装距离（安装距）的尺寸容许差应该取多少？为得到适当的齿隙及轮齿接触,应尽量使容许差接近于0。基准尺寸（容许差近似于0）的公差,推荐使用js7～js9。15.怎样求出ＤＰ（径节）正齿轮的分度圆直径（DP8-15ｚ）？将ＤＰ（径节）换算为模数。Ｍ（模数）=25.4/DP(径节)=25.4/8＝3.175mm近似分度圆直径。Da=3.175×15=47.625mm1英寸＝25.4ｍｍ16.修鼓形加工。沿齿宽方向修整齿形,使齿宽中央部的齿形呈适当的鼓形，通过修鼓形加工防止齿端部片面接触的发生,使齿轮的齿接触集中在轮齿的中央附近。鼓形越大,齿接触面积越小。17.齿形修形。为避免齿轮啮合时发生齿顶干涉,在齿顶附近有意识的修削齿形。齿形修形的目的是轮齿的圆滑啮合,近似于齿形方向的修鼓加工。18．径节（diametralpitch）在英制齿轮中，圆周率π与齿距ρ（见模数）的比，径节P＝π/ρ，以1／英寸为单位。在概念上，径节是公制中模数的倒数。相应于单位的换算，径节与模数之间有如下的关系式P＝π/ρ＝25.4/m式中P为径节（1／英寸）；ρ为齿距（英寸）；m为模数（毫米）。径节P与公制中模数m的作用相当。在大多数英制齿轮、齿轮联轴器和棘轮等零件中，径节是一项基本参数。径节越大，轮齿尺寸（齿高与齿厚）越小。有的国家对径节订有标准系列值。19.齿顶倒角加工。在加工轮齿的同时进行齿顶倒角加工。其优点为:1）.防止切齿加工时产生的毛刺等。2）.防止使用及搬运时容易发生的撞痕。齿顶＝齿面与齿顶面的交线。20.整体人字齿不易产生轴向力，承载能力高等特点。齿轮基本知识40问题及答案1．什么是齿廓啮合基本定律，什么是定传动比的齿廓啮合基本定律？齿廓啮合基本定律的作用是什么？答：一对齿轮啮合传动，齿廓在任意一点接触，传动比等于两轮连心线被接触点的公法线所分两线段的反比，这一规律称为齿廓啮合基本定律。若所有齿廓接触点的公法线交连心线于固定点，则为定传动比齿廓啮合基本定律。作用；用传动比是否恒定对齿廓曲线提出要求。2.什么是节点、节线、节圆？节点在齿轮上的轨迹是圆形的称为什么齿轮？答：齿廓接触点的公法线与连心线的交点称为节点，一对齿廓啮合过程中节点在齿轮上的轨迹称为节线，节线是圆形的称为节圆。具有节圆的齿轮为圆形齿轮，否则为非圆形齿轮。3．什么是共轭齿廊？答：满足齿廓啮合基本定律的一对齿廓称为共轭齿廓。4．渐开线是如何形成的？有什么性质？答：发生线在基圆上纯滚动，发生线上任一点的轨迹称为渐开线。性质：（1）发生线滚过的直线长度等于基圆上被滚过的弧长。（2）渐开线上任一点的法线必切于基圆。（3）渐开线上愈接近基圆的点曲率半径愈小，反之则大，渐开线愈平直。（4）同一基圆上的两条渐开线的法线方向的距离相等。（5）渐开线的形状取决于基圆的大小，在展角相同时基圆愈小，渐开线曲率愈大，基圆愈大，曲率愈小，基圆无穷大，渐开线变成直线。（6）基圆内无渐开线。5．请写出渐开线极坐标方程。答：rk=rb/cosαkθk=invαk=tgαk一αk6．渐开线齿廓满足齿廓啮合基本定律的原因是什么？答：（1）由渐开线性质中，渐开线任一点的法线必切于基圆（2）两圆的同侧内公切线只有一条，并且两轮齿廓渐开线接触点公法线必切于两基圆，因此节点只有一个，即i12＝ω1/ω2＝O2P/O1P＝r2′/r1′=rb2/rb1=常数7．什么是啮合线？答：两轮齿廓接触点的轨迹。8．渐开线齿廓啮合有哪些特点，为什么？答：（1）传动比恒定，因为i12＝ω1/ω2＝r2′/r1′，因为两基圆的同侧内公切线只有一条，并且是两齿廓接触点的公法线和啮合线，因此与连心线交点只有一个。故传动比恒定。（2）中心距具有可分性，（即中心距分开后，传动比不变的特性）转动比不变，因为i12＝ω1/ω2＝rb2/rb1，所以一对齿轮加工完后传动比就已经确定，与中心距无关。（3）齿廓间正压力方向不变，因为齿廓间正压力方向是沿接触点的公法线方向，这公法线又是两基圆同侧内公切线，并且只有一条所以齿廓间正压力方向不变。（4）啮合角α随中心距而变化，因为aCOSα=a′COSα′。（5）四线合一，1.啮合线是两基圆同侧内公切线，2.是齿廓接触点的公法线，3.接触点的轨迹是啮合线，4.是齿廓间正压力作用线又是接触点曲率半径之和。9．什么是模数和分度圆？答：m=p/π为模数，m和α为标准值的那个圆称为分度圆。10．什么是周节，齿厚和齿槽宽？答：在一个圆周上相邻两齿同侧齿廓之间的弧长称为周节。齿厚所占的弧长称为齿厚，齿槽占据的弧长称为齿槽宽。11．什么是标准齿轮？答：m、α、h*a、c*为标准值，并且s=e=p/2的齿轮。12．齿条的特点是什么？答：（1）与齿顶线平行的各直线周节相等，其模数，压力角均为标准值。（2）平行齿顶线齿槽宽等于齿厚的直线称中线，是确定齿条尺寸的基准线。13．什么是理论啮合线、实际啮合线和齿廓工作段？答：理论啮合线：两基圆同侧内公切线，在理论上是齿廓啮合点的轨迹，两个切点为啮合极限点。实际啮合线：两齿顶圆与理论啮合线交点之间的线段。齿廓工作段：在齿轮传动中齿廓参与啮合的部分。14．什么是渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件和连续啮合传动条件？答：正确啮合条件：m1=m2=mα1=α2=α连续啮台条件：εα=B1B2/Pb≥115．重合度的实质意义是什么？重合度与什么有关？答：重合度的大小表示一对齿轮传动过程中同时在啮合线上啮合的对数。重合度的大小是齿轮承载能力高低和平稳性好坏的一个重要指标，重合度的大小与m无关，随Z1，Z2增加而增加，α′愈大，εα愈小，α′随中心距变化，a愈大，α′愈大，εα愈小。16．什么是标准齿轮的标准安装中心距。标准安装有什么特点？答：标准齿轮按无齿侧间隙安装的中心距称为标准齿轮的标准安装中心距，标准齿轮按标准顶隙安装的中心距也称标准安装中心距。标准安装时，a＝a′，r=r′，a=r1＋r217．什么是非标准安装中心距？非标准安装有什么特点？答：一对啮合传动的齿轮，节圆与分度圆不重合的安装称为非标准安装，其中心距称为非标准安装中心距。特点：r≠r′，a≠a′，a′=r1′＋r′2=（r1+r2）cosα/cosα′即a′≠aα′≠αr1′≠r1r2′≠r2c′≠c有齿侧间隙，产生冲击，重合度下降，平稳性差。18．齿轮与齿条啮合传动的特点是什么？答：（1）啮合线位置不因齿轮和齿条间的相对位置变化而变化，永远是切于基圆又垂直于齿条直线齿廓