第八章-齿轮传动

第八章齿轮传动第一节齿轮传动的特点和类型第二节渐开线直齿圆柱齿轮第三节渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动第四节渐开线齿轮的加工原理、变位齿轮与精度简介第五节齿轮传动的失效形式第六节齿轮的材料及设计准则第八节斜齿圆柱齿轮传动第七节标准直齿圆柱齿轮传动的设计第九节直齿圆锥齿轮传动第十节齿轮传动的维护和修复第十一节齿轮传动的装配•【知识目标】了解齿轮传动的类型、特点及应用；理解渐开线的形成及特性；掌握渐开线齿轮的基本参数及几何尺寸的计算；理解渐开线齿廓的啮合特性、正确啮合条件及重合度的意义；了解齿轮加工的原理、根切原因、变位的目的及齿轮的精度；掌握齿轮传动的失效形式；了解常用齿轮材料及热处理方法；掌握直齿圆柱齿轮的强度计算方法及主要参数的选择方法；了解斜齿圆柱齿轮受力分析和强度计算方法；了解圆锥齿轮的特点、基本参数和几何尺寸；掌握齿轮传动的润滑、修复方法和装配。•【能力目标】会选择齿轮的类型；能根据齿轮的参数计算其几何尺寸和设计直齿圆柱齿轮；能对失效齿轮进行修复；能正确装配齿轮传动【观察与思考】•机械表的构造如图所示，请思考机械表是如何传递运动的？为保证任何时刻走时的准确性，对齿轮轮廓曲线有无特殊要求？齿轮制造精度与表的走时准确性是否有关？•图示为齿轮泵工作原理图，请思考哪个部分是工作的核心？是怎样实现液体输送液体或增压的？齿轮传动是机械传动中应用最广泛的一种传动形式。可用于传递任意两轴间的运动和动力。一、齿轮传动的组成齿轮传动由主动齿轮、从动齿轮、机架组成。二、工作原理主、从动轮轮齿直接接触（啮合），通过啮合处法向反力来推动从动轮转动，从而传递运动和动力。一、齿轮传动的特点第一节齿轮传动的特点和类型1.优点（1）传递动力大、效率高，其圆周速度可达300m/s，传递功率可达105kW，齿轮直径可从1mm到150m以上；（2）能保证恒定的传动比，传递运动准确可靠；（3）工作平稳，可靠性高，寿命长；（4）能传递任意夹角两轴间的运动；（5）结构紧凑，外廓尺寸小。2.缺点（2）精度低时，振动、噪音大；（3）不适于中心距大的场合。（1）制造成本大，需专用机床和设备；二、齿轮传动的类型1.按两轴线位置分平行轴齿轮传动(圆柱齿轮传动)相交轴齿轮传动（圆锥齿轮传动）交错轴齿轮传动2.按啮合方式分外啮合齿轮内啮合齿轮齿条机构：两轮转向相反：两轮转向相同3.按轮齿形状分人字齿轮直齿轮斜齿轮4.按工作条件分开式传动：润滑条件差，易磨损；半开式传动：装有简单的防护罩，但仍不能严密防止杂物侵入；闭式传动：齿轮等全封闭于箱体内，润滑良好，使用广泛。5.按齿面硬度分软齿面：HB≤350；硬齿面：HB＞350。三、齿轮传动的基本要求1.传动平稳：齿轮在传动中瞬时传动比不变，噪音、冲击和振动小。2.承载能力高：齿轮有足够的承载能力，能传递较大的动力．必须采用合理的齿轮轮廓曲线，可以论证，齿轮轮廓曲线采用渐开线、摆线和圆弧时，能使瞬时传动比恒定。要求齿轮具有足够的抵抗破坏的能力一、渐开线的形成及其性质当一直线沿固定圆作纯滚动时，该直线上任一点K的轨迹就是该圆的渐开线。该圆称作基圆，直线ＮK称作发生线。形成演示第二节渐开线直齿圆柱齿轮1.渐开线的形成F压力角aKaKqKKVKrKrb2.渐开线的性质（１）发生线沿基圆滚过的线段长度ＮK等于基圆上被滚过的相应弧长ＮA。形成演示（２）渐开线上任意一点法线必然与基圆相切。因为当发生线在基圆上作纯滚动时，Ｎ点为渐开线上K点的曲率中心，ＮK为其曲率半径和K点的法线。（4）渐开线的形状只取决于基圆大小（5）基圆内无渐开线发生线基圆基圆半径rbNA（３）渐开线上各点的曲率半径不等，离基圆越近，曲率半径越小二、直齿圆柱齿轮各部分名称及其基本参数渐开线齿轮的每个轮齿两侧齿廓都是由形状相同而方向相反的渐开线曲面组成。1.齿轮各部分名称齿顶圆齿根圆分度圆齿顶高齿根高齿宽齿距齿厚齿槽宽全齿高2．标准直齿圆柱齿轮的基本参数（1）齿数齿轮圆周上轮齿的数目称为齿数,用z表示。（2）模数m分度圆周长Zp=πd则d=pz模数单位为mm，标准模数表。它是确定齿轮尺寸的重要参数，模数越大，轮齿尺寸越大，强度越高。为了便于计算、制造和检验，而人为地把p/p的比值规定为一个有理数列，称为模数m。一对相互啮合的齿轮,其模数必须相等.齿顶高：ha=ha*m（ha*—齿顶高系数）（４）齿顶高系数、顶隙系数（３）压力角所以，分度圆压力角α是决定渐开线齿廓形状的一个基本参数我国标准规定：正常齿制ha*=1，c*=0.25；短齿制ha*=0.8，c*=0.3齿根高：hf=(ha*+c*)m（c*—顶隙系数）全齿高：h=ha+hf=(2ha*+c*)m压力角：渐开线齿轮啮合时，啮合点的速度方向与啮合点的受力方向之间所夹的锐角渐开线上各点压力角不相等，越靠近基圆压力角越小，基圆上的压力角为零，通常所说的压力角是指分度圆上的压力角，用α表示，国标规定α=20o分度圆是齿轮上具有标准模数和标准压力角的圆。任一齿轮都有一分度圆，且只有一个分度圆。齿轮一经制造，其分度圆大小就确定，与安装位置无关。3.分度圆的定义z、m、a、ha*和c*是齿轮的基本参数，其它几何尺寸可通过它们求得。比较分度圆和节圆、压力角与啮合角的区别标准齿轮:是指m、a、ha*和c*均为标准值，且s=e的齿轮。三、标准直齿圆柱齿轮的主要几何尺寸四、渐开线标准直齿圆柱齿轮的测量尺寸齿轮加工时，需要检查被加工齿轮是否符合设计图纸规定的尺寸精度。常用采用的方法为测量分度圆弦齿厚和公法线长度。1.分度圆弦齿厚齿轮分度圆上的齿厚是弧长，不便测量。而对应的弦长AB容易测量，该弦长称为分度圆弦齿厚，以表示。szmzs90sin)]90cos1(2[*zzhmha分度圆弦齿厚的测量需专用测量仪器。分度圆弦齿高：齿顶至弦AB的径向高度。2.公法线长度千分尺（或精密游标卡尺）的两个卡脚跨过齿轮k个齿，与齿廓相切于A、B两点，两切点间的距离AB称为公法线长度，用WK表示，单位为mm。标准直齿圆柱齿轮的公法线长度的计算公式为：]014.0)5.0(9521.2[zkmWK式中m——齿轮模数，mm；z——齿轮齿数；k——跨齿数，，且必须四舍五入圆整；5.09zkW、k值也可以从机械设计手册中直接查得。例：某标准直齿圆柱齿轮模数m=8mm，α=20°，齿数z=50。试求该齿轮的分度圆弦齿厚和公法线长度。解：（1）分度圆弦齿厚和弦齿高：mmzmzs564.125090sin50890sinmmzzhmha099.85090cos1(2501[8)]90cos1(2[*）（2）公法线长度：05.65.09505.09zk取k=6mmzkmW492.135]50014.05.069521.2[8]014.0)5.0(9521.2[6）（1.渐开线齿廓的啮合特性（1）四线合一C过接触点K（啮合点）作两齿廓的公法线N1N2。由于渐开线上任意一点法线必然与基圆相切，所以两齿廓的公法线N1N2就是两基圆的内公切线。因两基圆为固定圆，故两基圆的内公切线N1N2为固定直线，即两齿廓的公法线亦为固定直线由于两齿廓的公法线始终过啮合点K，故两齿廓的公法线就是啮合点K的运动轨迹，即啮合线。不计摩擦，压力沿公法线，故两齿廓的公法线就是压力线。第三节渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动（2）传动比恒定C过啮合点K作两齿廓的公法线N1N2与两轮中心线的连线交点C，称为节点。以轮心O1、O2为圆心,以O1Ｃ、O2P为半径的圆称为节圆，其半径称为节圆半径r1/、r2/。在Ｃ点处两轮的线速度相等，即：,2211COCO121221bbrrCOCOi传动比:i12=——=——12O1ＣO２ＣCNO11∽CNO2222221111bbOCONOCONrr渐开线齿轮的传动比取决于两轮基圆半径,且成反比。当齿轮制造后，rb1、rb2已确定，故瞬时传动比不变，为常数。值得注意的是：节圆的大小与两齿轮的安装位置有关。（3）中心距可分性由于渐开线齿轮的传动比等于两轮基圆半径的反比，为一常数。安装时若中心距略有变化并不会改变传动比大小，此特性称为中心距可分性。（4）啮合角不变啮合线与两节圆公切线所夹的锐角称为啮合角，用α’表示。显然，齿轮传动啮合角不变，正压力的大小也不变。因此，传动过程比较平稳。C二、正确啮合条件aaa2121mmm常数（主动轮）（从动轮）121212122112zzrrrrrribbz1z2时，i＞1：减速传动z1＞z2时，i＜1：增速传动三、中心距与啮合角分度圆与节圆重合时的安装称为标准安装，其中心距称为标准中心距a。1.标准安装（1）标准中心距：2)(212121zzmrrrra（2）标准安装齿轮传动的特点：*标准安装时，啮合角a等于节圆压力角，等于分度圆压力角a；*齿侧没有间隙；*顶隙mcC*，为标准顶隙。2.非标准安装节圆与分度圆不再重合的安装称为非标准安装。非标准安装时的特点：啮合角a不再等于分度圆上的压力角a；齿侧有间隙。由图可知：aaacoscoscos111rrrbaaacoscoscos222rrrbaaaacoscoscoscos)(2121arrrra实际中心距：当a’a，则a’a四、连续传动条件1.啮合过程B1B2一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：B2为啮合起始点B1为啮合终止点N1、N2为极限啮合点B1B2为实际啮合线段N1N2为理论啮合线段啮合过程演示2.连续传动条件B1B2为了使齿轮传动不至中断，在轮齿相互交替工作时，必须保证前一对轮齿尚未脱离啮合时，后一对轮齿就应进入啮合。即至少有对轮齿参与啮合.即连续传动的条件为：齿轮传动的重合度大于等于1。重合度的意义：1.重合度越大同时参与啮合的轮齿对数。ε=1.35：表示35%的时间内有两对齿参与啮合，65%的时间内有一对齿参与啮合。ε=2.4：表示40%的时间内有三对齿参与啮合，60%的时间内有两对齿参与啮合。2.重合度不仅是齿轮传动的连续性条件，而且是衡量齿轮承载能力和传动平稳性的重要指标。重合度传动平稳性承载能力。重合度:在啮合区内同时参与啮合的轮齿对数.第四节渐开线齿轮的加工原理、变位齿轮与精度简介1.仿形法仿形法是在普通铣床上用轴向剖面形状与被切齿轮齿槽形状完全相同的成形铣刀切制齿轮的方法，如图所示。动画演示一、渐开线轮齿的加工原理齿轮制造的方法切削铸造冲压挤压展成法仿形法最常用指状铣刀切制齿轮铣完一个齿槽后，分度头将齿坯转过3600/z，再铣下一个齿槽，直到铣出所有的齿槽。（２）加工方便易行，但加工出的齿轮齿形有误差。由于渐开线齿廓形状取决于基圆的大小，而基圆直径db=mzcosα，故齿廓形状与m、z、α有关。欲加工精确齿廓，对模数和压力角相同的、齿数不同的齿轮，应采用不同的刀具，而这在实际中是不可能的。生产中通常用同一号铣刀切制同模数、不同齿数的齿轮，故齿形通常是近似的。表中列出了1-8号圆盘铣刀加工齿轮的齿数范围。圆盘铣刀加工齿数的范围刀号1234567812-1314-1617-2021-2526-3435-5455-134135以上刀号12345678加工齿数范围（３）加工不连续，生产效率低，不宜用于批量生产。适用于单件生产而且精度要求不高的齿轮加工。（１）可在普通铣床上加工，不需专用机床。仿形法特点：2.展成法（范成法）展成法是利用一对齿轮无侧隙啮合时两轮的齿廓互为包络线的原理来加工齿轮的。加工时，将其中一个齿轮（或齿条）的渐开线齿廓做成具有切削能力的刀刃，刀具的节圆与齿轮轮坯的节圆相切作纯滚运动，称为展成运动。刀具与齿坯的运动就像一对互相啮合的齿轮，最后刀刃在轮坯上留下连续的刀刃廓线，其包络线即为被加工的齿轮齿廓。３）用展成法加工齿轮时，只要刀具与被切齿轮的模数和压力角相同，不论被加工齿