第6章齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng),學(xué)習(xí)內(nèi)容,1.齒輪傳動(dòng)的類(lèi)型、特點(diǎn)與應(yīng)用；2.齒廓傳動(dòng)嚙合基本定律；3.漸開(kāi)線齒輪傳動(dòng)的特性；4.漸開(kāi)線齒輪的幾何尺寸計(jì)算；5.漸開(kāi)線齒輪傳動(dòng)的嚙合原理、切齒原理及根切現(xiàn)象；7.斜齒輪、圓錐齒輪的特點(diǎn)與應(yīng)用；,1.漸開(kāi)線齒輪嚙合原理；2.漸開(kāi)線圓柱齒輪的基本參數(shù)及其幾何尺寸計(jì)算；,教學(xué)要求,學(xué)習(xí)重點(diǎn)與難點(diǎn),知識(shí)點(diǎn)講授：,（一）齒輪傳動(dòng)展示：,外齒輪傳動(dòng),內(nèi)齒輪傳動(dòng),齒輪齒條傳動(dòng),蝸輪蝸桿傳動(dòng),齒輪傳動(dòng)的類(lèi)型,直齒外齒輪傳動(dòng),直齒內(nèi)齒輪傳動(dòng),齒輪齒條傳動(dòng),齒輪傳動(dòng)的類(lèi)型,斜齒輪傳動(dòng),人字形齒輪傳動(dòng),齒輪傳動(dòng)的類(lèi)型,直齒錐齒輪傳動(dòng),輪齒分布形式有：,a）直齒,b）斜齒,c）曲齒,齒輪傳動(dòng),交錯(cuò)軸齒輪傳動(dòng),蝸桿蝸輪傳動(dòng),齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn),齒輪傳動(dòng)依靠主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪的嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，與其他傳動(dòng)相比，齒輪傳動(dòng)有下列優(yōu)點(diǎn):(1)兩輪瞬時(shí)傳動(dòng)比(角速度之比)恒定。(2)適用的圓周速度和傳動(dòng)功率范圍較大。(3)傳動(dòng)效率較高、壽命較長(zhǎng)。(4)能實(shí)現(xiàn)平行、相交、交錯(cuò)軸間傳動(dòng)。與其他傳動(dòng)相比，有下列缺點(diǎn)：(1)制造和安裝精度要求較高，成本也高。(2)不適用于距離較遠(yuǎn)的傳動(dòng)。,一、漸開(kāi)線的形成和特性,條直線在圓上作純滾動(dòng)時(shí)，直線上任一點(diǎn)的軌跡漸開(kāi)線,漸開(kāi)線的特性,漸開(kāi)線上任意點(diǎn)的法線切于基圓,NK發(fā)生線，,發(fā)生線,基圓rb,kAK段的展角,漸開(kāi)線,漸開(kāi)線齒廓的嚙合特性,基圓內(nèi)無(wú)漸開(kāi)線。,漸開(kāi)線形狀取決于基圓,當(dāng)rb，變成直線。齒條上的直齒可看作基圓rb的齒輪。直線是漸開(kāi)線的一個(gè)特例。,定義：嚙合時(shí)K點(diǎn)正壓力方向與速度方向所夾銳角為漸開(kāi)線上該點(diǎn)之壓力角k。,漸開(kāi)線齒廓的嚙合特性,壓力角,漸開(kāi)線上各點(diǎn)壓力角不同，離基圓越遠(yuǎn)，壓力角越大。,圖6-7所示為一對(duì)漸開(kāi)線齒輪嚙合。設(shè)兩漸開(kāi)線齒輪基圓半徑分別為rb1和rb2，兩齒廓在K點(diǎn)接觸，由于兩輪基圓的大小和安裝位置均固定不變，同一方向上的內(nèi)公切線只有一條，所以它與兩輪連心線O102的交點(diǎn)P必為定點(diǎn)，傳動(dòng)比為,圖6-7漸開(kāi)線齒廓滿(mǎn)足傳動(dòng)比恒定,常數(shù),1.漸開(kāi)線齒廓傳動(dòng)比恒定不變,漸開(kāi)線齒廓的嚙合特性,齒輪已經(jīng)加工完畢，基圓大小就確定了。實(shí)際安裝時(shí)若中心距略有變化也不影響i12，這一特性稱(chēng)為中心距可分性。該特性使?jié)u開(kāi)線齒輪對(duì)加工和裝配的誤差不敏感，這一點(diǎn)對(duì)齒輪傳動(dòng)十分重要。,漸開(kāi)線齒廓的嚙合特性,2.中心距具有可分性,漸開(kāi)線齒廓的嚙合特性,3.嚙合時(shí)傳遞壓力的方向不變,N1N2是嚙合點(diǎn)的軌跡，稱(chēng)為嚙合線,該線又是接觸點(diǎn)的法線，正壓力總是沿法線方向，故正壓力方向不變。該特性對(duì)傳動(dòng)的平穩(wěn)性有利。,漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪的基本參數(shù),一、外齒輪,1.名稱(chēng)與符號(hào),齒頂圓da、ra,齒根圓df、rf,齒厚sk任意圓上的弧長(zhǎng),齒槽寬ek弧長(zhǎng),齒距（周節(jié)）pk=sk+ek同側(cè)齒廓弧長(zhǎng),齒頂高h(yuǎn)a,齒根高h(yuǎn)f,齒全高h(yuǎn)=ha+hf,齒寬B,分度圓人為規(guī)定的計(jì)算基準(zhǔn)圓，具有標(biāo)準(zhǔn)的齒輪參數(shù)。,表示符號(hào)：d、r、s、e，p=s+e,法向齒距（周節(jié)）pn,=pb,2.基本參數(shù),模數(shù)m,齒數(shù)z,分度圓周長(zhǎng)：d=zp,稱(chēng)為模數(shù)m。,模數(shù)的單位：mm，它是決定齒輪尺寸的一個(gè)基本參數(shù)。齒數(shù)相同的齒輪，模數(shù)大，尺寸也大。,于是有：d=mz,人為規(guī)定：m=p/只能取某些簡(jiǎn)單值，,m=4z=16,m=2z=16,m=1z=16,0.350.70.91.752.252.75(3.25)3.5(3.75)第二系列4.55.5(6.5)79(11)14182228(30)3645,為了便于制造、檢驗(yàn)和互換使用，國(guó)標(biāo)GB1357-87規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列。,壓力角我國(guó)規(guī)定：分度圓處的壓力角為標(biāo)準(zhǔn)壓力角，標(biāo)準(zhǔn)值為=20。,內(nèi)齒輪,二、內(nèi)齒輪,標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪的幾何尺寸,表6-4標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪幾何尺寸計(jì)算,標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪的幾何尺寸,例6-1國(guó)產(chǎn)某機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)，需換一個(gè)損壞的齒輪。測(cè)得其齒數(shù)z=24，齒頂圓直徑77.95mm，已知為正常齒制，試求齒輪的模數(shù)和主要尺寸。解國(guó)產(chǎn)機(jī)床，齒輪壓力角為20，正常齒制，求齒輪的模數(shù)由表6-4查表6-3并圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列值計(jì)算主要尺寸,標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的嚙合傳動(dòng),m1=m2=m1=2=20,兩齒輪正確嚙合的條件是：兩齒輪的模數(shù)和壓力角必須分別相等，并等于標(biāo)準(zhǔn)值。,漸開(kāi)線齒輪的切齒原理,盤(pán)形銑刀加工齒輪,成形法就是在普通銑床上，用與齒廓形狀相同的成形銑刀進(jìn)行銑削加工。圖為用盤(pán)狀銑刀加工齒輪。,1.仿形法,指狀銑刀加工齒輪,圖為用指狀銑刀加工齒輪。成形法常用于齒輪修配和大模數(shù)齒輪的單件生產(chǎn)中。,各號(hào)銑刀加工的齒數(shù)范圍,漸開(kāi)線齒輪的切齒原理,圖用齒輪插刀加工齒輪,（l）插齒圖為用齒輪插刀加工齒輪的情形。插齒時(shí)，插刀與輪坯嚴(yán)格按一對(duì)齒輪嚙合關(guān)系作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（展成運(yùn)動(dòng)），同時(shí)插刀沿輪坯的軸線作上下的切削運(yùn)動(dòng)。退刀時(shí)，輪坯還需作小距離的讓刀運(yùn)動(dòng)。為了切出輪齒的整個(gè)高度，插刀還需要向輪坯中心移動(dòng)，作徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。,漸開(kāi)線齒輪的切齒原理,2.展成法,圖6-20用齒條插刀加工齒輪,漸開(kāi)線齒輪的切齒原理,當(dāng)齒輪插刀的齒數(shù)增加到無(wú)窮多時(shí)，其基圓半徑變?yōu)闊o(wú)窮大，則齒輪插刀演變成齒條插刀，如圖6-20所示。切制齒廓時(shí)，刀具與輪坯的展成運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于齒條與齒輪嚙合傳動(dòng)，其切齒原理與用齒輪插刀加工齒輪的原理相同。,點(diǎn)擊播放,圖6-21用齒輪滾刀加工齒輪,點(diǎn)擊播放動(dòng)畫(huà),(2）滾齒用齒條刀具加工齒輪為斷續(xù)切削，生產(chǎn)效率較低。滾齒是利用滾刀在滾齒機(jī)上加工齒輪的（圖6-21）。在垂直于輪坯軸線并通過(guò)滾刀軸線的主剖面內(nèi)，刀具與齒坯相當(dāng)于齒條（刀具刃形）與齒輪的嚙合。滾齒加工過(guò)程接近于連續(xù)過(guò)程，故生產(chǎn)效率較高。,漸開(kāi)線齒輪的切齒原理,點(diǎn)擊播放視頻,根切現(xiàn)象與最小齒數(shù),根切現(xiàn)象,切齒干涉的參數(shù)關(guān)系,用齒條插刀或齒輪滾刀加工齒輪時(shí)，當(dāng)=20、h*1時(shí)，由圖6-22可推得不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)為zmin=,為避免根切，通常選擇齒數(shù)不小于17。,17（6-11）,當(dāng)用展成法加工齒輪時(shí)，如果齒數(shù)太少，則刀具的齒頂會(huì)將輪坯的根部過(guò)多地切去，如圖所示，這種現(xiàn)象稱(chēng)為根切現(xiàn)象。,齒輪常見(jiàn)失效形式,1.輪齒折斷,齒根疲勞斷裂,齒輪軸輪齒折斷,齒輪工作時(shí)，輪齒根部將產(chǎn)生相當(dāng)大的交變彎曲應(yīng)力，在載荷多次作用下，當(dāng)應(yīng)力值超過(guò)彎曲疲勞極限時(shí)，將產(chǎn)生疲勞裂紋，如右圖所示。,隨著裂紋的不斷擴(kuò)展，最終將引起輪齒折斷，這種折斷稱(chēng)為彎曲疲勞折斷。圖為齒輪軸實(shí)物輪齒折斷的失效情況。為提高齒輪抗折斷的能力，可采用提高材料的疲勞強(qiáng)度和輪齒心部的韌性、加大齒根圓角半徑、提高齒面制造精度、增大模數(shù)以加大齒根厚度、進(jìn)行齒面噴丸處理等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。,齒輪常見(jiàn)失效形式,斜齒輪的點(diǎn)蝕,齒面在接觸應(yīng)力長(zhǎng)時(shí)間地反復(fù)作用下，表層出現(xiàn)裂紋，裂紋的擴(kuò)展，導(dǎo)致齒面金屬以甲殼狀的小微粒剝落，形成麻點(diǎn)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為齒面點(diǎn)蝕。閉式齒輪傳動(dòng)的主要失效形式是齒面點(diǎn)蝕。,2.齒面點(diǎn)蝕,為防止過(guò)早出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕，可采用增大齒輪直徑、提高齒面硬度、降低齒面的表面粗糙度值和增加潤(rùn)滑油的粘度等方法。,齒輪常見(jiàn)失效形式,齒輪的膠合,由于齒面間壓力很大，相對(duì)滑動(dòng)時(shí)的摩擦使齒面工作區(qū)的局部瞬時(shí)溫度很高，造成齒面金屬直接接觸并相互粘連。當(dāng)兩齒面相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，較軟齒面的金屬沿滑動(dòng)方向被撕下而形成溝紋狀，這種現(xiàn)象稱(chēng)為膠合。,3.齒面膠合,為防止膠合的產(chǎn)生，可采用良好的潤(rùn)滑方式、限制油溫和采用抗膠合添加劑的合成潤(rùn)滑油等方法；也可采用不同材料制造配對(duì)齒輪，或一對(duì)齒輪采用同種材料不同硬度的方法。,齒輪常見(jiàn)失效形式,圖6-28輪齒磨損,由于嚙合齒面間的相對(duì)滑動(dòng)，引起齒面的摩擦磨損。開(kāi)式齒輪傳動(dòng)的主要失效形式是磨損，圖6-28所示為輪齒磨損的實(shí)際失效情況,4.齒面磨損,為防止過(guò)快磨損，可采用保證工作環(huán)境清潔、定期更換潤(rùn)滑油、提高齒面硬度、加大模數(shù)以增大齒厚等方法。,齒輪常見(jiàn)失效形式,在過(guò)大的應(yīng)力作用下，輪齒材料因屈服而產(chǎn)生塑性變形，致使嚙合不平穩(wěn)，因此噪聲和振動(dòng)增大，破壞了齒輪的正常嚙合傳動(dòng)。這種失效常發(fā)生在有大的過(guò)載、頻繁起動(dòng)和齒面硬度較低的齒輪上。,5.齒面塑性變形,齒面下凹塑性變形,齒面凸起塑性變形,為防止齒面塑性變形，可通過(guò)提高齒面硬度或采用較高粘度的潤(rùn)滑油等方法來(lái)解決。,設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,輪齒的失效形式很多，但對(duì)某些具體情況而言，它們并不可能同時(shí)發(fā)生，所以必須進(jìn)行具體分析，針對(duì)其主要失效形式確立相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。,對(duì)于閉式齒輪傳動(dòng)：對(duì)軟齒面（硬度小于350HBW）的齒輪，其主要失效形式是齒面點(diǎn)蝕，故通常按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后再按彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核；對(duì)硬齒面（硬度大于350HBW）的齒輪，其主要失效形式是輪齒折斷，此時(shí)可按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后再按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。,對(duì)于開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，其主要失效形式是齒面磨損。由于目前對(duì)齒面磨損尚無(wú)行之有效的計(jì)算方法和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，故通常只按輪齒折斷進(jìn)行齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，考慮磨損因素，適當(dāng)增大模數(shù)10%20%。,設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,常用的齒輪材料是優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼，其次是鑄鋼和鑄鐵。除尺寸較小普通用途的齒輪采用圓軋鋼外，大多數(shù)齒輪都采用鍛鋼制造；對(duì)形狀復(fù)雜、直徑較大（d500mm)和不易鍛造的齒輪，可采用鑄鋼；傳遞功率不大、低速、無(wú)沖擊及開(kāi)式齒輪傳動(dòng)中的齒輪，可選用灰鑄鐵。,齒輪常見(jiàn)材料及其熱處理,非鐵金屬僅用于制造有特殊要求（如抗腐蝕、防磁性等）的齒輪。對(duì)高速、輕載及精度要求不高的齒輪，為減小噪聲，也可采用非金屬材料（如塑料、尼龍、夾布膠木等）做成小齒輪，大齒輪仍用鋼或鑄鐵制造。,齒輪常見(jiàn)材料及其熱處理,對(duì)于軟齒面（硬度小于350HBW）齒輪，可以在熱處理后切齒，其制造容易、成本較低，常用于對(duì)傳動(dòng)尺寸無(wú)嚴(yán)格限制的一般傳動(dòng)。常用的齒輪材料有35、45、35SiMn、40Cr等，其熱處理方法為調(diào)質(zhì)或正火處理，切齒后的精度一般為8級(jí)，精切時(shí)可達(dá)7級(jí)。為了便于切齒和防止刀具切削刃不致迅速磨損變鈍，調(diào)質(zhì)處理后的硬度一般不超過(guò)280300HBW。由于小齒輪齒根強(qiáng)度較弱，轉(zhuǎn)速較高，其齒面接觸承載次數(shù)較多，故當(dāng)兩齒輪材料及熱處理相同時(shí)，小齒輪的損壞概率高于大齒輪。在傳動(dòng)中，為使大、小齒輪的壽命接近，常使小齒輪齒面硬度比大齒輪齒面硬度值高出3050HBW，傳動(dòng)比大時(shí)，其硬度差還可更大些。,齒輪常見(jiàn)材料及其熱處理,硬齒面（硬度大于350HBW）齒輪通常是在調(diào)質(zhì)后切齒，然后進(jìn)行表面硬化處理。有的齒輪在硬化處理后還要進(jìn)行精加工（如磨齒、珩齒等），故調(diào)質(zhì)后的切齒應(yīng)留有適當(dāng)?shù)募庸び嗔俊Ｓ昌X面主要用于高速、重載或要求尺寸緊湊等重要傳動(dòng)中。表面硬化處理常采用表面淬火（一般用于中碳鋼或中碳合金鋼）、滲碳淬火（常用于低碳合金鋼）、滲氮處理（用于含鉻、鉬、鋁等合金元素的滲氮鋼）等。,斜齒圓柱齒輪傳動(dòng),根據(jù)輪齒在圓柱體上的排列方向是否與軸線有傾斜角度，圓柱齒輪可分為直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種類(lèi)型。,直齒圓柱齒輪,斜齒圓柱齒輪,斜齒輪分度圓柱面展開(kāi)圖,左旋右旋,齒線與軸線的夾角稱(chēng)為分度圓螺旋角。,斜齒輪旋向的判別方法是：面對(duì)軸線，若齒輪螺旋線右高左低為右旋；反之則為左旋。,斜齒圓柱齒輪傳動(dòng),斜齒圓柱齒輪傳動(dòng),斜齒輪正確嚙合條件,斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，相當(dāng)于其端面上一對(duì)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。因此，一對(duì)外嚙合斜齒圓柱齒輪的正確嚙合條件是：兩齒輪的端面模數(shù)和端面壓力角分別相等，且兩齒輪的螺旋角大小相等，旋向相反。因端面參數(shù)不是標(biāo)準(zhǔn)值，故正確嚙合的常用條件為（6-28）式中，“”表示旋向相反。,圓柱齒輪的結(jié)構(gòu),1.齒輪軸,對(duì)于齒頂圓直徑不大或直徑與相配軸直徑相差很?。X輪直徑da2軸徑d）的鋼制齒輪，可將齒輪與軸制成一體。一般情況下，對(duì)于圓柱齒輪當(dāng)齒根圓與鍵槽頂部的距離2.5m,可將齒輪與軸制成一體，稱(chēng)為齒輪軸，如圖6-45所示。,圖6-45齒輪軸,圓柱齒輪的結(jié)構(gòu),圖6-46實(shí)心式圓柱齒輪（da200mm）,對(duì)于齒頂圓直徑da200mm的中、小尺寸的鋼制齒輪，一般常采用鍛造毛坯的實(shí)心式結(jié)構(gòu)，實(shí)心式圓柱齒輪如圖6-46所示。,2.實(shí)心式齒輪,圓柱齒輪的結(jié)構(gòu),圖6-47輻板式圓柱齒輪（da500mm）,對(duì)于齒頂圓直徑da500mm的較大尺寸的齒輪，為減輕質(zhì)量和節(jié)約材料，常制成輻板式結(jié)構(gòu)。輻板式齒輪一般采用鍛造毛坯，輻板式圓柱齒輪結(jié)構(gòu)如圖6-47所示。,3.輻板式齒輪,圓柱齒輪的結(jié)構(gòu),腹板式圓柱齒輪結(jié)構(gòu)尺寸圖,圓柱齒輪的結(jié)構(gòu),圖6-48輪輻式齒輪,當(dāng)齒頂圓直徑da=4001000mm時(shí)，齒輪毛坯因受鍛造設(shè)備的限制，往往改用鑄鐵或鑄鋼澆鑄成輪輻式結(jié)構(gòu)，如圖6-48所示。,4.輪輻式齒輪,圓柱齒輪的結(jié)構(gòu),輪幅式圓柱齒輪結(jié)構(gòu)尺寸圖,錐齒輪傳動(dòng),錐齒輪用于軸線相交的傳動(dòng)，兩軸交角可由傳動(dòng)要求確定，常用的軸交角90（圖7-2）。錐齒輪的特點(diǎn)是輪齒分布在圓錐面上，輪齒的齒形從大端到小端逐漸縮小。本節(jié)僅介紹常用的軸交角90的直齒錐齒輪傳動(dòng)。,錐齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)與應(yīng)用,圖7-2錐齒輪傳動(dòng),點(diǎn)擊動(dòng)畫(huà),錐