單元六齒輪傳動“十二五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第2版）“十三五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材01互換性概念PARTONE6.1齒輪傳動的特點(diǎn)和分類1、齒輪傳動。齒輪是一個(gè)有齒的機(jī)械元件,齒輪傳動是利用一對齒輪的輪齒依次交替嚙合,實(shí)現(xiàn)機(jī)器中兩軸線間運(yùn)動和動力的傳遞，以及運(yùn)動形式和速度的改變。一、齒輪傳動的特點(diǎn)6.1齒輪傳動的特點(diǎn)和分類2、應(yīng)用特點(diǎn)。齒輪傳動是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)械傳動之一，其具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）兩輪瞬時(shí)傳動比恒定不變，運(yùn)動傳遞準(zhǔn)確可靠；（2）適用的圓周速度范圍和功率范圍較大;（3）傳動效率較高，一般為0.94~0.99；（4）使用壽命長,結(jié)構(gòu)緊湊,維護(hù)簡單；（5）能實(shí)現(xiàn)平行相交交錯(cuò)軸間的傳動。一、齒輪傳動的特點(diǎn)6.1齒輪傳動的特點(diǎn)和分類1、齒輪傳動是用來傳遞機(jī)器中兩軸線間的運(yùn)動，根據(jù)兩線間的相對位置和輪向,齒輪傳動的主要類型和分類分別如圖6-2和圖6-3所示。二、齒輪傳動的分類2、應(yīng)用特點(diǎn)。與其他傳動相比，齒輪傳動有如下缺點(diǎn)：（1）齒輪制造和安裝精度要求較高，成本較高；（2）不適用于軸間距離較大的傳動。一、齒輪傳動的特點(diǎn)6.1齒輪傳動的特點(diǎn)和分類二、齒輪傳動的分類2、根據(jù)工作條件不同,齒輪傳動可分為“開式齒輪傳動”和“閉式齒輪傳動”。3、根據(jù)齒輪廓曲線不同輪傳動可分為“漸開線輪傳動”、“擺線輪傳動”和“圓弧輪傳動”。6.1齒輪傳動的特點(diǎn)和分類三、齒輪傳動的基本要求從傳遞運(yùn)動和動力兩方面考慮,齒輪傳動應(yīng)滿足下列兩個(gè)基本要求。傳動準(zhǔn)確平穩(wěn)承載能力強(qiáng)02漸開線齒廓PARTtwo6.2漸開線齒廓一、漸開線的形成及性質(zhì)漸開線齒輪的可用齒廓就是由同一基圓形成的兩條反向漸開線的某段組成的,如圖6-5所示。6.2漸開線齒廓一、漸開線的形成及性質(zhì)根據(jù)漸開線的形成，可知其具有如下性質(zhì)：1、發(fā)生線在基圓上滾過的長度,等于基圓上被滾過的弧長；2、漸開線上任一點(diǎn)的法線必與基圓相切,線段NK既是基圓的切線,同時(shí)也是漸開線在K點(diǎn)的法線和曲率半徑；3、漸開線上各點(diǎn)的壓力角不同,離基圓越遠(yuǎn)，壓力角越大；4、漸開線的形狀取決于基圓的大小，基半徑越大,漸開線越平直。當(dāng)基圓趨于無窮大時(shí),漸開線就成為直線,這就是漸開線齒輪的齒廓；5、基圓內(nèi)無漸開線。6.2漸開線齒廓二、漸開線齒廓的嚙合特性1、四線合一性。對漸開線齒廓的齒輪傳動來說,嚙合線、過嚙合點(diǎn)的公法線、基圓的內(nèi)公切線和正壓力作用線四線合一。2、能保證瞬時(shí)傳動比恒定。漸開線齒輪的傳動比等于主從動輪基圓半徑之反比。由于基圓半徑ri和re是定值故漸開線齒輪的傳動比能保持恒定不變。6.2漸開線齒廓二、漸開線齒廓的嚙合特性3、中心距可分性。由于漸開線齒輪的傳動比只與基圓半徑有關(guān),而與中心距無關(guān),因此在安裝時(shí)若中心距略有變化也不會改變傳動比的大小,此特性稱為中心距可分性。4、嚙合角不變。嚙合線與兩節(jié)圓公切線所夾的銳角稱為嚙合角，它就是漸開線在節(jié)圓上的壓力角。顯然齒輪傳動時(shí)嚙合角不變,力作用線方向不變，因而傳動比較平穩(wěn)。03直齒圓柱齒輪的主要參數(shù)及幾何尺寸PARTthree6.3直齒圓柱齒輪的主要參數(shù)及幾何尺寸一、齒輪各部分名稱及代號圖6-7所示為漸開線直齒圓柱齒輪的一部分，各部分名稱及代號如下。6.3直齒圓柱齒輪的主要參數(shù)及幾何尺寸二、直齒圓柱齒輪的主要參數(shù)1、齒數(shù)z。齒輪圓周上的輪齒總數(shù)。2、模數(shù)m。齒輪的分度圓直徑d齒數(shù)z和輪齒的距之間的關(guān)系為。6.3直齒圓柱齒輪的主要參數(shù)及幾何尺寸二、直齒圓柱齒輪的主要參數(shù)4、齒頂高、齒根高和齒高。介于分度圓與齒頂圓之間的部分稱為齒頂,其徑向距離稱為齒頂高。介于分度圓與齒根圓之間的部分稱為齒根,其徑向距離稱為齒根高。齒頂圓與齒根圓間的徑向距離稱為齒高。5、齒寬。輪齒的軸向?qū)挾扔胋表示。6.3直齒圓柱齒輪的主要參數(shù)及幾何尺寸三、標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的主要幾何尺寸漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪外輪的主要幾何尺寸的計(jì)算公式見表6-2。四、公法線長度和分度圓弦齒厚齒輪在加工和檢驗(yàn)中,常用測量公法線長度或分度圓弦齒厚來保證齒輪的精度。1、公法線長度。如圖6-9所示,卡尺在齒輪上跨若于齒數(shù)K所測得廓間的法向距離稱為公法線長度，用Wk表示。6.3直齒圓柱齒輪的主要參數(shù)及幾何尺寸四、公法線長度和分度圓弦齒厚2、分度圓弦齒厚和分度圓弦齒高。如圖6-10所示,分度圓弦厚就是齒輪分度圓齒厚對應(yīng)的弦長AB,記作S。弦齒厚AB的中點(diǎn)到齒頂圓的徑向距離稱為分度圓弦齒高，記作h,其值可查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》。04表面結(jié)構(gòu)PARTfore6.4漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動圖6-12所示為漸開線直圓柱齒輪的合過程。一、漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合過程6.4漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動一對齒輪連續(xù)順利地傳動，需要各對輪齒依次正確嚙合且互不干涉。如圖6-13所示。二、漸開線直齒圓柱齒輪正確曬合的條件由圖6-12可知，要使齒輪能連續(xù)傳動，至少要求一對輪齒在B1點(diǎn)退出合時(shí)，后一對輪齒已在B點(diǎn)進(jìn)入嚙合,傳動便能連續(xù)進(jìn)行,這時(shí)實(shí)際合線B2B1不小于齒輪的法向齒距KB2。因此,漸開線齒輪的連續(xù)傳動條件是：。三、漸開線直齒圓柱齒輪連續(xù)傳動的條件05漸開線直齒圓柱齒輪的切齒干涉和變位齒輪簡介PARTfive6.5漸開線直齒圓柱齒輪的切齒干涉和變位齒輪簡介齒輪輪齒的加工方法很多,如精密鑄造、模鍛、熱軋、冷沖和切削加工等,生產(chǎn)中常用的是切削法，切削加工就齒形形成的原理又可分為仿形法和展成法兩類。一、漸開線直齒柱齒輪的加工方法及原理6.5漸開線直齒圓柱齒輪的切齒干涉和變位齒輪簡介如圖6-16所示,這種現(xiàn)象稱為切齒干涉，又稱根切。根據(jù)理論推導(dǎo)和實(shí)踐證明,切齒干涉與被加工齒輪的齒數(shù)有著密切的關(guān)系,齒數(shù)越少，切齒干涉現(xiàn)象越嚴(yán)重。二、漸開線直齒圓柱齒輪的切齒干涉和最少齒數(shù)6.5漸開線直齒圓柱齒輪的切齒干涉和變位齒輪簡介變位齒輪是通過不改變齒輪的基本參數(shù)和切削運(yùn)動，僅改變刀具與輪坯軸線間的相對距離進(jìn)行加工得到的,如圖6-17所示。三、變位齒輪06齒輪失效形式與齒輪材料PARTsix6.6齒輪失效形式與齒輪材料一、齒輪的常見失效形式圖6-18所示為輪齒常見的失效形式。6.6齒輪失效形式與齒輪材料二、輪傳動的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則齒輪的失效形式很多,在一定條件下,必有一種為主要失效形式。在進(jìn)行齒輪傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),應(yīng)分析具體的工作條件,判斷可能發(fā)生的主要失效形式,以確定相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。三、齒輪材料及熱處理通過齒輪傳動的失效分析可知，選用齒輪材料及熱處理工藝時(shí)，應(yīng)使輪齒表面硬度高而心部韌性好。這些要求可通過選擇合適的材料和熱處理方法達(dá)到。齒輪常用材料是鍛鋼，其次是鑄鋼、鑄鐵及非金屬材料。6.6齒輪失效形式與齒輪材料四、齒輪的許用應(yīng)力1、許用接觸疲勞應(yīng)力。2、許用彎曲疲勞應(yīng)力。07標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動設(shè)計(jì)計(jì)算PARTseven6.7標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動設(shè)計(jì)計(jì)算一、受力分析為了計(jì)算齒輪、軸和軸承等零件的承載能力,需要對齒輪傳動進(jìn)行受力分析。圖6-21所示為一對標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪正確安裝時(shí)輪齒受力分析。6.7標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動設(shè)計(jì)計(jì)算二、面接觸疲勞強(qiáng)度的簡化計(jì)算。1、齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核公式。2，齒面接觸疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式。6.7標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動設(shè)計(jì)計(jì)算三、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的簡化計(jì)算。1、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核公式。2、彎曲疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式。6.7標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動設(shè)計(jì)計(jì)算四、齒輪傳動主要參數(shù)的選擇6.7標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動設(shè)計(jì)計(jì)算五、圓柱齒輪的精度等級選擇1、齒數(shù)z和模數(shù)m。通常在滿足輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度的前提下,宜采用較多的齒數(shù)、較小的模數(shù)，這樣可以增大齒輪傳動的重合度,提高傳動的平穩(wěn)性。2、齒數(shù)比u。齒數(shù)比u為大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比，即。3、齒寬因數(shù)。增大齒寬因數(shù),可以減小傳動裝置的尺寸和質(zhì)量。但是齒寬因數(shù)過大，將會出現(xiàn)載荷沿齒向分布嚴(yán)重不均勻的現(xiàn)象，使齒輪承載能力下降。6.7標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動設(shè)計(jì)計(jì)算六、圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作圖齒輪的結(jié)構(gòu)形式一般根據(jù)齒頂圓直徑選定；結(jié)構(gòu)尺寸一般根據(jù)強(qiáng)度及工藝要求,由經(jīng)驗(yàn)公式確定。圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)形式及尺寸見表6-7。圓柱齒輪工作圖示例見圖6-23。08斜齒圓柱齒輪傳動PARTeight6.8斜齒圓柱齒輪傳動一、斜齒圓柱齒輪傳動的特點(diǎn)1、斜齒圓柱齒輪的形成。6.8斜齒圓柱齒輪傳動一、斜齒圓柱齒輪傳動的特點(diǎn)2、斜齒圓柱齒輪傳動的特點(diǎn)。6.8斜齒圓柱齒輪傳動二、斜齒圓柱齒輪傳動1、斜齒圓柱齒輪的主要參數(shù)及幾何尺寸。圖6-27所示為斜齒圓柱輪沿分度圓柱面展開后的圖形。圖6-28所示為斜齒圓柱齒輪旋向。6.8斜齒圓柱齒輪傳動二、斜齒圓柱齒輪傳動2、斜齒圓柱齒輪傳動的正確嚙合條件。斜齒圓柱齒輪傳動的正確嚙合條件是：兩齒輪的模數(shù)和壓力角分別相等；兩齒輪在分度圓上的螺旋角的絕對值相等,外嚙合時(shí)旋向相反，內(nèi)嚙合時(shí)旋向相同。3、斜齒圓柱齒輪的當(dāng)量齒輪。用仿形法切制斜齒輪輪齒時(shí),刀具需根據(jù)斜齒輪的法面齒形選擇;斜齒輪輪齒的彎曲強(qiáng)度也與法面齒形有關(guān)。6.8斜齒圓柱齒輪傳動三、斜齒圓柱齒輪傳動的強(qiáng)度計(jì)算1、受力分析圖。6-29所示為斜齒圓柱齒輪傳動主動輪上的受力分析。6.8斜齒圓柱齒輪傳動三、斜齒圓柱齒輪傳動的強(qiáng)度計(jì)算2、斜齒圓柱齒輪傳動的強(qiáng)度計(jì)算。(1)齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算。校核公式為：。設(shè)計(jì)公式為：。(2)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。校核公式為：。設(shè)計(jì)公式為：。09直齒圓錐齒輪PARTnine6.9直齒圓錐齒輪一、圓錐齒輪傳動概述圓錐齒輪傳動用于傳遞兩相交軸之間的運(yùn)動和動力，一對圓錐輪兩軸之間的交角可由傳動需要而決定，一般機(jī)械中常采用交角90度。6.9直齒圓錐齒輪二、直齒圓錐齒輪傳動的主要參數(shù)、幾何尺寸圓錐齒輪傳動相當(dāng)于錐頂重合的一對圓錐作純滾動。作純滾動的圓錐稱為節(jié)圓錐。標(biāo)準(zhǔn)圓錐齒輪正確安裝時(shí),節(jié)圓錐與分度圓錐重合,其母線長度R稱為錐距,如圖6-32所示。6.9直齒圓錐齒輪二、直齒圓錐齒輪傳動的主要參數(shù)、幾何尺寸主要參數(shù)。6.9直齒圓錐齒輪三、當(dāng)量齒輪與當(dāng)量齒數(shù)與圓錐齒輪大端背錐上齒形十分相近的標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪稱為圓錐齒輪的當(dāng)量齒輪,圓錐齒輪大端的模數(shù)、壓力角為其標(biāo)準(zhǔn)值,其齒數(shù)即為圓錐齒輪的當(dāng)量齒數(shù)，用表示Zv。四、強(qiáng)度計(jì)算直齒圓錐齒輪的失效形式及強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù)與直齒圓柱齒輪基本相同,可近似地按齒寬中點(diǎn)處的一對當(dāng)量直齒圓柱齒輪傳動來考慮。10蝸桿傳動PARTten6.10蝸桿傳動蝸桿傳動由蝸桿和蝸輪組成,用于傳遞空間交錯(cuò)軸間的運(yùn)動和動力。一、蝸桿傳動的類型及特點(diǎn)6.10蝸桿傳動1、模數(shù)m和壓力角a。2、蝸桿分度圓直徑d和蝸桿導(dǎo)程角y。3、蝸桿頭數(shù)z1、蝸輪齒數(shù)z2和傳動比i。4、蝸桿傳動幾何尺寸計(jì)算。二、蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸6.10蝸桿傳動蝸桿一般與軸制成一體，稱為桿軸，如圖6-37所示。三、蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)6.10蝸桿傳動1、蝸桿傳動的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。蝸桿傳動的失效主要是輪齒失效，而且由于蝸輪材料的強(qiáng)度往往較蝸桿材料強(qiáng)度低,所以失效大多發(fā)生在蝸輪輪齒上。2、蝸桿傳動的材料。根據(jù)蝸桿傳動的失效形式,對蝸桿傳動副材料組合的要求是:有良好的減摩性,導(dǎo)熱性和抗膠合性，有足夠的強(qiáng)度。四、蝸桿傳動的失效形式及所用材料6.10蝸桿傳動1、受力分析。五、蝸桿傳動的強(qiáng)度計(jì)算6.10蝸桿傳動2、