1、第七章齒輪傳動,學(xué)習(xí)目的： 通過本章的學(xué)習(xí)具備汽車機(jī)械所應(yīng)用的齒輪傳動的基本知識。 學(xué)習(xí)要求： 了解齒輪傳動的特點(diǎn)、應(yīng)用與分類； 掌握漸開線齒輪基本特征以及傳動特點(diǎn)； 掌握漸開線斜齒輪的傳動特點(diǎn)與應(yīng)用。,一、齒輪傳動的特點(diǎn)及應(yīng)用 齒輪傳動依靠主動齒輪與從動齒輪的嚙合，傳遞運(yùn)動和動力。與其他傳動相比，具有以下特點(diǎn)： 1優(yōu)點(diǎn) 1）適應(yīng)性廣。 2）傳動比恒定。 3）效率較高，齒輪機(jī)構(gòu)傳動效率一般在95以上。 4）工作可靠，壽命較長。 5）可以傳遞空間任意兩軸間的運(yùn)動。 2缺點(diǎn) 1）制造和安裝精度要求高，成本高。,第一節(jié)齒輪傳動的特點(diǎn)、應(yīng)用與分類,2）低精度齒輪傳動時噪聲和振動較大。 3）不適于距離較

2、大的兩軸間的運(yùn)動傳遞等。 二、齒輪傳動的類型 1）按照一對齒輪兩軸線的相對位置和輪齒的齒向，齒輪傳動可分為：,2）按齒輪的齒廓曲線不同，齒輪傳動又可分為漸開線、擺線和圓弧等三種。,一、漸開線的形成及其嚙合特性 1漸開線的形成 如圖7-2所示，當(dāng)直線NK 沿一圓作純滾動時，直線上 任意一點(diǎn)K的軌跡AK稱為該 圓的漸開線。這個圓稱為漸 開線的基圓，其半徑和直徑 分別用rb和db表示，直線NK 稱為漸開線的發(fā)生線。,第二節(jié)漸開線直齒圓柱齒輪,根據(jù)漸開線的形成過程可知，漸開線具有下列基本性質(zhì)： 1）發(fā)生線沿基圓滾過的長度等于基圓上被滾過的弧度。 2）發(fā)生線NK是漸開線在 任意點(diǎn)的法線。 3）漸開線形狀

3、取決于基 圓的大小，如圖7-3所示。,4）漸開線齒廓上任意點(diǎn)的法線與該點(diǎn)的速度方向線所夾的銳角ak稱為該點(diǎn)的壓力角，如圖7-4所示。 5）基圓以內(nèi)無漸開線。 2漸開線齒輪傳動的嚙合特性 （1）恒定的傳動比 漸開 線齒輪傳動具有傳動比恒定、傳 動平穩(wěn)的特點(diǎn)。 齒輪的傳動比是指主、從動 齒輪角速度之比，工程上又常用 主從動齒輪的轉(zhuǎn)速之比表示，即 i12=1/ 2=n1/n2,傳動比是否恒等于常數(shù)，影響到齒輪傳動的平穩(wěn)性。如圖7-5所示。 齒廓嚙合基本定理：剛性齒廓嚙合傳動比為定值的條件是節(jié)點(diǎn)C為定點(diǎn)。凡滿足嚙合基本定理的一對齒廓稱為共軛齒廓。,（2）中心距可分性 圖7-5所示為一對漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪的

4、外嚙合的情況，當(dāng)兩輪的分度圓與節(jié)圓恰好重合時，即d1=d1，d2=d2，此時安裝中心距a與理論中心距a（又稱為標(biāo)準(zhǔn)中心距，為兩輪分度圓半徑之和）重合（a=a），即 a=1/2*(d1+d2)= a= 1/2*(z1+z2),二、標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪各部分的名稱及基本參數(shù) 1漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪各部分的名稱 漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪各部名稱和尺寸代號見圖7-6。,2漸開線齒輪的基本參數(shù) （1）齒數(shù)z （2）齒頂圓da、齒根圓df （3）齒厚sk、齒槽寬ek和齒距pk （4）分度圓d、模數(shù)m和壓力角a （5）齒頂高、齒根高、齒全高 如圖7-6所示。 三、內(nèi)齒輪與齒條 1內(nèi)齒輪 圖7-8所示為一圓柱內(nèi)齒

5、輪，內(nèi)齒輪的齒廓是內(nèi)凹的漸開線。其特點(diǎn)是： 1）齒厚相當(dāng)于外齒輪的齒槽寬，而齒槽寬相當(dāng)于外齒輪的齒厚。 2）內(nèi)齒輪的齒頂圓在分度圓之內(nèi)，而齒根圓在分度圓之外。其齒根圓比齒頂圓大。,3）齒輪的齒頂齒廓均為漸開線時，其齒頂圓必須大于基圓。 2齒條 圖7-9所示為一齒條，其齒廓是直線。其特點(diǎn)是： 1）齒廓上各點(diǎn)的法線相互平行，齒條移動時，各點(diǎn)的速度方向、大小均一樣，故齒條齒廓上各點(diǎn)的壓力角相同。如圖所示，齒廓的壓力角等于齒形角，數(shù)值為標(biāo)準(zhǔn)壓力角值。,2）齒條可視為齒數(shù)無窮多的齒輪，分度圓無窮大，成為分度線。任意與分度線平行的直線上的齒距均相等，即pk=m。分度線上s=e，其他直線上skek。,一、漸

6、開線齒輪傳動的嚙合過程 如圖7-10所示，齒輪1為主動輪，齒輪2為從動輪。 二、齒輪傳動正確嚙合條件 一對漸開線齒輪要正確嚙合，必須滿足一定的條件。由于模數(shù)m和壓力角a都是標(biāo)準(zhǔn)化了的，所以兩齒輪正確嚙合條件為： m1=m2=m a1=a2=a,第三節(jié)漸開線直齒圓柱齒輪傳動,三、齒輪連續(xù)傳動的條件 所以齒輪連續(xù)傳動的條件為：兩齒輪的實際嚙合線B1B2應(yīng)大于或等于齒輪的基圓齒距pb。 四、變位齒輪的概念 用展成法加工齒輪時，當(dāng)齒數(shù)較少時，有時會發(fā)現(xiàn)刀具的頂部切入齒輪的根部，將齒輪根部的漸開線切去的現(xiàn)象，通常稱之為根切，如圖7-11所示。 與標(biāo)準(zhǔn)齒輪相比，正變位齒輪分度圓齒厚和齒根圓齒厚增大，輪齒強(qiáng)

7、度增大，但齒頂變尖；負(fù)變位齒輪齒厚的變化恰好相反，輪齒強(qiáng)度削弱，如圖7-12所示。,五、齒輪傳動失效的形式 齒輪傳動的失效一般是指輪齒的失效。常見的失效形式有輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕、齒面磨損、齒面膠合以及塑性變形等幾種形式。 1輪齒折斷 輪齒折斷是指齒輪的一個或多個齒的整體或其局部的斷裂。通常有疲勞折斷和過載折斷兩種。 2齒面點(diǎn)蝕 齒輪工作時，輪齒齒面在法向力的作用下將產(chǎn)生接觸應(yīng)力，并按脈動循環(huán)變化。當(dāng)齒面在過高的交變接觸應(yīng)力的反復(fù)作用下，齒面上的金屬將小塊脫落，形成麻點(diǎn)狀的凹坑，稱為點(diǎn)蝕。 3齒面磨損 磨損是齒輪在嚙合傳動過程中，輪齒接觸表面上的材料摩擦損耗的現(xiàn)象。齒面磨損一方面導(dǎo)致漸開線齒廓形

8、狀被破壞，引起噪聲和系統(tǒng)振動；另一方面使輪齒變薄，可間接導(dǎo)致輪齒的折斷。,4齒面膠合 膠合是相嚙合齒面的金屬，在一定壓力下直接接觸發(fā)生粘著，同時隨著齒面間的相對運(yùn)動，使金屬從齒面上撕落而引起的一種嚴(yán)重粘著磨損現(xiàn)象。膠合又有熱膠合和冷膠合之分。 5塑性變形 在過大的應(yīng)力作用下，輪齒材料因屈服產(chǎn)生塑性流動而形成齒面或齒體的塑性變形。 齒輪的失效形式與傳動工作情況相關(guān)。 按工作情況，齒輪傳動可分為開式傳動和閉式傳動兩種。開式傳動是指傳動裸露或只有簡單的遮蓋，工作時環(huán)境中粉塵、雜物易侵入嚙合齒間，潤滑條件較差的情況，如圖7-13a所示。閉式傳動是指被封閉在箱體內(nèi)，且潤滑良好的（常用浸油潤滑）的齒輪傳動

9、，如圖7-13b所示。開式傳動以磨損及磨損后的折齒失效為主，閉式傳動則以疲勞點(diǎn)蝕或膠合為主。,一、斜齒圓柱齒輪齒面的形成和特點(diǎn) 如圖7-14所示，直齒圓柱齒輪的齒廓，實際上是由與基圓柱相切做純滾動的發(fā)生面S上一條與基圓柱軸線平行的任意直線KK展成的漸開線曲面。,第四節(jié)斜齒圓柱齒輪傳動,當(dāng)一對直齒圓柱齒輪嚙合時，輪齒的接觸線是與軸線平行的直線，如圖7-15a所示，輪齒沿整個齒寬突然同時進(jìn)入嚙合和退出嚙合，所以容易引起沖擊、振動和噪聲，傳動平穩(wěn)性差。,與直齒圓柱齒輪傳動相比，平行軸斜齒輪傳動具有以下優(yōu)缺點(diǎn)： 1）平行軸斜齒輪傳動中齒廓接觸線是斜直線，輪齒是逐漸進(jìn)入和脫離嚙合的，故工作平穩(wěn)，沖擊和噪

10、聲小，適用于高速傳動。 2）重合度較大，有利于提高承載能力和傳動的平穩(wěn)性。 3）最少齒數(shù)小于直齒輪 的最小齒數(shù)。 主要缺點(diǎn)是傳動中存在 軸向力Fa（圖7-16a）。為克 服此缺點(diǎn)，可采用人字齒輪 （圖7-16b）。,二、斜齒圓柱齒輪的基本參數(shù) 斜齒輪存在端面參數(shù)和法向參數(shù)兩種表征齒形的參數(shù)，兩者之間因為螺旋角（分度圓上的螺旋角）而存在確定的幾何關(guān)系。如圖7-17所示為斜齒圓柱齒輪分度圓柱面的展開圖。其參數(shù)分述如下： 1法向模數(shù)mn。和端面模數(shù)m1 mn =m1cos 2壓力角an和at tanan=tanatcos 3齒頂高系數(shù)han*和hat*及頂隙系數(shù)Cn*和Ct* 無論從法向或從端面來看

11、，輪齒的齒頂高都是相同的，頂隙也是相同的，因此可得 hat*=han*cos ct*=cn*cos,4斜齒輪的螺旋角 斜齒圓柱齒輪的各圓柱面的螺旋角不等。各圓柱面上直徑越大，其螺旋角也越大，基圓柱螺旋角最小，但不等于零。一般所說的螺旋角均指分度圓的螺旋角，用表示。螺旋角越大，輪齒越傾斜，則傳動的平穩(wěn)性越好，但軸向力也 越大。一般設(shè)計時常取 =820。近年來為 了增大重合度、提高傳動 平穩(wěn)性和降低噪聲，在螺 旋角參數(shù)選擇上，有大螺 旋角化的傾向。對于人字 齒輪，因其軸向力可以抵 消，常取 =25 45，如圖 7-17所示。但加工較困 難，精度較低，一般用于 重型機(jī)械的齒輪傳動。,如圖7-18所示

12、，斜齒輪按其齒廓漸開螺旋面的旋向，可以分為右旋和左旋兩種，旋向判別方法與螺桿相同。當(dāng)觀察者沿齒輪分度圓柱面的直母線方向看過去，輪齒上遠(yuǎn)離觀察者的任意一個端面齒廓，相對于接近觀察者的任意一個端面齒廓，按順時針方向轉(zhuǎn)過了一個角度時，此輪齒就稱為右旋齒。若按逆時針方向轉(zhuǎn)過了一個角度時，此輪齒就稱為左旋齒。其判定方法也可用右手 法則判別：手心對 著自己，四個手指 順齒輪軸線方向擺 著。若齒向與右手 拇指指向一致，則 該齒輪為右旋齒 輪，如圖7-18a所 示，反之，為左 旋，如圖7-18b所 示。,三、幾何尺寸計算,利用表7-3計算標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪的幾何尺寸。,一、錐齒輪傳動的特點(diǎn) 如圖7-19所示，錐

13、齒輪 傳動用于相交軸之間的運(yùn)動 與動力的傳遞。兩軸間的軸 交角可根據(jù)傳動的需要來 確定。,第五節(jié)錐齒輪傳動,二、錐齒輪的參數(shù)和幾何計算 由于錐齒輪是以大端參數(shù)為基準(zhǔn)的，故其幾何尺寸計算也是以大端為準(zhǔn)，其齒頂高系數(shù)為ha*=1，頂隙系數(shù)c*=0.2。 圖6-20中R為分度圓錐 的錐頂?shù)酱蠖说木嚯x，稱 為錐距。齒寬b與錐距R的 比值稱為錐齒輪的齒寬系 數(shù)用R表示，一般取 R=b/R=0.250.3，由 6=RR計算出的齒寬應(yīng)圓 整，并取大小齒輪的齒寬 相等。,錐齒輪傳動的主要尺寸計算公式見表7-5。,一、圓弧齒輪的應(yīng)用及類型 圓弧齒輪傳動在冶金、礦山、起重運(yùn)輸機(jī)械以及高速齒輪傳動中得到廣泛應(yīng)用，目

14、前在汽車主減速器中也多采用圓弧齒輪傳動。 圖7-21為圓弧齒輪傳動機(jī)構(gòu)，它是一種以圓弧做齒廓的斜齒（或人字齒）輪。為加工方便，一般法面齒廓做成圓弧，而端面齒廓只是近似的圓弧。按照圓弧齒輪的齒廓組成，圓弧齒輪可分為單圓弧齒輪傳動和雙圓弧齒輪傳動兩種型式。,第六節(jié)圓弧齒輪傳動簡介,二、圓弧齒輪傳動的特點(diǎn) 圓弧齒輪傳動具有以下特點(diǎn)： 1）圓弧齒輪齒面接觸強(qiáng)度比漸開線齒輪高11.5倍以上。 2）摩擦損失小，效率高（可達(dá)0.990.995），齒面磨損小。 3）具有良好的跑合性，跑合后在齒廓法面上呈線接觸。 4）圓弧齒輪無根切現(xiàn)象。小齒輪齒數(shù)可?。▃1min=68），其最小齒數(shù)主要是受軸的強(qiáng)度及剛度限制。

15、 5）對中心距及切齒深度、螺旋角的精度要求高。 6）單圓弧齒輪輪齒的彎曲強(qiáng)度較弱。,一、蝸桿傳動的特點(diǎn)與類型 如圖7-22所示，蝸桿傳動用于傳遞空間兩交錯軸之間的運(yùn)動和動力，通常兩軸垂直交錯，軸交角=90。 蝸桿傳動的主要優(yōu)點(diǎn)是：傳動比 大，在動力傳動中一般i=8100，在 分度機(jī)構(gòu)中傳動比可達(dá)1000；傳動平 穩(wěn)，噪聲小；結(jié)構(gòu)緊湊。主要缺點(diǎn) 是：蝸桿傳動效率低；蝸輪常需要用 較貴重的青銅制造，故成本較高。在 蝸桿傳動中，是用蝸桿帶動蝸輪傳遞 運(yùn)動和動力的。,第七節(jié)蝸桿傳動,按照蝸桿形狀的不同，蝸桿傳動有以下類型：,其中，圓柱蝸桿傳動在工程中應(yīng)用最廣。普通圓柱蝸桿軸向截面的齒形為直線（或近似直

16、線）見圖7-24a，而圓弧齒圓柱蝸桿軸向截面上的齒形為內(nèi)凹圓弧線見圖7-24b。由于圓弧齒圓柱蝸桿傳動承載能力大，傳動效率高，尺寸小，因此用于動力傳動的標(biāo)準(zhǔn)蝸桿減速器均采用圓弧齒圓柱蝸桿傳動。 如圖7-25所示，在普通圓柱蝸桿傳動中，阿基米德蝸桿傳動最為簡單，是認(rèn)識其他蝸桿的基礎(chǔ)。本節(jié)主要介紹此種蝸桿。,二、蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸 阿基米德蝸桿的軸向齒廓是直線（圖7-25a），端面齒廓是阿基米德螺旋線。如圖7-26所示的阿基米德蝸桿傳動。,1模數(shù)m和壓力角a 由于中間平面為蝸桿的軸面（腳標(biāo)用a1）與蝸輪的端面（腳標(biāo)用t2），因此蝸桿的軸向模數(shù)ma1、軸向壓力角aa1與端面模數(shù)mt2、端面

17、壓力角at2分別相等，即 ma1=mt2=m aa1=at2=a 2正確嚙合條件 對非平行軸斜齒輪而言，其軸交角=|1+2|。蝸桿傳動是非平行軸斜齒輪傳動=90的特例，且蝸桿導(dǎo)程角=90-1，因此蝸輪螺旋角2必須與導(dǎo)程角相等，旋向相同，即2=。 綜上所述，阿基米德圓柱蝸桿傳動的正確嚙合條件可歸納為 ma1=mt2=m aa1=at2=a 2=,3蝸桿分度圓直徑d 由于加工蝸輪所用的刀具是與蝸桿分度圓相同的蝸輪滾刀，因此加工同一模數(shù)的蝸輪，有幾種蝸桿分度圓直徑，就需要幾種滾刀。 4蝸桿的導(dǎo)程角、頭數(shù)z1和傳動比i 蝸桿頭數(shù)z1通常為1、2、4、6，蝸桿頭數(shù)越多，加工越不容易，但傳動效率高。當(dāng)具有

18、大的傳動比或反行程自鎖（蝸輪主動時自鎖）時，取z1=1，此時效率較低，一般分度機(jī)構(gòu)中多用z1=1；當(dāng)要求蝸桿具有較高效率時，取z1=2、4、6。當(dāng)傳遞功率較大時，為提高效率，可取z1=4。作為動力傳動，通常取z1=23。 與螺桿相同，蝸桿的旋向分為左旋和右旋，常用右旋。 導(dǎo)程角越大，傳動的效率越高。常用的范圍為333.5。 蝸桿傳動的傳動比由下式確定 i=n1/n2=z1/z2=d2/d1tan 式中，i為蝸桿傳動比；n1，n2為分別為蝸桿和蝸輪的轉(zhuǎn)速；d1、d2為分別為蝸輪和蝸桿的分度圓直徑。,5幾何尺寸 阿基米德蝸桿傳動的凡何尺寸關(guān)系如圖7-26所示，,三、蝸桿轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)方向的總判定 1螺旋

19、方向的判定 蝸輪與斜齒輪一親，也分左旋齒和右旋齒，如圖7-27所示。蝸桿、蝸輪的螺旋方向可用右手法則判定，其判室方法同斜齒輪的旋向判定。圖7-27所示的蝸桿和蝸輪均為右旋。 2蝸桿傳動旋轉(zhuǎn)方向聽判定 蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向，不僅與蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向有關(guān)，而且還與蝸桿的螺旋方向有關(guān)。蝸輪旋轉(zhuǎn)方向的判定方法如下：當(dāng)蝸桿是右旋（或左旋）時，伸出右手（或左手）半握拳，用四指順著蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向，這時與大拇指向相反，就是蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向，如7-28所示。,一、選擇題 1、齒輪傳動中大體有三種齒廓曲線的齒輪，其中齒輪制造容易、便于安裝、互換性亦好，應(yīng)用最廣。 A、漸開線B、擺線C、圓弧 2、齒輪傳動能保證兩輪恒等于常數(shù)。

20、 A、傳動比B、平均傳動比C、瞬時傳動比 3、一對剛性齒輪外嚙合時，過齒廓接觸點(diǎn)所作的公法線與兩輪中心線連線的交點(diǎn)所作的兩個相切的圓稱為。 A、分度圓B、節(jié)圓C、齒項圓D、齒根圓 4齒條的齒廓曲線是一條直線，其原因是變成無窮大。 A、分度圓B、節(jié)圓C、基圓D、齒項圓 5、剛性齒廓嚙合傳動比為定值的條件是為定點(diǎn)。 A、節(jié)圓B、分度圓C、基圓D、節(jié)點(diǎn)C,復(fù)習(xí)試題,6、斜齒圓柱齒輪傳動與直齒圓柱齒輪傳動相比最大的優(yōu)點(diǎn)是： 。 A、傳動效率高B、傳動比恒定C、傳動平穩(wěn)、噪聲小 7、能夠?qū)崿F(xiàn)相交軸之間的運(yùn)動與動力的傳遞的齒輪傳動機(jī)構(gòu)是 。 A、直齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)B、斜齒圓齒輪機(jī)構(gòu)C、圓錐齒輪機(jī)構(gòu) 8、直齒

21、錐齒輪的輪齒分布在圓錐面上，因此有大端、小端之分。為便于計算和測量，通常取錐齒輪的為標(biāo)準(zhǔn)值，即 為標(biāo)準(zhǔn)值。 A、小端參數(shù)B、小端模數(shù)C、大端參數(shù)D、大端模數(shù) 9、蝸桿傳動用于傳遞軸之間的運(yùn)動和動力。 A、兩平行B、兩相交C、兩空間交錯 10、阿基米德蝸桿的軸向齒廓是 ，端面齒廓是 。 A、阿基米德螺旋線B、直線,二、填空題 1、按齒輪的齒廓曲線不同，齒輪又可分為、 和等三種齒輪。 2、漸開線齒輪傳動的為恒定值，就保證了漸開線齒輪傳動的 。 3、漸開線直齒圓柱齒輪正確嚙合條件為：兩輪的和必須分別相等并為標(biāo)準(zhǔn)值。 4、內(nèi)齒輪的齒厚相當(dāng)于外齒輪的 ，而齒槽寬相當(dāng)于外齒輪的 。 5、避免發(fā)生齒輪根切的措施是和 。 6、為使設(shè)計、制造和互換方便，在齒輪上取某一個圓，使其具有和 ，這個圓就是分度圓。 7、常見的失效形式有 、 、齒面磨損、 以及塑性變形等幾種形式。,8、斜齒輪按其齒廓漸開線螺旋面的旋向，可以分為和兩種。 9、直齒錐齒輪按其頂隙沿齒寬是否變化，可分為收縮齒和 收縮齒兩種。 10、普通圓柱蝸桿傳動主要有 、法向直