第二节 齿轮传动.ppt

第二节齿轮机构 重点渐开线直齿圆柱齿轮外啮合传动的基本理论 其他齿轮传动的特点及应用 内容应用及分类齿轮的齿廓及其啮合特点渐开线标准齿轮的参数和几何尺寸渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动渐开线齿廓的切制原理渐开线齿轮的变位修正斜齿圆柱齿轮传动蜗杆传动圆锥齿轮传动 1 齿轮机构的应用及分类 1 按传动比是否恒定分 定传动比 圆形齿轮机构 圆柱 圆锥 变传动比 非圆齿轮机构 椭圆齿轮 类型 传动准确 平稳 效率高 工作可靠且寿命长 适用的圆周速度和功率范围很广 广泛应用于传递空间任意两轴的运动和动力 平面齿轮机构 2 按传动时两轮轴的相对位置分 外啮合齿轮传动内啮合齿轮传动齿轮与齿条传动 直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动人字齿轮传动 圆锥齿轮传动 直齿 斜齿 曲线齿 交错轴斜齿轮传动蜗杆传动 空间齿轮机构 即 i12 w1 w2 齿廓啮合基本定律 一对齿廓的瞬时速比 等于该瞬时接触点的公法线 截连心线为两段线段的反比 共轭齿廓 K O1 O2 1 2 n n P 齿廓形状影响传动性能 若传动比变化 从动轮转速不均匀 惯性力 振动 噪音 传动精度 分析可知 P为齿廓1 2的瞬心则 3 齿廓曲线 节点位置固定 节圆 不论两齿廓在何位置接触 过其接触点所作两齿廓的公法线均须与连心线交于一固定的点P 节点 传动比恒定的条件 圆形齿轮 传动时 两节圆纯滚动 理论上齿廓曲线无穷多 实际选用 须考虑设计 加工 安装 维修等要求 常用 摆线 渐开线 圆弧线 齿廓啮合基本定律 1 渐开线形成 发生线 基圆 向径 展角 压力角 基圆半径rb rK 4 渐开线齿廓的啮合特点 2 渐开线特性 2 法线恒切于基圆 4 渐开线形状取决于rb 5 基圆内渐开线 无 B A rK 3 渐开线齿廓的啮合特点 1 啮合线为一直线 啮合线 啮合点的轨迹线 两齿廓所有接触点的公法线均重合 传动时啮合点沿两基圆的内公切线移动 2 传动比恒定 公法线不变 节点P为定点 作用力方向恒定 传动比恒定 O1 O2 O1 O2 3 中心可分离性 i12 i12 若中心距略有误差 传动比不变 5 渐开线标准齿轮的基本参数和几何尺寸 1 名称和符号 外齿轮 20o d p s e 模数有标准系列 分度圆上模数和压力角均为标准值 令 齿数Z 齿顶圆 齿根圆 齿槽宽 齿厚 齿距 齿宽 齿顶高 齿根高 分度圆 渐开线形成 发生线 基圆 向径 压力角 基圆半径rb r 2 基本参数和计算 1 分度圆直径 2 基圆直径 3 齿顶高 4 齿根高 顶隙系数 齿顶高系数 正常齿制 5 齿全高 基准 6 齿顶圆直径 7 齿根圆直径 8 齿距 9 齿厚 10 齿槽宽 基本参数为m Z 和h a c 齿条 比较 标准齿轮 m h a c 15 或20 为标准值且e s 3 标准齿条特点 1 齿廓为一直线 压力角 不变 也称为齿形角 2 与分度线平行的任一条直线上齿距p相等p m 齿轮与齿条比较 1 渐开线齿轮的啮合过程理论啮合线段N1N2实际啮合线段B1B2齿廓工作段 2 正确啮合的条件保证前后两对轮齿有可能同时在啮合线上接触 条件 传动比 m1 m2 ma1 a2 a 正确啮合条件 6 渐开线直齿圆柱齿轮传动 两轮法向齿距不等时 pn1 pn2 轮齿发生干涉 两轮不能正确啮合传动 3 齿轮传动的中心距及啮合角 侧隙为零 顶隙为标准值 a 1 节圆d 2 具有标准顶隙的中心距 a r1 r2 r1 ha c m c m r2 ha m rf1 c ra2 rf1 ra2 r1 r2 标准中心距 3 侧隙为零的中心距 无侧隙啮合条件 S1 e2 e1 S2 S1 e2 e1 S2 标准齿轮 S e P 2 m 2 当两标准齿轮按分度圆相切来安装 则满足传动条件 正确安装 a 分度圆与节圆重合 由于m1 m2 一对齿轮的啮合过程 啮合线N1N2理论啮合线段 N1N2 啮合极限点 开始啮合时 主动轮的齿根与从动轮的齿顶接触 逐渐下移主动轮 齿根 齿顶从动轮 齿顶 齿根脱离啮合时 主动轮齿顶与从动轮的齿根接触开始啮合点 从动轮的齿顶圆与啮合线N1N2的交点B2终止啮合点 主动轮的齿顶圆与啮合线N1N2的交点B1实际啮合线段 B1B2 齿廓实际工作段 比较 节圆 啮合参数 分度圆 几何参数 啮合角 啮合参数 压力角 几何参数 节点 啮合接触点的公法线与连心线的交点节圆 过节点的圆啮合线 齿廓接触点的轨迹啮合角 节圆的公切线与啮合线N1N2之间的夹角 锐角 分度圆 齿轮上模数和压力角均为标准值的圆压力角 齿轮齿廓上的法线与速度方向之间的夹角 锐角 重合度 分析 1 1表示在啮合过程中 始终只有一对齿工作 2 1 2表示在啮合过程中 有时是一对齿啮合 有时是两对齿同时啮合 重合度 传动平稳性 承载能力 一般机械制造业中 齿轮传动的许用重合度 1 3 1 4 4 连续传动条件 重合度的计算 重合度与Z1 Z2有关齿数愈多 重合度愈大 7 渐开线齿廓的切制原理 1 仿型法 成型法 精度低 生产率低刀具 圆盘铣刀 指形铣刀刀具的选择与m z有关 切削原理 每把刀的刀刃形状 按它加工范围的最少齿数齿轮的齿形来设计 2 范成法 切削 沿轮坯轴向 进刀和让刀 沿轮坯径向 范成运动 模拟齿轮啮合传动 刀具与轮坯以i12 1 2 Z2 Z1回转 用同一把刀具 通过调节i12 就可以加工相同模数 相同压力角 不同齿数的齿轮 齿轮插刀 齿条插刀 齿轮滚刀 根切现象及其避免方法 用范成法加工渐开线齿轮过程中 有时刀具齿顶会把被加工齿轮根部的渐开线齿廓切去一部分 这种现象称为根切 根切现象 根切将削弱齿根强度 甚至可能降低传动的重合度 影响传动质量 根切的危害 根切现象是如何产生的 1 根切现象及产生原因 根切现象是因为刀具齿顶线 齿条型刀具 或齿顶圆 齿轮插刀 超过了极限啮合点 啮合线与被切齿轮基圆的切点 N1而产生的 B 2 避免根切的方法 不根切的最小齿数17 采用变位修正法 降低刀具齿顶 降低刀具齿顶 通过改变刀具与轮坯的相互位置以避免根切 从而达到可以制造较少齿数的齿轮 这样制造出来的齿轮称为变位齿轮 切齿刀具所移动的距离xm称为移距 x 变位系数 m 模数 xm变位量 移距 x变位系数x 0正变位齿轮x 0负变位齿轮 8 斜齿圆柱齿轮传动 斜齿圆柱齿轮传动 直齿圆柱齿轮传动 斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成 斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成 端面的渐开线齿廓在基圆柱上作螺旋运动形成了斜齿轮的齿廓曲面 一 斜齿轮传动的优缺点 优点 啮合性能好 承载能力大 斜齿轮齿面接触线与其轴线不平行 传动时 轮齿一端先进入啮合 接触线逐渐增长 又逐渐缩短直至脱离啮合 而且啮合时 轮齿总刚度变化小 扭转振动小 故传动平稳 冲击和噪音小 另一方面由于重合度较大 总接触线长度大 因而其承载能力也比直齿轮为高 缺点 有轴向力 由于斜齿轮的轮齿倾斜 角 产生轴向力 增大摩擦损失 这是斜齿轮传动的主要缺点 为克服这一缺点 人字齿轮 以便抵消轴向力 当然 人字齿轮制造较麻烦 二 斜齿轮主要参数各部分名称和几何尺寸 1 主要参数 法向参数 端面参数 螺旋角 左旋 右旋 齿距Pn Ptcos 模数mn mtcos 法向参数规定为标准值 mn n han cn 2 几何尺寸分度圆直径d mtz mnz cos 中心距a mn z1 z2 2cos 三 正确啮合条件 模数和压力角分别相等且螺旋角的大小相等 旋向相反 一个左旋 另一个右旋 二 齿廓的形成 平面渐开线 平面渐开面 O 球面渐开线 球面渐开面 一 传递相交轴的运动 8 直齿圆锥齿轮传动 三 正确啮合条件 大端的m和a分别相等 锥齿轮的标准参数在大端 四 传动比 i12 r2r1 z2z1 n1n2 蜗杆传动 一 蜗杆传动及其特点 1 形成 蜗杆传动用于空间两交错轴之间的传动 轴交角 90 2 类型简介 1 普通圆柱蜗杆 端面齿廓 阿基米德螺旋线 端面齿廓 渐开线 2 环面蜗杆 3 圆锥蜗杆 这种蜗杆传动效率可高达90 但加工过程复杂 制造成本高 这种蜗杆一般少见 通常应用在载荷大 转速高的场合 这种蜗杆可在车床上加工不需要特殊设备 因此应用较为广泛 缺点 是传动效率低通常为50 80 蜗轮副齿部磨损较快 因此 一般用于不重要 载荷小 转速低的传动 1 从整体看 蜗杆蜗轮齿面间的相对运动类似于螺旋传动 3 阿基米德蜗杆特点 因而可直接应用螺旋的某些结论 例如传动效率 自锁条件等等 传动连续平稳 无噪音 因而可直接应用齿轮传动某些结论 例正确啮合条件 几何尺寸计算等等 2 蜗杆齿形是标准齿条齿形蜗轮齿形是渐开线齿轮齿形 啮合传动类似于齿轮齿条啮合 4 主要参数及几何尺寸 1 齿数Z1 Z2 2 模数m 标准系列见GB Z1 蜗杆头数 Z2 蜗轮齿数 3 压力角 20 通常z1 1 2 4 6可见传动