斜齿圆柱齿轮传动PPT讲解

1、7-8斜齿圆柱齿轮传动 由7-3节可知，当发生线在基圆上作 纯滚动时，发生线上任一点的轨迹为该 圆的渐开线。而对于具有一定宽度的直 齿圆柱齿轮，其齿廓侧面是发生面S在 基圆柱上作纯滚动时，平面S上任一与 基圆柱母线NN平行的直线KK所形成的 渐开线曲面。 一、斜齿圆柱齿轮的形成及啮合特性 如图7-27所示，直齿圆柱齿轮啮合 时，其接触线是与轴线平行的直线， 因而一对齿廓沿齿宽同时进入啮合或 退出啮合，容易引起冲击和噪音，传 动平稳性差，不适宜用于高速齿轮传 动。 图7-27 直齿 轮齿 廓曲 面的 形成 如图7-28所示,斜齿圆柱齿轮是发 生面在基圆柱上作纯滚动时，平面S上 直线KK不与基圆柱

2、母线NN平行，而是 与NN成一角度b，当S平面在基圆柱上 作纯滚动时，斜直线KK的轨迹形成斜 齿轮的齿廓曲面，KK与基圆柱母线的 夹角b称为基圆柱上的螺旋角。啮合 时，其接触线都是平行于斜直线KK的 直线。 图7-28 斜齿 轮齿 廓曲 面的 形成 因齿高有一定限制，故在两齿廓啮 合过程中，接触线长度由零逐渐增长， 从某一位置以后又逐渐缩短，直至脱离 啮合，即斜齿轮进入和脱离接触都是逐 渐进行的，故传动平稳，噪音小，此外， 由于斜齿轮的轮齿是倾斜的，同时啮合 的轮齿对数比直齿轮多，故重合度比直 齿轮大。 垂直于斜齿轮轴线的平面称为端面， 与分度圆柱螺旋线垂直的平面称为法面， 在斜齿轮几何尺寸计

3、算时，应当注意端 面参数与法面参数之间的关系。 二、斜齿轮几何参数和尺寸计算 1. 螺旋角 用分度圆柱面上的螺旋角表示斜齿 圆柱齿轮轮齿的倾斜程度。通常所说斜 齿轮的螺旋角是指分度圆柱上的螺旋角。 斜齿轮的螺旋角一般为820。 2. 模数和压力角 图7-29为斜齿圆柱齿轮分度圆柱 面的展开图。从图上可知，端面齿距 pt与法面齿距pn的关系为 cos n t p p 因p=m，故法面模数mn和端面模 数mt之间的关系为 m n= m t cos 图7-29 端面与法面齿距 图7-30是端面（ABD平面）压力 角和法面（A1B1D平面）压力角的关系。 由图可见 AB BD t tan 11 1 t

4、an BA DB n cos 1 BDDB 及 costantan nt 故 图7-30端面压力角和法面压力角 (3)(3)两轮螺旋角大小相等、方向相反，两轮螺旋角大小相等、方向相反， 即即 1=- 2。 用铣刀或滚刀加工斜齿轮时，刀 具沿着螺旋齿槽方向进行切削，刀刃 位于法面上，故一般规定斜齿圆柱齿 轮的法面模数和法面压力角为标准值。 一对斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件是: (1)(1)两轮的法面压力角相等两轮的法面压力角相等; ; (2)(2)法面模数相等法面模数相等; ; 由斜齿轮齿廓曲面的形成可知， 斜齿轮的端面齿廓曲线为渐开线。从 端面看，一对渐开线斜齿轮传动相当 于一对渐开线直齿轮传动

5、，故可将直 齿轮的几何尺寸计算方式用于斜齿轮 的端面。渐开线标准斜齿轮的几何尺 寸按表7-6的公式计算。 3斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算 加工斜齿轮时，铣刀是沿着螺旋线 方向进刀的，故应当按照齿轮的法面齿 形来选择铣刀。另外，在计算轮齿的强 度时，因为力作用在法面内，所以也需 要知道法面的齿形。通常采用近似方法 确定。 三、斜齿圆柱齿轮的当量齿数 如图7-31所示，过分度圆柱面上C点 作轮齿螺旋线的法平面nn，它与分度圆 柱面的交线为一椭圆。 图7-31 斜 齿 轮 的 当 量 齿 轮 其长半轴a=d/2cos，短半轴 b=d/2，椭圆在C点的曲率半径，以 =a2/b为分度圆半径,以斜齿轮的法面

6、 模数mn为模数，n=20，作一直齿圆 柱齿轮，它与斜齿轮的法面齿形十分 接近。 这个假想的直齿圆柱齿轮称为斜 齿圆柱齿轮的当量齿轮。它的齿数zv 称为当量齿数。 33 2 coscos cos 2 z m zm m d m z n n nn v 由式（7-30）可知，斜齿轮的当 量齿数总是大于实际齿数，并且往往 不是整数。 因斜齿轮的当量齿轮为一直齿 圆柱齿轮，其不发生根切的最少齿 数zvmin=17，则正常齿标准斜齿轮不 发生根切的最少齿数为 zmin= zvmincos3 如图7-32所示，作用在斜齿圆柱 齿轮轮齿上的法向力Fn可以分解为三 个互相垂直的分力，即圆周力Ft，径 向力Fr和

7、轴向力Fa。由图7-32b可得三 个分力的计算方式。 四、斜齿圆柱齿轮强度设计 1. 轮齿上的作用力 图7-32 轮齿上的作用力 Ft=2T1/d1 Fr=Fttann/cos Fa=Fttan 圆周力Ft和径向力Fr的方向与直齿圆 柱齿轮相同； 轴向力Fa的方向取决于轮齿螺旋线的 方向和齿轮的转动方向。 确定主动轮的轴向力方向可利用 左、右手定则，例如对于主动右旋齿 轮，以右手四指弯曲方向表示它的旋 转方向，则大拇指的指向表示它所受 轴向力的方向。从动轮上所受各力的 方向与主动轮相反，但大小相等。 2强度计算 cos6 . 16 . 1 1 2 1 1 1 F n F n F F zbm Y

8、KT dbm YKT 3 2 1 2 1 ) 1( cos2 . 3 Fa F zu YKT m 校核 设计 （1）轮齿弯曲强度计算 （2）齿面接触强度计算 ) 1( 305 2 1 3 HH uba KTu 3 12 ) 305 (1 u KT um aH 校核 设计 若配对齿轮材料改变时，以上两 式中系数305应加以修正。 按式（7-38）求出中心距a后，根据 已选定的z1、z2和螺旋角（或模数mn）， 由下式计算模数mn（或螺旋角） 21 cos2 zz a mn a zzmn 2 )( arccos 21 求得的mn应按表7-1取为标准值。 =820。 圆锥齿轮用于相交两轴之间的传 动

9、，其中应用最广泛的是两轴交角 =1+2=90的直齿圆锥齿轮。 7-9 圆锥齿轮传动 一、直齿圆锥齿轮传动特性 圆锥齿轮的运动关系相当于一对 节圆锥作纯滚动。除节圆锥外，圆锥 齿轮还有分度圆锥、齿顶圆锥、齿根 圆锥、基圆锥。 图7-33 圆锥齿轮传动 图7-33所示为一对标准直齿圆锥 齿轮，其节圆锥与分度圆锥重合，1、 2为节锥角，为两节圆锥几何轴线 的夹角，d1、d2为大端节圆直径。当 =1+2=90时，其传动比 12 1 2 1 2 1 2 2 1 cottan sin sin z z d d n n i 如图7-34，发生面A沿基圆锥作纯滚动， 平面上通过锥顶的直线OK形成一渐开线 曲面，

10、即为圆锥齿轮齿廓曲面，直线OK 上各点的轨迹都是渐开线。渐开线NK上 各点与锥顶O的距离均相等，所以该渐开 线在以O为球心，OK为半径的球面上， 因此圆锥齿轮的齿廓曲线是以锥顶O为球 心的球面渐开线。因球面渐开线无法在平 面上展开，给设计和制造造成困难，故常 用背锥上的齿廓曲线来代替球面渐开线。 二、圆锥齿轮齿廓曲线、背锥和当量齿数 图7-34 球面渐开线的形成 图7-35所示为一圆锥齿轮的轴线 平面，OAB、Obb、Oaa分别 表示分度圆锥、顶圆锥和根圆锥与 轴线平面的交线。过A点作OA的垂 线，与轴线交于O点，以OO为轴 线,OA为母线作圆锥，称为背锥。若 将球面渐开线的轮齿向背锥上投影，

11、 则a、b点的投影为a、b点，可见ab 和a、b相差很小，可用背锥齿廓曲 线代替球面渐开线。 图7-35 圆锥齿轮的背锥和当量齿数 把背锥表面展开成一扇形平面，扇 形的半径rv就是背锥母线的长度，以rv 为分度圆半径，大端模数为标准模数， 大端压力角为20，画出扇形齿轮的齿 形。该齿廓即为圆锥齿轮大端的近似齿 廓，扇形齿轮的齿数为圆锥齿轮的实际 齿数。 将扇形齿轮补足为完整的圆柱齿轮， 称为圆锥齿轮的当量齿轮，当量齿轮的 齿数zv称为当量齿数。由图可见： cos2cos mzr rv 因总是大于零度，故zvz，且往往不 是整数。综上所述，圆锥齿轮啮合相当 于当量圆柱齿轮的啮合。 cos z z

12、 v 2 v v mz r 而，故 按GB123691990规定，直齿圆锥 齿轮传动的几何尺寸计算是以其大端为 标准。当轴交角=90时，标准直齿 圆锥齿轮的几何尺寸计算公式见表7-7。 三、直齿圆锥齿轮传动的几何尺寸计算 图7-36所示为直齿圆锥齿轮轮齿受 力情况。由于圆锥齿轮的轮齿厚度和高 度向锥顶方向逐渐减小，故轮齿各剖面 上的弯曲强度都不相同，为简化起见， 通常假定载荷集中作用在齿宽中部的节 点上。法向力Fn可分解为三个分力： 四、直齿圆锥齿轮强度计算 1直齿圆锥齿轮轮齿上的作用力 图7-36 直齿圆锥齿轮受力分析 式中dm1为小齿轮齿宽中点的分度圆直 径，dm1=d1-bsin1 1

13、1 2 m d T 圆周力 Ft= 径向力 Fr=Ft tancos 轴向力 Fa= Ft tansin 圆周力Ft和径向力Fr的方向判断 与直齿圆柱齿轮相同。轴向力Fa的 方向对两个齿轮都是背着锥顶。当 两轴夹角=90时，因sin1=cos2， cos1=sin2，故 Fr1=-Fa2 Fa1=-Fr2 Ft1=-Ft2 直齿圆锥齿轮传动的强度计算与 直齿圆柱齿轮传动基本相同。由前述 可知，直齿圆锥齿轮传动的强度可近 似地按齿宽中部处的当量直齿圆柱齿 轮的参数与公式进行计算。 2直齿圆锥齿轮强度计算* ) 1( 5 . 0 335 1 32 H e H ub KTu bR u KT uR R

14、HR e 12 3 2 )5 . 01 ( 335 1 校核 设计 （1）齿面接触强度的校核公式和设计公式 一般取R=0.250.3；其余参数的含义 及其单位与直齿圆柱齿轮相同。式（7-49） 和（7-50）仅适用于一对钢制齿轮，若配 对齿轮材料为钢对铸铁或铸铁对铸铁， 则应将公式中的系数335分别改为285和 250。由式（7-50）求出锥距Re后，再由 已选定的齿数z1和 z2，求出大端端面模数 1 2 2 1 uz R m e e 2）齿根弯曲强度的校核公式和设计公式 2 1 2 1 F m F F zbm YKT 校核 设计 3 2 1 2 1 1 )5 . 01 (4 FR RF m

15、 zu YKT m 式中，m m 为平均模数，m m =m e (1- 0.5R)；YF为齿形系数，按当量齿数zv 由图7-23查取。 由mm可求出me，并圆整为标准值。 齿轮强度计算和几何尺寸计算，主 要是确定齿轮的模数、分度圆直径、齿 顶圆直径、齿根圆直径、齿宽等；而轮 缘、轮辐和轮毂等结构尺寸和结构形式， 则需通过结构设计来确定。齿轮的结构 有锻造、铸造、装配式及焊接齿轮等结 构形式，具体的结构应根据工艺要求及 经验公式确定。 7-10 齿轮的结构 图7-37 齿轮轴 当齿顶圆直径与轴径接近时，应将 齿轮与轴做成一体，称为齿轮轴（图7- 37）。 当齿顶圆直径da500mm时，一 般都用锻造齿轮（图7-38）；当da 500mm时，一般都用铸造齿轮（图7- 39）。对于大型齿轮（da600mm）， 为节省贵重材料，可用优质材料做的 齿圈套装于铸钢或铸铁的轮心上（图 7-40）。 图338 锻造齿轮结构 对于单件或小批量生产的大型齿轮， 可做成焊接结构的齿轮（图7-41）。 图7-39 铸造齿轮结构 图7-40 装配式齿轮 图7-41 焊接式齿轮 半开式及开式齿轮传动，或速度较 低的闭式齿轮传动，可采用人工定期添 加润滑油或润滑脂进行润滑。 7-11 齿轮传动的润滑 闭式齿轮传动通常采用油润滑，其 润滑方式根据齿轮的圆周速度v而定。 当v12m/s时可用油浴式（图7-