模块二齿轮传动4

1、齿轮传动（一）齿轮传动（一） 教材分析教材分析 教学过程教学过程 板书设计板书设计 新课导入新课导入 课堂练习课堂练习 课堂总结课堂总结 新课教学新课教学 作业布置作业布置 教学目标：教学目标：1、掌握齿轮传动的特点和应用 2、灵活掌握标准直齿圆柱齿轮的参数和 尺寸计算公式并能解决问题 3、培养自主学习与合作学习的能力 教学重点：教学重点：齿轮传动的特点，计算公式的掌握 自主合作学习能力的提高 教学难点：教学难点：对计算公式的理解和掌握，自主学习 意识的养成 教材分析教材分析 教学方式：教学方式：自主合作式教学法 教具准备：教具准备：齿轮模型、多媒体、小黑板等 返回 教学过程教学过程 导入新课

2、导入新课 1、学生回忆机械传动的类别 2、带传动有哪些特点？ 3、学生查字典解释啮合和摩擦的含义 返回 一、齿轮传动的概念及特点：一、齿轮传动的概念及特点： 传动动力大，效率高传动动力大，效率高 寿命长，工作平稳，可靠性高寿命长，工作平稳，可靠性高 传动比准确传动比准确 制造需要专门的设备、传动中有噪声制造需要专门的设备、传动中有噪声 通过啮合用来传递两齿轮之间的通过啮合用来传递两齿轮之间的运动运动和和动力动力 新课讲解：新课讲解： 适用的功率、速度和尺寸范围广适用的功率、速度和尺寸范围广 齿齿 轮轮 传传 动动 轴线位轴线位 置和轮置和轮 齿方向齿方向 工作条工作条 件件 圆柱齿轮圆柱齿轮

3、传动传动 圆锥齿轮圆锥齿轮 传动传动 开式齿轮传动开式齿轮传动 闭式齿轮传动闭式齿轮传动 直齿圆柱齿轮直齿圆柱齿轮 斜齿圆柱齿轮斜齿圆柱齿轮 人字齿圆柱齿轮人字齿圆柱齿轮 交错轴交错轴蜗杆蜗杆 涡轮传动涡轮传动 二、齿轮传动类型二、齿轮传动类型 半开式齿轮传动半开式齿轮传动 直直 齿齿 外外 啮啮 合合 直直 齿齿 内内 啮啮 合合 齿轮齿条齿轮齿条 返回返回 返回 斜斜 齿齿 圆圆 柱柱 齿齿 轮轮 传传 动动 返回返回 返回 人人 字字 齿齿 轮轮 传传 动动 返回返回 返回 圆圆 锥锥 齿齿 轮轮 传传 动动 返回 交交 错错 轴轴 斜斜 齿齿 轮轮 传传 动动 蜗蜗 杆杆 传传 动动

4、返回返回 返回 三、渐开线的形成三、渐开线的形成 基圆基圆 渐开线渐开线 发生线发生线 特性：中心距可分特性：中心距可分 啮合角不变啮合角不变 当直线沿一圆周作相切纯滚动时，直线上任当直线沿一圆周作相切纯滚动时，直线上任 一点在与该圆固联的平面上的轨迹一点在与该圆固联的平面上的轨迹k k0 0k k，称为该圆，称为该圆 的渐开线。的渐开线。 K0 K 渐开线渐开线 N 发生发生 线线 渐开线渐开线k0k 的的展角展角 k O 基圆基圆 rb 渐开线齿廓渐开线齿廓 N 发生发生 线线 渐开线渐开线k0k 的的展角展角 K0 K O 基圆基圆 渐开线渐开线 k (2)(2) 渐开线上任意一点的法线

5、渐开线上任意一点的法线 必切于基圆，切于基圆的直必切于基圆，切于基圆的直 线必为渐开线上某点的法线线必为渐开线上某点的法线 与基圆的切点为渐开线在与基圆的切点为渐开线在 点的曲率中心，而线段点的曲率中心，而线段NKNK 是渐开线在点处的曲率半是渐开线在点处的曲率半 径径。 Pk Vk k k (1) (1)NK = N K0 rb 渐开线上点的压力角渐开线上点的压力角 在不考虑摩擦力、重力和惯性在不考虑摩擦力、重力和惯性 力的条件下，一对齿廓相互啮合时，力的条件下，一对齿廓相互啮合时， 齿轮上接触点所受到的正压力方齿轮上接触点所受到的正压力方 向与受力点速度方向之间所夹的锐向与受力点速度方向之

6、间所夹的锐 角，称为齿轮齿廓在该点的压力角角，称为齿轮齿廓在该点的压力角。 NOK= k k b k r r cos ( () )渐开线齿廓各点具有不同的渐开线齿廓各点具有不同的 压力角，点离基圆中心压力角，点离基圆中心 愈远，压力角愈大。愈远，压力角愈大。 r rk k (4)(4)渐开线的形状取渐开线的形状取 决于基圆的大小，决于基圆的大小， 基圆越大，渐开线基圆越大，渐开线 越平直，当基圆半越平直，当基圆半 径趋于无穷大时，径趋于无穷大时， 渐开线成为斜直线。渐开线成为斜直线。 KO1 1 rb2 o2 2 2 1 rb1 o1 (5)(5)基圆内无渐开线。基圆内无渐开线。 3 K N1

7、 N2KO2 2 四、齿轮各部分的名称和符号四、齿轮各部分的名称和符号 齿厚齿厚sk 齿距齿距P 齿顶圆齿顶圆da 齿根圆齿根圆df 分度圆分度圆d 齿顶高齿顶高ha 齿根高齿根高hf 齿槽宽齿槽宽ek 齿数齿数Z 模数模数m 五、标准直齿圆柱齿轮的基本参数及五、标准直齿圆柱齿轮的基本参数及 几何尺寸计算几何尺寸计算 25. 01 cha， chmz a、 、 我国规定我国规定 基本参数基本参数 几何尺寸计算公式几何尺寸计算公式 标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算公式标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算公式 符号符号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 名称名称 齿顶高齿顶高 齿厚齿厚 齿

8、槽宽齿槽宽 标准中心距标准中心距 齿距齿距 名称名称名称名称 齿根高齿根高 全齿高全齿高 顶隙顶隙 分度圆直径分度圆直径 基圆直径基圆直径 齿顶圆直径齿顶圆直径 齿根圆直径齿根圆直径 a h f h h c d b d a d f d p s e a mmhh aa * mmchh af 25. 1)( * mmchhhh afa 25. 2)2( * mmcc25. 0 * mzd cosddb )2(2 * aaa hzmhdd )22(2 * chzmhdd aff mp 22 m p s 22 m p e )()( 122 1 122 1 zzmdda 返回返回 返回 啮合特性啮合特性

9、 1.1.满足齿廓啮合基本定律满足齿廓啮合基本定律 2.2.四线合一：啮合线、过啮合点的公法线、基圆的四线合一：啮合线、过啮合点的公法线、基圆的 内公切线和正压力作用线四线合一；内公切线和正压力作用线四线合一； 3.3.中心距可分性：传动比为常数；中心距可分性：传动比为常数； 4.4.啮合角不变：啮合线与两节圆公切线所夹的锐角啮合角不变：啮合线与两节圆公切线所夹的锐角 称为啮合角；称为啮合角； 5.5.齿面的滑动：沿齿面方向的相对滑动，会造成齿齿面的滑动：沿齿面方向的相对滑动，会造成齿 面的磨损面的磨损 渐开线齿廓的啮合特点渐开线齿廓的啮合特点 凡能满足齿廓啮合基本定律凡能满足齿廓啮合基本定律

10、 的一对齿廓称为共轭齿廓，的一对齿廓称为共轭齿廓， 理论上可用作共轭齿廓的曲理论上可用作共轭齿廓的曲 线有无穷多，但考虑到制造、线有无穷多，但考虑到制造、 安装和强度等要求，渐开线安装和强度等要求，渐开线 齿廓用的最多齿廓用的最多 o1 o2 2 1 n n p 2 a 中心距中心距 k 1 k1 1 r 2 r 节点节点 节圆节圆 节圆节圆 齿廓曲线相互接触的点齿廓曲线相互接触的点 称为称为啮合点啮合点 定点定点P P称为称为节点节点 分别以分别以O O1 1O O2 2为圆心，过节为圆心，过节 点点P P所作的圆称为所作的圆称为节圆节圆，由，由 于两节圆的圆周速度相等，于两节圆的圆周速度相

11、等， 所以它的一对节圆作纯滚动所以它的一对节圆作纯滚动 啮合线啮合线 两齿廓啮两齿廓啮 合点在机架相固连的坐标合点在机架相固连的坐标 系中的轨迹。系中的轨迹。 啮合线、齿廓接触点啮合线、齿廓接触点 的公法线、正压力方向线的公法线、正压力方向线 都是两基圆的一条公切线。都是两基圆的一条公切线。 o1 o2 rb1 rb2 r2 r1 k1 k2 N1 P 2 1 N2 啮合线是两基圆的一条公切线啮合线是两基圆的一条公切线 2.32.3斜齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动 1.1.齿廓曲面的形成齿廓曲面的形成 直齿圆柱齿轮直齿圆柱齿轮 直齿轮的齿廓曲面为渐直齿轮的齿廓曲面为渐 开线曲面。开线曲面。 斜

12、齿圆柱齿轮斜齿圆柱齿轮 当平面沿基圆柱作纯滚动时，当平面沿基圆柱作纯滚动时， 其上与母线成一倾斜角其上与母线成一倾斜角b b 的斜直线的斜直线KKKK在空间所走过的在空间所走过的 轨迹为轨迹为渐开线螺旋面渐开线螺旋面，该螺，该螺 旋面即为斜齿圆柱齿轮齿廓旋面即为斜齿圆柱齿轮齿廓 曲面，曲面，b b称为基圆柱上的称为基圆柱上的 螺旋角螺旋角。 2.2.啮合特点啮合特点 直齿圆柱齿轮啮合时，齿面的直齿圆柱齿轮啮合时，齿面的 接触线均平行于齿轮轴线。整个齿宽接触线均平行于齿轮轴线。整个齿宽 同时进入啮合、同时脱离啮合的，载同时进入啮合、同时脱离啮合的，载 荷沿齿宽突然加上及卸下。传动的平荷沿齿宽突然

13、加上及卸下。传动的平 稳性较差，易产生冲击和噪声，不适稳性较差，易产生冲击和噪声，不适 合于高速和重载的传动中。合于高速和重载的传动中。 斜齿圆柱齿轮啮合时，斜齿轮的斜齿圆柱齿轮啮合时，斜齿轮的 齿廓是逐渐进入啮合、逐渐脱离啮合齿廓是逐渐进入啮合、逐渐脱离啮合 的。载荷不是突然加上或卸下的，因的。载荷不是突然加上或卸下的，因 此此工作较平稳工作较平稳。斜齿轮传动的。斜齿轮传动的重合度重合度 要比直齿轮大要比直齿轮大，啮合性能好。主要缺，啮合性能好。主要缺 点是点是运转时会产生轴向力运转时会产生轴向力（可用人字（可用人字 齿克服）。齿克服）。 广泛用于高速重载传动中广泛用于高速重载传动中 3 3

14、. .斜齿圆柱齿轮的主要参数斜齿圆柱齿轮的主要参数 斜齿轮的轮齿为螺旋形，在垂直于齿轮轴线的端面斜齿轮的轮齿为螺旋形，在垂直于齿轮轴线的端面 （下标以（下标以t t表示）和垂直于齿廓螺旋面的法面（下标表示）和垂直于齿廓螺旋面的法面（下标 以以n n表示）上有不同的参数。斜齿轮的端面是标准的表示）上有不同的参数。斜齿轮的端面是标准的 渐开线，但从斜齿轮的加工和受力角度看，斜齿轮渐开线，但从斜齿轮的加工和受力角度看，斜齿轮 的法面参数为标准值。的法面参数为标准值。 螺旋角螺旋角 模数模数 P n=P t Cos :P/ m n=m t Cos 1 1）两斜齿轮的法面模数相等；）两斜齿轮的法面模数相

15、等； 2 2）两斜齿轮的法面压力角相等；）两斜齿轮的法面压力角相等； 3 3）两斜齿轮的螺旋角大小相等，方向相反。）两斜齿轮的螺旋角大小相等，方向相反。 4.斜齿圆柱齿轮正确啮合条件和重合度斜齿圆柱齿轮正确啮合条件和重合度 （1 1）. .正确啮合条件正确啮合条件 圆锥齿轮传动是用来传递空间两相交轴之间运动和动力的圆锥齿轮传动是用来传递空间两相交轴之间运动和动力的 一种齿轮传动，其轮齿分布在截圆锥体上，齿形从大端到小端逐一种齿轮传动，其轮齿分布在截圆锥体上，齿形从大端到小端逐 渐变小。圆柱齿轮中的有关圆柱均变成了圆锥。为计算和测量方渐变小。圆柱齿轮中的有关圆柱均变成了圆锥。为计算和测量方 便，

16、便，通常取大端参数为标准值通常取大端参数为标准值。 一对圆锥齿轮两轴线间的夹角一对圆锥齿轮两轴线间的夹角 称为轴角。其值可根据传动需要任意选取，在一般机械中，多称为轴角。其值可根据传动需要任意选取，在一般机械中，多 取取9090。圆锥齿轮的轮齿有直齿、斜齿和曲齿。直齿圆锥齿。圆锥齿轮的轮齿有直齿、斜齿和曲齿。直齿圆锥齿 轮设计、制造、安装比较简便，应用广泛。轮设计、制造、安装比较简便，应用广泛。 2.2.2 2.2.2 圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动 1.1.圆锥齿轮传动概述圆锥齿轮传动概述 2.2.直齿圆锥齿轮的基本参数直齿圆锥齿轮的基本参数 模数：模数：参见国标参见国标 ，一般取，一般取 m=2

17、mm 齿数：齿数：一般取一般取 Zmin=20 压力角：压力角：国标规定为国标规定为20 。 。 齿顶高系数与顶隙系数：齿顶高系数与顶隙系数： 正常齿制正常齿制h a *=1,c*=0.2 3.3.直齿圆锥齿轮的正确啮合条件：直齿圆锥齿轮的正确啮合条件： 两齿轮大端的模数和压力角相等。两齿轮大端的模数和压力角相等。 2.4 齿轮传动的失效形式齿轮传动的失效形式 一、齿轮传动的主要失效形式一、齿轮传动的主要失效形式 1 、轮齿的折断、轮齿的折断 脆性折断：脆性折断：脆性脆性材料、冲击或过材料、冲击或过 载载 疲劳折断：疲劳折断：齿根应力集中、交变齿根应力集中、交变 载荷反复作用、疲劳裂纹扩展载荷

18、反复作用、疲劳裂纹扩展 防止折断：防止折断：齿根圆、加工精度、齿根圆、加工精度、 选材料、热处理等选材料、热处理等 直齿直齿 斜齿斜齿 轮齿折断轮齿折断 2 、齿面疲劳点蚀、齿面疲劳点蚀 防止点蚀：防止点蚀：增加齿面增加齿面 硬度、降低粗糙度、硬度、降低粗糙度、 合理选用润滑油粘度合理选用润滑油粘度 点蚀原因：点蚀原因：接触应力接触应力 的反复作用的反复作用 点蚀后果：点蚀后果：轻者振动轻者振动 噪音，重者不能工作噪音，重者不能工作 3 、齿面磨损、齿面磨损 防止磨损：防止磨损：改善润滑、提高改善润滑、提高 齿面硬度、改用闭式传动齿面硬度、改用闭式传动 磨损原因：磨损原因：齿面进入磨料齿面进入

19、磨料 磨损后果：磨损后果：齿形破坏、变薄齿形破坏、变薄 引起冲击、振动，甚至断齿引起冲击、振动，甚至断齿 4 、齿面胶合、齿面胶合 胶合原因：胶合原因：相对滑动速度大，致使温度高、润滑失效相对滑动速度大，致使温度高、润滑失效 胶合现象：胶合现象：两表面尖峰接触后粘结，再被撕开两表面尖峰接触后粘结，再被撕开 冷胶合、热胶合冷胶合、热胶合 防止胶合：防止胶合：减小模数、降低齿高、提高齿面硬度、改减小模数、降低齿高、提高齿面硬度、改 善材料、加极压添加剂善材料、加极压添加剂 胶合后果：胶合后果：产生振动、噪声，不能工作产生振动、噪声，不能工作 5 、轮齿塑性变形、轮齿塑性变形 防止塑性变形：防止塑性

20、变形：提高齿面硬度、提高润滑油粘度提高齿面硬度、提高润滑油粘度 齿体塑性变形：齿体塑性变形：突然过载，引起齿体歪斜突然过载，引起齿体歪斜 塑性变形原因：塑性变形原因：齿面软，润滑失效、摩擦变大齿面软，润滑失效、摩擦变大 齿面塑性变形：齿面塑性变形：齿面表层材料沿摩擦力方向流动齿面表层材料沿摩擦力方向流动 塑性变形后果：塑性变形后果：齿廓形状变化，破坏正确啮合齿廓形状变化，破坏正确啮合 轮齿塑性变形轮齿塑性变形 蜗杆传动由蜗轮和蜗杆组成，用于传递空间两交蜗杆传动由蜗轮和蜗杆组成，用于传递空间两交 叉轴之间的运动和动力。通常交错角为叉轴之间的运动和动力。通常交错角为9090。 。，蜗杆位 ，蜗杆位

21、 主动件。主动件。 蜗杆传动蜗杆传动 1.1.蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型 根据蜗杆的形状可分根据蜗杆的形状可分 为：为：圆柱圆柱蜗杆传动蜗杆传动和和 环面环面蜗杆传动蜗杆传动。圆柱圆柱 蜗杆按螺旋面形状的蜗杆按螺旋面形状的 不同可分为不同可分为渐开线蜗渐开线蜗 杆杆和和阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆。 由于阿基米德蜗杆加由于阿基米德蜗杆加 工方便，所以应用广工方便，所以应用广 泛。泛。 2.2.蜗杆传动的特点蜗杆传动的特点和用途和用途 1. 1.传动比大。传动比大。 i=10-40,i=10-40,最大可达最大可达8 8只传递运动，只传递运动， 传动比可达传动比可达10001000。 2.2.传动

22、平稳、噪声小。传动平稳、噪声小。 3.3.可制成具有自锁性的蜗杆。可制成具有自锁性的蜗杆。 4.4.效率较低。效率较低。=0.7=0.70.80.8。 5.5.蜗轮造价较高。蜗轮造价较高。 蜗杆传动主要用于传动比较大蜗杆传动主要用于传动比较大，结构要求紧凑，结构要求紧凑 的场合；或用于需要传动具有自锁性能的场合。的场合；或用于需要传动具有自锁性能的场合。 2.2.蜗杆传动的特点蜗杆传动的特点和用途和用途 1. 1.传动比大。传动比大。 i=10-40,i=10-40,最大可达最大可达8080。只传递运。只传递运 动，传动比可达动，传动比可达10001000。 2.2.传动平稳、噪声小。传动平稳

23、、噪声小。 3.3.可制成具有自锁性的蜗杆。可制成具有自锁性的蜗杆。 4.4.效率较低。效率较低。=0.7=0.70.80.8。 5.5.蜗轮造价较高。蜗轮造价较高。 蜗杆传动主要用于传动比较大蜗杆传动主要用于传动比较大，结构要求紧凑，结构要求紧凑 的场合；或用于需要传动具有自锁性能的场合。的场合；或用于需要传动具有自锁性能的场合。 3.3.蜗杆传动的基本参数蜗杆传动的基本参数 通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面称为中间平通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面称为中间平 面。面。 在中间平面内，普通圆柱蜗杆传动相当于齿轮与齿条的啮在中间平面内，普通圆柱蜗杆传动相当于齿轮与齿条的啮 合传动，所以设计计算都以中间平面的参数和几何关系为合传动，所以设计计算都以中间平面的参数和几何关系为 准，并沿用圆柱齿轮传动的计算关系。准，并沿用圆柱齿轮传动的计算关系。 3.3.蜗杆传动的基本参数蜗杆传动的基本参数 模数和压力角模数和压力角 规定：蜗轮、蜗规定：蜗轮、蜗 杆在中间平面的杆在中间平面的 模数和压力角为模数和压力角为 标准值。标准值。 蜗杆分度圆直径蜗杆分度圆直径d d1 1及蜗杆直径系及蜗杆直径系 数数q