机械设计基础少学时第6讲PPT学习教案

1、会计学1 机械设计基础少学时第机械设计基础少学时第6讲讲 第十节 齿轮结构 第1页/共37页 1、渐开线齿轮正确啮合的条件 2、渐开线齿轮连续传动的条件 3、轮齿的切削加工方法 4、切齿干涉和最少齿数 5、变位齿轮的概念 6、齿轮的失效形式 21 21 mmm 1 b21 pBB 仿形法和展成法 2 * sin 2 a h z 轮齿折断 齿面疲劳点蚀 齿面胶合 齿面磨粒磨损 齿面塑性变形 7、齿轮的常用材料锻钢、铸钢和铸铁 第2页/共37页 1) 发生线在 基圆上滚过的长度KN等于基圆上相应的弧长AN 2) 渐开线上不同点处，曲率半径不同，越接近基圆部分，曲率半径越小。 3) 渐开线上任一点处

2、的法线必与基圆相切。 4）渐开线上不同点的压力角不等，越接近基圆部分，压力角越小，渐开线在基圆上的压力角等于零。 5)渐开线的形状与基圆半径有关 6)基圆内无渐开线。 返回首页返回首页 第3页/共37页 返回首页返回首页 第4页/共37页 返回首页返回首页 第5页/共37页 4、齿廓间的相对滑动 1、四线合一：一对相互啮合的渐开线齿轮的啮合线啮合线、过啮合点的公法线、公法线、基圆的内公切线内公切线和正压力作用线作用线 2、瞬时传动比恒定性 3、中心距可分性 CO CO i 1 2 2 1 12 1 2 12 b b d d i 返回首页返回首页 第6页/共37页 返回本章返回本章 齿轮传动时,

3、 它的每一对轮齿仅啮合一 段时间便要分离, 而由后一对轮齿接触。 为了保证一对轮齿在接触过程中瞬时传动 比不变且连续传动, 当前一对轮齿脱离啮 合之前, 后一对轮齿应在啮合线的另一点B2 接触。 由图可知, 要使前后两对轮齿能够 同时在啮合线上接触, 则两齿轮上相邻两 齿同向齿廓在啮合线上的距离(称为法向齿法向齿 距距)必须相等, 否则就会出现两轮齿廓分离 或重叠的情况。 一、渐开线齿轮正确啮合的条件 二、渐开线齿轮连续传动的条件 第7页/共37页 下一页下一页 由渐开线的性质可知, 齿轮的法向齿距 pn等于两轮基圆齿距pb（见证明）, 因此, 要使两轮正确啮合, 必须满足： 21bb pp

4、cosmpb 2211 coscosmm 21 21 mmm 即 由此，一对齿轮的传动比可表示为 1 2 1 2 1 2 1 2 2 1 cos cos z z mz mz d d d d i b b 第8页/共37页 返回本节返回本节 一对正确啮合的标准齿轮，由于一个 齿轮的分度圆齿厚与另一齿轮的分度圆齿 槽宽相等，所以在安装时，只有使两轮的 分度圆相切，即分度圆和节圆重合，才能 使齿侧的理论间隙为零。这时的中心距离 a称为正确安装的标准中心距正确安装的标准中心距，且 )( 2 1 )( 2 1 )( 2 1 212121 zzmdddda 标准齿轮正确安装时，啮合角在数值上等于分度圆上的压

5、力角。即 第9页/共37页 bNKN 121 aNKN 111 111112121b pabaNbNKNKNKK 由渐开线的性质知： 所以 同理221b pKK 返回返回 第10页/共37页 1 b21 pBB 为重合度为重合度 例3-1 返回本节返回本节 实际啮合线段B1B2=理论啮合线段N1N 2 因此，一对齿轮连续传动的条件应该是：实际啮合线段B1B2的长度大于或等于齿轮的法向齿距B2K，而B2K=pb，所以齿轮连续传动的条件为B1B2pb，即 一般机械中的齿轮，要求 1.11.4， 重合度愈大，表示同时啮合的齿的对数愈 多，传动愈平稳。对于标准齿轮传动，因 其重合度恒大于1，故不必验算

6、其重合度。 例3-2 第11页/共37页 一对标准直齿圆柱齿轮，齿数z1=20，传动比i=3.5，模数m=5mm, 求两齿轮的分度圆直径、顶圆直径、根圆直径、齿距、齿厚及中心距 返回返回 第12页/共37页 现有一正常齿标准直齿圆柱齿轮，测得顶圆直径da=134.8mm， 齿数z=25，求齿轮的模数m，分度圆上渐开线的曲率半径及直径 dK=130mm圆周上渐开线的压力角K。 返回返回 第13页/共37页 返回本章返回本章 一、轮齿的切削加工原理 近代齿轮的加工方法很多，有铸造法、热轧法、冲压法、模锻法和切齿法等。其中最常用的是切削方法，就其原理可以概括分为： 2、展成法 1、仿形法 二、切齿干

7、涉和最少齿数 1、切齿干涉现象 2、不发生切齿干涉的最小齿数 三、变位齿轮的概念 1、变位齿轮的概念 2、变位齿轮的用途与特点 第14页/共37页 返回本节返回本节 仿形法仿形法就是刀具的轴剖面形状和被切齿槽的形状相同。其刀具 有盘状铣刀和指状铣刀等，如图所示。铣完一个齿槽后，分度头将 齿坯转过(360/z)，再铣下一个齿槽，直到铣出所有的齿槽。 优点：加工方法简单，不需要专门的齿轮加工设备； 应用：只适用于修配、单件生产以及加工精度要求不高的齿轮。 缺点：加工出的齿形不够准确，轮齿的分度不易均匀，生产率低。 第15页/共37页 返回本节返回本节 展成法是利用轮齿的啮合原理来切削轮齿齿廓的。这

8、种方法采 用的刀具主要有插齿刀和滚刀，所以有插齿加工和滚齿加工。由于 展成法加工精度较高，所以是目前轮齿切削加工的主要方法。 （1）插齿加工 由于插齿加工是应用一对齿轮的啮合关系来切制齿廓，所以加 工出来的齿形准确，分度均匀。插齿加工适于加工双联或三联齿轮， 也可以加工内齿轮。但由于有空回行程，是间断切削，所以生产率 不高。用插齿刀加工斜齿轮也不方便。 （2）滚齿加工 用滚刀加工齿轮本质上与用齿条插刀加工齿轮相同，加工精度 高，而且滚刀连续切削，没有空回行程，因此生产率高，目前应 用较广。应用滚刀还可以加工斜齿轮，但不能切削双联或三联齿 轮，也不能切削内齿轮。 第16页/共37页 插齿刀实际上

9、就是一个在轮齿上磨出前、后角而产生切削刃的齿轮，其模数和压力角与被加工齿轮相同，刀具齿顶比传动齿轮高出顶隙c的距离，以保证切制的齿轮在传动时具有顶隙。加工过程： 1、切削 （沿轮坯轴向）； 2、进刀和让刀 （沿轮坯径向）； 3、范成运动 （模拟齿轮啮合传动，轮齿齿廓是插齿刀相对轮坯 运动过程中切削刃各位置的包络线。） 返回返回 第17页/共37页 返回返回 当插齿刀的齿数增加到无穷多时，其基圆半径变为无穷大，插 齿刀的齿廓成为直线，插齿刀变成了齿条插刀。但齿条刀具的长 度有限，难以加工齿数较多的齿轮。为此，常采用滚刀在滚齿机 上加工齿轮。 第18页/共37页 返回返回 滚刀的外形类似开了纵向沟

10、槽的螺杆，开沟槽的目的是为了产 生切削刃。滚刀轴平面的齿形与齿条插刀相同。当滚刀转动时，相 当于图中双点划线所示的假想无限长的齿条插刀连续地向一个方向 移动，齿轮轮坯相当于与齿条插刀作啮合运动的齿轮，从而滚刀按 照齿轮啮合原理在齿轮轮坯上连续切出渐开线齿廓。与此同时，滚 刀沿着齿轮轮坯作轴向缓慢移动，切出整个齿宽的齿廓。 第19页/共37页 返回本节返回本节 如图所示，用展成法加工齿轮时，若齿数过少，刀具顶线就会 超过理论啮合线的上界点N，这时切削刃将会切去一部分轮齿根部 的渐开线齿廓，这种现象称为切齿干涉。发生切齿干涉后，齿根失 去部分渐开线，重合度减小，影响传动平稳性；而且由于轮齿根部 被

11、削弱，抗弯能力降低，故应该设法避免。 第20页/共37页 返回本节返回本节 如图所示为齿条插刀加工标准 外齿轮的情况，齿条插刀的分度线 与齿轮的分度圆相切。要使被切齿 轮不产生切齿干涉，刀具的齿顶线 不得超过N点。即 当 =20、ha* =1， zmin = 17。 NMmha * 而 22 sin 2 sinsin mz rPNNM 整理后得出 2 * sin 2 a h z 第21页/共37页 返回本节返回本节 当齿条刀具的中线与被加工齿轮的分度圆相切时，加工出来的齿 轮分度圆齿厚等于分度圆齿槽宽，这种齿轮是标准齿轮。若齿条刀 具的中线不与被加工齿轮的分度圆相切，则加工出来的齿轮分度圆 齿

12、厚不再等于分度圆齿槽宽，这种齿轮称为变位齿轮。 例如，由于某些原因，需要齿轮的齿数z350HBS) 钢制齿轮的毛坯一般用锻造方法获得，锻钢金属内部组织细密。按齿面硬度不同，锻钢齿轮可分为两类： 表3-4所列为几种常用的齿轮材料 第31页/共37页 返回返回 这类齿轮常采用35、45、40Cr、35SiMn等中碳钢或中碳合金钢， 经调质或正火后再进行切削精加工。由于小齿轮轮齿的啮合次数较大 齿轮多，并且在标准齿轮传动中，小齿轮齿根厚度较小，所以小齿轮 的齿面硬度最好比大齿轮齿面硬度高出3050HBS。 这类齿轮制造工艺简单，多用于对强度、硬度和精度没有过高要 求的一般机械中。 第32页/共37页 这类齿轮常采用20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢表面渗碳淬火， 或45、40Cr等中碳钢、中碳合金钢表面淬火，齿面硬度通常为 4065HRC，而齿芯韧性较好。因为齿面硬度高，所以要在切齿加 工后再进行最终热处理。为了消除热处理引起的轮齿变形，还需 对轮齿进行磨削或研磨。 这类齿轮制造工艺复杂，多用于高速、重载、要求尺寸和质量 较小的机械中，如航空发动机、机床、汽车及拖拉机等。 返回返回 第33页/共37页 返回返回 当齿轮结构很复杂，或直径大于400mm以上，齿轮毛坯不易锻 造时，可采