第3章 齿轮传动

1、第第 三三 章章 齿齿 轮轮 传动传动3-1 概述概述 23-2 渐开线及渐开线直齿圆柱齿轮渐开线及渐开线直齿圆柱齿轮73-3 渐开线齿轮传动及齿廓啮合特性渐开线齿轮传动及齿廓啮合特性133-4 渐开线齿轮正确啮合和连续传动条件渐开线齿轮正确啮合和连续传动条件173-5 渐开线齿轮轮齿的切削加工渐开线齿轮轮齿的切削加工193-6 轮齿的失效形式和齿轮材料轮齿的失效形式和齿轮材料25一、齿轮传动的特点一、齿轮传动的特点1. 工作可靠寿命长工作可靠寿命长 ， 3. 速比恒定速比恒定效率高，效率高，4. 齿廓加工专机床。齿廓加工专机床。 2. 结构紧凑应用广。结构紧凑应用广。5. 高速应用需高速应用

2、需精精密，密，6. 精度精度低了低了噪声噪声长。长。3-1 概述概述一、齿轮传动的特点一、齿轮传动的特点1.按两齿轮轴线的相对位置分按两齿轮轴线的相对位置分3.按工作条件分4. 按齿面硬度按齿面硬度（钢制齿轮）分钢制齿轮）分软齿面软齿面齿轮传动：齿轮传动：3-1 概述概述二、齿轮传动的类型二、齿轮传动的类型1）平行轴齿轮传动平行轴齿轮传动2）相交轴齿轮传动相交轴齿轮传动3）交错轴齿轮传动交错轴齿轮传动2.按齿向分按齿向分 直齿、斜齿、人字齿、曲齿直齿、斜齿、人字齿、曲齿闭式齿轮传动齿轮传动开式齿轮传动齿轮传动硬齿面硬齿面齿轮传动：齿轮传动：HBS350HBS350三、齿轮传动的精度等级三、齿轮

3、传动的精度等级等级：等级：112常用：常用：69 平行轴齿轮传动平行轴齿轮传动（直齿圆柱齿轮传动）（直齿圆柱齿轮传动）外外 啮啮 合合内内 啮啮 合合齿轮齿条啮合齿轮齿条啮合齿轮的类型齿轮的类型 平行轴齿轮传动平行轴齿轮传动（斜齿圆柱齿轮传动）（斜齿圆柱齿轮传动） 平行轴齿轮传动平行轴齿轮传动（人字齿轮传动）（人字齿轮传动）相交轴齿轮传动相交轴齿轮传动（锥齿轮传动）（锥齿轮传动） 交错轴齿轮传动交错轴齿轮传动（圆柱螺旋齿轮传动）（圆柱螺旋齿轮传动）（蜗轮蜗杆传动）（蜗轮蜗杆传动）一、渐开线的形成和性质一、渐开线的形成和性质 当直线当直线BK 沿半径为沿半径为rb的圆的圆作纯滚动时，直线上任一点

4、作纯滚动时，直线上任一点K 的轨迹就是该圆的的轨迹就是该圆的渐开线渐开线。这个圆称为渐开线的这个圆称为渐开线的基圆基圆。rb 基圆半径基圆半径BK渐开线的发生渐开线的发生线线3-2 渐开线及渐开线直齿圆柱齿轮渐开线及渐开线直齿圆柱齿轮1. 渐开线的形成渐开线的形成1）2）一、渐开线的形成和性质一、渐开线的形成和性质3-2 渐开线及渐开线直齿圆柱齿轮渐开线及渐开线直齿圆柱齿轮1. 渐开线的形成渐开线的形成2. 渐开线的性质渐开线的性质NK线段弧长相等性质线段弧长相等性质法线切线归一性质法线切线归一性质3）0,K NK 曲率变化规律性质曲率变化规律性质直线直线NK ，渐开线渐开线K点之点之法线法线

5、曲率曲率NAN直线直线NK ，基圆基圆N点之点之切线切线， NKNN1N2N3B K6）基圆内无渐开线。）基圆内无渐开线。有界性质有界性质5）br ，渐开线渐开线 平直平直。 受基圆大小影响性质受基圆大小影响性质bKKcos,rrKr K4）压力角变化规律性质压力角变化规律性质br ，渐开线渐开线 直线直线 。 二、二、齿轮各部分名称及渐开线标准直齿圆柱齿轮的尺寸齿轮各部分名称及渐开线标准直齿圆柱齿轮的尺寸b齿槽齿槽齿宽齿宽 bd ad f齿顶圆齿顶圆 da齿根圆齿根圆 df齿槽宽齿槽宽 ek齿厚齿厚 skd ks ke k齿距齿距pkpkKKKesp zpdKK zpdKK 分度圆分度圆d模

6、数模数m压力角压力角 d= 20。dzmpmcoscosbddmz=分度圆的定义分度圆的定义具有标准模数和标准压力角的圆。具有标准模数和标准压力角的圆。bKKcos,rr由zpdKK 齿顶高齿顶高ha齿根高齿根高hf齿高齿高h = ha + hfhahf标准齿轮标准齿轮具有标准模数、标准压力角、标准齿顶高系数和标准顶具有标准模数、标准压力角、标准齿顶高系数和标准顶隙系数，且分度圆上齿厚等于齿槽宽的齿轮。隙系数，且分度圆上齿厚等于齿槽宽的齿轮。=hf= 3-3 渐开线齿轮传动及齿廓啮合特性渐开线齿轮传动及齿廓啮合特性一、啮合线、啮合角、节点和节圆一、啮合线、啮合角、节点和节圆啮合点啮合点K啮合线

7、啮合线N1N2同时，同时，N1N2是渐开线是渐开线E1E2两基两基圆之切线圆之切线内公切线。内公切线。 （渐开线性质（渐开线性质2）连心线连心线O1O2节点节点C 连心线与啮合线之连心线与啮合线之 交点。交点。节圆节圆 ， 直径直径 、1d2d啮合角啮合角一、节点、节圆、啮合线和啮合角一、节点、节圆、啮合线和啮合角二、渐开线齿廓啮合特性二、渐开线齿廓啮合特性1、瞬时传动比恒定性、瞬时传动比恒定性KOvK111 KOvK222 两齿廓不分离的条件：两齿廓不分离的条件：nKnKnKvvv 21111111coscosKKKnKKOvv 222222coscosKKKnKKOvv 11222112c

8、oscosKKKOKOi K1 K23-3 渐开线齿轮传动及齿廓啮合特性渐开线齿轮传动及齿廓啮合特性1111cosNOKOK 故故2222cosNOKOK 又又11O N C22O N C齿廓啮合定律：齿廓啮合定律： 相互啮合的一对齿廓，在任一瞬相互啮合的一对齿廓，在任一瞬时的传动比与连心线被过齿廓啮合时的传动比与连心线被过齿廓啮合点公法线所分成的两线段长度成反点公法线所分成的两线段长度成反比。比。 K1 K1 K2 K2在在O1N1K和和O2N2K中中N1O1K=K1 N2O2K =K211222112coscosKKKOKOi 显然，显然，C为定点为定点，渐开线齿，渐开线齿廓啮合的瞬时传动

9、比恒定。廓啮合的瞬时传动比恒定。2、中心距可分性、中心距可分性3、齿廓间的相对滑动、齿廓间的相对滑动 一对渐开线齿轮制成后，其基一对渐开线齿轮制成后，其基圆直径不再改变。因此，当实际圆直径不再改变。因此，当实际中心距产生误差时，其传动比仍中心距产生误差时，其传动比仍能保持不变。这就是渐开线齿轮能保持不变。这就是渐开线齿轮传动的中心距可分性。传动的中心距可分性。对于渐开线齿廓对于渐开线齿廓即即21bbpp M1M2L1L2其中其中111zdpbb =111coszd =11cosm222cosbpm2211coscos mm 渐开线齿轮正渐开线齿轮正确啮合的条件确啮合的条件线段弧长线段弧长相等性

10、质相等性质3-4 3-4 渐开线齿轮正确啮合和连续传动的条件渐开线齿轮正确啮合和连续传动的条件一、渐开线齿轮正确啮合的条件一、渐开线齿轮正确啮合的条件12nnpp法节法节基节基节3-4 3-4 渐开线齿轮正确啮合和连续传动的条件渐开线齿轮正确啮合和连续传动的条件图图 6-15二、渐开线齿轮连续传动条件二、渐开线齿轮连续传动条件= coscos12dd=12mzmz21 i12bbdd=12dd=12zz标准中心距标准中心距 设一对标准齿轮安装的实际设一对标准齿轮安装的实际中心距为中心距为a，则当则当a=a时称其时称其为标准齿轮正确安装。为标准齿轮正确安装。)(2121dda =)(2121dd

11、 )(221zzm =1.理论啮合线和实际啮合线理论啮合线和实际啮合线2.连续传动的条件连续传动的条件重合度重合度实际啮合线实际啮合线理论啮合线理论啮合线121()2add标准齿轮正确安装标准齿轮正确安装？！？！12N N21B B一、齿廓切制的基本原理一、齿廓切制的基本原理1 1、仿形法、仿形法优点：优点： 不需专用设备；不需专用设备；缺点：缺点： 刀具数量多，齿廓形状近似。刀具数量多，齿廓形状近似。3-5 3-5 渐开线齿轮轮齿的切削加工渐开线齿轮轮齿的切削加工2 2、展成法、展成法齿轮插刀加工齿轮插刀加工齿条插刀加工齿条插刀加工进给进给切削切削让刀让刀v范成范成Vrrmz/2mz/2齿轮

12、滚刀滚齿齿轮滚刀滚齿二、切齿干涉和标准齿轮的最少齿数二、切齿干涉和标准齿轮的最少齿数分度圆分度圆基圆基圆O1PN1rbr142 B13B2正常齿标准正常齿标准直齿圆柱齿直齿圆柱齿轮，不发生轮，不发生切齿干涉的切齿干涉的最少齿数为最少齿数为17。三、变位齿轮的概念三、变位齿轮的概念基准线基准线节线节线3-6 3-6 轮齿的失效形式和齿轮材料轮齿的失效形式和齿轮材料轮齿折断轮齿折断整体折断整体折断一、轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式 潘存云教授研制局部折断局部折断按形态分按形态分按机理分按机理分疲劳折断疲劳折断过载折断过载折断 为防轮齿折为防轮齿折断，需进行抗断，需进行抗弯曲疲劳强度弯曲疲劳强度的

13、计算的计算使使其具有足够大其具有足够大的模数。的模数。失效形式失效形式 增大轴的刚度，提高制造精度可减轻载荷集中。增大轴的刚度，提高制造精度可减轻载荷集中。发生原因：发生原因：载荷集中、疲劳、载荷集中、疲劳、 冲击载荷或静力过载冲击载荷或静力过载 合理选材及热处理方法，减小应力集中和表面粗合理选材及热处理方法，减小应力集中和表面粗糙度等，可提高轮齿的抗冲击和耐疲劳的能力。糙度等，可提高轮齿的抗冲击和耐疲劳的能力。改改进进措措施施 提高轮齿抗弯能力的最有效的措施是提高轮齿抗弯能力的最有效的措施是增大模数增大模数。轮齿折断轮齿折断一、轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式 失效形式失效形式潘存云教授研制

14、潘存云教授研制齿面接触疲劳齿面接触疲劳齿面点蚀齿面点蚀齿面点蚀齿面点蚀为防止齿面点蚀，为防止齿面点蚀，需进行齿面接触疲需进行齿面接触疲劳强度设计。劳强度设计。 提高齿面接触疲劳强度的提高齿面接触疲劳强度的最有效的措施是：最有效的措施是： 采用采用硬齿面硬齿面和增大传动的和增大传动的外廓尺寸（外廓尺寸（中心距中心距）。 发生条件：发生条件：闭式传动，闭式传动， 润滑良好。润滑良好。改改进进措措施施3-6 轮齿的失效形式和齿轮材料轮齿的失效形式和齿轮材料轮齿折断轮齿折断一、轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式 失效形式失效形式齿面胶合齿面胶合齿面点蚀齿面点蚀潘存云教授研制齿面胶合齿面胶合1.1.提高齿

15、面硬度提高齿面硬度2.2.改善润滑条件改善润滑条件发生条件：发生条件： 高速重载、高速重载、 低速重载低速重载。改进改进措施措施3-6 轮齿的失效形式和齿轮材料轮齿的失效形式和齿轮材料轮齿折断轮齿折断一、轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式 失效形式失效形式齿面磨粒磨损齿面磨粒磨损齿面胶合齿面胶合齿面点蚀齿面点蚀潘存云教授研制如：采用闭式传动如：采用闭式传动 进行清洁操作进行清洁操作消除磨料的存在消除磨料的存在发生条件：发生条件：在在开式传动开式传动及不清及不清洁操作所致洁操作所致磨料存在磨料存在的场合。的场合。改进改进措施措施3-6 轮齿的失效形式和齿轮材料轮齿的失效形式和齿轮材料齿面塑性变形齿

16、面塑性变形潘存云教授研制从动齿从动齿主动齿主动齿潘存云教授研制凸脊凸脊3-6 轮齿的失效形式和齿轮材料轮齿的失效形式和齿轮材料轮齿折断轮齿折断一、轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式 失效形式失效形式齿面磨粒磨损齿面磨粒磨损齿面胶合齿面胶合齿面点蚀齿面点蚀凹槽凹槽从动齿从动齿主动齿主动齿从动齿从动齿主动齿主动齿从动齿从动齿主动齿主动齿潘存云教授研制凹槽凹槽齿轮工作能力设计基本内容齿轮工作能力设计基本内容 保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀对高速重载齿轮传动，

17、还应按齿面抗胶合能力准则对高速重载齿轮传动，还应按齿面抗胶合能力准则 进行设计进行设计 一、轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式 3-6 轮齿的失效形式和齿轮材料轮齿的失效形式和齿轮材料一、轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式 3-6 轮齿的失效形式和齿轮材料轮齿的失效形式和齿轮材料1.1.对齿轮材料性能的要求对齿轮材料性能的要求 理想材料：理想材料：二、齿轮材料及选用准则二、齿轮材料及选用准则 齿轮齿轮常常用用材料材料锻钢锻钢 铸钢铸钢 铸铁铸铁用于低速、轻载、无冲击、用于低速、轻载、无冲击、不太重要场合；不太重要场合；适高速、轻载、降噪场合。适高速、轻载、降噪场合。 非金属材料非金属材料 2.2.常用齿轮材料常用齿轮材