齿轮传动受力分析

1、齿轮传动受力分析齿轮传动受力分析江苏省海安职业教育中心江苏省海安职业教育中心于友林于友林常见齿轮传动的常见齿轮传动的类型类型n直齿圆柱齿轮传动直齿圆柱齿轮传动n斜齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动n直齿圆锥齿轮传动直齿圆锥齿轮传动n蜗轮蜗杆传动蜗轮蜗杆传动教教 学学 要要 求：求： 掌握四种常见齿轮传动受力掌握四种常见齿轮传动受力大小关系及方向的判定方法；大小关系及方向的判定方法；重点与难点：重点与难点：1 1、各类齿轮传动受力方向的判别方法；、各类齿轮传动受力方向的判别方法；2 2、轮系传动中各轮受力分析方法；、轮系传动中各轮受力分析方法；综合提高综合提高复习回顾复习回顾归纳总结归纳总结娴熟运用

2、娴熟运用学习目标学习目标关联知识准备关联知识准备1什么是径向力、圆周力和轴向力什么是径向力、圆周力和轴向力？1.1.径向力就是由啮合点指向回转中心的力，也就是沿直径方向的力。用径向力就是由啮合点指向回转中心的力，也就是沿直径方向的力。用FrFr表示。表示。2.2.圆周力就是啮合点处沿圆周方向的力，也就是啮合点处切线方向的力，圆周力就是啮合点处沿圆周方向的力，也就是啮合点处切线方向的力，也称为切向力。其方向与主从动轮也称为切向力。其方向与主从动轮及回转方向及回转方向有关。用有关。用FtFt表示。表示。3.3.轴向力就是沿着齿轮轴方向的力，其方向由齿轴向力就是沿着齿轮轴方向的力，其方向由齿轮轮的旋

3、向及回转方向决定。的旋向及回转方向决定。用用FaFa表示。表示。Fr1Ft1Fa1n1n1Z1Z1是主动齿轮，作逆时针是主动齿轮，作逆时针n1n1旋转旋转1.直齿圆柱齿轮传动受力分析直齿圆柱齿轮传动受力分析Fr1=Fr2 Ft1= Ft2 无轴向力无轴向力径向力径向力Fr: 由啮合点指向各自的回转中心。由啮合点指向各自的回转中心。圆周力圆周力Ft: 主动轮主动轮所受圆周力与啮合点切向速度方向所受圆周力与啮合点切向速度方向相反相反( (阻力阻力) )。 从动轮从动轮所受圆周力与所受圆周力与啮合点切向速度方向啮合点切向速度方向相同相同( (动力动力) )。轴向力轴向力Fa:无无分力方向分力方向分力

4、关系分力关系n1n2Fr1Fr2Ft1Ft2n1n2Z1Z2请标出齿轮请标出齿轮2 2的旋转方向的旋转方向请问请问这是什么类型齿轮传动？这是什么类型齿轮传动？ 关联知识准备关联知识准备2齿轮、蜗轮、蜗杆轮齿旋向的判别齿轮、蜗轮、蜗杆轮齿旋向的判别Z1Z1Z2Z2右旋、右旋、左旋左旋右旋、左旋右旋、左旋( (左旋左旋) )(右旋右旋)Z Z5 5Z6Z6Z4Z4Z3Z3右右旋旋左左旋旋右右旋旋左左旋旋右旋、左旋右旋、左旋右旋、左旋右旋、左旋(右旋右旋)（左旋（左旋) )请判断请判断Z1Z1、Z2Z2的旋向的旋向? ? 轴线轴线放放水平水平旋向看八字旋向看八字 如何判断？如何判断？这点非常重要，是

5、我们进这点非常重要，是我们进行齿轮受力分析以及判断行齿轮受力分析以及判断齿轮旋转方向的基础齿轮旋转方向的基础 记牢记牢：斜齿轮左右旋配对用斜齿轮左右旋配对用 蜗轮蜗杆齿旋同向走蜗轮蜗杆齿旋同向走（一般在题目中只给出一个齿轮或（一般在题目中只给出一个齿轮或蜗杆的旋向）蜗杆的旋向）（右旋）（右旋）（左旋）（左旋）2 .斜齿圆柱齿轮传动受力分析斜齿圆柱齿轮传动受力分析Fr1=-Fr2Ft1=-Ft2Fa1=-Fa2径向力径向力Fr: 由啮合点指向各自齿轮的回转中心。由啮合点指向各自齿轮的回转中心。圆周力圆周力Ft: 主动轮主动轮所受圆周力与啮合点切向速度方向所受圆周力与啮合点切向速度方向相反相反(阻

6、力阻力)。 从动轮从动轮所受圆周力与啮合点切向速度方向所受圆周力与啮合点切向速度方向相同相同(动力动力)。轴向力轴向力Fa:主动轮主动轮受力方向用左右手螺旋法则判定，受力方向用左右手螺旋法则判定， 从动轮从动轮受力方向与主动轮受力方向与主动轮相反相反。分力关系分力关系分力方向分力方向n1n2Fr1Fr2Ft1Ft2n1n2Fa2Z1Z2Fa1n1z1Ft1Fr1Fa1斜齿轮传动所受到的径斜齿轮传动所受到的径向力和轴向力与直齿圆向力和轴向力与直齿圆柱齿轮规律一样柱齿轮规律一样请在端面视图中标请在端面视图中标出两轮的出两轮的FrFr与与FtFt斜齿圆柱齿轮传动时由于轮斜齿圆柱齿轮传动时由于轮齿是倾

7、斜的，所以有轴向力齿是倾斜的，所以有轴向力存在。轴向力方向如何判定存在。轴向力方向如何判定呢？呢？什么是左右手螺旋法则呢？什么是左右手螺旋法则呢？主动轮轮齿左旋用左手，轮主动轮轮齿左旋用左手，轮齿右旋用右手。齿右旋用右手。方法是：方法是：主动轮轮齿右旋，主动轮轮齿右旋，伸右手，四指指向与齿轮回伸右手，四指指向与齿轮回转方向一致，大拇指指向为转方向一致，大拇指指向为齿轮所受轴向力方向。齿轮所受轴向力方向。3.3.直齿圆锥齿轮传动受力分析直齿圆锥齿轮传动受力分析Fr1=Fa2Fa1=Fr2Ft1=Ft2分力关系分力关系分力方向分力方向径向力径向力F Fr:r:由啮合点指向各自的回转中心。由啮合点指

8、向各自的回转中心。轴向力轴向力F Fa a: :由啮合点指向各自齿轮的大端（由啮合点指向各自齿轮的大端（与齿轮转向无关，与齿轮转向无关， 常作为隐含条件常作为隐含条件）圆周力圆周力Ft:Ft:主动轮所受圆周力与主动轮所受圆周力与啮合点切向速度方向啮合点切向速度方向相反相反( (阻力阻力) )。 从动轮所受圆周力与从动轮所受圆周力与啮合点切向速度方向啮合点切向速度方向相同相同( (动力动力) )。n1n2z z1 1z z2 2Fr1Fr2Fa1Fa2Ft1z z1 1n1Fr1Fa1Ft2z z2 2n2Fr2Fa2所受径向力方向仍然指向所受径向力方向仍然指向各自的回传中心，但是各自的回传中心

9、，但是Fr1 Fr1 、Fr2Fr2不共线，一定不共线，一定相等吗？相等吗？直齿圆锥齿轮传动直齿圆锥齿轮传动时，由于轮时，由于轮齿是沿锥面倾斜的，所以有轴齿是沿锥面倾斜的，所以有轴向力存在。轴向力方向如何判向力存在。轴向力方向如何判定呢？定呢？ 标出标出Z2旋转方向？旋转方向？（全班回答）（全班回答）注意：注意：一对啮合的锥齿一对啮合的锥齿轮旋转方向是箭头相对轮旋转方向是箭头相对或箭尾相连或箭尾相连请仔细观察请仔细观察 FrFr、FaFa、FtFt的方向及大小关系的方向及大小关系为什么为什么 FrFr、FaFa、FtFt的方向及大小关系不是同的方向及大小关系不是同“姓姓”相等呢？相等呢？原因就

10、是两轮轴线垂直。原因就是两轮轴线垂直。4 . 蜗轮蜗杆传动受力分析蜗轮蜗杆传动受力分析Fr1=Fr1=Fr2Fr2 Ft1= Ft1=Fa2Fa2 Fa1= Fa1=Ft2Ft2径向力径向力F Fr:r: 由啮合点指向各自的回转中心。由啮合点指向各自的回转中心。圆周力圆周力F Ft:t: 主动轮主动轮所受圆周力与所受圆周力与啮合点切向速度方向啮合点切向速度方向相反相反( (阻力阻力) )； 从动轮从动轮所受圆周力与所受圆周力与啮合点切向速度方向啮合点切向速度方向相同相同( (动力动力) )。轴向力轴向力F Fa a: : 主动轮主动轮( (蜗杆蜗杆) )受力方向用受力方向用左右手螺旋法则。左右

11、手螺旋法则。 从动轮从动轮受力方向与受力方向与Ft1Ft1相反相反。分力关系分力关系分力方向分力方向Z2n1Z1n2n2n1Fa1Fa2Fr1Fr2Ft1Ft2注意：注意：一般以蜗杆一般以蜗杆为主动件，常做为为主动件，常做为隐含条件隐含条件左右图中左右图中n2好像相好像相“反反”，为何？，为何？注意：注意：圆周力标圆周力标注在圆形视图中注在圆形视图中齿轮传动受力齿轮传动受力方向的判别方向的判别 受力名称受力名称齿轮传动类型齿轮传动类型轴向力轴向力Fa圆周力圆周力Ft径向力径向力Fr直齿圆柱齿轮传动直齿圆柱齿轮传动 斜齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动直齿圆锥齿轮传动直齿圆锥齿轮传动蜗轮蜗杆传动蜗轮

12、蜗杆传动 主动轮所主动轮所受圆周力受圆周力与转向与转向相相反反(阻力阻力)。 从动轮所从动轮所受圆周力受圆周力与转向与转向相相同同(动力动力)。由啮合点由啮合点指向各自指向各自的回转中的回转中心。心。无无主动轮主动轮左右手螺旋法则；左右手螺旋法则； 从动轮从动轮受力方向与主轮受力方向与主轮相反。相反。由啮合点指向由啮合点指向大大端端Fa1=Ft2Ft1=Fa2如图，蜗杆如图，蜗杆1 1为右旋为右旋, ,试回答：试回答： 若使若使、轴上所受轴向轴上所受轴向力足够小，问力足够小，问、轴的旋转方向分轴的旋转方向分别为别为 、 、 ；齿轮；齿轮5、6的旋向分别为的旋向分别为、 ； 例题解析例题解析Fa

13、2Fa3Ft1nnnnFa4Fa5向左向左向上向上向右向右向左向左右旋右旋左旋左旋1 1、充分利用题目中已知条件，、充分利用题目中已知条件，挖出题目中隐含条件挖出题目中隐含条件2 2、蜗杆与蜗轮的啮合点（处）在何处蜗杆与蜗轮的啮合点（处）在何处3 3、传动链中传动链中一对一对齿轮相互啮合，分清主动件、从动件齿轮相互啮合，分清主动件、从动件Fa1Ft2各齿轮的受力图各齿轮的受力图Ft1Fa2Fa1Fr2Fr1Ft2Fr4Ft3Fr3Fa3Fa4Ft4Fr5Fa5Ft5Ft6Fr6Fa6Fa2Fa3Ft1nnnnFa4Fa5Fa1Ft2课堂练习课堂练习：斜齿轮与锥齿轮组合：斜齿轮与锥齿轮组合 右图

14、所示为两级右图所示为两级齿轮传动，齿轮齿轮传动，齿轮1转向如图，试分析：转向如图，试分析：n1、若使中间轴上、若使中间轴上的轴向力足够小，的轴向力足够小，3、4两齿轮的螺旋两齿轮的螺旋方向分别是方向分别是 、 ；n2、作出各齿轮的、作出各齿轮的受力图。受力图。n2n3n4Fa2Fa3右右旋旋左旋左旋右旋右旋左左旋旋各齿轮的受力图各齿轮的受力图Fa2Fr2Ft2Fr1Fa1Ft1Fa4Fr4Ft4Fa3Fr3Ft3课堂小结：课堂小结： 齿轮受力分析的问题齿轮受力分析的问题一般以传动轴受轴一般以传动轴受轴向力最小为出发点向力最小为出发点展开讨论，解决的途径应展开讨论，解决的途径应充分利用已知条件充

15、分利用已知条件(包含隐藏条件，如蜗杆传包含隐藏条件，如蜗杆传动中蜗杆必为主动轮、锥齿轮的轴向力必指动中蜗杆必为主动轮、锥齿轮的轴向力必指向大端）向大端）寻找突破口，得到此轴上某一齿轮寻找突破口，得到此轴上某一齿轮的轴向力，这样有关问题就会迎刃而解！的轴向力，这样有关问题就会迎刃而解！课后练习一课后练习一：斜齿轮与：斜齿轮与蜗杆蜗轮蜗杆蜗轮组合组合n2n3n1Fa1Fa2Fa3左左旋旋左旋左旋右旋右旋蜗杆为主动轮蜗杆为主动轮如图所示为斜齿圆如图所示为斜齿圆柱齿轮与蜗轮蜗杆柱齿轮与蜗轮蜗杆组成的传动，试分组成的传动，试分析：析：1、若使蜗杆轴上、若使蜗杆轴上的轴承受轴向力足的轴承受轴向力足够小，则

16、够小，则1、2两齿两齿轮的旋向分别是轮的旋向分别是 、；2、作出、作出A、B两啮两啮合点各轮合点各轮的受力图的受力图Ft4Fr4Fa4Fa3Fr3Ft3Fa2Fr2Ft2Fa1Fr1Ft1n2n3n1Fa1Fa2Fa3左左旋旋如图，蜗杆如图，蜗杆1为右旋，试为右旋，试回答：回答：1、若使、若使轴上所受轴向轴上所受轴向力足够小，则力足够小，则、轴的旋转方向分别为轴的旋转方向分别为:、 、 。2、画出各齿轮的受力图。、画出各齿轮的受力图。课后练习二课后练习二：锥齿轮与蜗杆蜗轮锥齿轮与蜗杆蜗轮组合组合Fa3Fa2Ft1n1n2n3n4向左向左向上向上向右向右蜗杆为主动轮蜗杆为主动轮各齿轮的受力图各齿轮的受力图Fa3Fa2Ft1n3n4Fa1Fr1Ft1Fa2Ft2Fr2Fr3Fa3Ft3Fa4Fr4Ft4n1n2如图，蜗杆