汽车机械基础机工配套课件：4单元3齿轮传动

1、汽车机械基础模块四 汽车常用传动分析学习目标1.知识目标(1)了解齿轮传动的特点及分类。(2)熟悉齿轮传动的用途。(3)会计算齿轮传动的传动比。(4)掌握渐开线标准直齿轮的基本参数及几何尺寸计算。(5)了解渐开线直齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件和连续传动条件。(6)掌握齿轮传动的失效形式。2.能力目标(1)具有识别齿轮传动种类的能力(2)能计算齿轮的各个参数单元十三 齿轮传动任务引入汽车在行驶过程中通过手动选择档位，就能实现变速、转向或倒车，它们是怎样实现的呢？ 目录01任务一 齿轮传动的类型与特点02任务二 渐开线标准直齿圆柱齿轮03任务三 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动04任务四 渐开线齿

2、轮的加工与根切现象05任务五 斜齿圆柱齿轮传动06任务六 直齿锥齿轮传动07任务七 齿轮的失效形式08任务八 齿轮的材料与结构目录01任务一 齿轮传动的类型与特点02任务二 渐开线标准直齿圆柱齿轮03任务三 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动04任务四 渐开线齿轮的加工与根切现象05任务五 斜齿圆柱齿轮传动06任务六 直齿锥齿轮传动07任务七 齿轮的失效形式08任务八 齿轮的材料与结构齿轮传动特点齿轮传动利用齿轮副来传递运动和（或）动力的一种机械传动齿轮传动特点： 1.瞬时传动比准确，传动平稳。结构紧凑，适用范围广。 2.传动精度高；传动效率高，可达99 %。工作可靠、寿命长。 3.可实现两轴平

3、行、交叉、交错的传动。 4.齿轮需要专用制造设备，成本较高。齿轮传动类型1.按轮齿形状分类根据轮齿形状的不同，齿轮可分为直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、直齿锥齿轮、斜齿锥齿轮、齿条和人字齿等。 齿轮传动类型2.按齿轮轴线位置分类：根据轴线位置不同，齿轮传动可分为平行轴齿轮传动、相交轴齿轮传动和交错轴齿轮传动， 齿轮传动类型3.按齿轮啮合情况分类：齿轮传动可分外啮合传动和内啮合传动 外啮合传动内啮合传动齿轮传动类型4.按工作条件分类：齿轮传动可分为开式、半开式和闭式传动三类。开式齿轮传动：传动装置没有防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外面，外界杂物容易侵入，且润滑不良，多用于低速、非重要场合。半开式齿轮传

4、动：齿轮传动装置有简单的防护装置，但不能严格防止外界杂物的侵入，润滑条件一般，多用于农业机械、建筑机械及简单机械装备。闭式齿轮传动：齿轮经过精确加工，放置于密封严密的箱体内，润滑条件好，多用于汽车、机床等重要场合。 齿轮传动类型 两轴平行两轴不平行按轮齿方向按啮合情况直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动 人字齿圆柱齿轮传动 外啮合齿轮传动 内啮合齿轮传动 齿轮齿条传动 相交轴齿轮传动交错轴齿轮传动锥齿轮传动 交错轴斜齿轮传动 蜗轮蜗杆传动 齿轮传动目录01任务一 齿轮传动的类型与特点02任务二 渐开线标准直齿圆柱齿轮03任务三 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动04任务四 渐开线齿轮的加工与根切现象

5、05任务五 斜齿圆柱齿轮传动06任务六 直齿锥齿轮传动07任务七 齿轮的失效形式08任务八 齿轮的材料与结构渐开线的形成及性质1.渐开线的形成 动直线沿着一固定的圆作纯滚动时，此动直线上任一点K的运动轨迹CK称为渐开线，该圆称为渐开线的基圆，其半径以rb表示，直线称为渐开线的发生线。 渐开线的形成及性质1.渐开线的形成渐开线齿轮以同一个基圆上产生的两条反向渐开线为齿廓的齿轮。渐开线的形成及性质2.渐开线的性质发生线在基圆上滚过的线段长等于基圆上被滚过的弧长渐开线上任意一点的法线必切于基圆渐开线的形状取决于基圆的大小渐开线上各点的曲率半径不相等渐开线上各点的齿形角（压力角）不等渐开线的起始点在基

6、圆上，基圆内无渐开线渐开线直齿圆柱齿轮的各部分名称 渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数标准齿轮的齿形角 齿数 z 模数 m 齿顶高系数 ha* 顶隙系数 c* 渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数1.标准齿轮的齿形角 渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数齿形角在端平面上，过端面齿廓上任意点K的径向直线与齿廓在该点处的切线所夹的锐角，用表示。K点的齿形角为K。 渐开线齿廓上各点的齿形角不相等，K点离基圆越远，齿形角越大，基圆上的齿形角=0。 分度圆压力角齿廓曲线在分度圆上的某点处的速度方向与曲线在该点处的法线方向（即力的作用线方向）之间所夹锐角，也用表示。2.齿数 z 一个齿轮的轮齿总数。 渐开线直齿圆柱齿轮的基本参

7、数3. 模数 m 齿距p除以圆周率所得的商，即m p /。模数已经标准化。 齿数相等的齿轮，模数越大，齿轮尺寸就越大，轮齿也越大，承载能力越大。 渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数4.齿顶高系数 ha* 对于标准齿轮，规定ha= ha*m。ha*称为齿顶高系数。我国标准规定：正常齿ha*1。 5.顶隙系数 c* 当一对齿轮啮合时，为使一个齿轮的齿顶面不与另一个齿轮的齿槽底面相抵触，轮齿的齿根高应大于齿顶高，即应留有一定的径向间隙，称为顶隙，用c表示。对于标准齿轮，规定cc*m。c*称为顶隙系数。我国标准规定：正常齿c*0.25。渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式名称代号计算公式齿形角标准齿轮为

8、20齿数z通过传动比计算确定模数m通过计算或结构设计确定齿厚ss=p/2=m/2齿槽宽 e e=p/2=m/2齿距 pp=m基圆齿距 pbpb=pcos=mcos齿顶高 haha=ha*m=m渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式名称代号计算公式齿根高 hfhf=(ha*+c*)m=1.25m齿高 hh=ha+hf=2.25m分度圆直径 dd=mz齿顶圆直径 dada=d+2ha=m(z+2)齿根圆直径 df df=d-hf=m(z-2.5)基圆直径 dbdb=dcos标准中心距 aa=(d1+d2)/2=m(z1+z2)/2目录01任务一 齿轮传动的类型与特点02任务二 渐开线标准直齿圆柱

9、齿轮03任务三 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动04任务四 渐开线齿轮的加工与根切现象05任务五 斜齿圆柱齿轮传动06任务六 直齿锥齿轮传动07任务七 齿轮的失效形式08任务八 齿轮的材料与结构一对渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合特性啮合特性一对渐开线标准直齿一对渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合过程如图一对渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合特性1.传动比的恒定性在两轮节点C处的线速度值相等，线速度的方向垂直于O1、O2的连线，即有 得 所以，渐开线标准直齿圆柱齿轮的传动比值为恒定不变。一对渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合特性2.啮合角的不变性渐开线齿轮的两齿廓无论在何处啮合，齿廓间作用的压力方向始终在两基圆的内

10、公切线上，即在接触点的公法线上，也就是啮合线方向上，啮合线成为固定的直线。所以，齿廓间作用的压力方向不变，传动平稳。一对渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合特性3.中心距的可分性一对渐开线标准直齿圆柱齿轮的传动比与两轮的基圆半径成反比。在传动中，如果实际中心距发生微小的改变，传动比的值也不会发生变化，称之为渐开线齿轮传动的中心距可分性。渐开线齿轮正确啮合条件 一对渐开线标准直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：两个齿轮的模数和压力角分别相等，且等于标准值。渐开线齿轮连续传动的条件 若齿轮连续传动，必须保证在前对轮齿即将脱离啮合前，后一对轮齿进入啮合。为此，应使实际啮合线KK 至少等于或大于齿轮的基圆齿距P，即

11、KKP。将KKP 的值，称为齿轮传动的重合度，用 表示，即 KKP 重合度 是齿轮传动中一个非常重要的性能指标。重合度 越大，意味着同时参与啮合的轮齿对数越多，每对齿轮承受的载荷越小，提高了齿轮传动的平稳性和承载能力。齿轮传动的中心距齿轮传动时，如果相互啮合的齿轮之间有侧隙，在传动过程中将会出现振动和冲击。为保证无侧隙啮合，在安装齿轮时，应保证分度圆与节圆重合，称为标准安装目录01任务一 齿轮传动的类型与特点02任务二 渐开线标准直齿圆柱齿轮03任务三 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动04任务四 渐开线齿轮的加工与根切现象05任务五 斜齿圆柱齿轮传动06任务六 直齿锥齿轮传动07任务七 齿轮的

12、失效形式08任务八 齿轮的材料与结构齿轮的加工有铸造、锻造、热轧、注塑等，常用切削加工法1.仿形法 常用轴向剖面形状与被切齿轮齿槽的形状完全相同的成性铣刀铣削加工，常用盘形铣刀或指状铣刀加工。 仿形法加工齿轮精度低，效率低，适用单件生产齿轮的加工2.展成法 利用一对无侧隙啮合的齿轮传动，两轮齿廓曲线互为包络线的原理，将其中一个齿轮做成刀具的齿形，与被加工齿轮的毛坯共轭展成运动，形成渐开线齿形。常用的加工方法有齿轮插刀加工和蜗轮滚刀加工。齿轮的加工2.展成法展成法加工齿轮的精度高，渐开线 的形状准确，生 产率高“ 只要模数和压力角相同，不 管齿 数多少，都能用同一把刀具来加工，所以得到广泛的应用

13、。但是，用蜗轮滚刀加工齿轮时，为了得到渐开线齿形，安装时必须将滚刀轴线倾斜一定的角度，倾斜角的误差使得加工后 的齿轮轮廓不是准确的渐开线齿形。对于齿形精度要求较高的渐开线齿轮，只能采用插齿加工的方法。根切现象用展成法加工齿轮时，如果齿轮的齿数太少，轮齿根部的渐开线齿廓就会被部分切去，这种现象称为根切。根切现象轮齿被根切后，齿 根的强度被削弱，传 动精度降低，平 稳 性 变 差，所以应当避免根切现象的发生“根切 现象的产生与齿轮的齿数有关，理论计算表明，只 有当被加工的标准直齿圆柱齿轮的齿数小于17齿时，才会出现根切现象。变位齿轮当被加工齿轮的齿数小于17时，只有采用变位的加工方法，才能避免出现

14、根切现象，变位加工所得到的齿轮称为变位齿轮。变位齿轮的加工是靠调整刀具与被加工齿轮中心距的方法获得的。变位齿轮将变位加工后的齿轮与标准齿轮的齿廓相对比，可以发现经过正变位加工后得到的齿轮，分度圆的齿厚大于齿宽；经过负变位加工后的齿轮，分度圆的齿厚小于齿宽。目录01任务一 齿轮传动的类型与特点02任务二 渐开线标准直齿圆柱齿轮03任务三 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动04任务四 渐开线齿轮的加工与根切现象05任务五 斜齿圆柱齿轮传动06任务六 直齿锥齿轮传动07任务七 齿轮的失效形式08任务八 齿轮的材料与结构斜齿圆柱齿轮齿廓啮合特点直齿轮在啮合过程中，两轮的齿面在任一瞬时的接触线均是平行于轴

15、线的等长线段，载荷忽然间沿全齿宽突然加上或卸下，故传动的平稳性较差，冲击和噪声较大。斜齿轮的齿廓曲线是渐开线螺旋面，一对斜齿轮的齿面齿面接触线于轴线的不等长线段，在啮合过程中，先是由短变长，然后由长变短，直至脱离离合。因此，斜齿轮传动同时啮合的轮齿对数多，重合度大，常用于高速重载传动。斜齿圆柱齿轮主要参数和几何尺寸1.螺旋角斜齿轮的螺旋线与轴线之间的夹角，称为斜齿轮分度圆柱上的螺旋角，用 表示。 越大，斜齿轮的优点越明显，但在啮合中所产生的轴向力也越大，故常取。斜齿圆柱齿轮主要参数和几何尺寸2.模数mn和mt如图所示，法向齿距P 与端面齿距P 之间的关系为PP将上式两端同时除以，根据模数的定义

16、有PP则M 和M 分别表示法向模数和端面模数，其中，法向模数M 规定为标准值斜齿圆柱齿轮主要参数和几何尺寸3.压力角n和t斜齿轮在分度圆上的压力角也有法向压力角 和端面压力角 之分，两者之间的关系为 其中，规定法向压力角 为标准值：。斜齿圆柱齿轮主要参数和几何尺寸斜齿圆柱齿轮正确啮合条件对于外啮合斜齿圆柱齿轮传动，只有两轮的法向模数和法向压力角分别相等、两轮的分度圆螺旋角数值相等且旋向相反时才能保证正确啮合，即 mn1=mn2=mn n1=n2=n 1=-2目录01任务一 齿轮传动的类型与特点02任务二 渐开线标准直齿圆柱齿轮03任务三 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动04任务四 渐开线齿轮的

17、加工与根切现象05任务五 斜齿圆柱齿轮传动06任务六 直齿锥齿轮传动07任务七 齿轮的失效形式08任务八 齿轮的材料与结构直齿锥齿轮特点、类型和应用 1.锥齿轮的传动特点锥齿轮的轮齿分布在圆锥体上，其齿形从大端向小端逐渐收缩锥齿轮传动常用于传递两相交轴之间的运动和动力。两轴之间的交角由传动要求确定，多为90直齿锥齿轮特点、类型和应用 2.锥齿轮的分类锥齿轮传动分为直齿、斜齿和曲齿三种。直齿易于制造和安装，最为常用；斜齿已逐渐被曲线齿所代替；曲线齿比直齿重合度大，承载能力高，传动效率高，传动平稳，噪声小，在汽车、飞机等高速重载传动中得到广泛应用。直齿锥齿轮传动的基本参数和几何参数1.直齿锥齿轮的

18、基本参数(1)模数直齿锥齿轮人的模数同样有国标进行规定，一般可根据齿轮强度和结构要求进行选取。(2)分度圆锥角锥齿轮轴线与分度圆锥面所夹的锐角，称为分度圆锥角，用表示(3)轴交角相互啮合时两锥齿轮轴线之间的夹角称为轴交角，用表示。通常采用=90。即1+2=90。(4)压力角、齿顶高系数及顶隙系数国标规定，标准直齿锥齿轮的压力角=20。正常齿的齿顶高系数ha*=1，c*=0.2。直齿锥齿轮传动的基本参数和几何参数2.直齿锥齿轮的几何参数锥齿轮有大、小端之分，故直齿锥齿轮的参数分为大端参数和小端参数。为了方便计算和测量，将锥齿轮的大端参数作为标准参数。直齿锥齿轮传动的基本参数和几何参数2.直齿锥齿

19、轮的几何参数轴交角=90的标准直齿锥齿轮几何尺寸的计算公式：锥齿轮的正确啮合条件直齿锥齿轮传动的正确啮合条件为：两个锥齿轮大端的模数和压力角分别相等，即： m1=m2=m 1=2=目录01任务一 齿轮传动的类型与特点02任务二 渐开线标准直齿圆柱齿轮03任务三 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动04任务四 渐开线齿轮的加工与根切现象05任务五 斜齿圆柱齿轮传动06任务六 直齿锥齿轮传动07任务七 齿轮的失效形式08任务八 齿轮的材料与结构齿轮的失效形式1.轮齿折断齿轮传动时，轮齿承受很大的载荷，根部产生弯曲应力，在长期循环载荷的作用下，当 弯曲应 力超过材料允许的疲劳强度极限时，轮齿 的根部将出

20、现疲劳裂纹，随 着裂纹的扩大，导致整个齿根折断，这种折断称为疲劳折断。轮齿受到短时过载或冲击作用而引起的突然折断，称为过载折断。过载折断常出现在没有良好润滑条件的开式齿轮传动中。齿轮的失效形式2.齿面疲劳点蚀齿轮传动时，若长期循环 的交变应力超过材料的许用值，接 触 表 面 就 会 出 现 微 小 的 疲 劳 裂 纹“在充分润滑的条件下，进入裂纹的润滑液受到密封高压的作用，使齿面金属剥 落而形成麻点状的凹坑，这种现象称为疲劳点蚀。齿面疲劳点蚀常出现在闭式齿轮的传动中，点蚀多发生在靠近节线的齿根面上。 齿轮的失效形式3.齿面磨损轮齿啮合表面落入金属屑，粉尘等物质，当润滑条件较差时，齿面材料被磨损

21、，失 去了渐开线 齿廓的形状。齿面磨损常发生在润滑条件较差的开式齿轮传动中。齿轮的失效形式4.齿面胶合相互啮合的金属齿面，在高速重载下表面压力和温度过高容易造成黏着，随着 齿面的相对运 动，较硬的齿面将较软的齿面撕成沟纹的现象，称为齿面胶合。高速和低速重载的齿轮传动，容易发生齿面胶合。 齿轮的失效形式5.齿面塑性变形如果齿轮的齿面硬度不高，当低速重 载，冲 击载荷或频繁启动时，轮齿表面在切向摩擦力的相互作用下，主动轮的表面被拉出凹槽变形，从动轮的表面将被挤压出凸棱，破坏 了正常的齿形， 称为齿面塑性变形。目录01任务一 齿轮传动的类型与特点02任务二 渐开线标准直齿圆柱齿轮03任务三 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动04任务四 渐开线齿轮的加工与根切现象05任务五 斜齿圆柱齿轮传动06任务六 直齿锥齿轮传动07任务七 齿轮的失效形