机械基础--第六章课件

1、第一节 齿轮传动的类型和特点一、齿轮传动 齿轮传动是利用齿轮副来传递运动和（或）动力的一种机械传动。齿轮传动是机械运动中应用最为广泛的一种传动形式。二、传动比 齿轮传动的传动比是主动齿轮与从动齿轮角速度（或转速）的比值。 即 i=1 /2 = n1 /n2 = z2/z1 式(6-1)表明，两齿轮的转速和它们的齿数成反比。为了不使齿轮副的结构尺寸过大，便于制造和安装，通常圆柱齿轮的传动比i8。第一节 齿轮传动的类型和特点三、齿轮传动的应用特点 齿轮传动是现代机械设备中应用最广泛的一种，它可以传递空间任意两轴间的运动和动力。 优点： 1）能保证瞬时传动比恒定，传动平稳性好，传递运动准确可靠。 2

2、）传动比范围大，传动功率和速度范围大。 3）传动效率高，一般传动效率= 0.970.98。 4）结构紧凑，工作可靠，寿命长。 缺点： 1）制造安装精度要求较高。 2）齿轮的齿数为整数，能获得的传动比有一定的限制，不能实现无级变速。 3）不适于远距离的两轴之间的传动，齿轮传动机构本身无过载保护功能。第一节 齿轮传动的类型和特点四、齿轮传动的主要类型 （1）根据齿轮副两传动轴相对位置不同可分为平行轴齿轮传动(见图6-1a、b、c、d、e)、相交轴齿轮传动(见图6-1f)和交错轴齿轮传动(见图6-1g)。 （2）根据齿轮齿廓曲线不同可分为渐开线齿轮传动 、摆线齿轮传动和圆弧齿轮传动，其中又以渐开线齿

3、轮传动应用最为广泛。 （3）根据齿轮传动的工作条件又可分为闭式齿轮传动和开式齿轮传动两种。第一节 齿轮传动的类型和特点 图6-1齿轮传动的主要类型 a)直齿b)斜齿c)人字齿d)直齿（内啮合）e)齿轮与齿条啮合f)锥齿轮g)蜗杆蜗轮第二节 渐开线齿廓一、渐开线的形成 在平面上，一条动直线AB沿着一个半径为rb的固定圆（基圆）作纯滚动时，此时动直线上任意一点K的轨迹CKD，就称为该圆的渐开线。它就是渐开线齿轮轮齿一侧的齿廓曲线。直线AB称为渐开线的发生线。 以同一基圆上产生的两条相反的渐开线作为齿轮的齿廓，就是渐开线齿廓。 图6-2 渐开线的形成第二节 渐开线齿廓二、渐开线的性质 性质： 1）发

4、生线在基圆上滚过的线段长度NK等于基圆上被滚过的一段弧长，即NK=NC。 2）渐开线上任意一点的法线必定与基圆相切。 3）渐开线的形状取决于基圆的大小。基圆半径相同，渐开线形状必然相同；基圆半径不同，则渐开线形状也不同。基圆越小，渐开线越弯曲；基圆越大，渐开线越趋平直。当基圆半径趋于无穷大时，渐开线成直线，这种直线形的渐开线就是齿条的齿廓曲线。 4）渐开线是从基圆开始向外逐渐展开的，故基圆内无渐开线。 5）渐开线齿廓上任意一点K处的压力角，用 表示。 渐开线上不同点的压力角是不同的。K点离基圆中心越远（ 越大）， 也越大；K点离基圆越近， 越小， 也越小； = 时 = 0 即基圆上的压力角为零

5、。第二节 渐开线齿廓三、渐开线齿廓的传动特性 1啮合角为定值 当一对渐开线齿轮传动时，两齿轮的齿廓始终沿着啮合线接触，啮合角保持不变。故齿廓间的压力角不变，传动平稳。 2传动具有可分性 由于齿轮制造和安装误差的影响，会使两齿轮的实际中心距与设计中心距产生一定误差 当两齿轮的中心距稍有变化时，其瞬时传动比仍然保持不变，这一啮合特殊性称为渐开线齿轮传动的可分性。齿轮传动具有可分性，会给齿轮的制造、安装和使用带来一定的方便。第三节 直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算一、直齿圆柱齿轮几何要素的名称和代号如图-6所示为直齿圆柱齿轮的一部分，其主要几何要素为： 图6-6 直齿圆柱齿轮的几何要素第三节 直齿圆柱齿轮

6、的几何尺寸计算 （1）齿顶圆 其轮齿顶部所确定的圆称为齿顶圆，其直径代号为 。 （2）齿根圆 其轮齿根部所确定的圆称为齿根圆，其直径代号为 。 (3) 分度圆 在齿轮计算、制造时作为基准的圆称为分度圆，其直径代号为d。对于标准齿轮而言，分度圆的圆周上齿厚与槽宽相等。 (4) 齿宽 齿轮的有齿部位沿分度圆柱面直母线方向度量的宽度称为齿宽，代号为b。 （5) 端面齿距 在齿轮上，两个相邻而同侧的端面齿廓之间的分度圆弧长，称为端面齿距。简称为齿距，代号为p。 第三节 直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算 （6）端面齿厚 圆柱齿轮的端平面上，一个齿的两侧面端部齿廓之间分度圆弧长，称为端面齿厚，简称齿厚，代号为s

7、。 (7) 端面齿槽宽 在端平面上，一个齿槽的两侧齿廓之间的分度圆弧长，称为端面齿槽宽，简称齿槽宽，代号为e。 (8) 齿顶高 齿顶圆与分度圆之间的径向高度，代号为 。 (9) 齿根高 齿根圆与分度圆之间的径向高度，代号为 。第三节 直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算二、直齿圆柱齿轮的基本参数 （1）齿数z 一个齿轮的轮齿总数叫做齿数。 (2) 模数m 齿距除以圆周率所得的商称为模数，用代号m表示，单位为mm。模数是齿轮几何尺寸计算中的一个基本参数。当齿轮模数一定时，齿数越多，齿轮的几何尺寸越大，轮齿渐开线的曲率半径也越大，齿廓曲线越趋平直。 模数m的大小反映了齿距p的大小，也就是反映了齿轮的大小。模

8、数越大，轮齿越大，齿轮所能承受的载荷就越大。 齿轮的模数已经标准化，因此在设计、加工齿轮时，模数必须选取标准值。第三节 直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算 （3）压力角压力角是渐开线齿廓上某点的法线与该点速度方向所夹的锐角。压力角是齿轮的又一个重要的基本参数。渐开线上不同点的压力角是不相等的。离基圆越近的点的压力角越小。我国国家标准规定齿轮分度圆上的压力角为一个标准值，以来表示，即标准压力角= 20。 （4）齿顶高系数h* 齿顶高与模数之比值称为齿顶高系数，用ha*表示，即 ha =ha* m(6-3) 标准直齿圆柱齿轮的齿顶高系数ha* =1。 （5）顶隙系数c* 当一对齿轮啮合时，一齿轮的齿顶与另

9、一齿轮的槽底间有一定的径向间隙，称为顶隙，用代号c表示。顶隙与模数之比值称为顶隙系数，用c* 表示，即 c=c* m(6-4) 标准直齿圆柱齿轮的顶隙系数c* = 0.25。第三节 直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算三、标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算 采用标准模数m，压力角 = 20，齿顶高系数ha* =1，顶隙系数c*=025，端面齿厚s等于端面齿槽宽e的渐开线直齿圆柱齿轮称为标准直齿圆柱齿轮，简称标准直齿轮。 标准直齿圆柱齿轮几何要素的名称、代号和计算公式见表6-2。第三节 直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算 表6-2 标准直齿圆柱齿轮几何要素的名称、代号和计算公式第三节 直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算五、齿

10、轮副的正确啮合条件和连续传动条件 1正确啮合条件 一对齿轮能连续顺利地转动，需要各齿轮依次正确啮合互不干涉。一对渐开线直齿圆柱齿轮能够正确啮合的条件为： 1)两齿轮的模数必须相等，即 2)两齿轮分度圆上的压力角必须相等。即第四节 其他常用齿轮传动简介一、斜齿轮传动 图6-9齿轮的接触线 a)直齿轮的接触线b)斜齿轮的接触线第四节 其他常用齿轮传动简介 1斜齿圆柱齿轮传动的特点 一对斜齿轮在啮合过程中，每个瞬时接触线都不与轴线平行。两轮轮齿开始啮合时，齿面接触线长度由零逐渐增大；当到达某一个位置后，接触线长度又逐渐减短，直至脱离接触。因此，斜齿轮传动是逐渐进入啮合，又逐渐分离的。故传动平稳性比直

11、齿轮好，冲击小。另外，由于轮齿是倾斜的，同时啮合的齿数比直齿圆柱齿轮多。斜齿轮传动比直齿轮传动承载能力大，适用于高速和重载传动。 由于斜齿轮的齿与轴线方向成一螺旋角，故在传动中会产生轴向分力Fx。螺旋角越大，产生的轴向力也越大。第四节 其他常用齿轮传动简介二、直齿锥齿轮传动 分度曲面为圆锥面的齿轮称为锥齿轮。锥齿轮用于相交轴齿轮传动和交错轴齿轮传动，锥齿轮副的传动比一般取i。 齿线是分度圆锥面的直母线的锥齿轮称为直齿锥齿轮，直齿锥齿轮通常用于相交轴交角为90的锥齿轮传动，称为正交传动，如图6-11所示。 图6-11锥齿轮传动第五节 齿轮轮齿的失效形式 齿轮传动过程中，在载荷的作用下如果发生轮齿

12、折断、齿面损坏等现象，从而失去正常工作的能力，就称为齿轮轮齿的失效。齿轮失效分为齿面损伤失效和齿体损伤失效。一、齿轮轮齿的失效形式 1齿面点蚀 在传动过程中，齿面间的接触应力，是以近似脉动的形式循环变化的。当接触应力的循环次数超过某一限度时，工作齿面表层金属会产生微小的疲劳裂纹并且逐渐扩展。最终导致表层上的小块金属的剥落，形成小坑。这种现象称为疲劳点蚀，简称点蚀。点蚀绝大多数发生在靠近节线的齿根部分。 点蚀是闭式齿轮传动轮齿失效的形式之一。 齿面点蚀主要与齿面硬度有关，防止齿面点蚀的有效方法是：加工好的齿轮要经过表面淬火，以增加齿面硬度；减小齿面的表面粗糙度值，降低齿面接触应力；加大润滑油的粘

13、度。第五节 齿轮轮齿的失效形式 2齿面磨损 齿面磨损是开式齿轮传动主要损伤和失效形式。当磨损达到一定程度时，轮齿变薄，会导致轮齿折断。为减少齿面磨损提高齿轮的使用寿命，宜尽可能采用润滑条件良好的闭式传动，同时提高齿表硬度和减小表面粗糙度值。 3齿面胶合 在重载齿轮传动中，齿轮副两齿轮工作齿面的法向压力很大，导致两个相互接触的轮齿表面发生粘连，较软轮齿表面的金属沿滑动方向被撕裂，造成垂直节线的沟痕，这种现象称为齿面胶合。为防止齿面胶合，对于低速传动，可采用粘度大的润滑油，对于高速传动采用含有抗胶合添加剂的润滑油，提高齿面硬度、减小轮齿表面粗糙度值以及选择不同的材料。第五节 齿轮轮齿的失效形式 4

14、轮齿折断 轮齿折断一般发生在齿根部位。轮齿折断常常是突然发生的，不仅使机器不能正常工作，甚至会造成重大事故。 选择适当的参数和几何尺寸，保证齿轮强度；采用合适的材料和热处理方法，对齿根处进行喷丸或碾压等强化处理；减小齿根处的应力集中，齿根圆角不宜过小；轮齿表面粗糙度值要小，降低齿根危险截面处的应力集中等措施都可以提高轮齿的抗折断能力。 5齿面塑性变形 软齿面齿轮在承受重载时，可能使齿面表层金属沿相对滑动方向发生局部的塑性流动，称为齿面的塑性变形。 齿面的塑性变形破坏了齿廓的正确形状，从而导致齿轮轮齿失效。提高齿面硬度和采用粘度较高的润滑油，都有利于防止和减轻齿面的塑性变形。第五节 齿轮轮齿的失

15、效形式二、轮齿的修复 当齿轮出现断齿时，可用以下方法修复： （1）堆焊法 （2）镶齿法 （3）翻转法 （4）变位切削法第五节 齿轮轮齿的失效形式三、齿轮常用材料及其热处理 1齿轮材料的选择 齿轮材料应具有一定的接触疲劳强度，弯曲疲劳强度，有足够的硬度和耐磨性，并且具有一定的冲击韧性，热处理变形小，切削性能好等。 齿轮材料现在生产中主要采用15钢和45钢。对于速度较高、受力较大且精度要求高的齿轮，常采用合金结构钢20Cr、40Cr、18CrMnTi、40MnVB、20MnVB等。对于要求不高的开式齿轮，也有采用铸铁。 2齿轮的热处理 (1)毛坯热处理 在齿轮加前及安排预先热处理正火或调质。主要用

16、于消除锻后或粗加工时引起的残余应力，改善材料的切削性能和提高综合力学性能。 (2)齿面热处理 当齿形加工后，为提高齿面的硬度和耐磨性，常进行渗碳淬火，高频淬火、碳氮共渗和渗氮等热处理工序。第六节 蜗 杆 传 动一、蜗杆传动的组成 蜗杆传动由蜗杆蜗轮和机架组成，用以传递空间两交错轴间的运动和动力，两轴交错角通常为90。蜗杆传动广泛用于各种机械设备和仪表中。通常情况下，蜗杆是主动件，蜗轮是从动件。 蜗杆传动类似于螺旋传动，蜗杆相当于螺杆，蜗轮相当于螺母。按蜗杆轮齿的方向不同，蜗杆有右旋和左旋之分。 常用的是右旋蜗杆。蜗杆副中配对的蜗轮其旋向与蜗杆相同。在蜗杆传动中蜗轮的回转方向可以用左、右手定则判

17、定：右旋蜗杆伸右手，左旋蜗杆伸左手，如图619所示，空握拳使四个手指方向和蜗杆的旋转方向一致，则大拇指指向的反方向就是蜗轮的回转方向。 蜗杆齿数又称为蜗杆头数，即蜗杆螺旋线的线数，用z1表示。所以通常z1=14。 蜗杆传动的传动比是蜗杆与蜗轮角速度或转速之比，也等于蜗杆与蜗轮齿数的反比。第六节 蜗 杆 传 动二、蜗杆传动的特点 （1）传动比大，结构紧凑蜗杆传动与齿轮传动一样能够保证准确的传动比，而且可获得很大的传动比。 （2）传动平稳，噪声小 由于蜗杆传动类似于螺旋传动，具有螺旋传动的特点。因此蜗杆传动传动平稳，没有冲击，噪声小。 （3）易自锁 当蜗杆的导程角很小时（6o8o），容易实现自锁。即只能由蜗杆带动蜗轮而蜗轮不能带动蜗杆。 （4）传动效率低 蜗杆传动时，啮合区相对滑动速度很大，摩擦损失较大，发热量大