机械基础-齿轮传动

§3—1齿轮传动概述§3—2渐开线标准直齿圆柱齿轮§3—3渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动§3—4渐开线齿轮的切齿原理§3—5齿轮传动的失效形式和材料选择§3—6标准斜齿圆柱齿轮传动齿轮传动

§3—1概述

一、齿轮传动的特点

优点：1）传动效率高

2）传动比恒定

3）结构紧凑

4）工作可靠、寿命长缺点：1）制造、安装精度要求较高

2）不适于中心距a较大两轴间传动

3）使用维护费用较高

4）精度低时、噪音、振动较大二、齿轮传动的主要类型

1、按传动轴相对位置平行轴齿轮传动,相交轴齿轮传动，交错轴齿轮传动2、按工作条件3、按齿面硬度软齿面——HBS≤350硬齿面——HBS〉350开式——适于低速及不重要的场合半开式———只有简单防护罩闭式——润滑、密封良好，—汽车、机床及航空发动机等的齿轮传动中

三、对齿轮传动的基本要求

1、工作要平稳

2、足够的强度3.1.2齿廓啮合基本定律齿廓啮合方程：两齿轮的传动比为：两齿轮作定传动比传动的齿廓啮合条件是：两齿廓在任一位置接触点处的公法线必须与两齿轮的连心线始终交于一固定点。3-2渐开线标准直齿圆柱齿轮渐开线的形成渐开线的基本性质如下。（1）发生线沿基圆滚过的线段长度等于基圆上被滚过的相应弧长。由于发生线BK在基圆上作纯滚动，故（2）渐开线上任意一点法线必然与基圆相切。换言之，基圆的切线必为渐开线上某点的法线。（3）渐开线的形状只取决于基圆大小。3.2.2渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸不同模数齿轮的比较渐开线直齿圆柱齿轮的基本结构示意图3-3渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动一、正确啮合的条件（1）两个齿轮正确啮合即一个齿轮的轮齿能放入另一个齿轮的齿槽中。（2）具有连续准确的传动即当主动轮以一恒定速度匀速转动时，从动轮也应该以一恒定的速度匀速转动。渐开线齿轮正啮合条件二、标准齿轮的安装标准齿轮安装示意图要使一对齿轮传动平稳，应保证相啮合的两轮齿的齿侧无间隙。由于一对齿轮啮合传动时，两齿轮的节圆作纯滚动，且其中心距等于两轮节圆半径之和。当要求两齿轮的齿侧无间隙运动时，则一轮齿的节圆齿厚必须等于另一齿轮节圆的齿槽宽三、连续传动的条件一对渐开线齿轮啮合示意图为了使两齿轮能连续传动，必须在前一对轮齿尚未终止啮合之前，后一对轮齿就应已进入啮合。重合度愈大，表示同时啮合的齿的对数愈多，传动愈平稳，承载能力愈大。理论上，当ε＝1时就能保证连续传动。但由于齿轮制造、安装等都会有误差，所以实际要满足ε≥1。当一对标准齿轮的齿数大于17且标准安装时，其重合度总是大于1，所以一般都能满足连续传动的要求。3-4渐开线齿轮的切齿原理1．仿形法在普通铣床上使用成形刀具，将齿轮轮坯逐一铣削出齿槽而形成齿廓的方法称为仿形法。2．范成法范成法是目前齿轮加工中最常用的一种方法，如插齿、滚齿、剔齿和磨齿等都属于这种方法。它是根据一对齿轮啮合传动时，其共轭齿廓互为包络线的原理来加工齿轮的，这时刀具与轮坯如同一对相互啮合的齿轮传动。二、根切现象与最小齿数当用范成法加工齿轮时，如果被加工齿轮的齿数太少，则齿轮坯的渐开线齿廓根部会被刀具过多地切削掉，如图3-12所示，这种现象称为根切。被根切的轮齿不仅削弱了轮齿的抗弯强度，影响轮齿的承载能力，而且使一对轮齿的啮合过程缩短，重合度下降，传动平稳性较差。为保证齿轮传动质量，一般不允许齿轮出现根切。

图3-12根切图3-13不发生切的条件§3—5齿轮传动的失效形式与材料选择一、失效形式

1、轮齿折断原因：齿根弯曲应力大；齿根应力集中措施：增大齿根圆角半径；正变位，增大模数；强化处理：喷丸、滚压处理。点击以上图片显示动画2、齿面疲劳点蚀原因：轮齿在节圆附近一对齿受力载荷大；滑动速度低形成油膜条件差；接触疲劳产生的小裂纹-扩展-脱落-凹坑。措施：提高材料的硬度；加强润滑，提高油的粘度3、齿面磨损原因：砂粒、金属屑。措施：加强润滑；开式改闭式传动。4、齿面胶合原因：高速重载；散热不良；滑动速度大；齿面粘连后撕脱。措施：减小模数，降低齿高；抗胶合能力强的润滑油；材料的硬度及配对。5、齿面塑性变形

措施：材料的选择及硬度点击以上图片显示动画（1）齿轮材料必须满足工作条件的要求二、材料选择（2）应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造工艺。（3）正火碳钢，不论毛坯的制作方法如何，只能用于制作在载荷平稳和轻度冲击下工作的齿轮，不能承受大的冲击载荷；调质碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作的齿轮。（4）合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮。（5）飞行器中的齿轮传动，要求齿轮尺寸尽可能小，应采用表面硬化处理的高强度合金钢。（6）金属制的软齿面齿轮，配对两轮齿面的硬度差应保持为30～50HBS或更多。

3-6斜齿圆柱齿轮传动一、斜齿轮齿廓曲面的形成

图3-18斜齿的形成过程二、啮合特点（1）传动平稳

（2）承载能力大（3）在传动中产生轴向力（4）斜齿轮不能作滑移齿轮使用三、斜齿圆柱齿轮的参数及几何尺寸计算斜齿轮分度圆柱面展开图斜齿条螺旋角与压力角标准斜齿圆柱齿轮的几何计算公式续表斜齿轮传动的正确啮合条件为

，

四、斜齿圆柱齿轮传动的特点（1）啮合性好轮齿开始和退出啮合都是逐渐的，所以传动平稳，噪声小，对齿廓的制造误差反映小。（2）重合度大相对提高了承载能力，延长了使用寿命。（3）结构紧凑斜齿标准齿轮的最少齿数比直齿轮少，相对而言，在同样的条件下，斜齿轮传动结构更紧凑。3-7标准直齿圆锥齿轮传动直齿锥齿轮的齿廓曲线为空间的球面渐开线，由于球面无法展开为平面，给设计计算及制造带来不便，所以采用近似方法来进行分析。锥齿轮的轴向半剖面图标准直齿圆锥齿轮几何尺寸计算标准直齿圆锥齿轮的几何尺寸计算式（）

3-8蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动的啮合情况蜗杆的强度愈高、表面粗糙度愈低，耐磨性及抗胶合能力愈好。蜗杆材料一般选用碳素钢或合金钢，并采用适当的热处理。蜗轮材料常用铸造锡青铜、铸造铝铁青铜和灰铸铁。由于蜗杆传动的相对滑动速度大，良好的润滑对于防止齿面过早地发生磨损、胶合和点蚀，提高传动的承载能力、传动效率，延长使用寿命具有重要的意义。蜗杆传动的齿面承受的压力大，大多属于边界摩擦，其效率