第十三章-齿轮传动

机械基础

闫芳制作

第13章齿轮传动MachineryFoundation

一、齿轮传动的原理和特点齿轮传动由主动齿轮l、从动齿轮和2和机架所组成，如图所示。依靠轮齿的直接啮合而将主动轴Ol的运动和动力传递给从动轴O2。

第13章齿轮传动13.1齿轮传动的原理、特点、类型及应用及传动比

优点※

传递运动准确可靠※

传动效率高，使用寿命长※

适应的载荷和速度范围广

缺点※

制造和安装要求精度较高※两轴相距较远时机构庞大，不适宜用在远距离传动的场合。齿轮传动的特点

第13章齿轮传动13.1齿轮传动的原理、特点、类型及应用及传动比按两齿轮轮轴的相对位置分类二、齿轮传动的类型及应用※平行轴齿轮传动直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动、人字形齿轮传动外啮合齿轮传动、内啮合齿轮传动及齿轮与齿条传动※相交轴圆锥齿轮传动直齿和曲齿锥齿轮传动※交错轴齿轮传动交错轴斜齿轮传动

第13章齿轮传动13.1齿轮传动的原理、特点、类型及应用及传动比

第13章齿轮传动13.1齿轮传动的原理、特点、类型及应用及传动比按齿轮的工作条件分类※

开式齿轮传动※闭式齿轮传动※半开式齿轮传动按齿轮曲廓的曲线形状分类※

渐开线齿轮传动※摆线齿轮传动※

圆弧齿轮传动

第13章齿轮传动13.1齿轮传动的原理、特点、类型及应用及传动比

设主动齿轮转速为n1、齿数为z1，从动齿轮转速为n2、齿数为z2，则齿轮传动的平均传动比为三、齿轮传动的传动比可见，一对齿轮的传动比，即是主动齿轮与从动齿轮的转速之比。

第13章齿轮传动13.1齿轮传动的原理、特点、类型及应用及传动比※

齿顶圆

齿轮各齿顶所确定的圆。※

齿根圆齿轮各齿槽底部所确定的圆

第13章齿轮传动13.2渐开线直齿圆柱齿轮传动一、标准直齿圆柱齿轮各部分名称及符号※

齿槽宽、齿厚、齿距齿轮相邻两齿间的空间，称为齿槽齿槽两侧齿廓间的弧长，称为该圆上的齿槽宽轮齿两侧齿廓间的弧长称为该圆上的齿厚相邻两轮齿同侧齿廓间的弧长，称为该圆上的齿距※

分度圆

对于标准齿轮，规定齿厚和齿槽宽相等处的圆作为基准圆※

齿顶高、齿根高、全齿高轮齿被分度圆分成两部分，介于齿顶圆与分度圆间的部分称为齿顶，其径向距离称为齿顶高，用ha表示；介于齿根圆与分度圆间的部分称为齿根，其径向距离称为齿根高，用hf表示；齿顶圆与齿根圆间的径向距离称为全齿高，简称齿高，用h表示

第13章齿轮传动※

齿宽

齿轮的有齿部位沿分度圆柱面的直母线方向度量的宽度13.2渐开线直齿圆柱齿轮传动※

齿数

齿轮整个圆周上轮齿的总数，用z表示。※

模数模数是齿轮几何尺寸计算中最基本的一个参数。若齿轮的齿数为z，则在整个圆周上应均布z个齿距p，故有：

zp=πd

或d＝zp/π

由于π为一无理数，为了计算和制造上的方便，工程上规定比值p/π等于整数或简单的无理数，称之为齿轮模数，用m表示。则上式为：d=mz

第13章齿轮传动二、渐开线直齿圆柱齿轮的主要参数13.2渐开线直齿圆柱齿轮传动表标准模数系列(GB/T1357-1987)单位：mm

第13章齿轮传动13.2渐开线直齿圆柱齿轮传动※压力角我国规定分度圆上的压力角α＝20°，称为标准压力角。分度圆：齿轮上具有标准模数和标准压力角的圆。※齿顶高系数和顶隙系数在标准齿轮中，取：

齿顶高

齿根高式中，

为齿顶高系数；

为顶隙系数，c为顶隙。

第13章齿轮传动13.2渐开线直齿圆柱齿轮传动三、标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算标准齿轮是指模数、压力角、齿顶高系数、顶隙系数均为标准值，且分度圆上e=s的齿轮。其几何计算公式见下表。

第13章齿轮传动13.2渐开线直齿圆柱齿轮传动四、直齿圆柱齿轮的正确啮合条件一对齿轮能连续顺利地传动，仅有标准的渐开线齿廓是不够。还需要每一对轮齿依次正确啮合互不干扰才行。所以要求一对渐开线齿轮正确啮合的条件是两轮的模数和压力角必须分别相。即：

m1=m2=m

α1=α2=α

第13章齿轮传动13.2渐开线直齿圆柱齿轮传动※轴齿轮（图a）※

实心齿轮（图b）※腹板式齿轮（图c）※

轮辐式齿轮（图d）图b实心齿轮图a轴齿轮

第13章齿轮传动五、直齿圆柱齿轮的结构13.2渐开线直齿圆柱齿轮传动图d轮辐式圆柱齿轮图c腹板式圆柱齿轮

第13章齿轮传动13.2渐开线直齿圆柱齿轮传动一、斜齿圆柱齿轮的形成假想将一个直齿圆柱齿轮沿垂直于齿轮轴线的方向切成若干等宽的薄片，各片间沿同一方向转过一微小角度，形成一个阶梯齿轮。当齿轮片的数目无限增多时，各片间的相对转角也无限减小，这样便得到斜齿圆柱齿轮。

第13章齿轮传动13.3斜齿圆柱齿轮传动二、斜齿轮传动的特点①传动平稳。直齿圆柱齿轮啮合传动时，两啮合齿面的接触线沿啮合平面移动，并始终与两齿轮轴线保持平行，在齿面上形成图中所示的痕迹。轮齿的啮合是沿整个齿宽同时轮齿的啮合是沿整个齿宽同时接触并同时分离，所以载荷也是在整个齿宽上突然卸下，因此直齿圆柱齿轮传动易引起冲击、振动和噪声。②承载力高。斜齿圆柱齿轮每一个齿参加啮合的周期比直齿圆柱齿轮长，因此，在斜齿圆柱齿轮传动中，同时啮合的齿的对数就比较多，从而使传动更为平稳，承载能力也大为提高。

第13章齿轮传动13.3斜齿圆柱齿轮传动

第13章齿轮传动13.3斜齿圆柱齿轮传动※

轮齿折断疲劳折断：超过弯曲疲劳极限引起的。过载折断：严重过载或受冲击载荷引起的。图

齿根的疲劳裂纹

第13章齿轮传动13.4齿轮传动的失效形式图

齿面的点蚀※

齿面点蚀定义：齿轮工作表面出现一些小凹坑，当点面积不断扩展时，使齿轮啮合情况恶化而失效。※

齿面磨损原因：齿轮传动时，两相互啮合的齿廓表面有相对滑动，引起表面磨损。图

齿面磨损

第13章齿轮传动13.4齿轮传动的失效形式图

齿面胶合※

齿面胶合定义：高速重载、啮合区温度升高引起润滑失效，齿面金属直接接触并相互粘连，较软的齿面被撕下而形成沟纹※

齿面塑性变形原因：软齿面齿轮在承受重载时，齿面可能产生局部塑性变形而失去正确的齿形。图

齿面磨损

第13章齿轮传动13.4齿轮传动的失效形式一、齿轮常用的材料※锻钢

①齿面硬度≤350HBS的齿轮称为软齿面齿轮，这种齿轮是将齿轮毛坯经正火或调质处理后切齿。因为齿面较软，刀具不致迅速磨损。软齿面齿轮制造简便、经济、生产率高，常用于一般用途、中小功率，对强度、速度及精度都要求不高的场合，如中、低速机械中的齿轮。在一对软齿面齿轮中，小齿轮的齿面硬度往往比大齿轮的齿面硬度高约30～50HBS。这类齿轮常用的材料是45、50、35SiMn、40Cr、40MnB、30CrMnSi、38SiMnMo等。

第13章齿轮传动13.5齿轮常用的材料及润滑※锻钢

②齿面硬度>350HBS的齿轮称为硬齿面齿轮。这种齿轮多后做齿面硬化处理，热处理方法为表面淬火、渗碳、氧化、氰化等。处理后的齿轮表层硬度高而芯部韧性好，故承载能力大且耐磨性好，常用于高速、重载及精密机器所用的重要齿轮传动。但由于热处理会使轮齿变形，所以最终还应进行磨齿等精加1=。这种齿轮常用45、40Cr、40CrNi，35SiMn等进行表面淬火；或用20、20Cr、20CrMnTi等进行渗碳淬火。

第13章齿轮传动13.5齿轮常用的材料及润滑※铸钢

铸钢的强度及耐磨性均较好，但由于铸造时内应力较大，故应经正火或退火处理，必要时可进行凋质处理。铸钢常用于尺寸较大、形状复杂而不宜锻造的齿轮。常用的铸钢有ZG310-570、ZG346-640等。

第13章齿轮传动13.5齿轮常用的材料及润滑※铸铁

铸铁的切削性能好，抗胶合和点蚀的能力强，但抗弯强度与抗冲击能力较差，因此常用于工作平稳、速度较低、功率不大的开式齿轮传动中。常用的灰铸铁有HT200、HT300、HT250等。球墨铸铁的机械性能及抗冲击性远比灰铸铁高，可以代替灰铸铁、铸钢等制造大齿轮，故获得了越来越多的应用，常用的球墨铸铁有QT450-10、QT500-7、QT600-3等。

第13章齿轮传动13.5齿轮常用的材料及润滑※粉末合金

用金属粉末压缩成形后烧结而成的齿轮，无需切削或少切削，产品质量稳定，并可存储润滑油，工作时有自润滑性，噪声小，但耐冲击较差。常用于耐磨性要求较高的场合。

第13章齿轮传动13.5齿轮常用的材料及润滑※有色金属和非金属材料

仪器、仪表中的齿轮，以及某些在腐蚀介质中工作的轻载齿轮，常选用耐蚀、耐磨的有色金属制造，如黄铜、铝青铜、锡青锕、硅青铜等。对高速、轻载及精度不高的齿轮传动，为了降低噪声，常用非金属材料如夹布塑料、尼龙、聚碳酸酯、酚醛等做小齿轮，而大齿轮仍用钢或铸铁制造。为使大齿轮有足够的抗磨损及抗点蚀能力，齿面硬度应为250～350HBS。

第13章齿轮传动13.5齿轮常用的材料及润滑二、齿轮的润滑1）开式齿轮传动常采用人工定期加油润滑。可采用润滑油或润滑脂。2）闭式齿轮传动的润滑方式根据齿轮圆周速度v的大小而定。当v≤12m／s时多采用油浴润滑，将大齿轮浸入油池一定深度，齿轮运转时把油带到啮合区，同时也甩到箱壁上，借以散热。当v>12m／s时，不宜采用油浴润滑，应采用喷油润滑，用油泵将润滑油直接喷到啮合区。

第13章齿轮传动13.5齿轮常用的材料及润滑一、蜗杆传动组成、原理、传动比蜗杆传动广泛应用于各种机械设备和仪表中，常用于减速且蜗杆为主动件，轴交角为90°的场合。蜗杆传动由蜗杆、蜗轮和机架组成，用于传递空间两交错轴间的运动和动力。

第13章齿轮传动13.6蜗杆传动简介二、蜗杆传动的类型及应用场合

第13章齿轮传动13.6蜗杆传动简介二、蜗杆传动的类型及应用场合

(a)圆柱蜗杆传动(b)环面蜗杆传动(c)锥蜗杆传动

第13章齿轮传动13.6蜗杆传动简介

1）蜗杆传动的最大特点是结构紧凑、传动比大i=10～1000。

2）传动平稳、噪声小。

3）可制成具有自锁性的蜗杆。

4）蜗杆传动的主要缺点是效率较低，η=0.7～0.9

蜗轮的造价较高。

5）蜗杆材料贵青铜合金

6）不能实现互换三、蜗杆传动的特点

第13章齿轮传动13.6蜗杆传动简介定轴轮系当轮系运转时，各个齿轮的几何轴线相对于机架固定不动，该轮系即为定轴轮系，如图所示为一平面定轴轮系。由图中可看出，首轮1到末轮5之间的传动，是通过上述各对齿轮依次传动完成的。一、轮系

第13章齿轮传动13.7轮系与减速器1、轮系的类型

第13章齿轮传动13.7轮系与减速器周转轮系齿轮2既绕自身轴线转动，又绕齿轮轴线01转动。这种至少有一个齿轮的几何轴线绕其他齿轮的固定轴线回转的轮系，称为周转轮系。齿轮2称为行星轮，支持行星轮的构件H称为系杆或行星架，齿轮1和3称为太阳轮(或称中心轮)。周转轮系中一般都以中心轮和系杆作为运动的输入和输出构件，故又称它们为周转轮系的基本构件。基本构件都是围绕着同一固定轴线回转的。

第13章齿轮传动13.7轮系与减速器

第13章齿轮传动13.7轮系与减速器①实现远距离传动。当相距较远的两轴间必须应用齿轮传动时，如果只用一对齿轮传动，则两轮尺寸会很大。如采用轮系传动，则可以减小传动的结构尺寸，从而达到节约材料、减轻机器重量的目的。