机械设计基础 课件 06-5 6 7齿轮传动

《机械设计基础》主编：胡孟谦张晓娜

机械工业出版社课程内容第一章机械设计概论第二章平面机构运动简图第三章平面连杆机构第四章凸轮机构第五章其他常用机构第六章齿轮传动第七章蜗杆传动第八章轮系第九章带传动与链传动第十章联接第十一章轴第十二章轴承第十三章联轴器离合器制动器第十四章机械创新设计第六章齿轮传动第五节渐开线齿轮的加工方法第六节根切，最少齿数及变位齿轮第七节齿轮的实效形式，材料和设计选择齿轮的加工方法很多，如铸造法、模锻法、热轧法、粉末冶金法和切制法等，其中切制法最常用。按加工原理不同，切制法包括仿形法和展成法。6-5渐开线齿轮的加工方法一、仿形法1.仿形法仿形法是在铣床上使用与被加工齿轮齿廓形状相同的成形铣刀进行铣削加工的方法。常用的成形铣刀有盘形铣刀和指状铣刀。仿形法加工方法简单，不需专用机床；但加工精度低，生产率低，因此，该方法适用于齿轮修配及大模数齿轮单件生产。图6-15盘形铣刀加工齿轮图6-16指状铣刀加工齿轮6-5渐开线齿轮的加工方法二、展成法展成法是利用一对齿轮无侧隙啮合时两轮的齿廓互为包络线的原理加工齿轮。加工时刀具与齿坯的运动就像一对互相啮合的齿轮，最后刀具将齿坯切出渐开线齿廓。展成法加工包括插齿和滚齿两种加工方法。插齿所用刀有齿轮插刀和齿条插刀。1.齿轮插刀加工a）插齿运动

b）插齿齿形形成原理c）斜齿轮插齿加工d）插齿机示意图图6-17齿轮插刀插齿加工6-5渐开线齿轮的加工方法2.齿条插刀加工插齿的特点是所需刀具数量少，用一把插刀可加工出模数、压力角相同的所有齿数的齿轮。加工精度高，但由于含退刀过程，属间断切削，生产率较低，且必须在专用设备上加工。图6-18齿条插刀插齿加工6-5渐开线齿轮的加工方法3.齿轮滚刀加工齿轮滚刀加工所需刀具数量少，用一把滚刀可加工出模数、压力角相同的所有齿数的齿轮，加工精度高，可连续切削加工，生产率高，适于批量生产，但需要在专用设备上切削加工。a）齿轮滚刀切齿b）范成过程1-滚刀

2-被加工轮坯6-5渐开线齿轮的加工方法一、根切现象和原因根切——用展成法加工齿轮时，如果齿轮的齿数太少，则齿轮坯的渐开线齿廓根部会被刀具的顶部过多地切削掉，这种现象称为根切。轮齿根切现象轮齿根切的原因6-6根切、最少齿数及变位齿轮一、根切现象和原因轮齿被根切后抗弯强度降低，承载能力降低，使轮齿的啮合过程缩短，重合度下降，传动平稳性变差。因此，应避免发生根切。变位齿轮加工加工后的齿形6-6根切、最少齿数及变位齿轮二、避免根切的措施1.齿数z越小，越容易发生根切。因此，齿轮不发生根切的最小齿数为2.不发生跟切的最少齿数标准齿轮正常齿的最少齿数为17短齿制的最少齿数为14最少齿数的确定6-6根切、最少齿数及变位齿轮三、变位齿轮1.变位齿轮的作用承载能力强，结构紧凑；可制成齿数少于最小齿数且不产生根切的齿轮可实现非标准中心距的无侧隙传动可调整啮合区域，使两轮齿根部最大滑动速度接近，改善磨损状况可使大小齿轮的齿厚得到调整，从而使大小齿轮的强度接近，改善了齿轮传动性能。6-6根切、最少齿数及变位齿轮三、变位齿轮2.变位齿轮的概念将刀具远离轮坯中心O1外移至实线位置，刀具齿顶线与啮合线交点B'2与N1重合，或在N1以下，加工出的齿轮均不发生根切，这种通过改变刀具位置加工出来的齿轮，称为变位齿轮。6-6根切、最少齿数及变位齿轮三、变位齿轮2.变位齿轮的概念切削变位齿轮时，刀具由切削标准齿轮位置移动的距离xm称为变位量，x称为变位系数。刀具由轮坏中心外移，x取正值，相应加工出的齿轮称为正变位齿轮；刀具内移，x取负值，相应加工出的齿轮称为负变位齿轮。6-6根切、最少齿数及变位齿轮三、变位齿轮3.变位齿轮的特点与标准齿轮相比，正变位齿轮有以下特点：（1）正变位齿轮分度圆齿厚增大，齿槽宽减小，齿顶厚减小，齿顶变尖，负变位齿轮变化情况与正变位齿轮相反。（2）刀具齿顶线外移，齿顶线与啮合线的交点也外移，利用这一特点可避免根切。（3）可通过改变变位量的大小调整中心距，在实际中心距a'不等于标准中心距a的情况下，仍能实现正确啮合，但变位系数不是标准值，（4）变位齿轮必须配对生产和使用，其通用性不如标准齿轮。6-6根切、最少齿数及变位齿轮一、轮齿的失效形式

6-7齿轮的失效形式、材料和设计准则轮齿折断齿面磨损齿面点蚀齿面胶合齿面塑性变形1.轮齿折断

a）b）c）

轮齿折断一般发生在齿根。轮齿折断是危害最大的一种失效形式。预防措施：一般可通过提高材料的弯曲疲劳强度和轮齿芯部的韧性，加大齿根圆角半径，增大模式和齿宽等措施，提高轮齿的抗折断能力。6-7齿轮的失效形式、材料和设计准则2.齿面点蚀齿面受到的接触应力超过轮齿材料的接触疲劳极限时，齿面产生裂纹，裂纹扩展致使表层金属微粒脱落，形成一些浅坑，这种现象称为齿面点蚀

a）b）图6-25齿面点蚀预防措施：采用提高齿面硬度，降低表面粗糙度，增大润滑油粘度，使用正变为齿轮传动6-7齿轮的失效形式、材料和设计准则3.齿面磨损金属微粒、砂粒、灰尘等硬质磨粒进入轮齿间时引起的磨损被称为齿面磨损。

a）b）

齿面磨损预防措施：注意闭式齿轮传动中润滑油的更换和清洁6-7齿轮的失效形式、材料和设计准则4.齿面胶合齿面胶合：轮齿在相互接触的齿面发生高温粘连或是压力粘连。在脱离啮合时，齿面金属被撕下而出现条状伤痕。

a）b）

齿面胶合6-7齿轮的失效形式、材料和设计准则5.齿面塑性变形轮齿表层材料将沿着摩擦力方向发生塑性流动，导致主、从动齿轮齿面出现凹坑和凸脊被称为齿面塑性形变。

a）b）齿面塑性变形6-7齿轮的失效形式、材料和设计准则二、齿轮材料和热处理轮齿表面有足够的硬度，以增强它的抗点蚀、抗磨损、抗胶合和抗塑性变形的能力；轮芯部应有足够的强度和韧性，以抵抗齿根折断和冲击载荷；材料应具有良好的可加工性和热处理性能。1.齿轮的材料的基本要求6-7齿轮的失效形式、材料和设计准则2.齿轮的材料与热处理齿轮材料优选顺序：

1优质碳素钢，2合金结构钢，3铸钢和铸铁，4有色金属和工程塑料。选用原则尺寸较小、普通用途齿轮：圆轧钢毛坯，一般用途的齿轮：锻钢毛坯；形状复杂、直径较大和不易锻造的齿轮：采用铸钢或球墨铸铁材料；传递功率不大、低速、无冲击及开式齿轮传动中的齿轮：灰铸铁6-7齿轮的失效形式、材料和设计准则常用齿轮材料及其力学性能6-7齿轮的失效形式、材料和设计准则齿面不同硬度的应用场合：根据热处理后硬度的不同，齿轮可分为软齿面（≤350HBW）和硬齿面（>350HBW）一般要求的齿轮传动：采用软齿面。小齿轮齿面硬度比大齿轮齿面硬度高出30~50HBW。对于高速、重载、或重要的齿轮传动：采用硬齿面齿轮组合，齿面硬度可大致相同。6-7齿轮的失效形式、材料和设计准则（1）软齿面齿轮对于软齿面齿轮，常用的齿轮材料有35、45、35SiMn、40Cr等，其热处理方法为调质或正火处理。调质后材料的加工及综合性能良好，齿轮加工后的精度一般可达8级，精加工可达7级。正火处理可以改善材料的力学性能和切削性能，齿面硬度一般为150~200HBW。6-7齿轮的失效形式、材料和设计准则（2）硬齿面齿轮对于硬齿面齿轮，通常是在调质后进行切齿加工，然后进行表面硬化处理。有的齿轮在硬化处理后还要进行精加工（如磨齿、剃齿等），故调质后的切齿应留有适当的加工余量。硬齿面主要用于高速、重载或要求尺寸紧凑的重要传动中6-7齿轮的失效形式、材料和设计准则三、齿轮传动的精度及其选择精度等级圆周速度v/（m/s）应用举例直齿圆柱齿轮斜齿圆柱轮直齿锥齿轮6≤15≤30≤9高速重载的齿轮传动，如机床、汽车和飞机中的重要齿轮，