机械设计基础（第2版） 课件 【ch6】齿轮传动

单元六齿轮传动“十二五”职业教育国家规划教材机械设计基础（第2版）“十三五”职业教育国家规划教材01互换性概念PARTONE6.1齿轮传动的特点和分类1、齿轮传动。齿轮是一个有齿的机械元件,齿轮传动是利用一对齿轮的轮齿依次交替啮合,实现机器中两轴线间运动和动力的传递，以及运动形式和速度的改变。一、齿轮传动的特点6.1齿轮传动的特点和分类2、应用特点。齿轮传动是现代机械中应用最广泛的一种机械传动之一，其具有如下优点：（1）两轮瞬时传动比恒定不变，运动传递准确可靠；（2）适用的圆周速度范围和功率范围较大;（3）传动效率较高，一般为0.94~0.99；（4）使用寿命长,结构紧凑,维护简单；（5）能实现平行相交交错轴间的传动。一、齿轮传动的特点6.1齿轮传动的特点和分类1、齿轮传动是用来传递机器中两轴线间的运动，根据两线间的相对位置和轮向,齿轮传动的主要类型和分类分别如图6-2和图6-3所示。二、齿轮传动的分类2、应用特点。与其他传动相比，齿轮传动有如下缺点：（1）齿轮制造和安装精度要求较高，成本较高；（2）不适用于轴间距离较大的传动。一、齿轮传动的特点6.1齿轮传动的特点和分类二、齿轮传动的分类2、根据工作条件不同,齿轮传动可分为“开式齿轮传动”和“闭式齿轮传动”。3、根据齿轮廓曲线不同轮传动可分为“渐开线轮传动”、“摆线轮传动”和“圆弧轮传动”。6.1齿轮传动的特点和分类三、齿轮传动的基本要求从传递运动和动力两方面考虑,齿轮传动应满足下列两个基本要求。传动准确平稳承载能力强02渐开线齿廓PARTtwo6.2渐开线齿廓一、渐开线的形成及性质渐开线齿轮的可用齿廓就是由同一基圆形成的两条反向渐开线的某段组成的,如图6-5所示。6.2渐开线齿廓一、渐开线的形成及性质根据渐开线的形成，可知其具有如下性质：1、发生线在基圆上滚过的长度,等于基圆上被滚过的弧长；2、渐开线上任一点的法线必与基圆相切,线段NK既是基圆的切线,同时也是渐开线在K点的法线和曲率半径；3、渐开线上各点的压力角不同,离基圆越远，压力角越大；4、渐开线的形状取决于基圆的大小，基半径越大,渐开线越平直。当基圆趋于无穷大时,渐开线就成为直线,这就是渐开线齿轮的齿廓；5、基圆内无渐开线。6.2渐开线齿廓二、渐开线齿廓的啮合特性1、四线合一性。对渐开线齿廓的齿轮传动来说,啮合线、过啮合点的公法线、基圆的内公切线和正压力作用线四线合一。2、能保证瞬时传动比恒定。渐开线齿轮的传动比等于主从动轮基圆半径之反比。由于基圆半径ri和re是定值故渐开线齿轮的传动比能保持恒定不变。6.2渐开线齿廓二、渐开线齿廓的啮合特性3、中心距可分性。由于渐开线齿轮的传动比只与基圆半径有关,而与中心距无关,因此在安装时若中心距略有变化也不会改变传动比的大小,此特性称为中心距可分性。4、啮合角不变。啮合线与两节圆公切线所夹的锐角称为啮合角，它就是渐开线在节圆上的压力角。显然齿轮传动时啮合角不变,力作用线方向不变，因而传动比较平稳。03直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸PARTthree6.3直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸一、齿轮各部分名称及代号图6-7所示为渐开线直齿圆柱齿轮的一部分，各部分名称及代号如下。6.3直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸二、直齿圆柱齿轮的主要参数1、齿数z。齿轮圆周上的轮齿总数。2、模数m。齿轮的分度圆直径d齿数z和轮齿的距之间的关系为。6.3直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸二、直齿圆柱齿轮的主要参数4、齿顶高、齿根高和齿高。介于分度圆与齿顶圆之间的部分称为齿顶,其径向距离称为齿顶高。介于分度圆与齿根圆之间的部分称为齿根,其径向距离称为齿根高。齿顶圆与齿根圆间的径向距离称为齿高。5、齿宽。轮齿的轴向宽度用b表示。6.3直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸三、标准直齿圆柱齿轮的主要几何尺寸渐开线标准直齿圆柱齿轮外轮的主要几何尺寸的计算公式见表6-2。四、公法线长度和分度圆弦齿厚齿轮在加工和检验中,常用测量公法线长度或分度圆弦齿厚来保证齿轮的精度。1、公法线长度。如图6-9所示,卡尺在齿轮上跨若于齿数K所测得廓间的法向距离称为公法线长度，用Wk表示。6.3直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸四、公法线长度和分度圆弦齿厚2、分度圆弦齿厚和分度圆弦齿高。如图6-10所示,分度圆弦厚就是齿轮分度圆齿厚对应的弦长AB,记作S。弦齿厚AB的中点到齿顶圆的径向距离称为分度圆弦齿高，记作h,其值可查阅《机械设计手册》。04表面结构PARTfore6.4渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动图6-12所示为渐开线直圆柱齿轮的合过程。一、渐开线直齿圆柱齿轮的啮合过程6.4渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动一对齿轮连续顺利地传动，需要各对轮齿依次正确啮合且互不干涉。如图6-13所示。二、渐开线直齿圆柱齿轮正确晒合的条件由图6-12可知，要使齿轮能连续传动，至少要求一对轮齿在B1点退出合时，后一对轮齿已在B点进入啮合,传动便能连续进行,这时实际合线B2B1不小于齿轮的法向齿距KB2。因此,渐开线齿轮的连续传动条件是：。三、渐开线直齿圆柱齿轮连续传动的条件05渐开线直齿圆柱齿轮的切齿干涉和变位齿轮简介PARTfive6.5渐开线直齿圆柱齿轮的切齿干涉和变位齿轮简介齿轮轮齿的加工方法很多,如精密铸造、模锻、热轧、冷冲和切削加工等,生产中常用的是切削法，切削加工就齿形形成的原理又可分为仿形法和展成法两类。一、渐开线直齿柱齿轮的加工方法及原理6.5渐开线直齿圆柱齿轮的切齿干涉和变位齿轮简介如图6-16所示,这种现象称为切齿干涉，又称根切。根据理论推导和实践证明,切齿干涉与被加工齿轮的齿数有着密切的关系,齿数越少，切齿干涉现象越严重。二、渐开线直齿圆柱齿轮的切齿干涉和最少齿数6.5渐开线直齿圆柱齿轮的切齿干涉和变位齿轮简介变位齿轮是通过不改变齿轮的基本参数和切削运动，仅改变刀具与轮坯轴线间的相对距离进行加工得到的,如图6-17所示。三、变位齿轮06齿轮失效形式与齿轮材料PARTsix6.6齿轮失效形式与齿轮材料一、齿轮的常见失效形式图6-18所示为轮齿常见的失效形式。6.6齿轮失效形式与齿轮材料二、轮传动的设计准则齿轮的失效形式很多,在一定条件下,必有一种为主要失效形式。在进行齿轮传动的设计计算时,应分析具体的工作条件,判断可能发生的主要失效形式,以确定相应的设计准则。三、齿轮材料及热处理通过齿轮传动的失效分析可知，选用齿轮材料及热处理工艺时，应使轮齿表面硬度高而心部韧性好。这些要求可通过选择合适的材料和热处理方法达到。齿轮常用材料是锻钢，其次是铸钢、铸铁及非金属材料。6.6齿轮失效形式与齿轮材料四、齿轮的许用应力1、许用接触疲劳应力。2、许用弯曲疲劳应力。07标准直齿圆柱齿轮传动设计计算PARTseven6.7标准直齿圆柱齿轮传动设计计算一、受力分析为了计算齿轮、轴和轴承等零件的承载能力,需要对齿轮传动进行受力分析。图6-21所示为一对标准直齿圆柱齿轮正确安装时轮齿受力分析。6.7标准直齿圆柱齿轮传动设计计算二、面接触疲劳强度的简化计算。1、齿面接触疲劳强度的校核公式。2，齿面接触疲劳强度的设计公式。6.7标准直齿圆柱齿轮传动设计计算三、齿根弯曲疲劳强度的简化计算。1、齿根弯曲疲劳强度校核公式。2、弯曲疲劳强度的设计公式。6.7标准直齿圆柱齿轮传动设计计算四、齿轮传动主要参数的选择6.7标准直齿圆柱齿轮传动设计计算五、圆柱齿轮的精度等级选择1、齿数z和模数m。通常在满足轮齿弯曲疲劳强度的前提下,宜采用较多的齿数、较小的模数，这样可以增大齿轮传动的重合度,提高传动的平稳性。2、齿数比u。齿数比u为大齿轮齿数与小齿轮齿数之比，即。3、齿宽因数。增大齿宽因数,可以减小传动装置的尺寸和质量。但是齿宽因数过大，将会出现载荷沿齿向分布严重不均匀的现象，使齿轮承载能力下降。6.7标准直齿圆柱齿轮传动设计计算六、圆柱齿轮的结构设计与工作图齿轮的结构形式一般根据齿顶圆直径选定；结构尺寸一般根据强度及工艺要求,由经验公式确定。圆柱齿轮的结构形式及尺寸见表6-7。圆柱齿轮工作图示例见图6-23。08斜齿圆柱齿轮传动PARTeight6.8斜齿圆柱齿轮传动一、斜齿圆柱齿轮传动的特点1、斜齿圆柱齿轮的形成。6.8斜齿圆柱齿轮传动一、斜齿圆柱齿轮传动的特点2、斜齿圆柱齿轮传动的特点。6.8斜齿圆柱齿轮传动二、斜齿圆柱齿轮传动1、斜齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸。图6-27所示为斜齿圆柱轮沿分度圆柱面展开后的图形。图6-28所示为斜齿圆柱齿轮旋向。6.8斜齿圆柱齿轮传动二、斜齿圆柱齿轮传动2、斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件。斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件是：两齿轮的模数和压力角分别相等；两齿轮在分度圆上的螺旋角的绝对值相等,外啮合时旋向相反，内啮合时旋向相同。3、斜齿圆柱齿轮的当量齿轮。用仿形法切制斜齿轮轮齿时,刀具需根据斜齿轮的法面齿形选择;斜齿轮轮齿的弯曲强度也与法面齿形有关。6.8斜齿圆柱齿轮传动三、斜齿圆柱齿轮传动的强度计算1、受力分析图。6-29所示为斜齿圆柱齿轮传动主动轮上的受力分析。6.8斜齿圆柱齿轮传动三、斜齿圆柱齿轮传动的强度计算2、斜齿圆柱齿轮传动的强度计算。(1)齿面接触疲劳强度计算。校核公式为：。设计公式为：。(2)齿根弯曲疲劳强度计算。校核公式为：。设计公式为：。09直齿圆锥齿轮PARTnine6.9直齿圆锥齿轮一、圆锥齿轮传动概述圆锥齿轮传动用于传递两相交轴之间的运动和动力，一对圆锥轮两轴之间的交角可由传动需要而决定，一般机械中常采用交角90度。6.9直齿圆锥齿轮二、直齿圆锥齿轮传动的主要参数、几何尺寸圆锥齿轮传动相当于锥顶重合的一对圆锥作纯滚动。作纯滚动的圆锥称为节圆锥。标准圆锥齿轮正确安装时,节圆锥与分度圆锥重合,其母线长度R称为锥距,如图6-32所示。6.9直齿圆锥齿轮二、直齿圆锥齿轮传动的主要参数、几何尺寸主要参数。6.9直齿圆锥齿轮三、当量齿轮与当量齿数与圆锥齿轮大端背锥上齿形十分相近的标准圆柱齿轮称为圆锥齿轮的当量齿轮,圆锥齿轮大端的模数、压力角为其标准值,其齿数即为圆锥齿轮的当量齿数，用表示Zv。四、强度计算直齿圆锥齿轮的失效形式及强度计算的依据与直齿圆柱齿轮基本相同,可近似地按齿宽中点处的一对当量直齿圆柱齿轮传动来考虑。10蜗杆传动PARTten6.10蜗杆传动蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成,用于传递空间交错轴间的运动和动力。一、蜗杆传动的类型及特点6.10蜗杆传动1、模数m和压力角a。2、蜗杆分度圆直径d和蜗杆导程角y。3、蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2和传动比i。4、蜗杆传动几何尺寸计算。二、蜗杆传动的主要参数和几何尺寸6.10蜗杆传动蜗杆一般与轴制成一体，称为杆轴，如图6-37所示。三、蜗杆和蜗轮的结构6.10蜗杆传动1、蜗杆传动的失效形式及设计准则。蜗杆传动的失效主要是轮齿失效，而且由于蜗轮材料的强度往往较蜗杆材料强度低,所以失效大多发生在蜗轮轮齿上。2、蜗杆传动的材料。根据蜗杆传动的失效形式,对蜗杆传动副材料组合的要求是:有良好的减摩性,导热性和抗胶合性，有足够的强度。四、蜗杆传动的失效形式及所用材料6.10蜗杆传动1、受力分析。五、蜗杆传动的强度计算6.10蜗杆传动2、