chap4齿轮机构-教学课件

第第4 4章章 齿轮机构齿轮机构齿轮类型齿轮类型渐开线特性渐开线特性啮合特性啮合特性切齿原理切齿原理教学内容教学内容齿廓啮合基本定律齿廓啮合基本定律渐开线特性渐开线特性啮合条件啮合条件本章重点本章重点1概述：概述：齿齿轮轮机机构构是是高高副副机机构构，用用来来传传递递空空间间任任意意两两轴间的运动和动力，运用最为广泛。轴间的运动和动力，运用最为广泛。2齿轮机构的特点齿轮机构的特点(1)优点：优点：适用的圆周速度和功率范围广适用的圆周速度和功率范围广功率较高、传动比稳定功率较高、传动比稳定寿命较长寿命较长、工作可靠性高、工作可靠性高可实现平行轴、相交轴、交错轴之间传动可实现平行轴、相交轴、交错轴之间传动(2)缺点缺点:制造和安装精度高，成本高。制造和安装精度高，成本高。不适于远距离两轴之间传动。不适于远距离两轴之间传动。4-1齿轮机构的特点和类型齿轮机构的特点和类型3齿轮机构的类型齿轮机构的类型（1）平面齿轮机构：）平面齿轮机构：1).直齿圆柱齿轮传动（直齿轮）直齿圆柱齿轮传动（直齿轮）外啮合齿轮传动外啮合齿轮传动（两齿轮转向相反）（两齿轮转向相反）内啮合齿轮传动内啮合齿轮传动（两齿轮转向相同）（两齿轮转向相同）齿轮与齿条传动齿轮与齿条传动(2)斜齿圆柱齿轮传动（斜齿轮）斜齿圆柱齿轮传动（斜齿轮）分内、外啮合和齿轮、齿条传动三类分内、外啮合和齿轮、齿条传动三类3).人字齿轮传动人字齿轮传动（2）空间齿轮机构：）空间齿轮机构：1).锥齿轮传动（直齿、斜齿、曲齿）锥齿轮传动（直齿、斜齿、曲齿）2).交错轴斜齿轮交错轴斜齿轮3).蜗杆传动蜗杆传动 1 1 传动比传动比：i i1212=1 1/2 2 工程实际中，要求工程实际中，要求i i1212=Const,=Const,否则否则 1 1=Const=Const，则，则2 2 Const Const，产生惯性力，产生惯性力 2 2 齿轮齿廓与齿轮齿廓与i i1212的关系的关系 节点节点C C：公法线：公法线nnnn与连心线的交点，与连心线的交点，即即1 1、2 2的相对速度瞬心，有的相对速度瞬心，有 3 3 齿廓啮合基本定律齿廓啮合基本定律 4-2 4-2 齿廓啮合基本定律齿廓啮合基本定律 推论4 4 共轭齿廓共轭齿廓：凡能实现给定传动比要求的一对齿廓。：凡能实现给定传动比要求的一对齿廓。5 5 齿廓曲线的选择齿廓曲线的选择 对于定传动比齿轮机构，凡满足对于定传动比齿轮机构，凡满足C C为定点曲线为定点曲线均可作齿廓曲线。均可作齿廓曲线。常用曲线：常用曲线：渐开线渐开线-加工、度量、安装方便、运用广泛。加工、度量、安装方便、运用广泛。摆线摆线 圆弧线圆弧线 本章主要讨论本章主要讨论渐开线齿轮渐开线齿轮 若要求一对齿廓啮合传动，且能保持传动比为定值，若要求一对齿廓啮合传动，且能保持传动比为定值，则啮合齿廓在任意位置接触时，过接触点所作的齿廓公则啮合齿廓在任意位置接触时，过接触点所作的齿廓公法线交连心线为定点，即节点法线交连心线为定点，即节点C C为定点为定点。节圆：节圆：以以O O1 1,O,O2 2为圆心，以为圆心，以O O1 1C C，O O2 2C C为半径所作的圆。为半径所作的圆。两齿轮啮合时两节圆作纯滚动。两齿轮啮合时两节圆作纯滚动。一、渐开线的形成和特性一、渐开线的形成和特性1定义：直线（定义：直线（发生线发生线）沿圆周（）沿圆周（基圆基圆）作纯滚动）作纯滚动，直线上任一点的轨迹。，直线上任一点的轨迹。4-2 4-2 渐开线齿廓渐开线齿廓2特性：特性：(1)(1)(2)(2)渐开线上任意点的法线恒渐开线上任意点的法线恒 与基圆相切与基圆相切 (3)B (3)B是是K K点的曲率中心，点的曲率中心，BKBK是是 点点K K的曲率半径的曲率半径 (4)(4)压力角：法线与速度所夹锐角压力角：法线与速度所夹锐角 cosk=OB/OK=rb/rk cosk=OB/OK=rb/rk rk rk，k k 基圆上压力角等于零基圆上压力角等于零 (5)(5)渐开线的形状取决于基圆渐开线的形状取决于基圆(r(rb b)的大小。的大小。(6)(6)基圆内无渐开线基圆内无渐开线 二、渐开线齿廓的啮合特性二、渐开线齿廓的啮合特性1 1 渐开线齿廓满足渐开线齿廓满足定传动比定传动比要求要求 2 2 可分性：可分性：3 3 正压力方向不变性正压力方向不变性 4-4 齿轮各部分名称及齿轮各部分名称及 渐开线直齿圆柱齿轮基本尺寸渐开线直齿圆柱齿轮基本尺寸 一、直齿圆柱齿轮各部分及基本参数直齿圆柱齿轮各部分及基本参数(1)齿数齿数z(2)齿顶圆齿顶圆-da(3)齿根圆齿根圆-df(4)齿槽宽齿槽宽-ek(5)齿齿厚厚-sk(6)周周节节(齿距齿距)pkpk=sk+ek=dk/zdk=pkz/(8)(8)模数模数m m-(-(为了便于计算为了便于计算,制造制造,检验检验)将比值将比值 人为地规定为标准值。人为地规定为标准值。(7)分度圆分度圆:尺寸基准尺寸基准分度圆模数与压力角均为标准值。分度圆模数与压力角均为标准值。db=dcos=mzcos(9)齿顶高齿顶高ha:ha=ha*m(10)齿根高齿根高hf:hf=(ha*+c*)m(11)全齿高全齿高h:h=(2ha*+c*)m(12)顶隙顶隙:c=c*m渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算小小 结结1 h1 ha a*，C C*决定了齿顶圆，齿根圆的大小。决定了齿顶圆，齿根圆的大小。2 2 标准齿轮标准齿轮是指是指m m，h ha a*，C*C*均为标准值，而且均为标准值，而且s=es=e的齿轮。的齿轮。3 3 标准安装标准安装：节圆与分度圆重合的安装，标准中心距：节圆与分度圆重合的安装，标准中心距4 4 啮合角啮合角与与：标准安装时，分度圆与节圆重合，标准安装时，分度圆与节圆重合，=5 5 齿条齿条：齿数为无穷多的齿轮的一部分齿数为无穷多的齿轮的一部分 特点：特点：（1 1）齿形角齿形角。（2 2）P=P=m m一、一、正确啮合的条件正确啮合的条件 两齿轮上相邻两齿同侧齿两齿轮上相邻两齿同侧齿廓间法向齿距应相等廓间法向齿距应相等,即即 pn1=pn2因因 故有故有 因模数和压力角均已标准化因模数和压力角均已标准化,故应使故应使:4-5渐开线直齿圆柱齿轮的外啮合渐开线直齿圆柱齿轮的外啮合 一对渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合的条件一对渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合的条件:两齿轮的模数和压力角必须分别相等两齿轮的模数和压力角必须分别相等.pn=pb=p*cos2二、二、重合度重合度为了使齿轮连续传动为了使齿轮连续传动,必须在前一对齿轮必须在前一对齿轮尚未脱离啮合时尚未脱离啮合时,后一对齿轮及时进入啮合。后一对齿轮及时进入啮合。1开始啮合点：开始啮合点：B22终止啮合点：终止啮合点：B13实际啮合线段：实际啮合线段：B1B24理论啮合线段：理论啮合线段：N1N25啮合啮合弧：弧：FG若若FGp,能连续传动能连续传动若若FG=p,传动边界状态传动边界状态若若FG1,=1.11,=1.11.41.4G三、无侧隙啮合条件三、无侧隙啮合条件一一对对齿齿轮轮啮啮合合传传动动时时，要要求求轮轮齿齿齿齿廓廓无无间间隙隙，否否则则起起动动、停停止止和和轮轮齿齿上上载载荷荷发发生生变变化化时时，会会产产生生冲冲击击，引引起起附附加加载载荷荷，传传动动平平稳稳性性差差，正正反反转转时时表表现现更明显。更明显。条件：条件：一一个个齿齿轮轮节节圆圆上上的的齿齿厚厚等等于另一个齿轮节圆上于另一个齿轮节圆上齿槽宽齿槽宽。标准安装标准安装：标准齿轮无侧隙安装。标准齿轮无侧隙安装。标准中距标准中距:4-6渐开线齿轮的切齿原理渐开线齿轮的切齿原理一、加工方法一、加工方法 铸造法，热轧法、冲压法、切削法铸造法，热轧法、冲压法、切削法切削法按原理分：切削法按原理分：成形法成形法和和范成法范成法1成形法成形法刀具刀具：成形铣刀：成形铣刀特点特点:刀具的轴剖面内刀具的轴剖面内,刀刃的形状和刀刃的形状和被切齿槽的形状相等。被切齿槽的形状相等。齿形有误差齿形有误差,精度低。精度低。盘状铣刀加工齿轮盘状铣刀加工齿轮2范成法范成法:最常用的方法。最常用的方法。原理原理：利用一对齿轮啮合传动时，两轮的：利用一对齿轮啮合传动时，两轮的齿廓曲线互齿廓曲线互为包络线。为包络线。刀具刀具：齿轮插刀，齿条插刀，齿轮滚刀。：齿轮插刀，齿条插刀，齿轮滚刀。特点特点：刀具的：刀具的m，等于被加工齿轮的等于被加工齿轮的m，1齿轮插刀齿轮插刀2齿条插刀齿条插刀刀刀具具特特点点：中中线线及及与与中中线线平平行行的的直直线线上上，具具有有相同的相同的p(m),m,(压力角、齿形角压力角、齿形角)，故：，故：刀刀具具中中线线与与轮轮坯坯分分度度圆圆相相切切且且作作纯纯滚滚动动时时，齿轮的齿轮的m和和与刀具的与刀具的m和和相同，且相同，且s=e=m/23 3 齿轮滚刀齿轮滚刀滚刀滚刀形状象螺旋形状象螺旋方法；滚刀旋转是轴向移动，安装滚刀时轴线与方法；滚刀旋转是轴向移动，安装滚刀时轴线与轮坯端面成一滚刀升角轮坯端面成一滚刀升角特点；能连接切削，生产率高，应用广泛。特点；能连接切削，生产率高，应用广泛。4-7根切、最少齿数及变位齿轮根切、最少齿数及变位齿轮一、根切现象与最少齿数一、根切现象与最少齿数1根切现象：根切现象：2最少齿数：最少齿数：标准齿轮是否发生根切取决于其标准齿轮是否发生根切取决于其齿数齿数的多少。的多少。（1）=20，ha*=I的正常齿制标准渐开线齿轮，用齿条刀具加工，Zmim=17（2）=20，ha*=0.8时，Zmim=14。二、二、变位齿轮及其齿厚的确定变位齿轮及其齿厚的确定1标准齿轮的缺点；标准齿轮的缺点；(1)齿数必须大于或等于最小齿数，否则会产生根切。(2)不适用于实际中心距不等于标准中心距的场合(3)小齿轮齿根厚度小于大齿轮，抗弯能力不同。2变位齿轮优点：变位齿轮优点：齿数可少于zmin，中心距，改善小齿轮抗弯能力。3变位齿轮定义：变位齿轮定义：改变刀具相对位置而切制的齿轮4变位齿轮切削特点变位齿轮切削特点 刀具变位后与齿轮分度圆相切的直线不是刀具中线，而是刀具变位后与齿轮分度圆相切的直线不是刀具中线，而是分度线分度线；xm:变位量，变位量，x：变位系数（有正负）：变位系数（有正负）ab=xmtg 4-8 4-8 平行轴斜齿轮机构平行轴斜齿轮机构 一、斜齿轮齿廓曲面的形成及啮合特点一、斜齿轮齿廓曲面的形成及啮合特点1形成2啮合特点啮合特点(2)啮合过程中,其齿面接触线由由短变长短变长,再由长变短由长变短，轮齿在交换啮合时,载荷是逐渐逐渐加上,再逐渐卸掉的.(3)端面的齿廓曲线为渐开线渐开线。端面看，斜齿轮相当于渐开线直齿轮传动，满足定角速比定角速比的要求。传动平稳,冲击、振动和噪音较小,适宜于高速、重载传动。(1)斜齿轮传动相当于一对节圆柱的纯滚动。A 3 斜齿圆柱齿轮旋向斜齿圆柱齿轮旋向斜齿轮分度圆上的螺旋角斜齿轮分度圆上的螺旋角二二 斜齿圆柱齿轮的几何尺寸斜齿圆柱齿轮的几何尺寸 （1）法面和端面参数）法面和端面参数（2）斜齿轮传动的几何尺寸）斜齿轮传动的几何尺寸齿顶高和齿根高：齿顶高和齿根高：分度圆直径：分度圆直径：d=zmt=zmn/cos标准中心距：标准中心距：a=(d1+d2)=mn(z1+z2)/2cos斜齿轮传动可用改变螺旋角斜齿轮传动可用改变螺旋角的办法调整的办法调整中心距，不一定采中心距，不一定采用变位的办法。用变位的办法。（3）一对斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件一对斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件1）两齿轮的法面模数）两齿轮的法面模数mn n和法面压力角和法面压力角n n应分别相等，应分别相等，即：即：mn1n1=mn2n2n1n1=n2n2（mt1t1=mt2t2，t1t1=t2t2）2)外啮合时，两轮的螺旋角外啮合时，两轮的螺旋角应大小相等，方向相反，即：应大小相等，方向相反，即：1 1=-=-2 2内啮合时，两轮的螺旋角内啮合时，两轮的螺旋角应大小相等，方向相同，即：应大小相等，方向相同，即：1 1=2 2 三三 斜齿圆柱齿轮传动的重合度斜齿圆柱齿轮传动的重合度t端面重合度btg/pt附加重合度斜齿圆柱齿轮传动的重合度：斜齿圆柱齿轮传动的重合度：分分析析:(1)连连续续传传动动条条件件：1(2)b，四四 斜齿圆柱齿轮的当量齿数斜齿圆柱齿轮的当量齿数1当量齿轮：当量齿轮：研究法向齿形与直齿圆柱齿轮的关系研究法向齿形与直齿圆柱齿轮的关系2当当量量齿齿数数3结论：结论：斜齿轮的齿数斜齿轮的齿数Zmin可小于可小于17Zmin=Zvmincos3即即Zv17即可防止根切即可防止根切以以为分度圆半径为分度圆半径,以以mn、n作直齿圆柱齿轮作直齿圆柱齿轮 五五 斜齿圆柱齿轮的特点斜齿圆柱齿轮的特点1优点：优点：1)啮合性能好啮合性能好2)重合度大重合度大3)不产生根切的最少齿数比直齿轮少不产生根切的最少齿数比直齿轮少,机构更为紧凑机构更为紧凑2缺点：轴向力缺点：轴向力设计时，设计时，=820(4-9圆锥齿轮机构圆锥齿轮机构一一、概述概述用来传递相交两轴之间的运动和动力的用来传递相交两轴之间的运动和动力的.参数：圆柱参数：圆柱圆锥圆锥二、背锥和当量齿数二、背锥和当量齿数背锥背锥-扇形齿轮扇形齿轮-当量齿轮当量齿轮当量齿数：当量齿数：圆锥齿轮正确啮合条件：圆锥齿轮正确啮合条件：两两轮轮大大端端模模数数相相等等，压压力力角角相相等等。二轮的外锥距必须相等。二轮的外锥距必须相等。1不等顶隙收缩齿不等顶隙收缩齿 特点；齿顶圆锥、齿根圆锥、分度圆锥具有同一锥顶点。顶隙由大端向小端收缩。缺点；小端轮齿强度较差且润滑不良。2 2 等顶隙收缩齿等顶隙收缩齿 特点：齿根圆锥和分度圆圆锥共锥顶，齿顶圆锥不一分度圆共锥顶 优点：增加小端顶隙，改善润滑状况 降低小端齿高，提高小端轮齿的抗弯强度。三、三、直齿圆锥齿轮的几何尺寸计算直齿圆锥齿轮的几何尺寸计算3等顶隙与不等顶隙的尺寸区别等顶隙与不等顶隙的尺寸区别；等顶隙：齿顶角a=f 不等顶隙：a=arctg(ha/Re)4几何尺寸计算：几何尺寸计算：轴交角=90，以大端为标准,尺寸计算见表4-5。本 章 总 结 1渐开线齿廓形成与啮合原理渐开线齿廓形成与啮合原理2渐开线直齿圆柱齿轮的传动条件渐开线直齿圆柱齿轮的传动条件3渐开线直齿圆柱齿轮的主要参数计算渐开线直齿圆柱齿轮的主要参数计算4变位齿轮变位齿轮5平平行行轴轴斜斜齿齿圆圆柱柱齿齿轮轮与与圆圆锥锥齿齿轮轮当当量量齿齿轮轮、当量齿数、主要参数计算与传动条件当量齿数、主要参数计算与传动条件END