齿轮传动剖析.pptx
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1、第第6 6章章 齿轮传动齿轮传动6.1 概述概述6.2 渐开线齿廓渐开线齿廓6.3 渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数及几何尺寸计算渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数及几何尺寸计算6.4 渐开线齿轮的啮合渐开线齿轮的啮合6.5 渐开线齿轮的切削加工渐开线齿轮的切削加工6.9 斜齿圆柱齿轮传动设计斜齿圆柱齿轮传动设计6.6 根切现象、最少齿数及变位齿轮的概念根切现象、最少齿数及变位齿轮的概念6.7 齿轮传动设计概述齿轮传动设计概述6.8 直齿圆柱齿轮传动设计直齿圆柱齿轮传动设计6.11 齿轮结构与润滑齿轮结构与润滑6.10 直齿圆锥齿轮传动设计直齿圆锥齿轮传动设计 系系统统学学习习齿齿轮轮机机构构的的特特点
2、点和和类类型型,齿齿轮轮啮啮合合的的基基本本原原理,圆柱齿轮和锥齿轮的失效形式和设计方法。理,圆柱齿轮和锥齿轮的失效形式和设计方法。u本章学习目标本章学习目标 掌握:掌握:圆柱齿轮传动基本参数的概念和齿轮基本尺寸计圆柱齿轮传动基本参数的概念和齿轮基本尺寸计算算,直直齿齿锥锥齿齿轮轮传传动动基基本本参参数数的的概概念念和和齿齿轮轮基基本本尺尺寸寸计计算算,渐渐开开线线圆圆柱柱齿齿轮轮传传动动强强度度计计算算的的原原理理和和方方法法,直直齿齿锥锥齿齿轮轮传传动动强强度度计计算算的的方方法法,齿齿轮轮的的结结构构设计。设计。u本章学习要求本章学习要求 了解:了解:渐开线性质、渐开线齿轮啮合特性,渐开
3、线齿轮的渐开线性质、渐开线齿轮啮合特性,渐开线齿轮的展展成成加加工工原原理理、齿齿轮轮根根切切,齿齿轮轮传传动动的的主主要要失失效效形形式式及及设设计计准准则则,常常用用齿齿轮轮材材料料及及热热处处理理的的选选用用,齿齿轮传动的润滑方法。轮传动的润滑方法。1.齿轮传动的特点齿轮传动的特点 6.1 概述概述 能保证恒定的传动比能保证恒定的传动比 适用的功率和圆周速度范围广适用的功率和圆周速度范围广 结构紧凑结构紧凑 效率高,效率高,0.940.99 工作可靠且寿命长工作可靠且寿命长 优点:优点:制造齿轮需要专用设备和刀具,成本较高制造齿轮需要专用设备和刀具,成本较高 对制造和安装精度的要求高对制
4、造和安装精度的要求高 不宜用于长距离的传动不宜用于长距离的传动 缺点:缺点:2.齿轮传动的类型齿轮传动的类型 2.齿轮传动的类型齿轮传动的类型 3.齿轮的精度齿轮的精度 国国家家标标准准规规定定齿齿轮轮的的精精度度为为0 01212级级,0 0级级精精度度最最高高,1212级级精精度度最最低低。设设计计时时应应根根据据传传动动的的用用途途、使使用用条条件件、传传递递功功率率以以及及齿齿轮轮的的圆圆周周速速度度等等合合理理确确定定齿齿轮轮的的精精度度等等级级。最常用的齿轮精度为最常用的齿轮精度为6 69 9级。级。表表6-1 66-1 69 9级精度齿轮的应用级精度齿轮的应用精度精度等级等级圆周
5、速度圆周速度 v/(ms-1)应应 用用直齿直齿圆柱齿轮圆柱齿轮斜齿斜齿圆柱齿轮圆柱齿轮直齿直齿锥齿轮锥齿轮6151525259 9高速、重载的齿轮传动,如飞机、汽车和高速、重载的齿轮传动,如飞机、汽车和机床中重要齿轮。分度机构中的齿轮传动机床中重要齿轮。分度机构中的齿轮传动7101017176 6高速、中载或中速、重载的齿轮传动,如高速、中载或中速、重载的齿轮传动,如标准系列减速器中的齿轮、汽车和机床中标准系列减速器中的齿轮、汽车和机床中的齿轮的齿轮85 510103 3一般机械中无特殊精度要求的齿轮一般机械中无特殊精度要求的齿轮93 33.53.52.52.5用于低速、不重要的齿轮或没有精
6、度要求用于低速、不重要的齿轮或没有精度要求的齿轮的齿轮6.2.1 渐开线的形成渐开线的形成 6.2 渐开线齿廓渐开线齿廓 如右图所示:当直线L沿半径为rb的圆周作纯滚动时,直线上任一点K的轨迹称为该圆的渐开线,该圆称为基圆,直线L称为渐开线的发生线。6.2.2 渐开线的性质渐开线的性质 渐开线上任意点的法线切于基圆。渐开线上任意点的法线切于基圆。渐开线上任意点的法线切于基圆。渐开线上任意点的法线切于基圆。N N点点点点为曲率中心,为曲率中心,为曲率中心,为曲率中心,NKNK为曲率半径。为曲率半径。为曲率半径。为曲率半径。基圆内无渐开线。基圆内无渐开线。基圆内无渐开线。基圆内无渐开线。AN=KN
7、AN=KN渐开线起始点渐开线起始点渐开线起始点渐开线起始点A A A A处曲率半径为处曲率半径为处曲率半径为处曲率半径为0 0 0 0。发生线发生线发生线发生线L-KL-K点法线点法线点法线点法线-基圆切线基圆切线基圆切线基圆切线-K-K点的曲率半径点的曲率半径点的曲率半径点的曲率半径四线合一四线合一四线合一四线合一 渐开线形状取决于基圆,渐开线形状取决于基圆,渐开线形状取决于基圆,渐开线形状取决于基圆,当当当当r rb b,变成直线。,变成直线。,变成直线。,变成直线。压力角压力角压力角压力角 随着向径随着向径随着向径随着向径r rKK改变。改变。改变。改变。6.2.3 渐开线齿廓的啮合特点
8、(渐开线齿廓的啮合特点(1 1)由由三三心心定定理理:点点C C就就是是两两齿齿轮轮的的相相对对速速度度瞬瞬心心,则则两两轮轮在在C C点具有相同的绝对速度点具有相同的绝对速度 则:则:实现定比传动实现定比传动由由渐渐开开线线性性质质:C点点是是定定直直线线N1N2与与连连心心线线O1O2交交点点,为为固固定定点点。无无论论两两齿齿廓廓在在何何处处啮啮合,合,C点的位置都不变。点的位置都不变。i 为常值为常值6.2.3 渐开线齿廓的啮合特点(渐开线齿廓的啮合特点(2 2)由由O1CN1O2CN2,则有:,则有:中心距可分性中心距可分性 渐开线齿轮的瞬时传动比:渐开线齿轮的瞬时传动比:与两轮的节
9、圆半径成反比;与两轮的节圆半径成反比;与两轮的基圆半径成反比;与两轮的基圆半径成反比;与中心距无关。与中心距无关。6.2.3 渐开线齿廓的啮合特点(渐开线齿廓的啮合特点(3 3)四线合一四线合一 N N1 1N N2 2是是啮啮合合点点的的轨轨迹,称为啮合线。迹,称为啮合线。内公切线啮合线公法线正压力作用线:四线重合内公切线啮合线公法线正压力作用线:四线重合内公切线啮合线公法线正压力作用线:四线重合内公切线啮合线公法线正压力作用线:四线重合 啮啮合合线线又又是是接接触触点点的的法法线线,正正压压力力总总是是沿沿法法线线方方向向,故故正正压力方向不变。压力方向不变。6.2.3 渐开线齿廓的啮合特
10、点(渐开线齿廓的啮合特点(4 4)啮啮合合线线与与过过C点点的的两两节节圆圆的的公公切切线线tt的的所所夹夹的的锐锐角角称称为为啮啮合合角,用角,用 表示。表示。啮合角不变啮合角不变啮啮合合角角在在数数值值上上等等于于渐渐开开线线在在节圆上的压力角。节圆上的压力角。啮啮合合角角不不变变表表示示齿齿廓廓间间压压力力方方向不变。向不变。6.3.1 直齿圆柱齿轮各部分名称及代号直齿圆柱齿轮各部分名称及代号 6.3 渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数及几何尺寸计算渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数及几何尺寸计算pnr齿顶圆齿顶圆 da、ra齿根圆齿根圆 df、rf齿厚齿厚sk 齿槽宽齿槽宽 ek 齿距齿距 pk=
11、sk+ek 齿顶高齿顶高ha齿根高齿根高 hf齿全高齿全高 h=ha+hf齿宽齿宽 BhahfhrbOBprapb分度圆分度圆人为规定的计算基准圆人为规定的计算基准圆表示符号:表示符号:d、r、s、e,p=s+e法向齿距法向齿距 pnseskek=pbrfpk6.3.2 直齿圆柱齿轮的基本参数直齿圆柱齿轮的基本参数 模数模数m m齿数齿数z z,分度圆,分度圆周长:周长:d=zp,称为模数称为模数m m 。模模数数的的单单位位:mm,它它是是决决定定齿齿轮轮尺尺寸寸的的一一个个基基本本参参数数。齿齿数数相相同同的的齿齿轮轮,模模数数大大,尺寸也大。尺寸也大。d=mz,r=mz/2人为人为规定:
12、规定:m=p/m=p/只能取某些简单值,只能取某些简单值,m=4 z=16m=2 z=16m=1 z=16为了便于制造为了便于制造、检验和互换使用,检验和互换使用,国标国标GB1357-87规定了规定了标准模数系列。标准模数系列。表6-2 渐开线圆柱齿轮模数(GB/T 13571987)单位:mm第一系列0.1,0.12,0.15,0.2,0.25,0.3,0.4,0.5,0.6,0.8,1,1.25,1.5,2,2.5,3,4,5,6,8,10,12,16,20,25,32,40,50第二系列0.35,0.7,0.9,1.75,2.25,2.75,(3.25),3.5,(3.75),4.5,
13、5.5,(6.5),7,9,(11),14,18,22,28,(30),36,45说明:1)本表适用于渐开线圆柱齿轮,对斜齿轮是指法面模数。2)优先采用第一系列,括号中的模数尽可能不用。6.3.2 直齿圆柱齿轮的基本参数直齿圆柱齿轮的基本参数(2)(2)6.3.2 直齿圆柱齿轮的基本参数直齿圆柱齿轮的基本参数(3)(3)Orb速度方向速度方向正压力方向正压力方向1Aii iB1K1r1BiKiri 压力角压力角渐渐开开线线上上各各点点的的压压力力角角不不等等,分分度度圆圆上上的的压压力力角角简简称称压压力力角角。国国家家标标准准规规定定,标标准准压压力力角角 20。齿顶高系数齿顶高系数 ha*
14、齿顶高齿顶高 h a=ha*m ha*=1,短齿短齿ha*=0.8 顶隙系数顶隙系数 c*齿根高齿根高 h f =(ha*+c*)m c*=0.25 短齿短齿c*=0.3 标准齿轮标准齿轮:m、ha*、c*为为标准值标准值,而且而且es 的齿轮。的齿轮。6.3.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算名 称代 号计 算 公 式分度圆直径d d=mz齿顶高ha ha ha*m齿根高hf hf (ha*c*)m齿高h h ha hf顶隙c c c*m齿顶圆直径da da=d+2 ha齿根圆直径df df=d-2 hf基圆直径db db=d cos齿距p p m齿
15、厚s齿槽宽e标准中心距a基圆齿距pbpb=p cos1 1)轮齿与齿槽正好与外齿轮相反。轮齿与齿槽正好与外齿轮相反。2 2)dfdda3 3)为保证齿廓全部为渐开线,要求为保证齿廓全部为渐开线,要求dadb。,dad-2ha,dfd+2hf结构特点:结构特点:轮齿分布在空心圆柱体内表面上。不同点轮齿分布在空心圆柱体内表面上。不同点:rrbr rf fr ra apnhNsehahfpBO6.3.4 内齿轮内齿轮特点:特点:1)1)压力角处处相等,且等于齿形角,压力角处处相等,且等于齿形角,2)2)齿距处处相等齿距处处相等:p=mp=m其它参数的计算与外齿轮相同其它参数的计算与外齿轮相同,如:如
16、:s=m/2s=m/2 e=m/2e=m/2 esppnBhahfzz的特例。齿廓曲线(渐开线)的特例。齿廓曲线(渐开线)直线直线h ha a=h=ha a*m hm hf f=(h=(ha a*+c+c*)m)mpn=pcos为常数。为常数。3)3)分度线分度线:与齿顶线平行且齿厚与齿顶线平行且齿厚 s=e 的直线。的直线。是计算齿条尺寸的基准线。是计算齿条尺寸的基准线。6.3.5 齿条齿条6.4.1 渐开线齿轮正确啮合条件渐开线齿轮正确啮合条件6.4 渐开线齿轮的啮合渐开线齿轮的啮合 要要使使进进入入啮啮合合区区内内的的各各对对齿齿轮轮都都能能正正确确地地进进入入啮啮合合,两两齿齿轮轮的的
17、相相邻邻两两齿齿同同侧侧齿齿廓廓间间的的法法向距离应相等:向距离应相等:p pb1b1=p pb2b2将将p pb b=m mcoscos代入得:代入得:m m1 1coscos1 1=m m2 2coscos2 2因因m和和都取标准值,使上式成立的条件为:都取标准值,使上式成立的条件为:m m1 1=m=m2 2 ,1 1=2 2结论:结论:一对渐开线齿轮的正确啮合条件一对渐开线齿轮的正确啮合条件 是它们是它们模数模数和和压力角压力角应分别相等。应分别相等。pb2pb1rb2r2O2rb1r1O11 12 2PN1N2B2B16.4.2 标准中心距标准中心距(正确安装条件正确安装条件)一对正
18、确啮合的标准一对正确啮合的标准齿轮,需一个齿轮的齿轮,需一个齿轮的齿厚齿厚和配对齿轮的和配对齿轮的槽宽槽宽相等。相等。所以,安装时要使两轮的所以,安装时要使两轮的分度圆相切,即分度圆与分度圆相切,即分度圆与节圆重合。此时的中心距节圆重合。此时的中心距为标准中心距:为标准中心距:6.4.3 连续传动条件连续传动条件一对齿轮连续传动的条件:一对齿轮连续传动的条件:实际啮合线实际啮合线B1B2的长度大于的长度大于或等于齿轮的法向齿距或等于齿轮的法向齿距B2K。由于由于B2Kpb,齿轮连续,齿轮连续传动的条件可表示为:传动的条件可表示为:B1 B2pb 定义重合度:定义重合度:理论上,理论上,1 1就
19、可以保证齿就可以保证齿轮连续传动轮连续传动.由于齿轮制造安由于齿轮制造安装误差等原因,一般机械常取装误差等原因,一般机械常取1.11.11.41.4。6.5.1 仿形法仿形法6.5 渐开线齿轮的加工渐开线齿轮的加工指状铣刀加工指状铣刀加工盘铣刀加工盘铣刀加工 仿形法的优点是加工方法简单,不需要专用机床。缺点仿形法的优点是加工方法简单,不需要专用机床。缺点是精度难以保证,生产效率低。因此,仿形法只适用于修是精度难以保证,生产效率低。因此,仿形法只适用于修配、单件生产及加工精度要求不高的齿轮。配、单件生产及加工精度要求不高的齿轮。齿轮插刀加工齿轮插刀加工i=0 0/=z/z/=z/z0 0让刀运动
20、让刀运动切切削削运运动动0 0展成运动展成运动0 0齿条插刀加工齿条插刀加工进给进给切削切削让刀让刀v范成范成Vrrmz/2mz/26.5.2 展成法展成法h*amh*amc*mc*m顶线顶线滚刀切齿加工滚刀切齿加工6.5.2 展成法展成法(2)(2)6.6 根切现象、最少齿数及变位齿轮根切现象、最少齿数及变位齿轮 不发生根切的最少齿数为:对于标准直齿圆柱齿轮6.7 齿轮传动设计概述齿轮传动设计概述轮齿折断齿面磨损齿面点蚀齿面胶合塑性变形6.7.1 齿轮传动的失效形式齿轮传动的失效形式 6.7.2 齿轮传动的设计准则齿轮传动的设计准则对一般工况下的齿轮传动,其设计准则是:保证足够的齿根弯曲疲劳
21、强度,以免发生齿根折断。保证足够的齿面接触疲劳强度,以免发生齿面点蚀。对高速重载齿轮传动,除以上两设计准则外,还应按齿面抗胶合能力的准则进行设计。6.7.3 常用齿轮材料及热处理常用齿轮材料及热处理 齿轮的齿体应有较高的抗折断能力,齿面应有较强的抗点蚀、抗磨齿轮的齿体应有较高的抗折断能力,齿面应有较强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力,即要求:齿面硬、芯部韧。损和较高的抗胶合能力,即要求:齿面硬、芯部韧。表6-4 几种常用齿轮材料几种常用齿轮材料材料材料种类种类牌牌 号号热处理方法热处理方法硬硬 度度强度极限强度极限 b/MPa屈服极限屈服极限 S/MPa应用范围应用范围优质优质碳素钢碳素钢4
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