電動工具之齒輪傳動設(shè)計ppt課件

1、電開工具之 齒輪傳動設(shè)計 分三個部分講述：一、齒輪傳動根底；二、齒輪系傳動設(shè)計根底；三、其它行星傳動簡介 ；一、齒輪傳動根底一、齒輪傳動根底 本部分內(nèi)容本部分內(nèi)容 本部分將引見漸開線圓柱直齒、斜齒輪以及本部分將引見漸開線圓柱直齒、斜齒輪以及直齒圓錐齒輪傳動的設(shè)計計算，內(nèi)容包括齒輪原直齒圓錐齒輪傳動的設(shè)計計算，內(nèi)容包括齒輪原理和齒輪強度兩個方面，其中將著重討論圓柱直理和齒輪強度兩個方面，其中將著重討論圓柱直齒輪的設(shè)計計算方法。齒輪的設(shè)計計算方法。 齒輪原理部分將引見漸開線特性、嚙合特性、齒輪原理部分將引見漸開線特性、嚙合特性、嚙合傳動等，關(guān)于變位齒輪僅引見傳動計算的內(nèi)嚙合傳動等，關(guān)于變位齒輪僅引

2、見傳動計算的內(nèi)容。容。 齒輪強度部分將引見齒輪資料的選擇、失效齒輪強度部分將引見齒輪資料的選擇、失效方式、設(shè)計準那么等，從而得出詳細的設(shè)計計算方式、設(shè)計準那么等，從而得出詳細的設(shè)計計算方法方法1.1.1 齒輪傳動的特點 齒輪傳動用來傳送恣意兩軸間的運動和動力，其圓周速度可到達300m/s，傳送功率可達105KW，齒輪直徑可從不到1mm到150m以上，是現(xiàn)代機械中運用最廣的一種機械傳動。 齒輪傳動的特點齒輪傳動與帶傳動相比主要有以下優(yōu)點： 1傳送動力大、效率高； 2壽命長，任務(wù)平穩(wěn)，可靠性高； 3能保證恒定的傳動比，能傳送恣意夾角兩軸間的運動。齒輪傳動與帶傳動相比主要缺陷有： 1制造、安裝精度要

3、求較高，因此本錢也較高； 2不宜作遠間隔傳動。1.1.2 齒輪傳動的根本類型 按照一對齒輪傳動的角速比能否恒定，可將齒輪傳動分為圓形齒輪傳動角速比恒定及非圓齒輪傳動角速比變化兩大類。本部分只研討圓形齒輪傳動。 按照輪齒齒廓曲線的不同又可分為漸開線齒輪、圓弧齒輪、擺線齒輪等，本章僅討論制造、安裝方便，運用最廣的漸開線齒輪。 齒輪傳動的分類 齒輪傳動平面齒輪運動 相對運動為平面運動，傳送平行軸間的運動直齒圓柱齒輪傳動輪齒與軸平行外嚙合內(nèi)嚙合齒輪齒條斜齒圓柱齒輪傳動輪齒與軸不平行外嚙合內(nèi)嚙合齒輪齒條人字齒輪傳動輪齒成人字形空間齒輪運動 相對運動為空間運動，傳送不平行軸間的運動傳送相交軸運動錐齒輪傳動

4、直齒斜齒曲線齒傳送交錯軸運動交錯軸斜齒輪傳動蝸輪蝸桿傳動準雙曲面齒輪傳動1.2 齒廓嚙合根本定律齒輪傳動有兩方面的要求： 1 傳送運動的準確性和平穩(wěn)性，噪聲的高低等 2 傳動的可靠性及壽命的長短等 根本公式1.3.1 漸開線齒廓 1.3.2 漸開線的主要特性1 發(fā)生線沿基圓滾過的線段長度等于基圓上被滾過的相應(yīng)弧長。1.3.2 漸開線的主要特性2 漸開線上恣意一點法線必然與基圓相切。換言之，基圓的切線必為漸開線上某點的法線。 由于當發(fā)生線在基圓上作純滾動時，它與基圓的切點B是發(fā)生線上各點在這一瞬時的速度瞬心，漸開線上K點的軌跡可視為以B點為圓心，BK為半徑所作的極小圓弧，故B點為漸開線上K點的曲

5、率中心，BK為其曲率半徑和K點的法線，而發(fā)生線一直相切于基圓，所以漸開線上恣意一點法線必然與基圓相切。 1.3.2 漸開線的主要特性3 漸開線齒廓上某點的法線與該點的速度方向所夾的銳角稱為該點的壓力角。 1.3.2 漸開線的主要特性4 漸開線的外形只取決于基圓大小。 5 基圓內(nèi)無漸開線。 1.3.3 漸開線方程式 1.3.4漸開線齒廓滿足齒廓嚙合根本定律 1.3.5 漸開線齒輪傳動特點 1 具有可分性 上式闡明：漸開線齒輪的傳動比等于兩輪基圓半徑的反 比。2 齒廓間正壓力方向不變 如上圖所示，過節(jié)點C作兩節(jié)圓的公切線tt，它與嚙合線nn的夾角稱為嚙合角。由實際力學知道，齒廓間正壓力方向為接觸點

6、公法線方向，由于公法線與嚙合線重合且位置不變，顯然，嚙合角是一個常數(shù)，所以齒廓間正壓力方向也不會改動。當齒輪傳送的轉(zhuǎn)矩為常數(shù)時，正壓力的大小也不變。這對于提高齒輪傳動的平穩(wěn)性是極為有利的。1.3.5 漸開線齒輪傳動特點續(xù) 由圖還可知道，嚙合角在數(shù)值上等于漸開線在節(jié)圓上的壓力角。 3 齒廓間存在相對滑動 由齒廓嚙合根本定律證明可知，一對齒廓如在節(jié)點C以外的其它點嚙合，由于兩齒廓在接觸點的線速度不等，即齒廓接觸點沿公切線方向的速度分量不等adbd)，那么齒廓間將產(chǎn)生相對滑動。齒廓間的這種相對滑動會引起傳動時的摩擦損失和齒面磨損。1.4 漸開線齒輪各部分稱號、主要參數(shù)及幾何尺寸計算 1.4.1 漸開

7、線齒輪各部分稱號1.4.2 主要參數(shù)1 模數(shù) 齒輪圓周上輪齒的數(shù)目稱為齒數(shù)，用z表示。根據(jù)齒距的定義知 2 壓力角 主要參數(shù)主要參數(shù)3 齒數(shù) 規(guī)范齒輪是指模數(shù)、壓力角、齒頂高系數(shù)和頂隙規(guī)范齒輪是指模數(shù)、壓力角、齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)均為規(guī)范值，且分度圓上的齒厚等于齒槽寬的齒系數(shù)均為規(guī)范值，且分度圓上的齒厚等于齒槽寬的齒輪。輪。1.4.3 漸開線規(guī)范直齒圓柱齒輪的主要幾何尺寸計算 1 外齒輪 2 齒條 3 齒頂高系數(shù) 4 頂隙系數(shù) 1.5.1 一對漸開線規(guī)范直齒圓柱齒輪的嚙合傳動1.5.2 1.5.2 規(guī)范安裝、規(guī)范中心距規(guī)范安裝、規(guī)范中心距 當安裝中心距不等于規(guī)范中心距即非規(guī)范安裝時，節(jié)圓半徑要

8、發(fā)生變化，但分度圓半徑是不變的，這時分度圓與節(jié)圓分別。嚙合線位置發(fā)生變化，嚙合角也不再等于分度圓上的壓力角。此時中心距為 1.5.3 1.5.3 漸開線齒輪延續(xù)傳動的條件漸開線齒輪延續(xù)傳動的條件 1 一對輪齒嚙合過程 2 延續(xù)傳動條件 1.6 漸開線齒輪切齒原理簡介 1.6.1 1.6.1 仿形法仿形法 仿形法是在普通銑床上用軸向剖面外形與被切齒輪齒槽外形完全一樣的銑刀切制齒輪的方法，如下圖。銑完一個齒槽后，分度頭將齒坯轉(zhuǎn)過3600/z，再銑下一個齒槽，直到銑出一切的齒槽。 仿形法加工方便易行，但精度難以保證。由于漸開線齒廓外形取決于基圓的大小，而基圓半徑rb=(mzcos)/2，故齒廓外形與

9、m、z、有關(guān)。欲加工準確齒廓，對模數(shù)和壓力角一樣的、齒數(shù)不同的齒輪，應(yīng)采用不同的刀具，而這在實踐中是不能夠的。消費中通常用同一號銑刀切制同模數(shù)、不同齒數(shù)的齒輪，故齒形通常是近似的。表中列出了1-8號圓盤銑刀加工齒輪的齒數(shù)范圍。 1.6.1 仿形法1.6.2 范成法展成法 范成法是利用一對齒輪無側(cè)隙嚙合時兩輪的齒廓互為包絡(luò)線的原理加工齒輪的。加工時刀具與齒坯的運動就像一對相互嚙合的齒輪，最后刀具將齒坯切出漸開線齒廓。范成法切制齒輪常用的刀具有三種： 1齒輪插刀 是一個齒廓為刀刃的外齒輪； 2齒條插刀 是一個齒廓為刀刃的齒條； 3齒輪滾刀 像梯形螺紋的螺桿，軸向剖面齒廓為準確的直線齒廓，滾刀轉(zhuǎn)動時

10、相當于齒條在挪動。可以實現(xiàn)延續(xù)加工，消費率高。 滾齒滾齒 插齒插齒齒輪加工齒輪加工 用展成法加工齒輪時，只需刀具與被切齒輪的模數(shù)和壓力角一樣，不論被加工齒輪的齒數(shù)是多少，都可以用同一把刀具來加工，這給消費帶來了很大的方便，因此展成法得到了廣泛的運用。1.7 漸開線規(guī)范直齒圓柱齒輪的根切景象和最少齒數(shù) 1.7.1 根切景象和緣由 1.7.2 1.7.2 規(guī)范齒輪的最少齒數(shù)規(guī)范齒輪的最少齒數(shù) 如下圖為齒條插刀加工規(guī)范外齒輪的情況，齒條插刀的分度線與齒輪的分度圓相切。要使被切齒輪不產(chǎn)生根切，刀具的齒頂線不得超越N點。 1.7.2 1.7.2 規(guī)范齒輪的最少齒數(shù)規(guī)范齒輪的最少齒數(shù)1.8 齒輪傳動的精度

11、簡介 1.8.1 齒輪傳動精度內(nèi)容 1.8.2 齒輪精度等級的選擇 通用減速器中齒輪的精度等級普通為 8-7-7GJ,8-8-7GJ,7FL等。1.8.3 公法線長度的計算1.8.4 公法線長度的丈量 1.8.5 固定弦齒厚的計算 1.9 齒輪輪齒的失效方式、常用資料和熱處置方法、齒輪設(shè)計準那么 1.9.1 齒輪輪齒的失效方式1.9.2 1.9.2 齒輪常用資料和熱處置方齒輪常用資料和熱處置方法法 在確定大、小齒輪硬度時應(yīng)留意使小齒輪的齒面硬度比大齒輪的齒面硬度高3050HBS。這是由于小齒輪受載荷次數(shù)比大齒輪多，且小齒輪齒根較薄，為使兩齒輪的輪齒接近等強度，小齒輪的齒面要比大齒輪的齒面硬一些

12、。 1.9.3 齒輪傳動設(shè)計準那么 對于閉式齒輪傳動：1軟齒面350HBS齒輪主要失效方式是齒面點蝕，故可按齒面接觸疲勞強度進展設(shè)計計算，按齒根彎曲疲勞強度校核。2硬齒面350HBS或鑄鐵齒輪，由于抗點蝕才干較高，輪齒折斷的能夠性較大，故可按齒根彎曲疲勞強度進展設(shè)計計算，按齒面接觸疲勞強度校核。 對于開式齒輪傳動中的齒輪，齒面磨損為其主要失效方式，故通常按照齒根彎曲疲勞強度進展設(shè)計計算，確定齒輪的模數(shù)，思索磨損要素，再將模數(shù)增大10%20%，而無需校核接觸強度。1.10 1.10 直齒圓柱齒輪傳動的強度計算直齒圓柱齒輪傳動的強度計算 1.10.1 1.10.1 齒輪傳動的受力分析齒輪傳動的受力

13、分析計算載荷 1.10.2 齒面接觸疲勞強度計算 1.10.3 齒輪傳動設(shè)計步驟 知條件：功率、轉(zhuǎn)速、傳動比等設(shè)計：確定齒輪副資料及熱處置；主要參數(shù)、幾何尺寸及 齒輪構(gòu)造；選擇精度等級并繪制齒輪任務(wù)圖。1. 確定齒輪副資料及熱處置方法2. 按強度條件確定根本參數(shù) 選擇公式計算a或m。3. 確定齒輪齒數(shù) Z117,普通常取2040。Z2=iZ1 并圓整。4.確定模數(shù)和實踐中心距5. 校核6. 計算齒輪的幾何尺寸7. 確定齒輪的構(gòu)造尺寸8. 確定齒輪精度并繪制齒輪任務(wù)圖1.10.4 圓柱齒輪的構(gòu)造設(shè)計 齒輪軸 實體式齒輪 當齒輪的齒頂圓直徑da200mm 時，可采用實體式構(gòu)造。這種構(gòu)外型式的齒輪常

14、用鍛鋼制造。 腹板式齒輪 當齒輪的齒頂圓直徑da=200 500mm時，可采用腹板式構(gòu)造。這種構(gòu)造的齒輪多用鍛鋼制造。 輪輻式齒輪 當齒輪的齒頂圓直徑da500mm時，可采用輪輻式構(gòu)造。這種構(gòu)造的齒輪常用鑄鋼或鑄鐵制造。 1.10.5 齒輪傳動的光滑 光滑對于齒輪傳動非常重要。光滑不僅可以減小摩擦、減輕磨損，還可以起到冷卻、防銹、降低噪聲、改善齒輪的任務(wù)情況、延緩齒輪失效、延伸齒輪的運用壽命等作用。 光滑方式 閉式齒輪傳動的光滑方式有浸油光滑和噴油光滑兩種，普通根據(jù)齒輪的圓周速度確定采用哪一種方式。 1.11 變位直齒圓柱齒輪傳動 變位齒輪概述變位齒輪概述 前面討論的都是漸開線規(guī)范齒輪，它們設(shè)

15、計計算前面討論的都是漸開線規(guī)范齒輪，它們設(shè)計計算簡單，互換性好。但規(guī)范齒輪傳動仍存在著一些局限簡單，互換性好。但規(guī)范齒輪傳動仍存在著一些局限性：性：1 1受根切限制，齒數(shù)不得少于受根切限制，齒數(shù)不得少于ZminZmin，使傳動構(gòu)，使傳動構(gòu)造不夠緊湊；造不夠緊湊；2 2不適宜于安裝中心距不適宜于安裝中心距aa不等于規(guī)范不等于規(guī)范中心距中心距a a的場所。當?shù)膱鏊?。當aaaaaa時，雖然時，雖然可以安裝，但會產(chǎn)生過大的側(cè)隙而引起沖擊振動，影可以安裝，但會產(chǎn)生過大的側(cè)隙而引起沖擊振動，影響傳動的平穩(wěn)性；響傳動的平穩(wěn)性；3 3一對規(guī)范齒輪傳動時，小齒輪一對規(guī)范齒輪傳動時，小齒輪的齒根厚度小而嚙合次數(shù)又

16、較多，故小齒輪的強度較的齒根厚度小而嚙合次數(shù)又較多，故小齒輪的強度較低，齒根部分磨損也較嚴重，因此小齒輪容易損壞，低，齒根部分磨損也較嚴重，因此小齒輪容易損壞，同時也限制了大齒輪的承載才干。同時也限制了大齒輪的承載才干。 為了改善齒輪傳動的性能，出現(xiàn)了變位齒輪。如下圖，當齒條插刀齒頂線超越極限嚙合點N1，切出來的齒輪發(fā)生根切。假設(shè)將齒條插刀遠離輪心O1一段間隔xm，齒頂線不再超越極限點N1，那么切出來的齒輪不會發(fā)生根切，但此時齒條的分度線與齒輪的分度圓不再相切。這種改動刀具與齒坯相對位置后切制出來的齒輪稱為變位齒輪，刀具挪動的間隔xm稱為變位量，x稱為變位系數(shù)。刀具遠離輪心的變位稱為正變位，此

17、時x0；刀具移近輪心的變位稱為負變位，此時x1或或i1H0時，時，P1H與與P1同號，這闡明在行星輪系同號，這闡明在行星輪系和其轉(zhuǎn)化機構(gòu)中，齒輪和其轉(zhuǎn)化機構(gòu)中，齒輪1自動或從動的位置不變。自動或從動的位置不變。當當0i1H1時，行星輪系為負號機構(gòu)，此時，無論是中心時，行星輪系為負號機構(gòu)，此時，無論是中心輪自動還是系桿自動，也即無論用做減速還是增速，行星輪輪自動還是系桿自動，也即無論用做減速還是增速，行星輪系效率都很高，均高于其轉(zhuǎn)化機構(gòu)的效率系效率都很高，均高于其轉(zhuǎn)化機構(gòu)的效率H。 因此，在設(shè)計行星輪系時，假設(shè)用于傳送功率，應(yīng)盡能因此，在設(shè)計行星輪系時，假設(shè)用于傳送功率，應(yīng)盡能夠選用負號機構(gòu)。夠

18、選用負號機構(gòu)。結(jié)論二結(jié)論二 負號機構(gòu)的傳動比負號機構(gòu)的傳動比i1H的值，只比其轉(zhuǎn)化機構(gòu)的傳動比的值，只比其轉(zhuǎn)化機構(gòu)的傳動比i13H的絕對值大的絕對值大1。因此，假設(shè)希望利用負號機構(gòu)來實現(xiàn)減速。因此，假設(shè)希望利用負號機構(gòu)來實現(xiàn)減速比，就要增大其轉(zhuǎn)化機構(gòu)的傳動比絕對值，這勢必呵斥機構(gòu)比，就要增大其轉(zhuǎn)化機構(gòu)的傳動比絕對值，這勢必呵斥機構(gòu)尺寸增大，即得之于效率，將失之于機構(gòu)尺寸過大，這是行尺寸增大，即得之于效率，將失之于機構(gòu)尺寸過大，這是行星輪系設(shè)計中的一對矛盾要素。星輪系設(shè)計中的一對矛盾要素。輪系的效率結(jié)論三結(jié)論三 當當i1H2ra22ra2對于規(guī)范齒輪傳動可得：對于規(guī)范齒輪傳動可得：*221*22

19、12180sin)(2180sin)(2aahzkzzmhrkrr）即：（即：（輪系的設(shè)計小結(jié)：單排小結(jié)：單排2K-H2K-H負號機構(gòu)行星輪系的齒數(shù)確定的四個條件：負號機構(gòu)行星輪系的齒數(shù)確定的四個條件：傳動比條件：傳動比條件：z3=(z1H-1)z1z3=(z1H-1)z1同心條件：同心條件：112)22(zizH裝配條件：裝配條件：HiNkz11鄰接條件：鄰接條件：*2212180sinahzkzz）（輪系的設(shè)計q單排單排2K-H2K-H負號機構(gòu)行星輪系設(shè)計實例：負號機構(gòu)行星輪系設(shè)計實例：現(xiàn)設(shè)計一單排現(xiàn)設(shè)計一單排2K-H2K-H負號機構(gòu)行星輪系，要務(wù)虛現(xiàn)傳動比負號機構(gòu)行星輪系，要務(wù)虛現(xiàn)傳動比

20、iiH=7.33iiH=7.33選選k=4k=4，由裝配條件得：，由裝配條件得：221211NikNzH3630241812z16655443322N從中選擇從中選擇z1=18z1=18為初選方案為初選方案由傳動比條件得：由傳動比條件得：z3=(i1H-1)z1=(22/3-1)18=114z3=(i1H-1)z1=(22/3-1)18=114由同心條件得：由同心條件得：z2=(i1H-2)z1/2=(22/3-2)18/2=48輪系的設(shè)計校核鄰接條件：校核鄰接條件：*22124180sin)(ahzzz右右邊邊左左邊邊右右邊邊）（左左邊邊;50248; 7 .464180sin4818鄰接條

21、件不滿足，相鄰兩個行星輪會發(fā)生干涉，于是減少行星輪數(shù)目，鄰接條件不滿足，相鄰兩個行星輪會發(fā)生干涉，于是減少行星輪數(shù)目，取取k=3;2293/22311NNikNzH4536271891188664422z1N仍取仍取z1=18輪系的設(shè)計由于傳動比沒有變，所以由于傳動比沒有變，所以:z3=114,z4=48:z3=114,z4=48再校核鄰接條件：再校核鄰接條件：*2212180sin)(ahzkzz右右邊邊左左邊邊右右邊邊）（左左邊邊;50248; 2 .573180sin4818鄰接條件滿足，相鄰兩個行星輪會發(fā)生干涉，于是該方案可行。鄰接條件滿足，相鄰兩個行星輪會發(fā)生干涉，于是該方案可行。z

22、1=18 , z2=48 , z3=114輪系的設(shè)計q雙排雙排2K-H2K-H負號機構(gòu)行星輪系的齒數(shù)確定：負號機構(gòu)行星輪系的齒數(shù)確定：各輪模數(shù)相等且均為規(guī)范齒輪時：各輪模數(shù)相等且均為規(guī)范齒輪時：同心條件：同心條件：1121) 1(zxxizH鄰接條件：鄰接條件：）（假假定定）（ 22*2212180sinzzhzkzza傳動比條件：傳動比條件：)(1 22113zzxzxizH式中：式中：裝配條件：裝配條件：)(11均均為為正正整整數(shù)數(shù)、RQxRQikzH輪系的設(shè)計q差動輪系中各輪齒數(shù)確實定：差動輪系中各輪齒數(shù)確實定：可以假想將其中一個中心輪固定，使其轉(zhuǎn)化成一個假想的行星輪系，可以假想將其中一

23、個中心輪固定，使其轉(zhuǎn)化成一個假想的行星輪系，然后用上述行星輪系的方法進展設(shè)計即可。然后用上述行星輪系的方法進展設(shè)計即可。v周轉(zhuǎn)輪系的平衡安裝周轉(zhuǎn)輪系的平衡安裝為了盡能夠降低由于制造安裝誤差和受力后變形所呵斥的各行星輪間為了盡能夠降低由于制造安裝誤差和受力后變形所呵斥的各行星輪間載荷分配不均勻景象，提高承載才干，更充分發(fā)揚周轉(zhuǎn)輪系的優(yōu)點，在設(shè)載荷分配不均勻景象，提高承載才干，更充分發(fā)揚周轉(zhuǎn)輪系的優(yōu)點，在設(shè)計周轉(zhuǎn)輪系時，應(yīng)合理選擇或設(shè)計其平衡安裝。計周轉(zhuǎn)輪系時，應(yīng)合理選擇或設(shè)計其平衡安裝。輪系的設(shè)計v采用根本構(gòu)件浮動的平衡安裝：采用根本構(gòu)件浮動的平衡安裝：所謂根本構(gòu)件浮動，是指周轉(zhuǎn)輪系某個根本構(gòu)件

24、不加徑向支承，允許所謂根本構(gòu)件浮動，是指周轉(zhuǎn)輪系某個根本構(gòu)件不加徑向支承，允許做徑向及偏轉(zhuǎn)位移，當受載不平衡時，即可自動尋覓平衡位置，直至個行做徑向及偏轉(zhuǎn)位移，當受載不平衡時，即可自動尋覓平衡位置，直至個行星齒輪之間載荷均勻分配為止，從而到達載荷均勻分配的目的。星齒輪之間載荷均勻分配為止，從而到達載荷均勻分配的目的。中心外齒輪浮動構(gòu)造中心外齒輪浮動構(gòu)造輪系的設(shè)計中心內(nèi)齒輪浮動構(gòu)造中心內(nèi)齒輪浮動構(gòu)造輪系的設(shè)計v采用彈性元件的平衡安裝：采用彈性元件的平衡安裝：經(jīng)過彈性元件的彈性變形使各行星輪之間的載荷得以平衡。其優(yōu)點是經(jīng)過彈性元件的彈性變形使各行星輪之間的載荷得以平衡。其優(yōu)點是具有良好的減振性，構(gòu)造比較簡單；缺陷是載荷不平衡系數(shù)與彈性元件的具有良好的減振性，構(gòu)造比較簡單；缺陷是載荷不平衡系數(shù)與彈性元件的剛度及總制造誤差成正比。剛度及總制造誤差成正比。行星輪裝在彈性心軸上行星輪裝在彈性心軸上輪系的設(shè)計行星輪裝在非金屬彈性襯套上行星