高職《機械設計基礎》齒輪傳動.ppt.

1、第第1010章章 齒輪傳動齒輪傳動10-1 10-1 齒輪傳動的特點和基本類型齒輪傳動的特點和基本類型10-2 10-2 齒廓嚙合的基本定律齒廓嚙合的基本定律10-3 10-3 漸開線齒輪的輪廓及傳動比漸開線齒輪的輪廓及傳動比10-4 10-4 漸開線標準直齒圓柱齒輪漸開線標準直齒圓柱齒輪10-5 10-5 漸開線標準齒輪的嚙合漸開線標準齒輪的嚙合10-6 10-6 漸開線輪齒的加工漸開線輪齒的加工10-7 10-7 根切的成因與最小齒數(shù)根切的成因與最小齒數(shù)10-8 10-8 齒輪傳動的失效形式及設計準則齒輪傳動的失效形式及設計準則10-9 10-9 齒輪的結構齒輪的結構本章要求本章要求1.

2、1. 了解齒輪傳動的類型、特點、切齒原理、變位、了解齒輪傳動的類型、特點、切齒原理、變位、潤滑方式和結構；潤滑方式和結構；2.2.掌握齒廓嚙合基本定律和漸開線特性；掌握齒廓嚙合基本定律和漸開線特性；3.3.掌握漸開線直齒圓柱齒輪的主要參數(shù)和幾何尺寸掌握漸開線直齒圓柱齒輪的主要參數(shù)和幾何尺寸計算；計算；4.4.掌握漸開線齒輪傳動正確嚙合和連續(xù)傳動的條件；掌握漸開線齒輪傳動正確嚙合和連續(xù)傳動的條件；5.5.明確齒輪傳動的失效形式及預防措施。明確齒輪傳動的失效形式及預防措施。10-1 10-1 齒輪傳動的特點和基本類型齒輪傳動的特點和基本類型 一、齒輪傳動的特點一、齒輪傳動的特點 齒輪傳動用來傳遞任

3、意兩軸間的運動和動力，其圓周速度可齒輪傳動用來傳遞任意兩軸間的運動和動力，其圓周速度可達到達到100m/s100m/s，傳遞功率可從幾，傳遞功率可從幾WW到幾萬到幾萬KWKW，齒輪直徑可從不，齒輪直徑可從不到到1mm1mm到到10m10m以上，是現(xiàn)代機械中應用最廣的一種機械傳動。以上，是現(xiàn)代機械中應用最廣的一種機械傳動。 (1) (1) 能保證瞬時傳動比的恒定，傳動平穩(wěn)性好，傳遞運動準能保證瞬時傳動比的恒定，傳動平穩(wěn)性好，傳遞運動準 確可靠。確可靠。(2) (2) 傳動效率高。傳動效率高。(0.940.99(0.940.99）（3) 3) 傳遞的功率和速度范圍大。傳遞的功率和速度范圍大。(4)

4、 (4) 結構緊湊，工作可靠，壽命長。結構緊湊，工作可靠，壽命長。1. 1. 主要優(yōu)點主要優(yōu)點(1) (1) 制造和安裝精度要求高，工作時有噪聲。制造和安裝精度要求高，工作時有噪聲。(2) (2) 要求專用的齒輪加工設備。要求專用的齒輪加工設備。(3) (3) 中心距過大時將導致齒輪的傳動機構結構龐大、笨重，中心距過大時將導致齒輪的傳動機構結構龐大、笨重， 因此，不宜用于中心距較大的場合。因此，不宜用于中心距較大的場合。2. 2. 主要缺點主要缺點3.3.齒輪傳動類型齒輪傳動類型平面齒輪傳動平面齒輪傳動空間齒輪傳動空間齒輪傳動直齒圓柱齒輪傳動直齒圓柱齒輪傳動斜齒圓柱齒輪傳動斜齒圓柱齒輪傳動相交

5、軸齒輪傳動相交軸齒輪傳動交錯軸齒輪傳動交錯軸齒輪傳動內嚙合內嚙合外嚙合外嚙合齒輪齒條齒輪齒條內嚙合內嚙合外嚙合外嚙合齒輪齒條齒輪齒條直齒直齒斜齒斜齒交錯軸斜齒輪傳動交錯軸斜齒輪傳動蝸桿蝸輪蝸桿蝸輪準雙曲面齒輪準雙曲面齒輪人字齒齒輪運動人字齒齒輪運動圓柱齒輪傳動圓錐齒輪傳動兩軸平行（1 1）兩軸不平行（2 2）按照工作條件，齒輪傳動可分為開式傳動和）按照工作條件，齒輪傳動可分為開式傳動和 閉式傳動。開式傳動多用于低速或低精度的閉式傳動。開式傳動多用于低速或低精度的 場合，如水泥攪拌機和挖掘機中的齒輪。閉場合，如水泥攪拌機和挖掘機中的齒輪。閉 式傳動多用于較重要的傳動，如汽車變速箱和式傳動多用于較

6、重要的傳動，如汽車變速箱和 減速器中的齒輪。減速器中的齒輪。（3 3）按照輪齒齒廓曲線的不同，齒輪又可分為）按照輪齒齒廓曲線的不同，齒輪又可分為漸開漸開 線齒輪線齒輪、圓弧齒輪、擺線齒輪等。、圓弧齒輪、擺線齒輪等。（4 4）按照齒面的硬度，可分為軟齒面）按照齒面的硬度，可分為軟齒面( (硬度硬度35 35 0HBS) 0HBS)齒輪傳動和硬齒面齒輪傳動和硬齒面( (硬度硬度350HBS)350HBS)齒輪齒輪 傳動兩種。傳動兩種。10-2 10-2 齒廓嚙合的基本定律齒廓嚙合的基本定律一、傳動比一、傳動比 一對齒輪相互嚙合時，兩個齒輪的瞬時角速度之一對齒輪相互嚙合時，兩個齒輪的瞬時角速度之比稱

7、為瞬時傳動比，用比稱為瞬時傳動比，用i i表示。當不考慮兩個齒輪的表示。當不考慮兩個齒輪的轉動方向時，其傳動比的大小為轉動方向時，其傳動比的大小為 i i1212=1 1/2 2（1 1）當）當i i1212=1=1時時，兩齒輪角速度的大小相等。，兩齒輪角速度的大小相等。（2 2）當）當i i121211時，時，兩齒輪角速度的大小不相等。兩齒輪角速度的大小不相等。 i i121211，其嚙合傳動為其嚙合傳動為減速減速傳動且以傳動且以小齒輪為主動輪小齒輪為主動輪；i i1212111。在一般機械制。在一般機械制造中，要求造中，要求1.11.11.41.4。對于標準齒輪傳動，當為標準中。對于標準齒

8、輪傳動，當為標準中心距時，心距時，重合度重合度恒大于恒大于1 1，不必驗算，不必驗算。 為保證一對漸開線齒輪能夠連續(xù)運動，必須在前一對嚙合輪為保證一對漸開線齒輪能夠連續(xù)運動，必須在前一對嚙合輪齒脫離嚙合之前，后一對輪齒進入嚙合。齒脫離嚙合之前，后一對輪齒進入嚙合。 仿形法是在普通銑床上用仿形法是在普通銑床上用軸向剖面形狀軸向剖面形狀與被切齒與被切齒輪齒槽形狀輪齒槽形狀完全相同的銑刀切制齒輪的方法。銑完一完全相同的銑刀切制齒輪的方法。銑完一個齒槽后，分度頭將齒坯轉過個齒槽后，分度頭將齒坯轉過360360/z/z，再銑下一個，再銑下一個齒槽，直到銑出所有的齒槽。有齒槽，直到銑出所有的齒槽。有盤狀模

9、數(shù)銑刀盤狀模數(shù)銑刀和和指狀指狀模數(shù)銑刀模數(shù)銑刀。1. 1. 仿型法（成形法）仿型法（成形法） 仿形法加工方便易行，但精度難以保證。在生產中仿形法加工方便易行，但精度難以保證。在生產中 通常用同一號銑刀切制相同模數(shù)、不同齒數(shù)的齒通常用同一號銑刀切制相同模數(shù)、不同齒數(shù)的齒 輪，故仿形法通常是近似的。輪，故仿形法通常是近似的。 10-6 10-6 漸開線齒輪的加工漸開線齒輪的加工2.2.范成法（范成法（ 展成法）展成法）原理原理 利用一對齒輪無側隙嚙合時兩輪的齒廓互為包絡線利用一對齒輪無側隙嚙合時兩輪的齒廓互為包絡線的原理加工齒輪。的原理加工齒輪。常用刀具常用刀具齒輪插刀齒輪插刀齒條插刀齒條插刀齒輪

10、滾刀齒輪滾刀展成法加工的基本要求展成法加工的基本要求 用展成法加工齒輪時，只要刀具與被加工齒輪的模數(shù)用展成法加工齒輪時，只要刀具與被加工齒輪的模數(shù)和壓力角相同，不管被加工齒輪的齒數(shù)是多少，都可以用和壓力角相同，不管被加工齒輪的齒數(shù)是多少，都可以用同一把刀具來加工。同一把刀具來加工。齒條插刀齒條插刀齒輪插刀齒輪插刀齒條插刀齒條插刀齒輪滾刀齒輪滾刀滾齒與插齒機10-7 10-7 根切的成因與最小齒數(shù)根切的成因與最小齒數(shù)一、一、 用展成法加工齒輪時，若刀具的齒頂線（或齒頂圓）超用展成法加工齒輪時，若刀具的齒頂線（或齒頂圓）超過理論嚙合線極限點過理論嚙合線極限點N N時，被加工齒輪齒根附近的漸開線齒廓

11、時，被加工齒輪齒根附近的漸開線齒廓將被切去一部分，這種現(xiàn)象稱為將被切去一部分，這種現(xiàn)象稱為根切。根切。輪齒的根切大大削弱了輪齒的彎曲強度，降低齒輪傳動的平輪齒的根切大大削弱了輪齒的彎曲強度，降低齒輪傳動的平穩(wěn)性和重合度，因此應力求避免穩(wěn)性和重合度，因此應力求避免 當用范成法加工漸開線標準齒輪時，如果被加工齒輪的輪當用范成法加工漸開線標準齒輪時，如果被加工齒輪的輪齒太少，有時會出現(xiàn)刀具的頂部切入到輪齒的根部，切去了齒太少，有時會出現(xiàn)刀具的頂部切入到輪齒的根部，切去了輪齒根部的漸開線齒廓。這種現(xiàn)象稱為輪齒根部的漸開線齒廓。這種現(xiàn)象稱為切齒干涉切齒干涉，又稱，又稱根切根切。 加工標準齒輪時，刀具與齒

12、坯的相對位置應按標準齒輪正加工標準齒輪時，刀具與齒坯的相對位置應按標準齒輪正確安裝的要求進行安裝。確安裝的要求進行安裝。二、二、 標準外齒輪的最少齒數(shù)標準外齒輪的最少齒數(shù)要使被切齒輪不產生根切，刀具的齒頂線不得超過要使被切齒輪不產生根切，刀具的齒頂線不得超過N N點，即點，即 mhNMa*由圖中可看出由圖中可看出 22sin2sinsinmzOPPNNM帶入上式帶入上式 ，整理后得，整理后得 2*sin2ahz 2*minsin2ahz即，即，120*ah、當當17minz時時P8020.*ah、當當14minz三、變位齒輪傳動三、變位齒輪傳動1. 1. 標準齒輪的局限性標準齒輪的局限性（1

13、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1717，使傳動結構不夠，使傳動結構不夠 緊湊；緊湊；（2 2）不適用于安裝中心距）不適用于安裝中心距a a不等于標準中心距不等于標準中心距a a的的 場合；場合；（3 3）一對標準齒輪傳動時，小齒輪的齒根厚度小而）一對標準齒輪傳動時，小齒輪的齒根厚度小而 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，同時也分磨損也較嚴重，因此小齒輪容易損壞，同時也 限制了大齒輪的承載能力。限制了大齒輪的承載能力。 為了改善標準齒輪的這些缺點，在機械中出現(xiàn)了變位齒輪。為了改善標準齒

14、輪的這些缺點，在機械中出現(xiàn)了變位齒輪。2. 2. 變位齒輪簡介變位齒輪簡介變位齒輪的作用：變位齒輪的作用： 采用變位齒輪可以制成齒數(shù)少于采用變位齒輪可以制成齒數(shù)少于Z Zminmin而不而不發(fā)生根切的齒輪，實現(xiàn)非標準中心距的無側隙傳發(fā)生根切的齒輪，實現(xiàn)非標準中心距的無側隙傳動，可以使大小齒輪的抗彎能力接近相等動，可以使大小齒輪的抗彎能力接近相等。10-8 10-8 齒輪傳動的失效形式及設計準則齒輪傳動的失效形式及設計準則一、1.1.輪齒折斷：輪齒折斷：齒輪工作時，若輪齒危險截面的彎曲應力超過齒輪工作時，若輪齒危險截面的彎曲應力超過極限值，輪齒將發(fā)生折斷，一般發(fā)生在齒根部分。極限值，輪齒將發(fā)生折

15、斷，一般發(fā)生在齒根部分。（1 1）由于短時過載或沖擊載荷而產生的）由于短時過載或沖擊載荷而產生的過載折斷過載折斷；（2 2）當齒根處的交變應力超過了材料的疲勞極限時，齒根圓）當齒根處的交變應力超過了材料的疲勞極限時，齒根圓角處產生疲勞裂紋，裂紋不斷擴展，最終導致輪齒的角處產生疲勞裂紋，裂紋不斷擴展，最終導致輪齒的彎曲彎曲疲勞折斷疲勞折斷。對寬度較小的直齒輪，輪齒一般沿整個齒寬折。對寬度較小的直齒輪，輪齒一般沿整個齒寬折斷，如（斷，如（a a）；斜齒圓柱齒輪、人字齒輪及寬度較大的直齒）；斜齒圓柱齒輪、人字齒輪及寬度較大的直齒輪，其齒根裂紋往往沿傾斜方向擴展，發(fā)生輪齒的局部折輪，其齒根裂紋往往沿傾

16、斜方向擴展，發(fā)生輪齒的局部折斷，如（斷，如（b b）。）。2.2.齒面點蝕：齒面點蝕：齒輪嚙合傳動時，齒面接觸應力按脈動循環(huán)變化。齒輪嚙合傳動時，齒面接觸應力按脈動循環(huán)變化。當這種交變接觸應力重復次數(shù)超過一定限度后，輪齒表面就當這種交變接觸應力重復次數(shù)超過一定限度后，輪齒表面就會產生會產生不規(guī)則的疲勞裂紋不規(guī)則的疲勞裂紋，隨著疲勞裂紋的蔓延擴展使金屬，隨著疲勞裂紋的蔓延擴展使金屬脫落，脫落，在齒面形成麻點凹坑在齒面形成麻點凹坑，即為點蝕，多出現(xiàn)在，即為點蝕，多出現(xiàn)在齒根表面齒根表面上。上。 在在閉式齒輪傳動閉式齒輪傳動、良好潤滑條件良好潤滑條件下下易發(fā)生點蝕易發(fā)生點蝕；開式齒輪傳動中開式齒輪傳

17、動中，因齒面磨損較快，點蝕還來不及出，因齒面磨損較快，點蝕還來不及出現(xiàn)或擴展就被磨掉，所以一般現(xiàn)或擴展就被磨掉，所以一般看不到點蝕現(xiàn)象看不到點蝕現(xiàn)象。 為防止或減緩點蝕產生，應進行為防止或減緩點蝕產生，應進行齒面接觸疲勞齒面接觸疲勞強度計算，或提高齒面硬度和增加潤滑油黏度。強度計算，或提高齒面硬度和增加潤滑油黏度。3.3.齒面磨損齒面磨損（1 1）由于灰塵、金屬微粒等進入嚙合面而引起的）由于灰塵、金屬微粒等進入嚙合面而引起的磨磨 粒磨損，粒磨損，是是開式齒輪傳動開式齒輪傳動的主要失效形式。如的主要失效形式。如 圖圖8-208-20。（2 2）因）因齒面相對滑動而引起的磨損齒面相對滑動而引起的磨

18、損。齒面磨損后，。齒面磨損后， 齒廓失去了漸開線形狀，工作時會產生振動。齒廓失去了漸開線形狀，工作時會產生振動。 磨損嚴重時還會使齒厚變薄而導致輪齒折斷。磨損嚴重時還會使齒厚變薄而導致輪齒折斷。 為為防止齒面磨損防止齒面磨損，可采取，可采取閉式齒輪傳動、加強閉式齒輪傳動、加強潤滑、提高齒面硬度、降低齒面粗糙度潤滑、提高齒面硬度、降低齒面粗糙度等措施。等措施。4.4.齒面膠合：齒面膠合：是重載齒輪傳動常見的失效形式。在重載荷的是重載齒輪傳動常見的失效形式。在重載荷的作用下，相嚙合的齒面在一定壓力下發(fā)生黏著，同時隨齒作用下，相嚙合的齒面在一定壓力下發(fā)生黏著，同時隨齒面的相對滑動使金屬從齒面上撕落而

19、形成膠合。面的相對滑動使金屬從齒面上撕落而形成膠合。（1 1）在高速重載傳動中，由于嚙合區(qū)局部壓力過大，溫度過）在高速重載傳動中，由于嚙合區(qū)局部壓力過大，溫度過高，油的黏度劇烈降低，油膜被破壞，齒面金屬在高溫下高，油的黏度劇烈降低，油膜被破壞，齒面金屬在高溫下黏著在一起，稱為黏著在一起，稱為熱膠合。熱膠合。（2 2）在低速重載傳動時中，因嚙合區(qū)局部壓力很高且速度低，）在低速重載傳動時中，因嚙合區(qū)局部壓力很高且速度低，使兩接觸表面間油膜破壞而黏著，稱為使兩接觸表面間油膜破壞而黏著，稱為冷膠合冷膠合。減輕或防止齒面膠合的減輕或防止齒面膠合的措施：措施：提高齒面硬度和提高齒面硬度和降低齒面粗糙度；選

20、用降低齒面粗糙度；選用不易黏著的配對材料；不易黏著的配對材料；采用粘度大的潤滑油或采用粘度大的潤滑油或抗膠合添加劑等?？鼓z合添加劑等。5.5.齒面塑性變形：齒面塑性變形：齒面較軟的輪齒，載荷及摩擦力很大時，齒面較軟的輪齒，載荷及摩擦力很大時，輪齒在嚙合過程中，齒面表層的材料就會沿著摩擦力的方輪齒在嚙合過程中，齒面表層的材料就會沿著摩擦力的方向產生局部塑性變形，使齒廓失去正確的形狀，導致齒面向產生局部塑性變形，使齒廓失去正確的形狀，導致齒面塑性變形失效。塑性變形失效。 提高齒面硬度，減小接觸應力，使用高粘度潤提高齒面硬度，減小接觸應力，使用高粘度潤滑油可減輕或防止齒面塑性變形?；涂蓽p輕或防止齒

21、面塑性變形。在齒輪傳動設計計算中，一般應遵循下述設計準則：在齒輪傳動設計計算中，一般應遵循下述設計準則：（1）保證足夠的齒根彎曲疲勞強度，以免發(fā)生齒根折斷。）保證足夠的齒根彎曲疲勞強度，以免發(fā)生齒根折斷。（2）保證足夠的齒面接觸疲勞強度，以免發(fā)生齒面點蝕。）保證足夠的齒面接觸疲勞強度，以免發(fā)生齒面點蝕。 對高速重載齒輪傳動，除以上兩個設計準則外，還應按齒對高速重載齒輪傳動，除以上兩個設計準則外，還應按齒面抗膠合能力的準則進行設計。面抗膠合能力的準則進行設計。由實踐得知：由實踐得知：二、齒輪的設計準則二、齒輪的設計準則閉式軟齒面齒輪傳動，以保證齒面接觸疲勞強度為主。閉式軟齒面齒輪傳動，以保證齒面接觸疲勞強度為主。閉式硬齒面或開式齒輪傳動，以保證齒根彎曲疲勞強度為主。閉式硬齒面或開式齒輪傳動，以保證齒根彎曲疲勞強度為主。10-9 10-9 齒輪的齒輪的結構及結構及常用材料常用材料一、齒輪的結構設計主要包括：一、齒輪的結構設計主要包括：（1 1）選擇合理適用的結構形式。）選擇合理適用的結構形式。（2 2）