機(jī)械基礎(chǔ)--第六章課件

1、第一節(jié) 齒輪傳動(dòng)的類(lèi)型和特點(diǎn)一、齒輪傳動(dòng) 齒輪傳動(dòng)是利用齒輪副來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和（或）動(dòng)力的一種機(jī)械傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)是機(jī)械運(yùn)動(dòng)中應(yīng)用最為廣泛的一種傳動(dòng)形式。二、傳動(dòng)比 齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比是主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪角速度（或轉(zhuǎn)速）的比值。 即 i=1 /2 = n1 /n2 = z2/z1 式(6-1)表明，兩齒輪的轉(zhuǎn)速和它們的齒數(shù)成反比。為了不使齒輪副的結(jié)構(gòu)尺寸過(guò)大，便于制造和安裝，通常圓柱齒輪的傳動(dòng)比i8。第一節(jié) 齒輪傳動(dòng)的類(lèi)型和特點(diǎn)三、齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用特點(diǎn) 齒輪傳動(dòng)是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的一種，它可以傳遞空間任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。 優(yōu)點(diǎn)： 1）能保證瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定，傳動(dòng)平穩(wěn)性好，傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠。 2

2、）傳動(dòng)比范圍大，傳動(dòng)功率和速度范圍大。 3）傳動(dòng)效率高，一般傳動(dòng)效率= 0.970.98。 4）結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，壽命長(zhǎng)。 缺點(diǎn)： 1）制造安裝精度要求較高。 2）齒輪的齒數(shù)為整數(shù)，能獲得的傳動(dòng)比有一定的限制，不能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。 3）不適于遠(yuǎn)距離的兩軸之間的傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)本身無(wú)過(guò)載保護(hù)功能。第一節(jié) 齒輪傳動(dòng)的類(lèi)型和特點(diǎn)四、齒輪傳動(dòng)的主要類(lèi)型 （1）根據(jù)齒輪副兩傳動(dòng)軸相對(duì)位置不同可分為平行軸齒輪傳動(dòng)(見(jiàn)圖6-1a、b、c、d、e)、相交軸齒輪傳動(dòng)(見(jiàn)圖6-1f)和交錯(cuò)軸齒輪傳動(dòng)(見(jiàn)圖6-1g)。 （2）根據(jù)齒輪齒廓曲線不同可分為漸開(kāi)線齒輪傳動(dòng) 、擺線齒輪傳動(dòng)和圓弧齒輪傳動(dòng)，其中又以漸開(kāi)線齒

3、輪傳動(dòng)應(yīng)用最為廣泛。 （3）根據(jù)齒輪傳動(dòng)的工作條件又可分為閉式齒輪傳動(dòng)和開(kāi)式齒輪傳動(dòng)兩種。第一節(jié) 齒輪傳動(dòng)的類(lèi)型和特點(diǎn) 圖6-1齒輪傳動(dòng)的主要類(lèi)型 a)直齒b)斜齒c)人字齒d)直齒（內(nèi)嚙合）e)齒輪與齒條嚙合f)錐齒輪g)蝸桿蝸輪第二節(jié) 漸開(kāi)線齒廓一、漸開(kāi)線的形成 在平面上，一條動(dòng)直線AB沿著一個(gè)半徑為rb的固定圓（基圓）作純滾動(dòng)時(shí)，此時(shí)動(dòng)直線上任意一點(diǎn)K的軌跡CKD，就稱(chēng)為該圓的漸開(kāi)線。它就是漸開(kāi)線齒輪輪齒一側(cè)的齒廓曲線。直線AB稱(chēng)為漸開(kāi)線的發(fā)生線。 以同一基圓上產(chǎn)生的兩條相反的漸開(kāi)線作為齒輪的齒廓，就是漸開(kāi)線齒廓。 圖6-2 漸開(kāi)線的形成第二節(jié) 漸開(kāi)線齒廓二、漸開(kāi)線的性質(zhì) 性質(zhì)： 1）發(fā)

4、生線在基圓上滾過(guò)的線段長(zhǎng)度NK等于基圓上被滾過(guò)的一段弧長(zhǎng)，即NK=NC。 2）漸開(kāi)線上任意一點(diǎn)的法線必定與基圓相切。 3）漸開(kāi)線的形狀取決于基圓的大小。基圓半徑相同，漸開(kāi)線形狀必然相同；基圓半徑不同，則漸開(kāi)線形狀也不同?；鶊A越小，漸開(kāi)線越彎曲；基圓越大，漸開(kāi)線越趨平直。當(dāng)基圓半徑趨于無(wú)窮大時(shí)，漸開(kāi)線成直線，這種直線形的漸開(kāi)線就是齒條的齒廓曲線。 4）漸開(kāi)線是從基圓開(kāi)始向外逐漸展開(kāi)的，故基圓內(nèi)無(wú)漸開(kāi)線。 5）漸開(kāi)線齒廓上任意一點(diǎn)K處的壓力角，用 表示。 漸開(kāi)線上不同點(diǎn)的壓力角是不同的。K點(diǎn)離基圓中心越遠(yuǎn)（ 越大）， 也越大；K點(diǎn)離基圓越近， 越小， 也越??； = 時(shí) = 0 即基圓上的壓力角為零

5、。第二節(jié) 漸開(kāi)線齒廓三、漸開(kāi)線齒廓的傳動(dòng)特性 1嚙合角為定值 當(dāng)一對(duì)漸開(kāi)線齒輪傳動(dòng)時(shí)，兩齒輪的齒廓始終沿著嚙合線接觸，嚙合角保持不變。故齒廓間的壓力角不變，傳動(dòng)平穩(wěn)。 2傳動(dòng)具有可分性 由于齒輪制造和安裝誤差的影響，會(huì)使兩齒輪的實(shí)際中心距與設(shè)計(jì)中心距產(chǎn)生一定誤差 當(dāng)兩齒輪的中心距稍有變化時(shí)，其瞬時(shí)傳動(dòng)比仍然保持不變，這一嚙合特殊性稱(chēng)為漸開(kāi)線齒輪傳動(dòng)的可分性。齒輪傳動(dòng)具有可分性，會(huì)給齒輪的制造、安裝和使用帶來(lái)一定的方便。第三節(jié) 直齒圓柱齒輪的幾何尺寸計(jì)算一、直齒圓柱齒輪幾何要素的名稱(chēng)和代號(hào)如圖-6所示為直齒圓柱齒輪的一部分，其主要幾何要素為： 圖6-6 直齒圓柱齒輪的幾何要素第三節(jié) 直齒圓柱齒輪

6、的幾何尺寸計(jì)算 （1）齒頂圓 其輪齒頂部所確定的圓稱(chēng)為齒頂圓，其直徑代號(hào)為 。 （2）齒根圓 其輪齒根部所確定的圓稱(chēng)為齒根圓，其直徑代號(hào)為 。 (3) 分度圓 在齒輪計(jì)算、制造時(shí)作為基準(zhǔn)的圓稱(chēng)為分度圓，其直徑代號(hào)為d。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪而言，分度圓的圓周上齒厚與槽寬相等。 (4) 齒寬 齒輪的有齒部位沿分度圓柱面直母線方向度量的寬度稱(chēng)為齒寬，代號(hào)為b。 （5) 端面齒距 在齒輪上，兩個(gè)相鄰而同側(cè)的端面齒廓之間的分度圓弧長(zhǎng)，稱(chēng)為端面齒距。簡(jiǎn)稱(chēng)為齒距，代號(hào)為p。 第三節(jié) 直齒圓柱齒輪的幾何尺寸計(jì)算 （6）端面齒厚 圓柱齒輪的端平面上，一個(gè)齒的兩側(cè)面端部齒廓之間分度圓弧長(zhǎng)，稱(chēng)為端面齒厚，簡(jiǎn)稱(chēng)齒厚，代號(hào)為s

7、。 (7) 端面齒槽寬 在端平面上，一個(gè)齒槽的兩側(cè)齒廓之間的分度圓弧長(zhǎng)，稱(chēng)為端面齒槽寬，簡(jiǎn)稱(chēng)齒槽寬，代號(hào)為e。 (8) 齒頂高 齒頂圓與分度圓之間的徑向高度，代號(hào)為 。 (9) 齒根高 齒根圓與分度圓之間的徑向高度，代號(hào)為 。第三節(jié) 直齒圓柱齒輪的幾何尺寸計(jì)算二、直齒圓柱齒輪的基本參數(shù) （1）齒數(shù)z 一個(gè)齒輪的輪齒總數(shù)叫做齒數(shù)。 (2) 模數(shù)m 齒距除以圓周率所得的商稱(chēng)為模數(shù)，用代號(hào)m表示，單位為mm。模數(shù)是齒輪幾何尺寸計(jì)算中的一個(gè)基本參數(shù)。當(dāng)齒輪模數(shù)一定時(shí)，齒數(shù)越多，齒輪的幾何尺寸越大，輪齒漸開(kāi)線的曲率半徑也越大，齒廓曲線越趨平直。 模數(shù)m的大小反映了齒距p的大小，也就是反映了齒輪的大小。模

8、數(shù)越大，輪齒越大，齒輪所能承受的載荷就越大。 齒輪的模數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此在設(shè)計(jì)、加工齒輪時(shí)，模數(shù)必須選取標(biāo)準(zhǔn)值。第三節(jié) 直齒圓柱齒輪的幾何尺寸計(jì)算 （3）壓力角壓力角是漸開(kāi)線齒廓上某點(diǎn)的法線與該點(diǎn)速度方向所夾的銳角。壓力角是齒輪的又一個(gè)重要的基本參數(shù)。漸開(kāi)線上不同點(diǎn)的壓力角是不相等的。離基圓越近的點(diǎn)的壓力角越小。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定齒輪分度圓上的壓力角為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值，以來(lái)表示，即標(biāo)準(zhǔn)壓力角= 20。 （4）齒頂高系數(shù)h* 齒頂高與模數(shù)之比值稱(chēng)為齒頂高系數(shù)，用ha*表示，即 ha =ha* m(6-3) 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的齒頂高系數(shù)ha* =1。 （5）頂隙系數(shù)c* 當(dāng)一對(duì)齒輪嚙合時(shí)，一齒輪的齒頂與另

9、一齒輪的槽底間有一定的徑向間隙，稱(chēng)為頂隙，用代號(hào)c表示。頂隙與模數(shù)之比值稱(chēng)為頂隙系數(shù)，用c* 表示，即 c=c* m(6-4) 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的頂隙系數(shù)c* = 0.25。第三節(jié) 直齒圓柱齒輪的幾何尺寸計(jì)算三、標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪幾何尺寸的計(jì)算 采用標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m，壓力角 = 20，齒頂高系數(shù)ha* =1，頂隙系數(shù)c*=025，端面齒厚s等于端面齒槽寬e的漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，簡(jiǎn)稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)直齒輪。 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪幾何要素的名稱(chēng)、代號(hào)和計(jì)算公式見(jiàn)表6-2。第三節(jié) 直齒圓柱齒輪的幾何尺寸計(jì)算 表6-2 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪幾何要素的名稱(chēng)、代號(hào)和計(jì)算公式第三節(jié) 直齒圓柱齒輪的幾何尺寸計(jì)算五、齒

10、輪副的正確嚙合條件和連續(xù)傳動(dòng)條件 1正確嚙合條件 一對(duì)齒輪能連續(xù)順利地轉(zhuǎn)動(dòng)，需要各齒輪依次正確嚙合互不干涉。一對(duì)漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪能夠正確嚙合的條件為： 1)兩齒輪的模數(shù)必須相等，即 2)兩齒輪分度圓上的壓力角必須相等。即第四節(jié) 其他常用齒輪傳動(dòng)簡(jiǎn)介一、斜齒輪傳動(dòng) 圖6-9齒輪的接觸線 a)直齒輪的接觸線b)斜齒輪的接觸線第四節(jié) 其他常用齒輪傳動(dòng)簡(jiǎn)介 1斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn) 一對(duì)斜齒輪在嚙合過(guò)程中，每個(gè)瞬時(shí)接觸線都不與軸線平行。兩輪輪齒開(kāi)始嚙合時(shí)，齒面接觸線長(zhǎng)度由零逐漸增大；當(dāng)?shù)竭_(dá)某一個(gè)位置后，接觸線長(zhǎng)度又逐漸減短，直至脫離接觸。因此，斜齒輪傳動(dòng)是逐漸進(jìn)入嚙合，又逐漸分離的。故傳動(dòng)平穩(wěn)性比直

11、齒輪好，沖擊小。另外，由于輪齒是傾斜的，同時(shí)嚙合的齒數(shù)比直齒圓柱齒輪多。斜齒輪傳動(dòng)比直齒輪傳動(dòng)承載能力大，適用于高速和重載傳動(dòng)。 由于斜齒輪的齒與軸線方向成一螺旋角，故在傳動(dòng)中會(huì)產(chǎn)生軸向分力Fx。螺旋角越大，產(chǎn)生的軸向力也越大。第四節(jié) 其他常用齒輪傳動(dòng)簡(jiǎn)介二、直齒錐齒輪傳動(dòng) 分度曲面為圓錐面的齒輪稱(chēng)為錐齒輪。錐齒輪用于相交軸齒輪傳動(dòng)和交錯(cuò)軸齒輪傳動(dòng)，錐齒輪副的傳動(dòng)比一般取i。 齒線是分度圓錐面的直母線的錐齒輪稱(chēng)為直齒錐齒輪，直齒錐齒輪通常用于相交軸交角為90的錐齒輪傳動(dòng)，稱(chēng)為正交傳動(dòng)，如圖6-11所示。 圖6-11錐齒輪傳動(dòng)第五節(jié) 齒輪輪齒的失效形式 齒輪傳動(dòng)過(guò)程中，在載荷的作用下如果發(fā)生輪齒

12、折斷、齒面損壞等現(xiàn)象，從而失去正常工作的能力，就稱(chēng)為齒輪輪齒的失效。齒輪失效分為齒面損傷失效和齒體損傷失效。一、齒輪輪齒的失效形式 1齒面點(diǎn)蝕 在傳動(dòng)過(guò)程中，齒面間的接觸應(yīng)力，是以近似脈動(dòng)的形式循環(huán)變化的。當(dāng)接觸應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)超過(guò)某一限度時(shí)，工作齒面表層金屬會(huì)產(chǎn)生微小的疲勞裂紋并且逐漸擴(kuò)展。最終導(dǎo)致表層上的小塊金屬的剝落，形成小坑。這種現(xiàn)象稱(chēng)為疲勞點(diǎn)蝕，簡(jiǎn)稱(chēng)點(diǎn)蝕。點(diǎn)蝕絕大多數(shù)發(fā)生在靠近節(jié)線的齒根部分。 點(diǎn)蝕是閉式齒輪傳動(dòng)輪齒失效的形式之一。 齒面點(diǎn)蝕主要與齒面硬度有關(guān)，防止齒面點(diǎn)蝕的有效方法是：加工好的齒輪要經(jīng)過(guò)表面淬火，以增加齒面硬度；減小齒面的表面粗糙度值，降低齒面接觸應(yīng)力；加大潤(rùn)滑油的粘

13、度。第五節(jié) 齒輪輪齒的失效形式 2齒面磨損 齒面磨損是開(kāi)式齒輪傳動(dòng)主要損傷和失效形式。當(dāng)磨損達(dá)到一定程度時(shí)，輪齒變薄，會(huì)導(dǎo)致輪齒折斷。為減少齒面磨損提高齒輪的使用壽命，宜盡可能采用潤(rùn)滑條件良好的閉式傳動(dòng)，同時(shí)提高齒表硬度和減小表面粗糙度值。 3齒面膠合 在重載齒輪傳動(dòng)中，齒輪副兩齒輪工作齒面的法向壓力很大，導(dǎo)致兩個(gè)相互接觸的輪齒表面發(fā)生粘連，較軟輪齒表面的金屬沿滑動(dòng)方向被撕裂，造成垂直節(jié)線的溝痕，這種現(xiàn)象稱(chēng)為齒面膠合。為防止齒面膠合，對(duì)于低速傳動(dòng)，可采用粘度大的潤(rùn)滑油，對(duì)于高速傳動(dòng)采用含有抗膠合添加劑的潤(rùn)滑油，提高齒面硬度、減小輪齒表面粗糙度值以及選擇不同的材料。第五節(jié) 齒輪輪齒的失效形式 4

14、輪齒折斷 輪齒折斷一般發(fā)生在齒根部位。輪齒折斷常常是突然發(fā)生的，不僅使機(jī)器不能正常工作，甚至?xí)斐芍卮笫鹿省?選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)和幾何尺寸，保證齒輪強(qiáng)度；采用合適的材料和熱處理方法，對(duì)齒根處進(jìn)行噴丸或碾壓等強(qiáng)化處理；減小齒根處的應(yīng)力集中，齒根圓角不宜過(guò)??；輪齒表面粗糙度值要小，降低齒根危險(xiǎn)截面處的應(yīng)力集中等措施都可以提高輪齒的抗折斷能力。 5齒面塑性變形 軟齒面齒輪在承受重載時(shí)，可能使齒面表層金屬沿相對(duì)滑動(dòng)方向發(fā)生局部的塑性流動(dòng)，稱(chēng)為齒面的塑性變形。 齒面的塑性變形破壞了齒廓的正確形狀，從而導(dǎo)致齒輪輪齒失效。提高齒面硬度和采用粘度較高的潤(rùn)滑油，都有利于防止和減輕齒面的塑性變形。第五節(jié) 齒輪輪齒的失

15、效形式二、輪齒的修復(fù) 當(dāng)齒輪出現(xiàn)斷齒時(shí)，可用以下方法修復(fù)： （1）堆焊法 （2）鑲齒法 （3）翻轉(zhuǎn)法 （4）變位切削法第五節(jié) 齒輪輪齒的失效形式三、齒輪常用材料及其熱處理 1齒輪材料的選擇 齒輪材料應(yīng)具有一定的接觸疲勞強(qiáng)度，彎曲疲勞強(qiáng)度，有足夠的硬度和耐磨性，并且具有一定的沖擊韌性，熱處理變形小，切削性能好等。 齒輪材料現(xiàn)在生產(chǎn)中主要采用15鋼和45鋼。對(duì)于速度較高、受力較大且精度要求高的齒輪，常采用合金結(jié)構(gòu)鋼20Cr、40Cr、18CrMnTi、40MnVB、20MnVB等。對(duì)于要求不高的開(kāi)式齒輪，也有采用鑄鐵。 2齒輪的熱處理 (1)毛坯熱處理 在齒輪加前及安排預(yù)先熱處理正火或調(diào)質(zhì)。主要用

16、于消除鍛后或粗加工時(shí)引起的殘余應(yīng)力，改善材料的切削性能和提高綜合力學(xué)性能。 (2)齒面熱處理 當(dāng)齒形加工后，為提高齒面的硬度和耐磨性，常進(jìn)行滲碳淬火，高頻淬火、碳氮共滲和滲氮等熱處理工序。第六節(jié) 蝸 桿 傳 動(dòng)一、蝸桿傳動(dòng)的組成 蝸桿傳動(dòng)由蝸桿蝸輪和機(jī)架組成，用以傳遞空間兩交錯(cuò)軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，兩軸交錯(cuò)角通常為90。蝸桿傳動(dòng)廣泛用于各種機(jī)械設(shè)備和儀表中。通常情況下，蝸桿是主動(dòng)件，蝸輪是從動(dòng)件。 蝸桿傳動(dòng)類(lèi)似于螺旋傳動(dòng)，蝸桿相當(dāng)于螺桿，蝸輪相當(dāng)于螺母。按蝸桿輪齒的方向不同，蝸桿有右旋和左旋之分。 常用的是右旋蝸桿。蝸桿副中配對(duì)的蝸輪其旋向與蝸桿相同。在蝸桿傳動(dòng)中蝸輪的回轉(zhuǎn)方向可以用左、右手定則判

17、定：右旋蝸桿伸右手，左旋蝸桿伸左手，如圖619所示，空握拳使四個(gè)手指方向和蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向一致，則大拇指指向的反方向就是蝸輪的回轉(zhuǎn)方向。 蝸桿齒數(shù)又稱(chēng)為蝸桿頭數(shù)，即蝸桿螺旋線的線數(shù)，用z1表示。所以通常z1=14。 蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比是蝸桿與蝸輪角速度或轉(zhuǎn)速之比，也等于蝸桿與蝸輪齒數(shù)的反比。第六節(jié) 蝸 桿 傳 動(dòng)二、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn) （1）傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊蝸桿傳動(dòng)與齒輪傳動(dòng)一樣能夠保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，而且可獲得很大的傳動(dòng)比。 （2）傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小 由于蝸桿傳動(dòng)類(lèi)似于螺旋傳動(dòng)，具有螺旋傳動(dòng)的特點(diǎn)。因此蝸桿傳動(dòng)傳動(dòng)平穩(wěn)，沒(méi)有沖擊，噪聲小。 （3）易自鎖 當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角很小時(shí)（6o8o），容易實(shí)現(xiàn)自鎖。即只能由蝸桿帶動(dòng)蝸輪而蝸輪不能帶動(dòng)蝸桿。 （4）傳動(dòng)效率低 蝸桿傳動(dòng)時(shí)，嚙合區(qū)相對(duì)滑動(dòng)速度很大，摩擦損失較大，發(fā)熱量大