中職機械基礎(chǔ)課件-齒輪傳動

齒輪傳動徐水區(qū)職教中心機械加工技術(shù)專業(yè)2016.12一、齒輪傳動特點

齒輪傳動是應(yīng)用最廣泛的傳動機構(gòu)之一。齒輪傳動的優(yōu)缺點如下：優(yōu)點：1、傳遞動力大，效率高。2、壽命長，工作平穩(wěn)，可靠性高。3、能保證恒定的傳動比，能傳遞任意夾角兩軸間的運動。缺點：1、制造、安裝精度要求高，因而成本也較高。2、不宜作軸間距離過大的傳動。

二、齒輪傳動的類型1、按兩輪軸幾何特性可分為：圓柱齒輪傳動:兩軸線相互平行。圓錐齒輪傳動:兩軸線相交。螺旋齒輪傳動:兩軸線交錯在空間既不平行也不相交。二、齒輪傳動的類型2、按輪齒形狀可分為:直齒圓柱齒輪傳動斜齒圓柱齒輪傳動人字齒圓柱齒傳動斜齒齒輪傳動人字齒輪傳動直齒齒輪傳動外嚙合齒輪傳動內(nèi)嚙合齒輪傳動齒輪齒條傳動2、按齒輪嚙合形式可分為:外嚙合齒輪傳動內(nèi)嚙合齒輪傳動齒輪齒條傳動齒輪傳動平行軸間齒輪傳動相交軸間齒輪傳動交錯軸間齒輪傳動直齒外嚙合內(nèi)嚙合齒輪齒條斜齒人字齒直齒斜齒曲齒弧齒輪傳動準雙曲面錐齒輪傳動多齒輪傳動機構(gòu)（一）漸開線的形成與漸開線齒廓1、漸開線的形成當一條動直線（發(fā)生線），沿著一個固定的圓（基圓）作純滾動時，動直線上任意一點K的軌跡稱為該圓的漸開線。三、漸開線標準直齒圓柱齒輪各部分名稱和基本尺寸2、漸開線的性質(zhì)（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。（2）漸開線上任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。（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。（4）漸開線的形狀只取決于基圓大小。（5）基圓內(nèi)無漸開線。（二）直齒圓柱齒輪各部分的名稱及符號齒頂圓：過齒輪各輪齒頂端的圓，其直徑用

da

表示。齒根圓：過齒輪各齒槽底部的圓，其直徑用

df

表示。齒厚：在任意圓周上輪齒兩側(cè)間的弧長，用s表示。齒寬：沿齒輪軸線量得齒輪的寬度用b

表示。齒槽寬：在任意圓周上相鄰兩齒空間部分的弧長，用

e表示。分度圓：對標準齒輪來說，齒厚與齒槽寬相等的那個圓稱為分度圓，直徑用

d

表示。分度圓上的齒厚和齒槽寬分別用

s

和

e

表示，即s＝e。周節(jié)或齒距：相鄰兩齒在分度圓上對應(yīng)點間的弧長，用

p

表示，p＝s＋e。

（三）直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)

決定齒輪尺寸和齒形的基本參數(shù)有5個：

齒輪的模數(shù)m

壓力角a

齒數(shù)z

齒頂高系數(shù)ha*

頂隙系數(shù)c*以上5個參數(shù)，除齒數(shù)z

外均已標準化了。

1.模數(shù)m分度圓上的周節(jié)p對p

的值稱為模數(shù)，用m（mm）表示，即：

m=p/p

模數(shù)是齒輪幾何尺寸計算的基礎(chǔ)。顯然，m越大，則p越大，輪齒就越大，輪齒的抗彎曲能力也越高。

我國已規(guī)定了標準模數(shù)系列。第一系列11.251.522.5345681012162025324050第二系列1.752.252.75(3.25)3.5(3.75)4.55.5(6.5)79(11)14182228(30)36452．壓力角a

我國標準規(guī)定分度圓上齒廊的壓力角a＝20°。以后凡是不加指明，壓力角都是指分度圓上的標準壓力角a。漸開線上某點的法線（壓力方向線）與該點速度方向所夾的銳角aK稱為該點的壓力角。當一根直線BK在一圓周上作純滾動時（如右圖所示）此直線上任意一點K的軌跡AK稱為該圓的漸開線。

3．齒頂高系數(shù)ha*和頂隙系數(shù)c*

齒頂高：分度圓到齒頂?shù)木嚯x。

ha=ha*m

式中：ha*為齒頂高系數(shù)頂隙：當齒輪嚙合時，一個齒輪的齒頂圓與配對齒輪的齒根圓的徑向距離，用c表示，c=hf-ha。c的存在可避免一個輪的齒頂與另一輪的齒底相碰并可儲存潤滑油。如果用模數(shù)來表示，則齒頂高和齒根高可分別寫為：標準值：ha*=1，c*=0.25非標準短齒：ha*=0.8，c*=0.3（四）標準直齒圓柱齒輪的幾何尺寸關(guān)系

模數(shù)、壓力角、齒頂高系數(shù)及頂隙系數(shù)均取標準值，分度圓上齒厚與齒槽寬相等的齒輪稱為標準齒輪。因此，對于標準齒輪有：s＝e＝p/2=mp/2

分度圓直徑d、齒頂圓直徑da和齒根圓直徑df的計算式為：

d

=zm

da=d+2ha=2ha*+z

df=d-2hf=(z-2ha*-2c*)m

正確嚙合條件

一對漸開線直齒圓柱齒輪的正確嚙合條件是：

兩輪的模數(shù)相等，兩輪的壓力角相等。四、直齒圓柱齒輪的傳動比

齒輪傳動是由主動輪與從動輪組成的齒輪副來傳遞運動和動力的傳動裝置。其傳動比為：

一對齒輪的傳動比不宜過大，否則，會使齒輪結(jié)構(gòu)尺寸過大，不利于制造和安裝。通常一對圓柱齒輪的傳動比i12=5~8五、齒輪輪齒的加工方法1.仿形法

仿形法是在普通銑床上用軸向剖面形狀與被切齒輪齒槽形狀完全相同的銑刀切制齒輪的方法，如圖所示。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，直到銑出所有的齒槽。優(yōu)點：方法簡單。缺點：精度差，生產(chǎn)效率低，操作間斷。2.范成法

是利用輪齒嚙合時齒廓曲線互為包絡(luò)線的原理來加工齒廓，其中一個齒輪（或齒條）作為刀具，另一個齒輪則為被切齒輪毛坯，刀具相對于被切齒輪毛坯運動時，刀具齒廓即可切出被加工齒輪的齒廓。刀具：齒輪插刀、齒條插刀和齒輪滾刀。（1）齒輪插刀切制方法：輪坯與刀具按一定的傳動比作嚙合運動，同時刀具沿軸

線上下運動以切出齒寬。（2）齒條插刀加工方法：相當于齒輪與齒條的嚙合，與齒輪插刀的加工方法相同。（3）齒輪滾刀刀具形狀：外形象螺旋，其軸剖面為一個齒條刀具。滾刀轉(zhuǎn)動時相當于齒條在移動?？蓪崿F(xiàn)連續(xù)加工，生產(chǎn)率高。六、齒輪的失效形式失效的形式有5種：輪齒折斷、齒面疲勞點蝕、齒面膠合、齒面磨損、齒面塑性變形。但以折斷和齒面點蝕為常見。1、輪齒折斷如圖2、齒面疲勞點蝕

3、齒面膠合

4、齒面磨損

5、齒面塑性變形

七、齒輪的材料（一）齒輪材料的基本要求(1)齒面應(yīng)有足夠的硬度，以抵抗齒面磨損、點蝕、膠合以及塑性變形等；(2)齒芯應(yīng)有足夠的強度和較好的韌性，以抵抗齒根折斷和沖擊載荷：(3)應(yīng)有良好的加工工藝性能及熱處理性能．使之便于加工且便于提高其力學(xué)性能。（二）齒輪的常用材料

1．鍛鋼

鍛鋼經(jīng)鍛造后，改善了內(nèi)部纖維組織，提高了強度，韌性好，并通過熱處理可改善其他機械性能。大多數(shù)齒輪都用鍛鋼制造。2．鑄鋼

當齒輪的尺寸較大(大于400一600mm)而不便于鍛造時．可用鑄造方法制成鑄鋼齒坯，再進行正火處理以細化晶粒。3．鑄鐵

低速、輕載場合的齒輪可以制成鑄鐵齒坯。當尺寸大于500mmm時可制成大齒圈，或制成輪輻式齒輪。4.非金屬材料適用于高速輕載、精度要求不高的場合。

蝸桿傳動蝸桿傳動是由蝸桿和蝸輪組成的，用于傳遞空間交錯兩軸之間的運動和動力。交錯角一般為90°。傳動中一般蝸桿是主動件，蝸輪是從動件。一、蝸桿傳動的特點：

1．傳動比大，一般i=10~80，最大可達1000；2．重合度大，傳動平穩(wěn)，噪聲低；3．結(jié)構(gòu)緊湊，可實現(xiàn)反行程自鎖；4．蝸桿傳動的主要缺點齒面的相對滑動速度大，效率低；5.蝸輪的造價較高。主要用于中小功率，間斷工作的場合。廣泛用于機床、冶金、礦山及起重設(shè)備中。二、蝸桿傳動的類型

圓柱蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動錐蝸桿傳動普通圓柱蝸桿傳動圓弧圓柱蝸桿傳動阿基米德蝸桿（ZA蝸桿）漸開線蝸桿（ZI蝸桿）法向直廓蝸桿（ZN蝸桿）蝸桿的外形是圓弧回轉(zhuǎn)面，同時嚙合的齒數(shù)多，傳動平穩(wěn)；齒面利于潤滑油膜形成，傳動效率較高；重合度大；承載能力和效率較高。蝸桿分左旋和右旋蝸桿還有單頭和多頭之分左旋右旋三、蝸桿傳動的常用材料蝸桿的常用材料為碳鋼和合金鋼。高速重載的蝸桿常用15Cr、20Cr滲碳淬火，或45鋼、40Cr淬火。低速中輕載的蝸桿可用45鋼調(diào)質(zhì)。精度要求高的蝸桿需經(jīng)磨削。錫青銅：鋁青銅：灰鑄鐵：蝸輪常用材料有：適用于齒面滑動速度較高的傳動。（抗膠合能力強，抗點蝕能力差）vs≤8m/s的場合。（抗膠合能力差）vs≤2m/s的場合。由于蝸桿傳動的特點，蝸桿副的材料不僅要求有足夠的強度，更重要的是具有良好的減摩耐磨和抗膠合性能。為此常采用青銅作蝸輪齒圈，并與淬硬磨削的鋼制蝸桿相匹配。輪系輪系：由一系列齒輪組成的傳動系統(tǒng)稱為齒輪系，簡稱輪系一、輪系分類

輪系定軸輪系輪系中所有齒輪軸線都是固定的

周轉(zhuǎn)輪系輪系中至少有一個齒輪的軸線相對機架不固定

復(fù)合輪系

定軸輪系+周轉(zhuǎn)輪系或周轉(zhuǎn)輪系+周轉(zhuǎn)輪系

平面定軸輪系的機構(gòu)簡圖平面定軸輪系OHHO223O11周轉(zhuǎn)輪系2'34H12機構(gòu)簡圖定軸輪系行星輪系復(fù)合輪系二、定軸輪系傳動比的計算

123344'5

傳動比的內(nèi)容：傳動比數(shù)值

主從動輪的轉(zhuǎn)向關(guān)系一對齒輪嚙合的傳動比1212*主、從動輪轉(zhuǎn)向關(guān)系用畫箭頭表示*±只能表示平行軸之間的轉(zhuǎn)向關(guān)系1234567123567定軸輪系的傳動比=各對齒輪傳動比的連乘積=從動輪齒數(shù)積/主從動輪齒數(shù)積首末兩輪的轉(zhuǎn)向取決于外嚙合齒輪的對數(shù)齒輪4(惰輪)不影響大小,但改變轉(zhuǎn)向(-1)mm為外嚙合的對數(shù)傳動比計算實例

例7-1圖示輪系中，已知1輪轉(zhuǎn)向如圖示，n1=405r/min，各輪齒數(shù)為：Z1=Z2ˊ=Z4′=20，Z2=Z3=Z5=30，Z4=Z6=60，試求：1）i16；2）n6大小及其轉(zhuǎn)動方向。Z1Z2Z6Z4Z3Z5Z2′Z4′解答：

1．判定輪系類型輪系類型—因在輪系運轉(zhuǎn)時，所有齒的軸線相對于機架的位置都是固定的，且各輪的軸線相互平行，故為平面定軸輪系.2．分析輪系的傳動關(guān)系：1→2==2′→3→4==4′→5→6Z1Z2Z6Z4Z3Z5Z2′Z4′3．計算i164．求n6大?。?/p>

n6=n1/i16=405/-13.5=-30r/min；n6轉(zhuǎn)向：與n1轉(zhuǎn)向相反（即n6↑）。三、輪系的應(yīng)用實現(xiàn)分路傳動獲得較大的傳動比用于距離較大的兩軸間傳動用于變速裝置或換向裝置用于運動的分解與合成采用單級齒輪傳動采用輪系傳動獲得較大傳動比汽車變速箱實現(xiàn)運動的合成與分解一對外嚙合圓柱齒輪傳動，其傳動比一般可為i<=5-7。但是行星輪系傳動比可達i=10000,而且結(jié)構(gòu)緊湊。123465AB78汽車變速傳動簡圖幾種機械傳動形式的特點傳動形式主要優(yōu)點主要缺點帶傳動中心距變化范圍大，可用于較遠距離的傳動，傳動平穩(wěn)，噪音小，能緩沖吸振，有過載保護作用，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，安裝要求不高

有滑動，傳動比不能保持恒定，外廓尺寸大，帶的壽命較短（通常為3500h～5000h），由于帶的摩擦起電不宜用于易燃、易爆的地方，軸和軸承上作用力大鏈傳動中心距變化范圍大，可用于較遠距離的傳動，在高溫、油、酸等惡劣條件下能可靠工作，軸和軸承上的作用力小雖然平均速比恒定，但運轉(zhuǎn)時瞬時速度不均勻，有沖擊、振動和噪音，壽命較低（一般為5000h～15000h）齒輪傳動外廓尺寸小，效率高，傳動比恒定，圓周速度及功率范圍廣，應(yīng)用最廣

制造和安裝精度要求較高，不能緩沖，無過載保護作用，有噪音蝸桿傳動結(jié)構(gòu)緊湊，外廓尺寸小，傳動比大，傳動比恒定，傳動平穩(wěn)，無噪音，可做成自鎖機構(gòu)效率低，傳遞功率不宜過大，中高速需用價貴的青銅，制造精度要求高，刀具費用高傳動形式主要優(yōu)點主要缺點帶傳動中心距變化范圍大，可用于較遠距離的傳動，傳動平穩(wěn)，噪音小，能緩沖吸振，有過載保護作用，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，安裝要求不高

有滑動，傳動比不能保持恒定，外廓尺寸大，帶的壽命較短（通常為3500h～5000h），由于帶的摩擦起電不宜用于易燃、易爆的地方，軸和軸承上作用力大鏈傳動中心距變化范圍大，可用于較遠距離的傳動，在高溫、油、酸等惡劣條件下能可靠工作，軸和軸承上的作用力小雖然平均速比恒定，但運轉(zhuǎn)時瞬時速度不均勻，有沖擊、振動和噪音，壽命較低（一般為5000h～15000h）齒輪傳動外廓尺寸小