齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)2012課件

齒

輪

傳

動(dòng)

和

蝸

桿

傳

動(dòng)齒輪傳動(dòng)是依靠主動(dòng)輪的輪齒與從動(dòng)輪的輪齒嚙合來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的，是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的機(jī)械傳動(dòng)形式之一；蝸桿傳動(dòng)用來傳遞交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，常用作減速傳動(dòng)。

6.1齒輪傳動(dòng)的類型和應(yīng)用特點(diǎn)6.2漸開線齒形6.3直齒圓柱齒輪的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算6.4漸開線齒輪的嚙合特點(diǎn)6.5其他齒輪傳動(dòng)簡介6.6齒輪的根切、最少齒數(shù)、精度和失效6.7蝸桿傳動(dòng)6.8漸開線齒形的形成6.9齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的觀察與分析

6.1.1齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用特點(diǎn)1．齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用特點(diǎn)齒輪傳動(dòng)由主動(dòng)輪、從動(dòng)輪和機(jī)架組成。齒輪傳動(dòng)是靠主動(dòng)輪的輪齒與從動(dòng)輪的輪齒直接嚙合來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的裝置。下圖所示，當(dāng)一對(duì)齒輪相互嚙合而工作時(shí)，主動(dòng)輪O1的輪齒1、2、3，…，通過嚙合點(diǎn)法向力Fn的作用逐個(gè)地推動(dòng)從動(dòng)輪O2的輪齒1’、2’、3’，…，使從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將主動(dòng)輪的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞給從動(dòng)輪。（1）傳動(dòng)比右圖所示的一對(duì)齒輪中，設(shè)主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速為n1，齒數(shù)為z1，從動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速為n2，齒數(shù)為z2，由于是嚙合傳動(dòng),在單位時(shí)間里兩輪轉(zhuǎn)過的齒數(shù)應(yīng)相等，即，由此可得一對(duì)齒輪的傳動(dòng)比為上式說明一對(duì)齒輪傳動(dòng)比，就是主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)速(角速度)之比，與其齒數(shù)成反比。若兩齒輪的旋轉(zhuǎn)方向相同，規(guī)定傳動(dòng)比為正；若兩齒輪的旋轉(zhuǎn)方向相反，規(guī)定傳動(dòng)比為負(fù)，則一對(duì)齒輪的傳動(dòng)比可寫為6.1.1齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用特點(diǎn)（2）應(yīng)用特點(diǎn)在機(jī)械傳動(dòng)中，齒輪傳動(dòng)應(yīng)用最廣泛。在工程機(jī)械、礦山機(jī)械、冶金機(jī)械以及各類機(jī)床中都應(yīng)用著齒輪傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)所傳遞的功率從幾w至幾萬kW；它的直徑從不到1mm的儀表齒輪，到10m以上的重型齒輪；它的圓周速度從很低到100m／s以上。大部分齒輪是用來傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的，但也可以把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)，如齒輪齒條傳動(dòng)。與其他傳動(dòng)相比齒輪傳動(dòng)有如下特點(diǎn)：①瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定，平穩(wěn)性較高，傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠；②適用范圍廣；可實(shí)現(xiàn)平行軸、相交軸、交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng)；傳遞的功率和速度范圍較大；③結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠，可實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比；④傳動(dòng)效率高、使用壽命長；⑤齒輪的制造、安裝要求較高；⑥不適宜遠(yuǎn)距離兩軸之間的傳動(dòng)。(3）對(duì)齒輪傳動(dòng)的基本要求采用齒輪傳動(dòng)時(shí)，因嚙合傳動(dòng)是個(gè)比較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過程，對(duì)其要求是：①傳動(dòng)要平穩(wěn)要求齒輪在傳動(dòng)過程中，任何瞬時(shí)的傳動(dòng)比保持恒定不變。以保持傳動(dòng)的平穩(wěn)性，避免或減少傳動(dòng)中的噪聲、沖擊和振動(dòng)。②承載能力強(qiáng)要求齒輪的尺寸小，重量輕，而承受載荷的能力大。即要求強(qiáng)度高，耐磨性好，壽命長。6.2.1漸開線齒廓的形成如圖所示，一直線AB切于一圓周，當(dāng)該直線在此圓周上作無滑動(dòng)的純滾動(dòng)時(shí)，直線上任一點(diǎn)K的軌跡CKD稱為漸開線。這個(gè)圓稱為基圓，其半徑以rb、直徑以db表示；該直線稱發(fā)生線。即在平面上，發(fā)生線沿著一個(gè)固定的基圓作純滾動(dòng)時(shí)，發(fā)生線上一點(diǎn)的軌跡，稱為該圓的漸開線。漸開線齒輪的輪齒由兩條對(duì)稱的漸開線作齒廓而組成，見上圖所示。

漸開線的形成漸開線輪廓的形成6.2.2漸開線的性質(zhì)1．發(fā)生線在基圓上滾過的線段長等于基圓上被滾過的一段弧長。2．漸開線上任意一點(diǎn)K的法線，NK必切于基圓，即過漸開線上任意一點(diǎn)K的法線與過K點(diǎn)的基圓切線重合，并且也與發(fā)生線重合。3．漸開線上各點(diǎn)的曲率半徑不相等。K點(diǎn)離基圓越遠(yuǎn)，其曲率半徑越大，漸開線越平直。反之，曲率半徑越小，漸開線越彎曲。4．漸開線的形狀取決于基圓的大小?；鶊A相同，漸開線形狀完全相同。基圓越小，漸開線越彎曲?；鶊A越大，漸開線越平直。當(dāng)基圓半徑趨于無窮大時(shí)，漸開線就變成一條直線，此時(shí)，齒輪就變成了齒條。5．同一基圓形成的任意兩條反向漸開線間的公法線長度處處相等。6．基圓內(nèi)無漸開線。因?yàn)榘l(fā)生線是沿基圓滾動(dòng)的，所以基圓內(nèi)無漸開線。7．漸開線上各點(diǎn)壓力角不相等，越遠(yuǎn)離基圓壓力角越大，基圓上的壓力角等于零。6.3.1主要參數(shù)在一個(gè)齒輪上，齒數(shù)、壓力角和模數(shù)是幾何尺寸計(jì)算的主要參數(shù)和依據(jù)。1．齒數(shù)（z）在齒輪整個(gè)圓周上，均勻分布的輪齒總數(shù)，稱為齒數(shù)，用z表示。2．壓力角（α）在標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒廓上，分度圓上的端面壓力角，簡稱壓力角。該壓力角已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了，我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，分度圓上的壓力角。在漸開線圓柱齒輪的基準(zhǔn)齒形中，壓力角用齒形角來表示。漸開線圓柱齒輪的基準(zhǔn)齒形是指基準(zhǔn)齒條的法面齒形，如圖所示。所謂齒形角，是指基本齒條的法向壓力角，并用α表示，且規(guī)定α=20°。圖樣上是用齒形角表示壓力角?；鶞?zhǔn)齒形6.3.2標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪各部分名稱和幾何尺寸的計(jì)算

1．外嚙合標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪下圖所示為漸開線直齒圓柱齒輪的一部分，各部分名稱如下：(1)齒頂圓在圓柱齒輪上，其齒頂所在的圓稱齒頂圓，其直徑用da表示，半徑用ra表示(2)齒根圓在圓柱齒輪上，齒槽底所在的圓稱齒根圓，其直徑用df表示，半徑用rf表示。齒輪各部分名稱和符號(hào)6.3.2標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪各部分名稱和幾何尺寸的計(jì)算

(3)分度圓齒輪上作為齒輪尺寸基準(zhǔn)的圓稱分度圓，其直徑d用表示，半徑用r表示。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪，分度圓上的齒厚和槽寬相等。(4)齒距(周節(jié))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，稱為齒距，用p表示。(5)齒厚在圓柱齒輪上，一個(gè)齒的兩側(cè)端面齒廓之間的分度圓弧長稱齒厚，用s表示。(6)槽寬齒輪上兩相鄰輪齒之間的空間叫齒槽，一個(gè)齒槽的兩側(cè)齒廓之間的分度圓弧長，稱槽寬。并用e表示。(7)齒頂高齒頂圓與分度圓之間的徑向距離稱為齒頂高，用ha表示。(8)齒根高齒根圓與分度圓之間的徑向距離稱為齒根高，用hf表示。(9)齒高齒頂圓和齒根圓之間的徑向距離稱為齒高，用h表示，h=ha+hf。(10)齒寬齒輪的有齒部位沿分度圓柱面的直線方向量度的寬度，用b表示。6.3.2標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪各部分名稱和幾何尺寸的計(jì)算

思考與分析：1.一對(duì)外嚙合標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。已知試求這對(duì)齒輪的主要尺寸。2.有一對(duì)正常齒制的漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，其大齒輪丟失，需要配制。測得兩齒輪的中心距，小齒輪齒頂圓直徑，齒數(shù)。試求大齒輪的齒數(shù)和大齒輪的其他主要尺寸？

2．徑節(jié)制齒輪簡介英國、美國等一些西方國家采用徑節(jié)制齒輪，以徑節(jié)作為齒輪幾何尺寸計(jì)算的基本參數(shù)。徑節(jié)為齒數(shù)z與分度圓直徑d之比，以P表示，即

徑節(jié)的單位為1／英寸，分度圓直徑的單位為英寸。模數(shù)與徑節(jié)的換算關(guān)系為：

顯然徑節(jié)與模數(shù)正好相反，徑節(jié)越大，周節(jié)越小，即模數(shù)小，英制齒輪常用徑節(jié)有以下幾種：2、2.5、3、4、6、8、10、12、16、20。6.4.2傳動(dòng)的可分離性

相互嚙合的一對(duì)齒輪制造好以后，基圓大小就定了，不因中心距變化而變化。由式=常數(shù),可知，傳動(dòng)比與中心距無關(guān)，所以中心距稍有變化時(shí)，對(duì)傳動(dòng)沒有影響，這種性質(zhì)稱傳動(dòng)的可分離性。當(dāng)然中心距改變后，會(huì)出現(xiàn)新的節(jié)點(diǎn)和節(jié)圓，分度圓與節(jié)圓不再重合，同時(shí)嚙合角和齒形角也不再相等。由于齒輪在制造、安裝過程中受多方面影響總會(huì)有誤差，旋轉(zhuǎn)時(shí)受輪齒間的徑向推力作用以及軸和軸承的磨損等，都會(huì)使實(shí)際的中心距與設(shè)計(jì)的中心距稍有不同，而漸開線齒輪傳動(dòng)具有可分離性，可彌補(bǔ)上述原因造成的中心距誤差，保證正常傳動(dòng)。6.4.3正確嚙合條件一對(duì)漸開線直齒齒輪能連續(xù)順利地傳動(dòng)，需要各對(duì)輪齒的依次正確嚙合互不干擾才行。也就要求一個(gè)齒輪的齒厚無側(cè)隙地嚙入另一個(gè)齒輪的齒槽，則一個(gè)齒輪的齒厚與另一個(gè)齒輪的齒槽寬應(yīng)該相等，即，則應(yīng)使。另外為了使兩齒輪的輪齒在嚙合點(diǎn)處有一條公法線，保證嚙合線為一直線，則兩輪齒的壓力角必須相等，即。6.5.1斜齒圓柱齒輪

1．斜齒圓柱齒輪齒面的形成斜齒圓柱齒輪是齒線為螺旋線的圓柱齒輪。斜齒圓柱齒輪的齒面制成漸開螺旋面。漸開螺旋面的形成，是一平面(發(fā)生面)沿著一個(gè)固定的圓柱面(基圓柱面)作純滾動(dòng)時(shí)，此平面上的一條以恒定角度與基圓柱的軸線傾斜交錯(cuò)的直線在空間內(nèi)的軌跡曲面，如圖所示。當(dāng)其恒定角度時(shí)，則為直齒圓柱漸開螺旋面齒輪(簡稱直齒圓柱齒輪)，當(dāng)時(shí)，則為斜齒圓柱漸開螺旋面齒輪(簡稱斜齒圓柱齒輪)。

2．斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)和直齒圓柱齒輪傳動(dòng)一樣，僅限于傳遞兩平行軸之間的運(yùn)動(dòng)。如果兩斜齒輪分度圓上的螺旋角不是大小相等、方向相反，而是任意的，這樣的一對(duì)斜齒輪還可以用來傳遞既不平行又不相交的兩軸之間運(yùn)動(dòng)，稱之為交錯(cuò)軸斜齒輪傳動(dòng)。斜齒輪傳動(dòng)為線接觸，交錯(cuò)軸斜齒輪傳動(dòng)為點(diǎn)接觸。斜齒圓柱齒輪簡稱為斜齒輪。

漸開螺旋面的形成6.5.1斜齒圓柱齒輪

(1)螺旋角是指在圓柱面上，圓柱螺旋線的切線與通過切點(diǎn)的圓柱面直母線之間所夾的銳角。斜齒圓柱齒輪的各圓柱面的螺旋角不等。平常說的螺旋角均指分度圓的螺旋角，并用β表示。由于存在螺旋角，就產(chǎn)生軸向力，螺旋角越大，軸向力越大，一般取。螺旋角法向齒距與端面齒距關(guān)系：(2)模數(shù)斜齒圓柱齒輪的模數(shù)分端面和法面模數(shù)。法向齒距與端面齒距關(guān)系：

(3)齒形角斜齒輪的壓力角有兩種，法向壓力角αn和端面壓力角αt，并規(guī)定法向壓力角為標(biāo)準(zhǔn)值。即。在基準(zhǔn)齒條的法面齒形中，分度圓上的法向壓力角定為齒形角，其值為20°。3.標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪的正確嚙合條件兩齒輪法面模數(shù)相等，齒形角相等，螺旋角大小相等但螺旋方向相反。6.5.2直齒圓錐齒輪

1．直齒圓錐齒輪傳動(dòng)錐齒輪傳動(dòng)用于傳遞兩相交軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。兩軸的夾角可以是任意值，但常用的軸交角為90°，即。δ1和δ2分別是錐齒輪1和2的分度圓錐角。錐齒輪的輪齒也有直齒、斜齒和曲齒三種。圓錐齒輪是分度曲面為圓錐面的齒輪，當(dāng)齒線是分度圓錐面的直母線時(shí)，稱直齒圓錐齒輪，其輪齒是分布在圓錐面上的。所以圓錐齒輪的輪齒從大端逐漸向錐頂縮小，沿齒寬各截面尺寸不相等，大端尺寸最大。圓錐齒輪傳動(dòng)

2．直齒圓錐齒輪傳動(dòng)的正確嚙合條件因?yàn)閳A錐齒輪只計(jì)算大端幾何參數(shù)，并規(guī)定大端的幾何參數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)的。所以直齒圓錐齒輪的正確嚙合條件是式中：m1、m2——為錐齒輪1和2大端上的模數(shù)；

α1、α2——為錐齒輪1和2大端上的齒形角。6.5.3齒輪齒條傳動(dòng)

在兩標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒輪傳動(dòng)中，當(dāng)其中一個(gè)齒輪(如齒輪II)的齒數(shù)無限增加時(shí)，分度圓變?yōu)橹本€，稱為基準(zhǔn)線?；鶞?zhǔn)線（中線）是基本齒條的法平面與基準(zhǔn)平面的交線。它是一條用來確定基本齒條的輪齒尺寸參數(shù)(齒厚與齒距的比值，通常為0.5)的直線。此時(shí)齒頂圓、齒根圓和基圓也同時(shí)變?yōu)榕c基準(zhǔn)線平行的直線，并分別叫齒頂線、齒根線。這時(shí)嚙合線與齒輪Ⅱ基圓的切點(diǎn)N2和中心O2均移到無窮遠(yuǎn)處。同時(shí)，基圓半徑也增加到無窮大。這種齒數(shù)趨于無窮多的齒輪的一部分就是齒條。因此齒條是具有一系列等距離分布齒的平板或直桿。

齒條與齒輪相比有下列兩個(gè)主要特點(diǎn)：(1)由于齒條的齒廓是直線，所以齒廓上各點(diǎn)的法線N1N2是平行的。在傳動(dòng)時(shí)齒條作直線運(yùn)動(dòng)。齒條上各點(diǎn)的速度的大小和方向都一致。齒廓上各點(diǎn)的齒形角都相等，其大小等于齒廓的傾斜角。即齒形角α=20°。(2)由于齒條上各齒同側(cè)的齒廓是平行的，所以不論在基準(zhǔn)線上(中線上)、齒頂線上。還是與基準(zhǔn)線平行的其他直線上，齒距都相等，即p=πm。

齒條傳動(dòng)主要用于把齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)辇X條的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，或把齒條的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)變?yōu)辇X輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。6.6.1齒輪根切和最少齒數(shù)

2．漸開線齒廓的根切現(xiàn)象當(dāng)用范成法加工漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪時(shí)，如果被加工齒輪的輪齒太少，有時(shí)會(huì)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)象稱為切齒干涉,又稱根切。3．產(chǎn)生根切的原因和最少齒數(shù)加工標(biāo)準(zhǔn)齒輪時(shí)，刀具與齒坯的相對(duì)位置應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)齒輪正確安裝的要求進(jìn)行安裝，下圖所示為用齒條插刀加工標(biāo)準(zhǔn)齒輪的情況。圖中齒條插刀的分度線與齒坯的分度圓相切，這時(shí)齒輪的齒數(shù)越少，刀具齒頂與嚙合線的交點(diǎn)越接近嚙合極限N1，當(dāng)齒輪齒數(shù)過少時(shí)，交點(diǎn)將超過N1點(diǎn)，當(dāng)范成運(yùn)動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，刀具還將繼續(xù)切削，會(huì)把已切出的漸開線齒廓曲線的齒根重新又切掉一部分。所以用范成法切制輪齒時(shí)，如果刀具的齒頂線超過了嚙合線與齒坯基圓的切點(diǎn)Nl時(shí)，被切削齒輪的輪齒必將產(chǎn)生根切現(xiàn)象。6.6.1齒輪根切和最少齒數(shù)

如要避免產(chǎn)生根切，必須使刀具的齒頂線不超過極限點(diǎn)N1，也就要求被切齒輪的最少齒數(shù)不得少于某一最少齒數(shù)。根據(jù)理論推導(dǎo)，用齒條型刀具加工漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒齒輪，為了保證不發(fā)生根切現(xiàn)象，則被切齒輪的最少齒數(shù)可用下式求得：

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)直齒齒輪，∵齒頂高系數(shù)，齒形角，∴；對(duì)于短齒齒輪，∵齒頂高系數(shù)，齒形角，∴。

6.6.2齒輪的精度根據(jù)齒輪的使用要求，齒輪精度可以由四個(gè)方面組成，即運(yùn)動(dòng)精度、工作平穩(wěn)性精度、接觸精度和齒輪副側(cè)隙。1．運(yùn)動(dòng)精度為了正確地傳遞運(yùn)動(dòng)，要求主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，從動(dòng)齒輪按傳動(dòng)比的關(guān)系準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角度，但由于加工中存在誤差，輪齒在圓周上不可能分布很均勻，因而從動(dòng)輪的實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之間必然出現(xiàn)轉(zhuǎn)角誤差。為了滿足使用要求，規(guī)定齒輪轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)的過程中，轉(zhuǎn)角最大誤差的絕對(duì)值不超過一定的限度，這就是齒輪的運(yùn)動(dòng)精度。2．工作平穩(wěn)性精度齒輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)盡量減輕沖擊、振動(dòng)和噪聲。但由于齒形和基節(jié)誤差，造成瞬時(shí)傳動(dòng)比的不穩(wěn)定，致使工作不平穩(wěn)。齒輪的工作平穩(wěn)性精度，就是規(guī)定其瞬時(shí)傳動(dòng)比的變化限制在一定的范圍內(nèi)。3．接觸精度齒輪在傳動(dòng)過程中，齒輪表面將直接承受載荷，若接觸不均勻，造成局部應(yīng)力過大，輪齒就會(huì)過早磨損。為了延長齒輪的使用壽命，希望齒面接觸面積大而均勻，通常用接觸斑點(diǎn)占整個(gè)齒面的比例來表示。4．齒輪副側(cè)隙輪齒受力時(shí)有變形，發(fā)熱時(shí)會(huì)膨脹，安裝與制造不精確，會(huì)出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。為了防止相互卡死，貯存潤滑劑，改善齒面的摩擦條件，相互嚙合的一對(duì)輪齒，在非工作齒面沿齒廓法線方向應(yīng)留有一定的側(cè)隙。6.6.3齒輪的失效形式3．齒面膠合在高速重載的閉式傳動(dòng)中，由于輪齒嚙合部位局部溫度升高，潤滑油油溫急劇上升，粘度降低，使齒面間油膜被嚴(yán)重破壞，失去潤滑作用。另外由于工作齒面間壓力很大，易將潤滑油膜擠破，致使嚙合齒輪兩齒面金屬直接接觸。這時(shí)，齒面產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，較軟齒的表面金屬會(huì)熔焊在與之相嚙合的另一齒輪的齒面上。當(dāng)齒輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于兩齒面的相對(duì)滑動(dòng)，在較軟工作齒面上形成與滑動(dòng)方向一致的撕裂溝痕，這種現(xiàn)象稱為齒面膠合。4．齒面磨損齒輪傳動(dòng)過程中的磨損有兩種，一種是跑合性磨損，能起拋光作用，消除加工痕跡，改善傳動(dòng)嚙合情況。另一種是由于硬質(zhì)顆粒雜物進(jìn)入輪齒的工作表面而引起的磨粒性磨損。如果磨損的速度符合預(yù)定的設(shè)計(jì)期限，則應(yīng)視為正常磨損。但齒面磨損嚴(yán)重時(shí)，將使?jié)u開線齒面損壞，加大了齒側(cè)間隙而引起傳動(dòng)不平穩(wěn)。在開式傳動(dòng)中，由于潤滑條件不好，并有硬質(zhì)顆粒雜物進(jìn)入輪齒的工作表面，會(huì)加劇齒面磨損。所以齒面磨損是開式齒輪傳動(dòng)的主要失效形式。5．塑性變形若輪齒的材料較軟，當(dāng)其頻繁起動(dòng)和嚴(yán)重過載時(shí)，輪齒在很大載荷和摩擦力作用下，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)，而出現(xiàn)塑性變形。主動(dòng)輪產(chǎn)生塑性變形后，齒面沿節(jié)線處就形成凹溝，從動(dòng)輪齒齒面沿節(jié)線處形成凸棱。嚴(yán)重塑性變形時(shí)，在齒頂邊緣處會(huì)出現(xiàn)飛邊，在主動(dòng)輪上更易出現(xiàn)。若整個(gè)輪齒發(fā)生永久性變形，就會(huì)使齒輪傳動(dòng)喪失工作能力。

齒輪的失效形式與齒輪傳動(dòng)的工作條件、齒輪材料的性能及不同的熱處理工藝，齒輪自身的尺寸、齒廓形狀、加工精度等密切相關(guān)。實(shí)踐證明：在閉式傳動(dòng)中可能發(fā)生齒面點(diǎn)蝕、齒面膠合和輪齒折斷；在開式傳動(dòng)中可能發(fā)生齒面磨損和輪齒折斷。

6.7.1蝸桿傳動(dòng)的組成蝸桿傳動(dòng)是由蝸桿、蝸輪和機(jī)架組成的傳動(dòng)裝置，用于傳遞空間兩交錯(cuò)軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。一般蝸桿與蝸輪的軸線在空間互相垂直交錯(cuò)成90°。通常情況下在傳動(dòng)中蝸桿是主動(dòng)件，蝸輪是從動(dòng)件。

蝸桿傳動(dòng)類似于螺旋傳動(dòng)。按螺旋(蝸桿的螺旋齒)的方向，蝸桿有右旋和左旋之分，一般多用右旋蝸桿，特殊情況下才用左旋。蝸桿上只有一條螺紋線的稱單頭蝸桿，有兩條以上螺紋線的稱為多頭蝸桿，通常蝸桿的頭數(shù)z1=1、2、4。

根據(jù)加工方法不同，普通圓柱蝸桿除阿基米德蝸桿外，還有漸開線蝸桿和法向直廓蝸桿等。這兩種類型蝸桿的加工方法都不如加工阿基米德蝸桿簡單。因此，阿基米德蝸桿在一般機(jī)械中得到廣泛的應(yīng)用。蝸輪常用與蝸桿參數(shù)形狀相同的蝸輪滾刀切割。蝸輪輪齒沿齒寬方向呈凹圓弧形，以包圍圓柱蝸桿。在中間平面(通過蝸桿軸線并與蝸輪軸線垂直的平面)內(nèi)，蝸輪齒廓是漸開線，相當(dāng)一個(gè)漸開線齒輪。蝸桿傳動(dòng)6.7.4蝸桿傳動(dòng)的基本參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算

在蝸桿傳動(dòng)中，中間平面是指通過蝸桿軸線并與蝸輪軸線垂直的平面。蝸桿傳動(dòng)的基本參數(shù)和主要幾何尺寸在中間平面內(nèi)確定。1.蝸桿傳動(dòng)的基本參數(shù)（1）模數(shù)和壓力角如圖所示，在中間平面內(nèi)，蝸桿和蝸輪的嚙合就相當(dāng)于漸開線齒輪與齒條的嚙合。為加工方便，規(guī)定在中間平面內(nèi)的幾何參數(shù)應(yīng)是標(biāo)準(zhǔn)值。所以，蝸桿的軸向模數(shù)和蝸輪的端面模數(shù)應(yīng)相等，并為標(biāo)準(zhǔn)值，分別用mx1和mt2表示，即mx1=mt2=m。同時(shí)，蝸桿的壓力角αx1，等于蝸輪的端面壓力角αt2，并為標(biāo)準(zhǔn)值，即αx1=αt2=α=20°。（2）蝸桿分度圓直徑和導(dǎo)程角設(shè)z1為蝸桿的頭數(shù)，γ為蝸桿的導(dǎo)程角(所謂導(dǎo)程角是指圓柱螺旋線的切線與端平面之間所夾的銳角)。px1為蝸桿的軸向齒距，d1為分度圓直徑，mx1為軸向模數(shù)，z1.px1稱為蝸桿的導(dǎo)程。所謂導(dǎo)程是指在圓柱蝸桿的軸平面上，同一條螺紋的兩個(gè)相鄰的同側(cè)齒廓之間的軸向距離。在分度圓柱上，導(dǎo)程角和導(dǎo)程的關(guān)系為：蝸桿傳動(dòng)幾何參數(shù)6.7.4蝸桿傳動(dòng)的基本參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算

由上式可知，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)一定時(shí)，如果導(dǎo)程角不同，則直徑不同的蝸桿，就需用不同的滾刀去切制蝸輪，經(jīng)濟(jì)性差。為了減少蝸輪滾刀數(shù)目，便于刀具標(biāo)準(zhǔn)化，國家標(biāo)準(zhǔn)將蝸桿分度圓直徑的尺寸加以限制，相互間對(duì)應(yīng)關(guān)系可查表。蝸輪輪齒和斜齒輪相似，輪齒的旋向與軸線之間的夾角稱螺旋角，并用β表示。并規(guī)定蝸桿分度圓柱面上的導(dǎo)程角應(yīng)等于蝸輪分度圓柱面上的螺旋角，且兩者的螺旋方向必須相同。即γ=β。

2．蝸桿頭數(shù)、蝸輪齒數(shù)和傳動(dòng)比

一般推薦z1=1～4，最多為6。單頭蝸桿容易切削，導(dǎo)程角小，自鎖性好，效率低。蝸桿頭數(shù)越多，加工越困難，分度誤差越大。在傳動(dòng)中，蝸輪齒數(shù)不宜過多，否則將使結(jié)構(gòu)不緊湊。對(duì)于動(dòng)力傳動(dòng)，一般推薦z2=29～70，為了避免根切現(xiàn)象，取z2≥27，通常蝸輪齒數(shù)按傳動(dòng)比來確定，z2=iz1。蝸桿傳動(dòng)比是蝸桿轉(zhuǎn)速與蝸輪轉(zhuǎn)速之比，也等于蝸輪齒數(shù)與蝸桿頭數(shù)之比，即蝸桿展開圖6.7.5蝸桿傳動(dòng)的正確嚙合條件6.7.6蝸桿傳動(dòng)的失效形式

1.蝸桿傳動(dòng)的正確嚙合條件因?yàn)橹虚g平面為蝸桿的軸面、蝸輪的端面，所以蝸桿傳動(dòng)的正確嚙合條件為：mx1=mt2=m,αx1=αt2=α,γ=β

式中：mx1、αx1分別為蝸桿的軸面模數(shù)和軸面壓力角；mt2、αt2分別為蝸輪的端面模數(shù)和端面壓力角；

γ為蝸桿的導(dǎo)程角；

β為蝸輪的螺旋角。2．蝸桿傳動(dòng)的失效形式由于蝸輪材料的強(qiáng)度往往低于蝸桿材料的強(qiáng)度，所以失效大多發(fā)生在蝸輪輪齒上。蝸桿傳動(dòng)的失效形式有點(diǎn)蝕、膠合、磨損和折斷。蝸桿傳動(dòng)在工作時(shí)，齒面間相對(duì)滑動(dòng)速度大，摩擦和發(fā)熱嚴(yán)重，所以主要失效形式為齒面膠合、磨損和齒面點(diǎn)蝕。實(shí)踐表明，在閉式傳動(dòng)中，蝸輪的失效形式主要是膠合與點(diǎn)蝕；在開式傳動(dòng)中，失效形式主要是磨損；當(dāng)過載時(shí)，會(huì)發(fā)生輪齒折斷現(xiàn)象。3.蝸桿和蝸輪的材料根據(jù)蝸桿傳動(dòng)的失效形式可知，蝸桿蝸輪的材料除滿足強(qiáng)度外，更應(yīng)具備良好的減摩性和耐磨性。蝸桿多采用調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼和表面淬火鋼制造。常經(jīng)熱處理提高齒面硬度，增加耐磨性。蝸輪材料選擇要考慮齒面相對(duì)滑動(dòng)速度。對(duì)于高速而重要的蝸桿傳動(dòng)，蝸輪常用鑄錫青銅；當(dāng)滑動(dòng)速度較低時(shí)，可選用價(jià)格較低的鋁青銅；低速和不重要的傳動(dòng)可采用鑄鐵材料。*6.8漸開線齒形的形成1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)掌握用范成法加工漸開線的原理。(2)通過觀察齒條型刀具范成漸開線齒廓的過程，了解齒輪的根切現(xiàn)象及用變位修正來避免根切的方法。2.實(shí)驗(yàn)用具(1)漸開線齒廓范成儀；(2)學(xué)生自備直徑220mm的厚圖紙以及鉛筆、圓規(guī)、三角板、剪刀、計(jì)算器等。3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用漸開線齒廓范成儀，分別模擬范成法切制漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪和變位齒輪的加工過程，在圖紙上繪制出二至三個(gè)完整的齒形。4.實(shí)驗(yàn)原理圖所示為一種漸開線齒廓范成儀的原理示意圖。

漸開線齒廓范成儀*6.8漸開線齒形的形成直徑220mm的圖紙由壓板3及螺帽2壓在托盤1上，托盤1可繞固定軸O轉(zhuǎn)動(dòng)，通過托盤1背后的扇形齒輪帶動(dòng)滑架4左右移動(dòng)，并能保證托盤1上分度圓周（代表被切齒輪的分度圓）始終與滑架4上的刀具節(jié)線作純滾動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)滾運(yùn)動(dòng)。代表齒條型刀具的齒條通過螺釘6固定在滑架4上，通過齒條上的長圓孔可使齒條沿垂直方向相對(duì)于托盤1的中心O作徑向移動(dòng)，以便模擬變位齒輪的范成切削。已知齒條4模數(shù)為20或8（兩種齒條），壓力角20°，齒頂高和齒根高均為1.25m，只是牙齒頂端的0.25m處不是直線而是圓弧，用以切削被切齒輪齒根部分的過渡曲線。當(dāng)齒條中線與被切齒輪分度圓相切時(shí)，齒條中線與刀具節(jié)線重合，此時(shí)齒條上的標(biāo)尺刻度零點(diǎn)與滑架上的標(biāo)尺刻度零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)，這樣便能切制出標(biāo)準(zhǔn)齒輪。若改變齒條中線與托盤中心的距離（可松動(dòng)螺釘調(diào)節(jié)，移動(dòng)的距離可由標(biāo)尺讀出），則齒條中線與刀具節(jié)線分離，這樣便能切制出變位齒輪。5.實(shí)驗(yàn)步驟(1)范成標(biāo)準(zhǔn)齒輪①根據(jù)所用范成儀的m模數(shù)和分度圓直徑d求出被切齒輪的齒數(shù)z，并計(jì)算其齒頂圓直徑da、齒根圓直徑df、基圓直徑db。②在一張厚圖紙上，分別以da、df、d和db為直徑畫出四個(gè)同心圓，并將圖紙剪成比直徑da大3mm的圓形。*6.8漸開線齒形的形成③將圓形圖紙放在范成儀的托盤上，使二者圓心重合，然后用壓板2和螺帽3將紙片夾緊在托盤上。④將齒條上的標(biāo)尺刻度零點(diǎn)與滑架上的標(biāo)尺刻度零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。（此時(shí)齒條刀具的刀頂線應(yīng)與圓形紙片上的齒根圓相切。）⑤將齒條4推至左（或右）極限位置，用削尖的鉛筆在圓形紙上畫下齒條刀具的齒廓在該位置上的投影線。然后轉(zhuǎn)動(dòng)托盤一個(gè)微小的角度，此時(shí)齒條移動(dòng)一個(gè)微小的角度，再齒條刀具的齒廓在該位置上的投影線畫在圓形紙上。連續(xù)重復(fù)上述的工作，繪制出齒條刀具的齒廓在各個(gè)位置上的投影線這些投影線的包絡(luò)線即為被切齒輪的漸開線齒廓。*(2)范成正變位齒輪①根據(jù)所用范成儀參數(shù)，計(jì)算出不發(fā)生根切現(xiàn)象的最小變位系數(shù)x=,然后取定變位系數(shù)x(x≥xmin),計(jì)算其齒頂圓直徑da和齒根圓直徑df。②在另一張厚圖紙上，分別以da、df、d和db為直徑畫出四個(gè)同心圓，并將圖紙剪成比直徑da大3mm的圓形。③同“范成標(biāo)準(zhǔn)齒輪”步驟3。④將齒條向遠(yuǎn)離托盤中心的方向移動(dòng)一段距離（大于或等于xmin）。⑤同“范成標(biāo)準(zhǔn)齒輪”步驟5。⑥同“范成標(biāo)準(zhǔn)齒輪”步驟6。*6.8漸開線齒形的形成項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)齒輪（mm）