機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)少學(xué)時(shí)第6講課件

舊課回顧本講重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容：一、漸開(kāi)線齒輪正確嚙合和連續(xù)傳動(dòng)的條件二、漸開(kāi)線齒輪輪齒的切削加工三、輪齒的失效形式和齒輪材料一、漸開(kāi)線的形成及性質(zhì)四、漸開(kāi)線齒廓嚙合特性二、漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪各部分名稱三、漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪幾何尺寸計(jì)算第三章齒輪傳動(dòng)第一節(jié)概述第二節(jié)

漸開(kāi)線的形成和性質(zhì)第三節(jié)漸開(kāi)線齒輪傳動(dòng)及齒廓嚙合特性第四節(jié)漸開(kāi)線齒輪正確嚙合和連續(xù)傳動(dòng)的條件第五節(jié)漸開(kāi)線齒輪輪齒的切削加工第六節(jié)輪齒的失效形式和齒輪材料第七節(jié)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算第八節(jié)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)第九節(jié)直齒錐齒輪傳動(dòng)第十節(jié)齒輪結(jié)構(gòu)一、漸開(kāi)線的形成及性質(zhì)1)發(fā)生線在基圓上滾過(guò)的長(zhǎng)度KN等于基圓上相應(yīng)的弧長(zhǎng)AN2)漸開(kāi)線上不同點(diǎn)處，曲率半徑不同，越接近基圓部分，曲率半徑越小。3)漸開(kāi)線上任一點(diǎn)處的法線必與基圓相切。4）漸開(kāi)線上不同點(diǎn)的壓力角不等，越接近基圓部分，壓力角越小，漸開(kāi)線在基圓上的壓力角等于零。

5)漸開(kāi)線的形狀與基圓半徑有關(guān)

6)基圓內(nèi)無(wú)漸開(kāi)線。返回首頁(yè)二、漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪各部分名稱返回首頁(yè)三、漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪幾何尺寸計(jì)算返回首頁(yè)第四節(jié)漸開(kāi)線齒輪正確嚙合和連續(xù)傳動(dòng)的條件返回本章齒輪傳動(dòng)時(shí),它的每一對(duì)輪齒僅嚙合一段時(shí)間便要分離,而由后一對(duì)輪齒接觸。為了保證一對(duì)輪齒在接觸過(guò)程中瞬時(shí)傳動(dòng)比不變且連續(xù)傳動(dòng),當(dāng)前一對(duì)輪齒脫離嚙合之前,后一對(duì)輪齒應(yīng)在嚙合線的另一點(diǎn)B2接觸。由圖可知,要使前后兩對(duì)輪齒能夠同時(shí)在嚙合線上接觸,則兩齒輪上相鄰兩齒同向齒廓在嚙合線上的距離(稱為法向齒距)必須相等,否則就會(huì)出現(xiàn)兩輪齒廓分離或重疊的情況。一、漸開(kāi)線齒輪正確嚙合的條件二、漸開(kāi)線齒輪連續(xù)傳動(dòng)的條件漸開(kāi)線齒輪正確嚙合的條件下一頁(yè)由漸開(kāi)線的性質(zhì)可知,齒輪的法向齒距pn等于兩輪基圓齒距pb（見(jiàn)證明）,因此,要使兩輪正確嚙合,必須滿足：即由此，一對(duì)齒輪的傳動(dòng)比可表示為漸開(kāi)線齒輪正確嚙合的條件(續(xù))返回本節(jié)一對(duì)正確嚙合的標(biāo)準(zhǔn)齒輪，由于一個(gè)齒輪的分度圓齒厚與另一齒輪的分度圓齒槽寬相等，所以在安裝時(shí)，只有使兩輪的分度圓相切，即分度圓和節(jié)圓重合，才能使齒側(cè)的理論間隙為零。這時(shí)的中心距離a稱為正確安裝的標(biāo)準(zhǔn)中心距，且標(biāo)準(zhǔn)齒輪正確安裝時(shí)，嚙合角在數(shù)值上等于分度圓上的壓力角。即漸開(kāi)線齒輪連續(xù)傳動(dòng)的條件ε為重合度例3-1返回本節(jié)實(shí)際嚙合線段B1B2<=理論嚙合線段N1N2

因此，一對(duì)齒輪連續(xù)傳動(dòng)的條件應(yīng)該是：實(shí)際嚙合線段B1B2的長(zhǎng)度大于或等于齒輪的法向齒距B2K，而B(niǎo)2K=pb，所以齒輪連續(xù)傳動(dòng)的條件為B1B2≥pb，即一般機(jī)械中的齒輪，要求ε

≥1.1~1.4，重合度愈大，表示同時(shí)嚙合的齒的對(duì)數(shù)愈多，傳動(dòng)愈平穩(wěn)。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)，因其重合度恒大于1，故不必驗(yàn)算其重合度。例3-2例3-1一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，齒數(shù)z1=20，傳動(dòng)比i=3.5，模數(shù)m=5mm,求兩齒輪的分度圓直徑、頂圓直徑、根圓直徑、齒距、齒厚及中心距返回例3-2現(xiàn)有一正常齒標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，測(cè)得頂圓直徑da=134.8mm，齒數(shù)z=25，求齒輪的模數(shù)m，分度圓上漸開(kāi)線的曲率半徑ρ及直徑dK=130mm圓周上漸開(kāi)線的壓力角αK。返回仿形法返回本節(jié)仿形法就是刀具的軸剖面形狀和被切齒槽的形狀相同。其刀具有盤狀銑刀和指狀銑刀等，如圖所示。銑完一個(gè)齒槽后，分度頭將齒坯轉(zhuǎn)過(guò)(360/z)°，再銑下一個(gè)齒槽，直到銑出所有的齒槽。優(yōu)點(diǎn)：加工方法簡(jiǎn)單，不需要專門的齒輪加工設(shè)備；應(yīng)用：只適用于修配、單件生產(chǎn)以及加工精度要求不高的齒輪。缺點(diǎn)：加工出的齒形不夠準(zhǔn)確，輪齒的分度不易均勻，生產(chǎn)率低。展成法（范成法）返回本節(jié)展成法是利用輪齒的嚙合原理來(lái)切削輪齒齒廓的。這種方法采用的刀具主要有插齒刀和滾刀，所以有插齒加工和滾齒加工。由于展成法加工精度較高，所以是目前輪齒切削加工的主要方法。（1）插齒加工由于插齒加工是應(yīng)用一對(duì)齒輪的嚙合關(guān)系來(lái)切制齒廓，所以加工出來(lái)的齒形準(zhǔn)確，分度均勻。插齒加工適于加工雙聯(lián)或三聯(lián)齒輪，也可以加工內(nèi)齒輪。但由于有空回行程，是間斷切削，所以生產(chǎn)率不高。用插齒刀加工斜齒輪也不方便。（2）滾齒加工用滾刀加工齒輪本質(zhì)上與用齒條插刀加工齒輪相同，加工精度高，而且滾刀連續(xù)切削，沒(méi)有空回行程，因此生產(chǎn)率高，目前應(yīng)用較廣。應(yīng)用滾刀還可以加工斜齒輪，但不能切削雙聯(lián)或三聯(lián)齒輪，也不能切削內(nèi)齒輪。插齒加工插齒刀實(shí)際上就是一個(gè)在輪齒上磨出前、后角而產(chǎn)生切削刃的齒輪，其模數(shù)和壓力角與被加工齒輪相同，刀具齒頂比傳動(dòng)齒輪高出頂隙c的距離，以保證切制的齒輪在傳動(dòng)時(shí)具有頂隙。加工過(guò)程：1、切削（沿輪坯軸向）；2、進(jìn)刀和讓刀（沿輪坯徑向）；3、范成運(yùn)動(dòng)（模擬齒輪嚙合傳動(dòng)，輪齒齒廓是插齒刀相對(duì)輪坯運(yùn)動(dòng)過(guò)程中切削刃各位置的包絡(luò)線。）返回滾刀返回滾刀的外形類似開(kāi)了縱向溝槽的螺桿，開(kāi)溝槽的目的是為了產(chǎn)生切削刃。滾刀軸平面的齒形與齒條插刀相同。當(dāng)滾刀轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于圖中雙點(diǎn)劃線所示的假想無(wú)限長(zhǎng)的齒條插刀連續(xù)地向一個(gè)方向移動(dòng)，齒輪輪坯相當(dāng)于與齒條插刀作嚙合運(yùn)動(dòng)的齒輪，從而滾刀按照齒輪嚙合原理在齒輪輪坯上連續(xù)切出漸開(kāi)線齒廓。與此同時(shí)，滾刀沿著齒輪輪坯作軸向緩慢移動(dòng)，切出整個(gè)齒寬的齒廓。切齒干涉現(xiàn)象返回本節(jié)如圖所示，用展成法加工齒輪時(shí)，若齒數(shù)過(guò)少，刀具頂線就會(huì)超過(guò)理論嚙合線的上界點(diǎn)N，這時(shí)切削刃將會(huì)切去一部分輪齒根部的漸開(kāi)線齒廓，這種現(xiàn)象稱為切齒干涉。發(fā)生切齒干涉后，齒根失去部分漸開(kāi)線，重合度減小，影響傳動(dòng)平穩(wěn)性；而且由于輪齒根部被削弱，抗彎能力降低，故應(yīng)該設(shè)法避免。不發(fā)生切齒干涉的最小齒數(shù)返回本節(jié)如圖所示為齒條插刀加工標(biāo)準(zhǔn)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)生切齒干涉，刀具的齒頂線不得超過(guò)N點(diǎn)。即

當(dāng)α=20°、ha*=1，

zmin=17。

而

整理后得出變位齒輪的用途與特點(diǎn)返回本節(jié)1、用來(lái)改變不發(fā)生切齒干涉的最少齒數(shù)Zmin1、切制變位齒輪時(shí)所用的刀具與車床不變用途：特點(diǎn)：3、變位齒輪必須成對(duì)設(shè)計(jì)與計(jì)算2、變位齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、壓力角與標(biāo)準(zhǔn)齒輪相同3、提高齒輪傳動(dòng)的性能和承載能力。2、滿足中心距的某種要求第六節(jié)輪齒的失效形式和齒輪材料返回本章齒輪的輪齒是傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的關(guān)鍵部位，也是薄弱環(huán)節(jié)，故齒輪的失效主要發(fā)生在輪齒。輪齒的主要失效形式有以下五種：一、齒輪的失效形式二、齒輪的材料在齒輪設(shè)計(jì)時(shí)中除遵循正確的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則外，提高齒面硬度、降低齒面的表面粗糙度、增大齒根過(guò)渡曲線圓角半徑以及選用粘度較大的潤(rùn)滑油等，均可減少或避免上述失效形式的產(chǎn)生5、齒面塑性變形

4、齒面磨粒磨損3、齒面膠合2、齒面疲勞點(diǎn)蝕1、輪齒折斷1、齒輪的材料的基本要求2、齒輪的常用材料齒面膠合返回本節(jié)在高速重載齒輪傳動(dòng)中,由于輪齒齒面受到很大的壓力,潤(rùn)滑油膜容易破裂；而在低速重載齒輪傳動(dòng)中,齒面潤(rùn)滑油膜不易形成,這些都會(huì)造成輪齒嚙合區(qū)局部相互接觸的齒面發(fā)生高溫粘連或是壓力粘連。同時(shí)齒廓間存在相對(duì)滑動(dòng),致使齒面金屬被撕落下來(lái),在齒面沿滑動(dòng)方向出現(xiàn)條狀傷痕,這種現(xiàn)象稱為膠合。齒面磨粒磨損返回本節(jié)齒輪傳動(dòng)時(shí)，由于兩齒廓間的相對(duì)滑動(dòng)，在載荷作用下齒面會(huì)產(chǎn)生磨損。灰塵、污物、金屬微粒進(jìn)入嚙合齒面間也會(huì)起到磨粒作用，產(chǎn)生磨粒磨損。齒面磨粒磨損使?jié)u開(kāi)線齒廓破壞,齒厚減薄,致使側(cè)隙增大而引起沖擊和振動(dòng)。而且還會(huì)因齒厚減薄使強(qiáng)度降低而導(dǎo)致輪齒折斷。在開(kāi)式傳動(dòng)中，輪齒暴露在外，齒面磨粒磨損是輪齒失效的主要形式。齒面塑性變形返回本節(jié)重載時(shí),在摩擦力作用下,輪齒表層材料將沿著摩擦力方向發(fā)生塑性流動(dòng),導(dǎo)致主動(dòng)齒輪齒面節(jié)線處出現(xiàn)凹坑,從動(dòng)齒輪齒面節(jié)線處出現(xiàn)凸脊,此現(xiàn)象稱為齒面塑性變形,如圖所示。齒輪的材料的基本要求由輪齒的失效形式可知，齒面應(yīng)具有較高的抗疲勞點(diǎn)蝕、耐磨損、抗膠合以及抗塑性流動(dòng)的能力，齒根要有較高的抗折斷能力。因此，齒輪材料應(yīng)具有齒面硬度高、齒芯韌性好的基本性能。此外，還應(yīng)具有良好的加工性能，以便獲得較高的表面質(zhì)量和精度，而且熱處理變形小。返回本節(jié)齒輪的常用材料返回本節(jié)常用的齒輪材料是鍛鋼，其次是鑄鋼和鑄鐵，某些情況下也采用非金屬材料，如尼龍、聚甲醛等。1、鍛鋼2、鑄鋼3、鑄鐵(1)軟齒面齒輪(齒面硬度≤350HBS)(2)硬齒面齒輪(齒面硬度>350HBS)鋼制齒輪的毛坯一般用鍛造方法獲得，鍛鋼金屬內(nèi)部組織細(xì)密。按齒面硬度不同，鍛鋼齒輪可分為兩類：表3-4所列為幾種常用的齒輪材料軟齒面齒輪返回這類齒輪常采用35、45、40Cr、35SiMn等中碳鋼或中碳合金鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)或正火后再進(jìn)行切削精加工。由于小齒輪輪齒的嚙合次數(shù)較大齒輪多，并且在標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)中，小齒輪齒根厚度較小，所以小齒輪的齒面硬度最好比大齒輪齒面硬度高出30~50HBS。這類齒輪制造工藝簡(jiǎn)單，多用于對(duì)強(qiáng)度、硬度和精度沒(méi)有過(guò)高要求的一般機(jī)械中。硬齒面齒輪這類齒輪常采用20Cr、20CrMnTi等低碳合金鋼表面滲碳淬火，或45、40Cr等中碳鋼、中碳合金鋼表面淬火，齒面硬度通常為40~65HRC，而齒芯韌性較好。因?yàn)辇X面硬度高，所以要在切齒加工后再進(jìn)行最終熱處理。為了消除熱處理引起的輪齒變形，還需對(duì)輪齒進(jìn)行磨削或研磨。這類齒輪制造工藝復(fù)雜，多用于高速、重載、要求尺寸和質(zhì)量較小的機(jī)械中，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)床、汽車及拖拉機(jī)等。返回鑄鋼返回當(dāng)齒輪