機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 課件 06-5 6 7齒輪傳動(dòng)

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》主編：胡孟謙張曉娜

機(jī)械工業(yè)出版社課程內(nèi)容第一章機(jī)械設(shè)計(jì)概論第二章平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖第三章平面連桿機(jī)構(gòu)第四章凸輪機(jī)構(gòu)第五章其他常用機(jī)構(gòu)第六章齒輪傳動(dòng)第七章蝸桿傳動(dòng)第八章輪系第九章帶傳動(dòng)與鏈傳動(dòng)第十章聯(lián)接第十一章軸第十二章軸承第十三章聯(lián)軸器離合器制動(dòng)器第十四章機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)第六章齒輪傳動(dòng)第五節(jié)漸開(kāi)線齒輪的加工方法第六節(jié)根切，最少齒數(shù)及變位齒輪第七節(jié)齒輪的實(shí)效形式，材料和設(shè)計(jì)選擇齒輪的加工方法很多，如鑄造法、模鍛法、熱軋法、粉末冶金法和切制法等，其中切制法最常用。按加工原理不同，切制法包括仿形法和展成法。6-5漸開(kāi)線齒輪的加工方法一、仿形法1.仿形法仿形法是在銑床上使用與被加工齒輪齒廓形狀相同的成形銑刀進(jìn)行銑削加工的方法。常用的成形銑刀有盤(pán)形銑刀和指狀銑刀。仿形法加工方法簡(jiǎn)單，不需專用機(jī)床；但加工精度低，生產(chǎn)率低，因此，該方法適用于齒輪修配及大模數(shù)齒輪單件生產(chǎn)。圖6-15盤(pán)形銑刀加工齒輪圖6-16指狀銑刀加工齒輪6-5漸開(kāi)線齒輪的加工方法二、展成法展成法是利用一對(duì)齒輪無(wú)側(cè)隙嚙合時(shí)兩輪的齒廓互為包絡(luò)線的原理加工齒輪。加工時(shí)刀具與齒坯的運(yùn)動(dòng)就像一對(duì)互相嚙合的齒輪，最后刀具將齒坯切出漸開(kāi)線齒廓。展成法加工包括插齒和滾齒兩種加工方法。插齒所用刀有齒輪插刀和齒條插刀。1.齒輪插刀加工a）插齒運(yùn)動(dòng)

b）插齒齒形形成原理c）斜齒輪插齒加工d）插齒機(jī)示意圖圖6-17齒輪插刀插齒加工6-5漸開(kāi)線齒輪的加工方法2.齒條插刀加工插齒的特點(diǎn)是所需刀具數(shù)量少，用一把插刀可加工出模數(shù)、壓力角相同的所有齒數(shù)的齒輪。加工精度高，但由于含退刀過(guò)程，屬間斷切削，生產(chǎn)率較低，且必須在專用設(shè)備上加工。圖6-18齒條插刀插齒加工6-5漸開(kāi)線齒輪的加工方法3.齒輪滾刀加工齒輪滾刀加工所需刀具數(shù)量少，用一把滾刀可加工出模數(shù)、壓力角相同的所有齒數(shù)的齒輪，加工精度高，可連續(xù)切削加工，生產(chǎn)率高，適于批量生產(chǎn)，但需要在專用設(shè)備上切削加工。a）齒輪滾刀切齒b）范成過(guò)程1-滾刀

2-被加工輪坯6-5漸開(kāi)線齒輪的加工方法一、根切現(xiàn)象和原因根切——用展成法加工齒輪時(shí)，如果齒輪的齒數(shù)太少，則齒輪坯的漸開(kāi)線齒廓根部會(huì)被刀具的頂部過(guò)多地切削掉，這種現(xiàn)象稱為根切。輪齒根切現(xiàn)象輪齒根切的原因6-6根切、最少齒數(shù)及變位齒輪一、根切現(xiàn)象和原因輪齒被根切后抗彎強(qiáng)度降低，承載能力降低，使輪齒的嚙合過(guò)程縮短，重合度下降，傳動(dòng)平穩(wěn)性變差。因此，應(yīng)避免發(fā)生根切。變位齒輪加工加工后的齒形6-6根切、最少齒數(shù)及變位齒輪二、避免根切的措施1.齒數(shù)z越小，越容易發(fā)生根切。因此，齒輪不發(fā)生根切的最小齒數(shù)為2.不發(fā)生跟切的最少齒數(shù)標(biāo)準(zhǔn)齒輪正常齒的最少齒數(shù)為17短齒制的最少齒數(shù)為14最少齒數(shù)的確定6-6根切、最少齒數(shù)及變位齒輪三、變位齒輪1.變位齒輪的作用承載能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)緊湊；可制成齒數(shù)少于最小齒數(shù)且不產(chǎn)生根切的齒輪可實(shí)現(xiàn)非標(biāo)準(zhǔn)中心距的無(wú)側(cè)隙傳動(dòng)可調(diào)整嚙合區(qū)域，使兩輪齒根部最大滑動(dòng)速度接近，改善磨損狀況可使大小齒輪的齒厚得到調(diào)整，從而使大小齒輪的強(qiáng)度接近，改善了齒輪傳動(dòng)性能。6-6根切、最少齒數(shù)及變位齒輪三、變位齒輪2.變位齒輪的概念將刀具遠(yuǎn)離輪坯中心O1外移至實(shí)線位置，刀具齒頂線與嚙合線交點(diǎn)B'2與N1重合，或在N1以下，加工出的齒輪均不發(fā)生根切，這種通過(guò)改變刀具位置加工出來(lái)的齒輪，稱為變位齒輪。6-6根切、最少齒數(shù)及變位齒輪三、變位齒輪2.變位齒輪的概念切削變位齒輪時(shí)，刀具由切削標(biāo)準(zhǔn)齒輪位置移動(dòng)的距離xm稱為變位量，x稱為變位系數(shù)。刀具由輪壞中心外移，x取正值，相應(yīng)加工出的齒輪稱為正變位齒輪；刀具內(nèi)移，x取負(fù)值，相應(yīng)加工出的齒輪稱為負(fù)變位齒輪。6-6根切、最少齒數(shù)及變位齒輪三、變位齒輪3.變位齒輪的特點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)齒輪相比，正變位齒輪有以下特點(diǎn)：（1）正變位齒輪分度圓齒厚增大，齒槽寬減小，齒頂厚減小，齒頂變尖，負(fù)變位齒輪變化情況與正變位齒輪相反。（2）刀具齒頂線外移，齒頂線與嚙合線的交點(diǎn)也外移，利用這一特點(diǎn)可避免根切。（3）可通過(guò)改變變位量的大小調(diào)整中心距，在實(shí)際中心距a'不等于標(biāo)準(zhǔn)中心距a的情況下，仍能實(shí)現(xiàn)正確嚙合，但變位系數(shù)不是標(biāo)準(zhǔn)值，（4）變位齒輪必須配對(duì)生產(chǎn)和使用，其通用性不如標(biāo)準(zhǔn)齒輪。6-6根切、最少齒數(shù)及變位齒輪一、輪齒的失效形式

6-7齒輪的失效形式、材料和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則輪齒折斷齒面磨損齒面點(diǎn)蝕齒面膠合齒面塑性變形1.輪齒折斷

a）b）c）

輪齒折斷一般發(fā)生在齒根。輪齒折斷是危害最大的一種失效形式。預(yù)防措施：一般可通過(guò)提高材料的彎曲疲勞強(qiáng)度和輪齒芯部的韌性，加大齒根圓角半徑，增大模式和齒寬等措施，提高輪齒的抗折斷能力。6-7齒輪的失效形式、材料和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則2.齒面點(diǎn)蝕齒面受到的接觸應(yīng)力超過(guò)輪齒材料的接觸疲勞極限時(shí)，齒面產(chǎn)生裂紋，裂紋擴(kuò)展致使表層金屬微粒脫落，形成一些淺坑，這種現(xiàn)象稱為齒面點(diǎn)蝕

a）b）圖6-25齒面點(diǎn)蝕預(yù)防措施：采用提高齒面硬度，降低表面粗糙度，增大潤(rùn)滑油粘度，使用正變?yōu)辇X輪傳動(dòng)6-7齒輪的失效形式、材料和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則3.齒面磨損金屬微粒、砂粒、灰塵等硬質(zhì)磨粒進(jìn)入輪齒間時(shí)引起的磨損被稱為齒面磨損。

a）b）

齒面磨損預(yù)防措施：注意閉式齒輪傳動(dòng)中潤(rùn)滑油的更換和清潔6-7齒輪的失效形式、材料和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則4.齒面膠合齒面膠合：輪齒在相互接觸的齒面發(fā)生高溫粘連或是壓力粘連。在脫離嚙合時(shí)，齒面金屬被撕下而出現(xiàn)條狀傷痕。

a）b）

齒面膠合6-7齒輪的失效形式、材料和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則5.齒面塑性變形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、從動(dòng)齒輪齒面出現(xiàn)凹坑和凸脊被稱為齒面塑性形變。

a）b）齒面塑性變形6-7齒輪的失效形式、材料和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則二、齒輪材料和熱處理輪齒表面有足夠的硬度，以增強(qiáng)它的抗點(diǎn)蝕、抗磨損、抗膠合和抗塑性變形的能力；輪芯部應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和韌性，以抵抗齒根折斷和沖擊載荷；材料應(yīng)具有良好的可加工性和熱處理性能。1.齒輪的材料的基本要求6-7齒輪的失效形式、材料和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則2.齒輪的材料與熱處理齒輪材料優(yōu)選順序：

1優(yōu)質(zhì)碳素鋼，2合金結(jié)構(gòu)鋼，3鑄鋼和鑄鐵，4有色金屬和工程塑料。選用原則尺寸較小、普通用途齒輪：圓軋鋼毛坯，一般用途的齒輪：鍛鋼毛坯；形狀復(fù)雜、直徑較大和不易鍛造的齒輪：采用鑄鋼或球墨鑄鐵材料；傳遞功率不大、低速、無(wú)沖擊及開(kāi)式齒輪傳動(dòng)中的齒輪：灰鑄鐵6-7齒輪的失效形式、材料和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則常用齒輪材料及其力學(xué)性能6-7齒輪的失效形式、材料和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則齒面不同硬度的應(yīng)用場(chǎng)合：根據(jù)熱處理后硬度的不同，齒輪可分為軟齒面（≤350HBW）和硬齒面（>350HBW）一般要求的齒輪傳動(dòng)：采用軟齒面。小齒輪齒面硬度比大齒輪齒面硬度高出30~50HBW。對(duì)于高速、重載、或重要的齒輪傳動(dòng)：采用硬齒面齒輪組合，齒面硬度可大致相同。6-7齒輪的失效形式、材料和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（1）軟齒面齒輪對(duì)于軟齒面齒輪，常用的齒輪材料有35、45、35SiMn、40Cr等，其熱處理方法為調(diào)質(zhì)或正火處理。調(diào)質(zhì)后材料的加工及綜合性能良好，齒輪加工后的精度一般可達(dá)8級(jí)，精加工可達(dá)7級(jí)。正火處理可以改善材料的力學(xué)性能和切削性能，齒面硬度一般為150~200HBW。6-7齒輪的失效形式、材料和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（2）硬齒面齒輪對(duì)于硬齒面齒輪，通常是在調(diào)質(zhì)后進(jìn)行切齒加工，然后進(jìn)行表面硬化處理。有的齒輪在硬化處理后還要進(jìn)行精加工（如磨齒、剃齒等），故調(diào)質(zhì)后的切齒應(yīng)留有適當(dāng)?shù)募庸び嗔?。硬齒面主要用于高速、重載或要求尺寸緊湊的重要傳動(dòng)中6-7齒輪的失效形式、材料和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則三、齒輪傳動(dòng)的精度及其選擇精度等級(jí)圓周速度v/（m/s）應(yīng)用舉例直齒圓柱齒輪斜齒圓柱輪直齒錐齒輪6≤15≤30≤9高速重載的齒輪傳動(dòng)，如機(jī)床、汽車和飛機(jī)中的重要齒輪，