0第五章齿轮传动.ppt
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1、第五章 齿轮传动,本章概述,齿轮机构是机械工业中应用最为普遍的机构装置。本章介绍齿轮传动的类型和特点,分析渐开线齿轮传动特性,重点介绍渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数、几何尺寸计算、设计计算准则、受力分析及强度计算,对变位齿轮、斜齿轮、圆锥齿轮、蜗杆传动作简要介绍。,第五章 齿轮传动,5.1 齿轮传动的特点和基本类型 5.2 渐开线标准直齿圆柱齿轮 5.3 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动 5.4 渐开线齿轮的加工方法 5.5 渐开线齿廓的根切现象与变位齿轮的概念 5.6 齿轮常见的失效形式及常用材料 5.7 渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 5.8 斜齿圆柱齿轮传动 5.9 直齿圆锥齿轮传动
2、 5.10 齿轮的结构设计 5.11 齿轮传动的润滑和效率 5.12 蜗杆传动,5.1 齿轮传动的特点和基本类型,5.1 齿轮传动的特点和基本类型,传动动力大,效率高,寿命长,工作平稳,可靠性高,能保证恒定的传动比,能传递任意夹角两轴间的运动,制造、安装精度要求较高,因而成本也较高,不宜作轴间距离过大的传动,齿轮是机械产品的重要零件。齿轮传动是传递机器动力和运动的一种主要形式。它与带传动、链传动相比,具有功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、安全可靠等特点,因此它已成为许多机械产品不可缺少的传动部件。,齿轮传动用来传递任意两轴之间的运动和动力,其圆周速度可达300m/s,传递功率可达
3、100000kW,齿轮直径可从1mm到150m以上,是现代机械中应用最广泛的一种机械传动,一、齿轮传动的特点,5.1 齿轮传动的特点和基本类型,二、齿轮传动的类型(按照齿轮间轴线位置、齿向和啮合情况):,5.1 齿轮传动的特点和基本类型,齿轮传动的类型,5.1 齿轮传动的特点和基本类型,按照轮齿齿廓曲线的不同又可分为渐开线齿轮、圆弧齿轮、摆线齿轮等。本章主要讨论制造、安装方便、应用最广的渐开线齿轮。 按照工作条件的不同,齿轮传动又可分为开式齿轮传动和闭式齿轮传动。前者轮齿外露,灰尘易于落在齿面,后者轮齿封闭在箱体内。,5.2 渐开线直齿齿轮,5.2 渐开线直齿齿轮,一、渐开线的形成及其特性,观
4、看渐开线生成动画,5.2 渐开线直齿齿轮,渐开线的特性,(1)发生线在基圆上滚过的长度等于基圆上被滚过的弧长,即NK=NA ;(动画),(2)因为发生线在基圆上作纯滚动,所以它与基圆的切点N就是渐开线上K点的瞬时速度中心,发生线NK就是渐开线在K点的法线,同时它也是基圆在N点的切线; (动画),(3)切点N是渐开线上K点的曲率中心,NK是渐开线上K点的曲率半径。离基圆越近,曲率半径越小;(动画),(4)渐开线的形状取决于基圆的大小。基圆越大,渐开线越平直,当基圆半径无穷大时,渐开线为直线。(动画),5.2 渐开线直齿齿轮,二、渐开线直齿圆柱齿轮各部分的名称和符号,5.2 渐开线直齿齿轮,三、渐
5、开线直齿圆柱齿轮基本参数,5.2 渐开线直齿齿轮,5.2 渐开线直齿齿轮,齿轮尺寸和模数的关系,5.2 渐开线直齿齿轮,四、标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算公式,5.3 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,5.3 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,1. 传动比恒定(点击查看动画演示),一、 渐开线齿轮的啮合特性,不论在何处啮合,过啮合点所作两齿廓公法线均为N1N2,并与连心线O1O2交于固定的节点C。因此,一对渐开线齿廓啮合传动的瞬时传动比恒定,即,以轮心O1O2 为圆心,过节点C所作 的圆称为节圆。,5.3 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,2.中心距可分性(点击查看动画演示),由于一对渐开线齿廓啮合传动时,
6、其传动比为两基圆半径的反比,而与中心距无关,即使由于制造、安装等原因,使两轮的实际中心距a与设计中心距略有偏差,也不会影响两轮的传动比。这是因为已制好的两齿轮基圆不会改变。 渐开线齿轮的中心距稍有变动时仍能保持传动比不变的特性,称为中心距可分性。 可分性对渐开线齿轮的加工和装配是十分有利的。,5.3 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,3.啮合间作用方向不变,由于啮合线N1N2的长度和方位是不变的定线,啮合角为定角。在不考虑齿廓间的摩擦力时,齿廓间作用的压力方向沿着法线方向,也就是啮合线方向。 一对轮齿在整个啮合过程中,轮齿齿廓的正压力方向始终不变,传力性能好,传动平稳。,5.3 渐开线直齿圆柱齿轮
7、的啮合传动,二、正确啮合条件,即啮合条件为:两轮的模数和压力角必须分别相等。,两齿轮的正确啮合条件为,5.3 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,三、连续传动的条件,为了保证齿轮能连续平稳的传动,则要求前一对轮齿到达啮合终点B1即将脱离啮合时,后一对轮齿的啮合点已经提前进入实际啮合线区域内或刚好到达啮合起始点B2。因此,齿轮连续传动的条件为 重合度 表示实际啮合线区间上相啮合的轮齿的对数。重合度 愈大,说明同时参加啮合的对数愈多,传动愈平稳。,5.3 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,啮合及重合度的概念演示,5.3 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,四、标准中心距,径向方向上留有间隙c,外啮合传动标准中心距
8、,齿轮的传动比可以进一步表示为,5.3 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,5.4 渐开线齿轮的加工方法,5.4 渐开线齿轮的加工方法,一、仿形法 动画演示,5.4 渐开线齿轮的加工方法,二、范成法,原理,利用一对齿轮无侧隙啮合时两轮的齿廓互为包络线的原理加工齿轮。,常用的刀具,齿轮插刀,齿条插刀,滚刀,展成法加工的基本要求,用展成法加工齿轮时,只要刀具与被加工齿轮的模数和压力角相同,不管被加工齿轮的齿数是多少,都可以用同一把刀具来加工。,(动画演示工作原理),5.5 渐开线齿廓的根切现象与变位齿轮的概念,5.5 渐开线齿廓的根切现象与变位齿轮的概念,一、渐开线齿廓的根切问题,用展成法加工齿轮时,若
9、刀具的齿顶线(或齿顶圆)超过理论啮合线极限点N时,被加工齿轮齿根附近的渐开线齿廓将被切去一部分,这种现象称为根切。,5.5 渐开线齿廓的根切现象与变位齿轮的概念,轮齿的根切大大削弱了轮齿的弯曲强度,降低齿轮传动的平稳性和重合度,因此应力求避免。 为了避免根切,也可以采用变位齿轮。,5.5 渐开线齿廓的根切现象与变位齿轮的概念,标准齿轮的局限性,受根切限制,齿数不得少于17,使传动结构不够紧凑;,不适用于安装中心距a不等于标准中心距a的场合;,一对标准齿轮传动时,小齿轮的齿根厚度小而啮合次数又较多,故小齿轮的强度较低,齿根部分磨损也较严重,因此小齿轮容易损坏,同时也限制了大齿轮的承载能力。,二、
10、变位齿轮的概念,5.5 渐开线齿廓的根切现象与变位齿轮的概念,变位齿轮的概念,5.6 齿轮常见的失效形式及常用材料,5.6 齿轮常见的失效形式及常用材料,一、齿轮的失效形式,5.6 齿轮常见的失效形式及常用材料,齿轮材料的基本要求:,齿轮的齿体应有较高的抗折断能力,齿面应有较强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力,即要求:齿面硬、芯部韧、加工工艺性能及热处理性能良好。,齿轮材料选用的基本原则:,5.6 齿轮常见的失效形式及常用材料,1.锻钢 锻钢具有强度高、韧性好、便于制造等特点,还可以通过各种热处理的方法改善其力学性能。所以,重要的齿轮都采用锻钢。按齿面硬度和制造工艺的不同,可把锻钢齿轮分为两
11、类:,(1)软齿面齿轮(齿面硬度350HBS),由于小齿轮比大齿轮速度高,啮合次数多,故寿命较短,为使大、小齿轮的寿命接近,应使小齿轮的齿面硬度比大齿轮高2550HBS。这类齿轮的常用材料为45、40Cr、35SiMn、38SiMnMo等中碳钢和中碳合金钢。,这类齿轮是热处理(调质或正火)以后进行切齿,齿面硬度通常为160 286HBS。因齿面硬度低,故承载能力较低。但因制造工艺简单、成本低而广泛用于对尺寸及重量没有严格限制的一般机械中。,二、齿轮的常用材料,5.6 齿轮常见的失效形式及常用材料,(2) 硬齿面齿轮(齿面硬度350HBS),这类齿轮通常是在半精加工后进行热处理的,常用的热处理方
12、法有淬火、表面淬火等。齿面硬度通常为40 62HRC。热处理后齿面有变形,可采用研磨、磨削等精加工方法加以消除。这类齿轮齿面硬度高,承载能力高,耐磨性好,适用于对尺寸和重量有限制的重要机械中。常用材料为20Cr、20CrMnTi(表面渗碳淬火)及45、35SiMn、40Cr(表面淬火或整体淬火)等。,2.铸钢,3.铸铁,当齿轮较大(d 400600mm)或结构形状复杂而轮坯不宜锻造时,可采用铸钢齿轮。,铸铁齿轮的抗弯强度和耐冲击性均较差,常用于低速和受力不大的齿轮传动中。通常用灰铸铁,有时也用球墨铸铁代替铸钢。,5.6 齿轮常见的失效形式及常用材料,表5-3 齿轮常用材料及机械性能,5.7 渐
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