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齿轮传动齿轮传动徐水区职教中心 机械加工技术专业2016.12一、齿轮传动特点一、齿轮传动特点 齿轮传动是应用最广泛的传动机构之一。齿轮齿轮传动是应用最广泛的传动机构之一。齿轮传动的优缺点如下：传动的优缺点如下：优点优点：1、传递动力大，效率高。、传递动力大，效率高。2、寿命长，工作平稳，可靠性高。、寿命长，工作平稳，可靠性高。3、能保证恒定的传动比，能传递任意夹角、能保证恒定的传动比，能传递任意夹角 两轴间的运动。两轴间的运动。缺点缺点：1、制造、安装精度要求高，因而成本也较高。、制造、安装精度要求高，因而成本也较高。2、不宜作轴间距离过大的传动。、不宜作轴间距离过大的传动。二、齿轮传动的类型二、齿轮传动的类型 1、按两轮轴几何特性可分为：、按两轮轴几何特性可分为：圆柱圆柱齿轮传动齿轮传动:两轴线相互平行。两轴线相互平行。圆锥圆锥齿轮传动齿轮传动:两轴线相交。两轴线相交。螺旋螺旋齿轮传动齿轮传动:两轴线交错在空间既不平行也两轴线交错在空间既不平行也不相交。不相交。二、齿轮传动的类型二、齿轮传动的类型2、按轮齿形状可分为、按轮齿形状可分为:直齿圆柱齿轮传动直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动人字齿圆柱齿传动人字齿圆柱齿传动斜齿齿轮传动斜齿齿轮传动人字齿轮传动人字齿轮传动直齿齿轮传动直齿齿轮传动外啮合齿轮传动外啮合齿轮传动内啮合齿轮传动内啮合齿轮传动齿轮齿条传动齿轮齿条传动2、按齿轮啮合形式可分为、按齿轮啮合形式可分为:外啮合齿轮传动外啮合齿轮传动内啮合齿轮传动内啮合齿轮传动齿轮齿条传动齿轮齿条传动齿齿轮轮传传动动平行轴间齿轮传动平行轴间齿轮传动相交轴间齿轮传动相交轴间齿轮传动交错轴间齿轮传动交错轴间齿轮传动直齿外啮合直齿外啮合内啮合内啮合齿轮齿条齿轮齿条斜齿斜齿人字齿人字齿直齿直齿斜齿斜齿曲齿曲齿弧齿轮传动弧齿轮传动准双曲面锥齿轮传动准双曲面锥齿轮传动多齿轮传动机构（一一）渐开线的形成与渐开线齿廓渐开线的形成与渐开线齿廓1、渐开线的形成、渐开线的形成 当一条动直线（发生线），沿着一个固定的圆（基圆）作纯滚纯滚动动时，动直线上任意一点K的轨迹称为该圆的渐开线。三、渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称和基本尺寸2 2、渐开线的性质渐开线的性质（1 1）发生线沿基圆滚过的线段长度等于基圆上被滚过的相应弧长。）发生线沿基圆滚过的线段长度等于基圆上被滚过的相应弧长。（2 2）渐开线上任意一点法线必然与基圆相切。换言之，）渐开线上任意一点法线必然与基圆相切。换言之，基圆的切线必为渐开线上某点的法线。基圆的切线必为渐开线上某点的法线。（3 3）渐开线齿廓上某点的法线与该点的速度方向所夹的）渐开线齿廓上某点的法线与该点的速度方向所夹的锐角称为该点的压力角。锐角称为该点的压力角。（4 4）渐开线的形状只取决于基圆大小。）渐开线的形状只取决于基圆大小。（5 5）基圆内无渐开线。）基圆内无渐开线。（二）直齿圆柱齿轮各部分的名称及符号（二）直齿圆柱齿轮各部分的名称及符号齿顶圆：齿顶圆：过齿轮各过齿轮各轮齿顶端轮齿顶端的圆，其的圆，其直径用直径用da表示。表示。齿根圆：齿根圆：过齿轮各过齿轮各齿槽底部齿槽底部的圆，其的圆，其直径用直径用 df 表示。表示。齿厚：齿厚：在在任意圆周任意圆周上轮齿两上轮齿两侧间的弧侧间的弧长，用长，用 s表示。表示。齿宽：齿宽：沿沿齿轮轴线齿轮轴线量得齿轮量得齿轮的宽度用的宽度用 b 表示。表示。齿槽宽：齿槽宽：在任意圆周上相邻两齿空间部分的弧长，用在任意圆周上相邻两齿空间部分的弧长，用 e表示。表示。分度圆：分度圆：对标准齿轮来对标准齿轮来说，齿厚与齿说，齿厚与齿槽宽相等的那槽宽相等的那个圆称为分度个圆称为分度圆，直径用圆，直径用d 表示。分度圆表示。分度圆上的齿厚和齿上的齿厚和齿槽宽分别用槽宽分别用s和和 e表示，即表示，即se。周节或齿距：周节或齿距：相邻两齿在分度圆上对应点间的弧长，相邻两齿在分度圆上对应点间的弧长，用用 p 表示，表示，pse。（三）直齿圆柱齿轮的基本参数（三）直齿圆柱齿轮的基本参数 决定齿轮尺寸和齿形的基本参数有决定齿轮尺寸和齿形的基本参数有5个：个：齿轮的模数齿轮的模数 m 压力角压力角a a 齿数齿数 z 齿顶高系数齿顶高系数ha*顶隙系数顶隙系数c*以上以上5个参数，除齿数个参数，除齿数 z外均已标准化了。外均已标准化了。1.模数模数m 分度圆上的周节分度圆上的周节 p对对 p p 的的值称为模数，用值称为模数，用m（mm）表示，即：表示，即：m=p/p p 模数模数是齿轮几何尺寸计算是齿轮几何尺寸计算的基础。显然，的基础。显然，m越大，则越大，则 p越大，轮齿就越大，轮齿越大，轮齿就越大，轮齿的抗弯曲能力也越高。的抗弯曲能力也越高。我国已规定了标准模数系列。我国已规定了标准模数系列。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 2压力角压力角a a 我国标准规定分度圆上齿廊的我国标准规定分度圆上齿廊的压力角压力角a a20。以后凡。以后凡是不加指明，压力角都是指分度圆上的标准压力角是不加指明，压力角都是指分度圆上的标准压力角a a。渐开线上某点的法线渐开线上某点的法线（压力方向线）与该点（压力方向线）与该点速度方向所夹的锐角速度方向所夹的锐角aK称为该点的压力角。称为该点的压力角。当一根直线当一根直线BK在一圆在一圆周上作纯滚动时（如右周上作纯滚动时（如右图所示）此直线上任意图所示）此直线上任意一点一点K的轨迹的轨迹AK称为称为该圆的渐开线。该圆的渐开线。3齿顶高系数齿顶高系数ha*和顶隙系数和顶隙系数c*齿顶高：分度圆到齿顶的距离。齿顶高：分度圆到齿顶的距离。ha=haha=ha*m m式中：式中：haha*为齿顶高系数为齿顶高系数顶隙：顶隙：当齿轮啮合时，一个齿轮的当齿轮啮合时，一个齿轮的齿顶圆与配对齿轮的齿根圆的径向齿顶圆与配对齿轮的齿根圆的径向距离，用距离，用 c c 表示，表示，c=hf-hac=hf-ha。c c的存在可避免一个轮的齿顶与另的存在可避免一个轮的齿顶与另一轮的齿底相碰并可储存润滑油。一轮的齿底相碰并可储存润滑油。如果用模数来表示，则齿顶高和齿如果用模数来表示，则齿顶高和齿根高可分别写为：根高可分别写为：标准值：标准值：ha*ha*=1=1，c*c*=0.25=0.25非标准短齿：非标准短齿：ha*ha*=0.8=0.8，c*c*=0.3=0.3（四）标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸关系（四）标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸关系 模数、压力角、齿顶高系数模数、压力角、齿顶高系数及及顶隙系数顶隙系数均取标准值，均取标准值，分度圆上齿厚与齿槽宽相等的齿轮称为标准齿轮。分度圆上齿厚与齿槽宽相等的齿轮称为标准齿轮。因此，对于标准齿轮有：因此，对于标准齿轮有：sep/2=mp p/2 分度圆直径分度圆直径d d、齿顶圆直径、齿顶圆直径d da a 和齿根圆直径和齿根圆直径d df f的计算的计算式为：式为：d=zmda=d+2ha=2ha*+zdf=d-2hf=(z-2ha*-2c*)m 正确啮合正确啮合条件条件一对渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是：一对渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是：两轮的模数相等，两轮的压力角相等。两轮的模数相等，两轮的压力角相等。四、直齿圆柱齿轮的传动比四、直齿圆柱齿轮的传动比 齿轮传动是由主动轮与从动轮组成的齿轮齿轮传动是由主动轮与从动轮组成的齿轮副来传递运动和动力的传动装置。其传动比为：副来传递运动和动力的传动装置。其传动比为：一对齿轮的传动比不宜过大，否则，会使齿一对齿轮的传动比不宜过大，否则，会使齿轮结构尺寸过大，不利于制造和安装。通常一轮结构尺寸过大，不利于制造和安装。通常一对圆柱齿轮的传动比对圆柱齿轮的传动比i12=58五、五、齿轮轮齿的加工方法齿轮轮齿的加工方法1.1.仿形法仿形法 仿形法是在普通铣床上用轴向剖面形状与被切齿轮齿槽形仿形法是在普通铣床上用轴向剖面形状与被切齿轮齿槽形状完全相同的铣刀切制齿轮的方法，如图所示。铣完一个齿状完全相同的铣刀切制齿轮的方法，如图所示。铣完一个齿槽后，分度头将齿坯转过槽后，分度头将齿坯转过3603600 0/z/z，再铣下一个齿槽，直到铣，再铣下一个齿槽，直到铣出所有的齿槽。出所有的齿槽。优点：方法简单。优点：方法简单。缺点：精度差，生产效率低，操作间断缺点：精度差，生产效率低，操作间断。2.2.范成法范成法 是是利用轮齿啮合时齿廓曲线互为包络线的原利用轮齿啮合时齿廓曲线互为包络线的原理来加工齿廓，其中一个齿轮（或齿条）作为刀理来加工齿廓，其中一个齿轮（或齿条）作为刀具，另一个齿轮则为被切齿轮毛坯，刀具相对于具，另一个齿轮则为被切齿轮毛坯，刀具相对于被切齿轮毛坯运动时，刀具齿廓即可切出被加工被切齿轮毛坯运动时，刀具齿廓即可切出被加工齿轮的齿廓。齿轮的齿廓。刀具：刀具：齿轮插刀、齿条插刀和齿轮滚刀齿轮插刀、齿条插刀和齿轮滚刀。（1）齿轮插刀齿轮插刀切制方法：轮坯与刀具按一切制方法：轮坯与刀具按一定的传动比作啮合运动，同定的传动比作啮合运动，同时刀具沿轴时刀具沿轴线上下运动以切线上下运动以切出齿宽。出齿宽。（2）齿条插刀齿条插刀加工方法：相当于齿轮与齿条的加工方法：相当于齿轮与齿条的啮合，啮合，与齿轮插刀的加工方法与齿轮插刀的加工方法相同相同。（3）齿轮滚刀齿轮滚刀刀具形状：外形象螺刀具形状：外形象螺旋，其轴剖面为一个旋，其轴剖面为一个齿条刀具齿条刀具。滚刀转动时相当于齿条滚刀转动时相当于齿条在移动。可实现连续加在移动。可实现连续加工，生产率高。工，生产率高。六、齿轮的失效形式 失效的形式有5种：轮齿折断、齿面疲劳点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形。但以折断和齿面点蚀为常见。1、轮齿折断 如图2、齿面疲劳点蚀 3、齿面胶合 4、齿面磨损 5、齿面塑性变形 七、齿轮的材料七、齿轮的材料（一）齿轮材料的基本要求（一）齿轮材料的基本要求(1)齿面应有足够的硬度，以抵抗齿面磨损、点蚀、胶合以及塑性变形等；(2)齿芯应有足够的强度和较好的韧性，以抵抗齿根折断和冲击载荷：(3)应有良好的加工工艺性能及热处理性能使之便于加工且便于提高其力学性能。（二）齿轮的常用材料（二）齿轮的常用材料1锻钢锻钢 锻钢经锻造后，改善了内部纤维组织，提高了强度，韧性好，并通过热处理可改善其他机械性能。大多数齿轮都用锻钢制造。2铸钢铸钢当齿轮的尺寸较大(大于400一600mm)而不便于锻造时可用铸造方法制成铸钢齿坯，再进行正火处理以细化晶粒。3铸铁铸铁低速、轻载场合的齿轮可以制成铸铁齿坯。当尺寸大于500mmm时可制成大齿圈，或制成轮辐式齿轮。4.非金属材料非金属材料适用于高速轻载、精度要求不高的场合。蜗杆传动 蜗杆传动是由蜗杆传动是由蜗杆蜗杆和和蜗轮蜗轮组成的，用于传递空间组成的，用于传递空间交错两轴之间的运动和动力。交错角一般为交错两轴之间的运动和动力。交错角一般为90。传动。传动中一般中一般蜗杆是主动件蜗杆是主动件，蜗轮是从动件。，蜗轮是从动件。一、蜗杆传动的特点一、蜗杆传动的特点：1传动比大，一般传动比大，一般i=1080，最大可达，最大可达1000；2重合度大，传动平稳，噪声低；重合度大，传动平稳，噪声低；3结构紧凑，可实现反行程自锁；结构紧凑，可实现反行程自锁；4蜗杆传动的主要缺点蜗杆传动的主要缺点齿面的相对滑动速度大，效率低；齿面的相对滑动速度大，效率低；5.蜗轮的造价较高。蜗轮的造价较高。主要用于中小功率，间断工作的场合。主要用于中小功率，间断工作的场合。广泛用于机床、冶金、矿山及起重设备中。广泛用于机床、冶金、矿山及起重设备中。二、蜗杆传动的类型圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动锥蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）蜗杆）渐开线蜗杆渐开线蜗杆（ZI蜗杆）蜗杆）法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）蜗杆）蜗杆的外形是圆弧回转面，同时啮合的齿数多，传动平稳；蜗杆的外形是圆弧回转面，同时啮合的齿数多，传动平稳；齿面利于润滑油膜形成，传动效率较高；齿面利于润滑油膜形成，传动效率较高；重合度大；承载能力和效率较高。重合度大；承载能力和效率较高。蜗杆分左旋和右旋蜗杆分左旋和右旋蜗杆还有单头和多头之分蜗杆还有单头和多头之分左左旋旋右右旋旋三、蜗杆传动的常用材料三、蜗杆传动的常用材料蜗杆蜗杆的常用材料为的常用材料为碳钢和合金钢碳钢和合金钢。高速重载的蜗杆常用。高速重载的蜗杆常用15Cr、20Cr渗碳淬火，或渗碳淬火，或45钢、钢、40Cr淬火。低速中轻载的淬火。低速中轻载的蜗杆可用蜗杆可用45钢调质。精度要求高的蜗杆需经磨削。钢调质。精度要求高的蜗杆需经磨削。锡青铜：锡青铜：铝青铜铝青铜：灰铸铁灰铸铁：蜗轮蜗轮常用材料有常用材料有：适用于齿面滑动速度适用于齿面滑动速度较高的传动。较高的传动。（抗胶合能力强，抗点蚀能力差抗胶合能力强，抗点蚀能力差）vs8m/s的场合的场合。（抗胶合能力差抗胶合能力差）vs2m/s的场合。的场合。由于蜗杆传动的特点，由于蜗杆传动的特点，蜗杆副的材料不仅要求有足够的强蜗杆副的材料不仅要求有足够的强度，更重要的是具有良好的减摩耐磨和抗胶合性能度，更重要的是具有良好的减摩耐磨和抗胶合性能。为此常。为此常采用青铜作蜗轮齿圈，并与淬硬磨削的钢制蜗杆相匹配。采用青铜作蜗轮齿圈，并与淬硬磨削的钢制蜗杆相匹配。轮系轮系：由一系列齿轮组成的传动系统称为齿轮系，简称轮系一、轮系分类轮轮系系定轴轮系定轴轮系轮系中所有齿轮轴线都是固定的轮系中所有齿轮轴线都是固定的 周转轮系周转轮系轮系中至少有一个齿轮的轴线相对机架不固定轮系中至少有一个齿轮的轴线相对机架不固定 复合轮系复合轮系 定轴轮系定轴轮系+周转轮系周转轮系或周转轮系或周转轮系+周转轮系周转轮系 平面定轴轮系的机构简图平面定轴轮系OHHO223O11周转轮系234H12机构简图定轴轮系行星轮系复合轮系二、定轴轮系传动比的计算1233445传动比的内容：传动比数值传动比的内容：传动比数值 主从动轮的转向关系主从动轮的转向关系一对齿轮啮合的传动比一对齿轮啮合的传动比1212*主、从动轮转向关系用画箭头表示主、从动轮转向关系用画箭头表示*只能表示平行轴之间的转向关系只能表示平行轴之间的转向关系1234567123567定轴轮系的传动比定轴轮系的传动比=各对齿轮传动比的连乘积各对齿轮传动比的连乘积=从动轮齿数积从动轮齿数积/主从动轮齿数积主从动轮齿数积首末两轮的转向取决于外啮合齿轮的对数首末两轮的转向取决于外啮合齿轮的对数齿轮齿轮4(惰轮惰轮)不影响大小不影响大小,但改变转向但改变转向(-1)mm为外啮合的对数传动比计算实例 例7-1 图示轮系中，已知1轮转向如图示，n1=405 r/min，各轮齿数为：Z1=Z2=Z4=20，Z2=Z3=Z5=30，Z4=Z6=60，试求：1）i16；2）n6大小及其转动方向。Z1Z2Z6Z4Z3Z5Z2Z4解答：1判定轮系类型 轮系类型因在轮系运转时，所有齿的轴线相对于机架的位置都是固定的，且各轮的轴线相互平行，故为平面定轴轮系.2分析轮系的传动关系：1 2=2 3 4=4 5 6Z1Z2Z6Z4Z3Z5Z2Z43计算i164求 n6大小：n6=n1/i16=405/-13.5=-30 r/min；n6转向：与n1转向相反（即n6 ）。三、轮系的应用1.实现分路传动实现分路传动2.获得较大的传动比获得较大的传动比 3.用于距离较大的两轴间传动用于距离较大的两轴间传动4.用于变速装置或换向装置用于变速装置或换向装置5.用于运动的分解与合成用于运动的分解与合成采用单级齿轮传动采用轮系传动获得较大传动比汽车变速箱实现运动的合成与分解 一对外啮合圆柱齿轮传动，其传动比一般可为i=5-7。但是行星轮系传动比可达i=10000,而且结构紧凑。123465AB78汽车变速传动简图几种机械传动形式的特点几种机械传动形式的特点传动传动形式形式主要优点主要优点主要缺点主要缺点带传带传动动中心距变化范围大，可用于较远距离的传动，传动平稳，噪音小，能缓冲吸振，有过载保护作用，结构简单，成本低，安装要求不高有滑动，传动比不能保持恒定，外廓尺寸大，带的寿命较短（通常为3500h5000h），由于带的摩擦起电不宜用于易燃、易爆的地方，轴和轴承上作用力大链传链传动动中心距变化范围大，可用于较远距离的传动，在高温、油、酸等恶劣条件下能可靠工作，轴和轴承上的作用力小虽然平均速比恒定，但运转时瞬时速度不均匀，有冲击、振动和噪音，寿命较低（一般为5000h15000h）齿轮齿轮传动传动外廓尺寸小，效率高，传动比恒定，圆周速度及功率范围广，应用最广制造和安装精度要求较高，不能缓冲，无过载保护作用，有噪音蜗杆蜗杆传动传动结构紧凑，外廓尺寸小，传动比大，传动比恒定，传动平稳，无噪音，可做成自锁机构效率低，传递功率不宜过大，中高速需用价贵的青铜，制造精度要求高，刀具费用高传动传动形式形式主要优点主要优点主要缺点主要缺点带传带传动动中心距变化范围大，可用于较远距离的传动，传动平稳，噪音小，能缓冲吸振，有过载保护作用，结构简单，成本低，安装要求不高有滑动，传动比不能保持恒定，外廓尺寸大，带的寿命较短（通常为3500h5000h），由于带的摩擦起电不宜用于易燃、易爆的地方，轴和轴承上作用力大链传链传动动中心距变化范围大，可用于较远距离的传动，在高温、油、酸等恶劣条件下能可靠工作，轴和轴承上的作用力小虽然平均速比恒定，但运转时瞬时速度不均匀，有冲击、振动和噪音，寿命较低（一般为5000h15000h）齿轮齿轮传动传动外廓尺寸小，效率高，传动比恒定，圆周速度及功率范围广，应用最广制造和安装精度要求较高，不能缓冲，无过载保护作用，有噪音蜗杆蜗杆传动传动结构紧凑，外廓尺寸小，传动比大，传动比恒定，传动平稳，无噪音，可做成自锁机构效率低，传递功率不宜过大，中高速需用价贵的青铜，制造精度要求高，刀具费用高 表表3-26 几种机械传动的基本特性几种机械传动的基本特性基本特性基本特性V形带传动形带传动链传动链传动圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动蜗杆传动蜗杆传动h h闭式闭式0.950.970.960.99自锁自锁0.4非自锁非自锁0.70.92开式开式0.900.960.930.960.940.96自锁自锁0.3非自锁非自锁0.60.70速度速度v/(m/s)253020(40)1525(斜齿斜齿)(200)vs15(vs35)转速转速/(r/min)1000050001000030000功率功率使用范围使用范围1000400050000750常用范围常用范围75100300050单级单级(传动比传动比)imin使用值使用值15齿形链齿形链15滚子链滚子链1010100常用值常用值245835闭式闭式1040开式开式1560噪音噪音小小大大大大较小较小寿命寿命短短中等中等长长短短抗冲击能力抗冲击能力良良差差差差中等中等外廓尺寸外廓尺寸大大大大小小小小相对价格相对价格100%100140165125