第10章齿轮机构及其设计.ppt

10-1 10-1 齿轮机构的特点及类型齿轮机构的特点及类型10-2 10-2 齿轮的齿廓曲线齿轮的齿廓曲线10-3 10-3 渐开线齿廓及其啮合特点渐开线齿廓及其啮合特点10-4 10-4 渐开线标准齿轮的基本参数和几何尺寸渐开线标准齿轮的基本参数和几何尺寸10-5 10-5 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动10-7 10-7 渐开线变位齿轮简介渐开线变位齿轮简介10-8 10-8 斜齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动10-10 10-10 蜗杆传动蜗杆传动10-9 10-9 直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动10-610-6 渐开线齿廓的切制原理与根切现象渐开线齿廓的切制原理与根切现象第十章第十章 齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计一、齿轮机构的组成一、齿轮机构的组成 实例：实例：某航空发动机附件传动系统某航空发动机附件传动系统10.1 10.1 齿轮机构的特点及类型齿轮机构的特点及类型平均传动比：平均传动比：瞬时传动比：瞬时传动比：二、齿轮机构的特点二、齿轮机构的特点通过啮合传动传递空间任意轴间的运通过啮合传动传递空间任意轴间的运动及动力；动及动力；传递功率范围大；传递功率范围大；传动比准确；传动比准确；效率高、寿命长、安全可靠。效率高、寿命长、安全可靠。制造成本较高。制造成本较高。优点：优点：缺点：缺点：10.1 10.1 齿轮机构的特点及类型齿轮机构的特点及类型三、齿轮机构的类型三、齿轮机构的类型平行轴间的传动直齿轮传动斜齿轮传动人字齿轮传动直齿锥齿轮传动斜齿锥齿轮传动曲线齿锥齿轮传动交错轴斜齿轮传动蜗杆传动准双曲面齿轮传动外啮合传动内啮合传动齿条与齿轮传动10.1 10.1 齿轮机构的特点及类型齿轮机构的特点及类型平面齿轮机构（圆柱齿轮机构）相交轴间的传动交错轴间的传动空间齿轮机构一、齿廓啮合的基本定律一、齿廓啮合的基本定律10-2 10-2 齿轮的齿廓曲线齿轮的齿廓曲线二、齿廓曲线的选择二、齿廓曲线的选择点P 称为两轮的节点。分别O1、O2以为圆心，过点P的圆叫节圆。等于其连心线O1O2被其啮合齿廓在接触点处的公法线所分成的两段的反比。一、齿廓啮合的基本定律一、齿廓啮合的基本定律两轮的传动比为此式表明：一对齿轮在任意位置时的传动比，这个规律称为齿廓啮合基本定律。根据这一定律，可求得齿廓曲线与齿轮传动比的关系。i12=12=O2PO1P10-2 10-2 齿轮的齿廓曲线齿轮的齿廓曲线定传动比传动时，节点P固定不动。二、齿廓曲线的选择二、齿廓曲线的选择共轭齿廓：共轭齿廓：指能实现预定传动比规律的一对齿廓。指能实现预定传动比规律的一对齿廓。10-2 10-2 齿轮的齿廓曲线齿轮的齿廓曲线常用齿廓曲线：常用齿廓曲线：渐开线、摆线、变态摆线、圆弧、渐开线、摆线、变态摆线、圆弧、抛物线。抛物线。1 1渐开线的形成及其特点渐开线的形成及其特点（1 1）渐开线的形成渐开线的形成（2 2）渐开线的特性渐开线的特性2 2渐开线方程式及渐开线函数渐开线方程式及渐开线函数10.3 10.3 渐开线齿廓及其啮合特点渐开线齿廓及其啮合特点3 3渐开线齿廓的啮合特点渐开线齿廓的啮合特点o一、齿轮各部分的名称和符号齿顶圆ra，da齿根圆rf，df齿 厚任意圆齿厚 si分度圆齿厚 s齿槽宽任意圆齿槽宽ei分度圆齿槽宽 e齿 距任意圆齿距 pi=si+ei分度圆齿距 p=s+e分度圆r，d齿顶，齿顶高ha=ra-r齿根，齿根高hf=r-rf齿全高h=ha+hf基圆rb，dbpnrhahfhrbBppbsesieirfpira标准直齿圆柱外齿轮基圆齿距pb、pn10.4 10.4 渐开线渐开线标准齿轮的基本参数和几何尺寸标准齿轮的基本参数和几何尺寸齿宽B ，由于齿轮的分度圆周长d=zp。为便于设计、计算、制造和检验，令 p/=m，m称为齿轮的模数。二、齿轮的基本参数齿数 z 模数mm已标准化（表10-1,标准模数系列表）d=mz，它是决定齿轮大小的主要参数。齿顶高系数 ha*，其标准值为 ha*=1。顶隙系数 c*，其标准值为 c*=0.25。压力角，即分度圆压力角，其标准值为=20。10.4 10.4 渐开线渐开线标准齿轮的基本参数和几何尺寸标准齿轮的基本参数和几何尺寸因为cos=rb/r,所以三、标准齿轮及其几何尺寸计算（1）标准齿轮 是指 m、ha*、c*均为标准值，且e=s的齿轮。（2）标准齿轮的几何尺寸计算1）标准直齿轮的几何尺寸计算2）标准直齿轮的任意圆齿厚计算10.4 10.4 渐开线渐开线标准齿轮的基本参数和几何尺寸标准齿轮的基本参数和几何尺寸四、齿条和内齿轮（1）齿条：齿条的齿廓为直线；齿廓上各点压力角相同，等于其齿形角。（2）内齿轮：内齿轮的齿廓为内凹齿；齿根圆大于齿顶圆；齿顶圆必须大于基圆。10.4 10.4 渐开线渐开线标准齿轮的基本参数和几何尺寸标准齿轮的基本参数和几何尺寸一、齿轮正确啮合的条件一、齿轮正确啮合的条件10-5 10-5 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动二、齿轮传动的中心距及啮合角二、齿轮传动的中心距及啮合角三、一对轮齿的啮合过程及连续传动条件三、一对轮齿的啮合过程及连续传动条件10-5 10-5 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动三、一对轮齿的啮合过程及连续传动条件三、一对轮齿的啮合过程及连续传动条件3.3.重合度的意义重合度的意义1.1.一对轮齿的啮合过程及连续传动条件一对轮齿的啮合过程及连续传动条件2.2.渐开线直齿圆柱齿轮传动的重合度的计算渐开线直齿圆柱齿轮传动的重合度的计算10-610-6 渐开线齿廓的切制原理与根切现象渐开线齿廓的切制原理与根切现象一、仿形法加工齿轮一、仿形法加工齿轮二、范成法齿廓切制的基本原理二、范成法齿廓切制的基本原理三、用范成法加工标准齿轮时齿条型刀具的位置三、用范成法加工标准齿轮时齿条型刀具的位置四、根切现象和最少齿数四、根切现象和最少齿数五、例题五、例题10-610-6 渐开线齿廓的切制原理与根切现象渐开线齿廓的切制原理与根切现象一、仿形法加工齿轮一、仿形法加工齿轮在普通铣床上用仿形铣刀加工齿槽。在普通铣床上用仿形铣刀加工齿槽。特点：效率低，特点：效率低，（齿形、齿距）（齿形、齿距）精度差，但可精度差，但可用普通铣床。用普通铣床。动画动画10-610-6 渐开线齿廓的切制原理与根切现象渐开线齿廓的切制原理与根切现象二、范成法齿廓切制的基本原理二、范成法齿廓切制的基本原理1.1.范成法范成法 令齿轮刀具和齿坯模拟正常齿轮传动：分度令齿轮刀具和齿坯模拟正常齿轮传动：分度圆相切、圆相切、刀/坯=z坯/z刀，则刀具将齿坯加工成刀具将齿坯加工成齿轮，齿轮的模数、压力角与刀具相同。齿轮，齿轮的模数、压力角与刀具相同。2.2.用齿轮插刀加工齿轮用齿轮插刀加工齿轮10-610-6 渐开线齿廓的切制原理与根切现象渐开线齿廓的切制原理与根切现象3.3.用齿条插刀加工齿轮用齿条插刀加工齿轮v刀=r。4.4.用齿轮滚刀加工齿轮用齿轮滚刀加工齿轮5.5.范成法加工齿轮特点范成法加工齿轮特点 效率高，精度高，一把刀具可加工所有模效率高，精度高，一把刀具可加工所有模数、压力角相同的齿轮。其中滚刀效率最高。数、压力角相同的齿轮。其中滚刀效率最高。10-610-6 渐开线齿廓的切制原理与根切现象渐开线齿廓的切制原理与根切现象三、用范成法加工标准齿轮时齿条型刀具的位置三、用范成法加工标准齿轮时齿条型刀具的位置齿轮分度圆和刀具分度线作纯滚动齿轮分度圆和刀具分度线作纯滚动 有时会切去轮齿根有时会切去轮齿根部的一部分渐开线齿廓，部的一部分渐开线齿廓，10-610-6 渐开线齿廓的切制原理与根切现象渐开线齿廓的切制原理与根切现象四、根切现象和最少齿数四、根切现象和最少齿数1.根切现象根切现象用范成法加工齿轮时，用范成法加工齿轮时，该现象称为该现象称为根切根切。轮齿发生根切后，轮齿发生根切后，轮齿的抗弯能力降低，轮齿的抗弯能力降低，机构的重合度也将减小，机构的重合度也将减小，因此应力求避免根切。因此应力求避免根切。2.最少齿数最少齿数产生根切的原因是，加工齿数产生根切的原因是，加工齿数较少的标准齿轮时，插刀的齿顶线较少的标准齿轮时，插刀的齿顶线位于啮合极限点位于啮合极限点N1的上方。的上方。欲避免根切，欲避免根切，应使应使最少齿数应为最少齿数应为即即对于正常齿制的标准直齿圆柱齿对于正常齿制的标准直齿圆柱齿轮，轮，20、=1，10-610-6 渐开线齿廓的切制原理与根切现象渐开线齿廓的切制原理与根切现象用齿条插刀范成法加工一标准直齿圆柱齿轮。已知被加工用齿条插刀范成法加工一标准直齿圆柱齿轮。已知被加工齿轮轮坯的角速度齿轮轮坯的角速度1=5 rad/s，齿条插刀的移动速度，齿条插刀的移动速度v为为0.8 m/s，插刀的模数，插刀的模数m=4 mm，=20。试确定：。试确定：（1）被加工齿轮的模数和压力角为多少？被加工齿轮的模数和压力角为多少？（2）计算被加工齿轮的齿数计算被加工齿轮的齿数z。（3）被加工齿轮的分度圆直径、基圆直径为多少？）被加工齿轮的分度圆直径、基圆直径为多少？（1）m=4 mm，=20解：解：（2）（3）d=mz=320 mmdb=dcos=320cos20=300.7 mm 10-7 10-7 渐开线变位齿轮简介渐开线变位齿轮简介一、标准齿轮的缺点一、标准齿轮的缺点二、变位齿轮的概念二、变位齿轮的概念四、变位齿轮传动四、变位齿轮传动三、变位齿轮的几何尺寸三、变位齿轮的几何尺寸 10-7 10-7 渐开线变位齿轮简介渐开线变位齿轮简介 刀具靠近轮心刀具靠近轮心时为负变位，取时为负变位，取x 0。一、标准齿轮的缺点一、标准齿轮的缺点 用范成法加工标准齿轮，用范成法加工标准齿轮，z z min时时会产生根切。会产生根切。标准齿轮不适于实际中心距标准齿轮不适于实际中心距a不等不等于标准中心距于标准中心距a的场合。的场合。当当a a 时，会产生较大的齿侧间时，会产生较大的齿侧间隙，对传动不利。隙，对传动不利。在其他条件相同时，小齿轮承载在其他条件相同时，小齿轮承载能力较低。能力较低。二、变位齿轮的概念二、变位齿轮的概念通过改变刀具和齿坯相对位置后切制出通过改变刀具和齿坯相对位置后切制出来的齿轮称为来的齿轮称为变位齿轮变位齿轮。刀具由切削标准齿轮的位置移动的距刀具由切削标准齿轮的位置移动的距离离xm称为称为变位量变位量，x称为称为变位系数变位系数。规定：刀具远离轮心时为正变位，取规定：刀具远离轮心时为正变位，取x 0；10-8 10-8 斜齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动一、斜齿轮简介一、斜齿轮简介三、一对斜齿轮的啮合传动三、一对斜齿轮的啮合传动五、斜齿轮传动的特点五、斜齿轮传动的特点四四、斜齿轮的当量齿轮与当量齿数、斜齿轮的当量齿轮与当量齿数六、交错轴斜齿轮传动简介六、交错轴斜齿轮传动简介二、斜齿轮的基本参数与几何尺寸计算二、斜齿轮的基本参数与几何尺寸计算10-8 10-8 斜齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动一、斜齿轮简介一、斜齿轮简介1.1.直齿轮传动的缺点：直齿轮传动的缺点：突然沿整个齿宽进入或退出啮合，轮齿上的突然沿整个齿宽进入或退出啮合，轮齿上的载荷是突然加上和卸去的。导致传动平稳性差，载荷是突然加上和卸去的。导致传动平稳性差，易产生冲击和振动。易产生冲击和振动。10-8 10-8 斜齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动2.2.斜齿圆柱齿轮齿面的形成及其特点：斜齿圆柱齿轮齿面的形成及其特点：发生面在基圆柱上作纯滚动，发生面上与基圆发生面在基圆柱上作纯滚动，发生面上与基圆柱轴线夹角为柱轴线夹角为b的直线的轨迹即为斜齿轮的齿面。的直线的轨迹即为斜齿轮的齿面。该面在端面上为渐开线，在圆柱面上为螺旋线，该面在端面上为渐开线，在圆柱面上为螺旋线，称作称作渐开螺旋面渐开螺旋面。10-8 10-8 斜齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动五、五、斜齿轮传动的特点斜齿轮传动的特点优点：优点：1.1.啮合性能好，传动平稳、噪声小。啮合性能好，传动平稳、噪声小。2.2.重合度大。重合度大。3.3.不产生根切的最少齿数少。不产生根切的最少齿数少。缺点：缺点：有轴向力。有轴向力。表10-5 斜齿圆柱齿轮的参数及几何尺寸的计算公式 10-9 10-9 直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动一、锥齿轮传动概述一、锥齿轮传动概述三、直齿锥齿轮传动的几何参数和尺寸三、直齿锥齿轮传动的几何参数和尺寸计算计算二、直齿锥齿轮的背锥及当量齿轮二、直齿锥齿轮的背锥及当量齿轮 10-10 10-10 蜗杆传动蜗杆传动一、蜗杆传动及其特点一、蜗杆传动及其特点三、蜗杆传动的几何参数和尺寸计算三、蜗杆传动的几何参数和尺寸计算二、蜗杆蜗轮正确啮合的条件二、蜗杆蜗轮正确啮合的条件