第5章机械设计基础齿轮传动素材优秀PPT.ppt
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1、第第5 5章齿轮传动章齿轮传动5.1 齿轮传动的特点和基本类型齿轮传动的特点和基本类型5.2 渐开线齿廓渐开线齿廓5.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算5.4 渐开线标准齿轮的啮合传动渐开线标准齿轮的啮合传动5.5 渐开线齿轮的切齿原理与根切现象渐开线齿轮的切齿原理与根切现象5.6 变位齿轮传动变位齿轮传动5.7 平行轴斜齿圆柱齿轮传动平行轴斜齿圆柱齿轮传动5.8 直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动5.9 渐开线圆柱齿轮传动的设计渐开线圆柱齿轮传动的设计5.10 齿轮的结构设计及齿轮传动的润滑和效率齿轮的结构设计及齿轮传动的润滑和效率 齿轮传动:用于传递空间
2、随意两轴齿轮传动:用于传递空间随意两轴之间的运动和动力。之间的运动和动力。5.15.1齿轮传动的类型和特点齿轮传动的类型和特点 工作可靠、寿命长;优点:优点:传动比准确;传动效率高;结构紧凑;适用范围广。一、一、齿轮传动的特点齿轮传动的特点缺点:缺点:制造和安装精度要求较高;不适宜用于两轴 间距离较大的传动。齿轮传动动画(齿轮传动动画(3D)(1 1)直齿圆柱齿轮:)直齿圆柱齿轮:a)a)外啮合直齿轮外啮合直齿轮b)b)内啮合直齿轮内啮合直齿轮1 1、平行轴齿轮传动、平行轴齿轮传动二、齿轮传动的类型二、齿轮传动的类型外啮合直齿轮传动动画外啮合直齿轮传动动画(3D)3D)内啮合直齿轮传动动画内啮
3、合直齿轮传动动画(3D)c)c)齿轮齿条传动齿轮齿条传动齿轮齿条传动动画齿轮齿条传动动画(3D)(3D)(2 2)斜齿圆柱齿轮)斜齿圆柱齿轮斜齿圆柱齿轮传动动画斜齿圆柱齿轮传动动画(3D)(3D)(3 3)人字齿圆柱齿轮)人字齿圆柱齿轮人字齿圆柱齿轮传动动画人字齿圆柱齿轮传动动画(3D)(3D)直齿圆锥齿轮传动直齿圆锥齿轮传动2 2、相交轴齿轮传动、相交轴齿轮传动曲线齿圆锥齿轮传动动画曲线齿圆锥齿轮传动动画(3D)(3D)3 3、交织轴斜齿轮传动、交织轴斜齿轮传动交织轴斜齿圆柱齿轮机构动画交织轴斜齿圆柱齿轮机构动画(3D)4.4.蜗轮蜗杆传动蜗轮蜗杆传动蜗轮蜗杆传动动画蜗轮蜗杆传动动画(3D)
4、(3D)5.2 5.2 渐开线齿廓渐开线齿廓 5.2.1 5.2.1 渐开线的形成渐开线的形成如图所示,一条直线沿一个半径为rb的圆周作纯滚动,该直线上任一点k的轨迹称为该圆的渐开线。这个圆称为基圆,该直线称为渐开线的发生线。5.2.2 5.2.2 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、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。应弧长。如图所示。渐开线的绽开过程演示动画渐开线的绽开过程演示动画2、渐开线上随意一点法线必定与基圆相切。渐开线上随意一点法线必定与基圆相切。换言之,基圆的切线必为渐开线上某点的法线。换言之,基圆的切线必为渐开线上某
5、点的法线。因为当发生线在基圆上作纯滚动时,它与基圆的切点因为当发生线在基圆上作纯滚动时,它与基圆的切点B是发生线上各点在这一瞬时的速度瞬心,渐开线上是发生线上各点在这一瞬时的速度瞬心,渐开线上K点的轨点的轨迹可视为以迹可视为以B点为圆心,点为圆心,BK为半径所作的微小圆弧,故为半径所作的微小圆弧,故B点点为渐开线上为渐开线上K点的曲率中心,点的曲率中心,BK为其曲率半径和为其曲率半径和K点的法线,点的法线,而发生线始终相切于基圆,所以渐开线上随意一点法线必定而发生线始终相切于基圆,所以渐开线上随意一点法线必定与基圆相切。与基圆相切。3 3、渐开线齿廓上某点的法线与该点的速度方向所夹的锐、渐开线
6、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。角称为该点的压力角。如图所示 基圆与压力角的关系动画基圆与压力角的关系动画4 4、渐开线的形态只取渐开线的形态只取 决于基圆大小。决于基圆大小。如图所示如图所示5 5、基圆内无渐开线。基圆内无渐开线。5.2.3 5.2.3 渐开线齿廓的啮合特点渐开线齿廓的啮合特点1、瞬时传动比恒定、瞬时传动比恒定 上式表明:渐开线齿轮的传动比等于两轮基圆半径的反比。2、渐开线齿廓传动中心距可分性、渐开线齿廓传动中心距可分性渐开线齿轮的传动比又与两轮基圆半径成反比。其基圆的大小是不变的,所以当两轮的实际中心距与设计中心距不一样时,而两轮的传动比却保持不
7、变。这一特性称为传动的可分性。3.齿廓间正压力方向不变齿廓间正压力方向不变如图所示,过节点如图所示,过节点C作两作两节圆的公切线节圆的公切线t-t,它与啮,它与啮合线合线n-n的夹角的夹角称为啮合称为啮合角。由理论力学知道,齿廓角。由理论力学知道,齿廓间正压力方向为接触点公法间正压力方向为接触点公法线方向,由于公法线与啮合线方向,由于公法线与啮合线重合且位置不变,明显,线重合且位置不变,明显,啮合角啮合角是一个常数,所以是一个常数,所以齿廓间正压力方向也不会变齿廓间正压力方向也不会变更。当齿轮传递的转矩为常更。当齿轮传递的转矩为常数时,正压力的大小也不变。数时,正压力的大小也不变。这对于提高齿
8、轮传动的平稳这对于提高齿轮传动的平稳性是极为有利的。由图还可性是极为有利的。由图还可知道,啮合角知道,啮合角在数值上等在数值上等于渐开线在节圆上的压力角。于渐开线在节圆上的压力角。一对齿轮啮合过程演示动画一对齿轮啮合过程演示动画 5.3 5.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算 、齿轮各部分名称、齿轮各部分名称(1)齿顶圆:过全部轮齿顶部所作的圆称为齿顶圆,其直径和半径分别用da和ra表示。(2)齿根圆:过轮齿根部所作的圆称为齿根圆,其直径和半径分别用df和rf表示。(3)基圆:发生渐开线齿廓的圆称基圆,其直径和半径分别用db和rb表示。(4)齿厚:在直
9、径为dk的任一圆周上,一个轮齿两侧齿廓间的弧长称为该圆上的齿厚,用sk表示。(5)齿槽宽:在直径为dk的圆周上,相邻轮齿两侧齿廓间的弧长称为该圆上的齿槽宽,用ek表示。(6)齿距:在直径为dk的圆周上,相邻两齿同名齿廓之间的弧长称为该圆上的齿距,用pk表示,pk=sk+ek。基圆齿距用pb表示,pb=sb+eb。sb、eb分别为基圆上的齿厚和齿槽宽。(7)分度圆:在齿顶圆和齿根圆之间的作为齿轮尺寸计算基准的圆,其直径和半径分别用d和r表示。在标准齿轮上齿厚与齿槽宽相等,且分度圆的齿距p、齿厚s、齿槽宽e的关系是:s=e=p/2。(8)齿顶高:齿顶圆和分度圆之间的径向距离称为齿顶高,用ha表示。
10、明显ha=(da-d)/2。(9)齿根高:分度圆和齿根圆之间的径向距离称为齿根高,用hf表示。明显hf=(d-df)/2。(10)齿高:齿顶圆和齿根圆之间的径向距离称为齿高,用h表示。明显h=ha+hf。(11)齿轮宽度:沿齿轮轴线的长度称为齿宽,用b表示。、渐开线齿轮的基本参数和尺寸计算、渐开线齿轮的基本参数和尺寸计算1、齿数:、齿数:齿轮整个圆周上轮齿的总数,用z表示。2、模数:模数:依据圆的周长和齿距的定义可知依据圆的周长和齿距的定义可知 式中,比值pk/含有无理数,这给设计、制造及测量带来不便,为此需在齿轮上取一圆,将该圆pk/的比值规定为标准值,并使该圆上的压力角也为标准值,这个圆即
11、为分度圆。规定分度圆上的齿距p对的比值为标准值(整数或有理数)称为模数,用m表示,即式中,m的单位为mm。模数是齿轮的一个重要的基本参数,我国已制定了标准模数系列(见下表)。因此,分度圆的直径为分度圆的齿距p为 p=s+e=m 标准模数系列表(摘自标准模数系列表(摘自GB/T 13572008)第一系列11.251.522.5345681012162025324050第二系列1.75 2.25 2.75 (3.25)3.5 (3.75)4.5 5.5 (6.5)7 9 (11)14 18 22 28 (30)36 45 不同模数轮齿大小的比较不同模数轮齿大小的比较3 3、压力角压力角 渐开线上
12、各点的压力角是不同的,通常所说的压力角指分度圆上的压力角,用表示。国家标准规定齿轮分度圆压力角为标准值=20。不同压力角时轮齿的形态 4 4、齿顶高系数、齿顶高系数 ha=ha*m(ha*=1)5 5、顶隙系数、顶隙系数 C=c*m(c*=0.25)hf=(ha*+c*)m 全齿高 h=ha+hf=(2ha*+c*)m 标准齿轮标准齿轮是指模数、压力角、齿顶高系数和顶隙系数均为标准值,且分度圆上的齿厚等于齿槽宽的齿轮。渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式见教材表渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式见教材表5-3。5.3.3 5.3.3 渐开线齿圆柱齿轮常用的测量项目渐开线齿圆柱齿轮常用
13、的测量项目 1公法线长度的测量计算 2分度圆弦齿厚的测量 标准直齿圆柱齿轮的分度圆弦齿厚和分度圆弦齿高的计算公式为5.4 5.4 渐开线标准齿轮的啮合传动渐开线标准齿轮的啮合传动一对相啮合齿轮的轮齿分布要满足的几何条件,称为正确啮合条件:由渐开线性质可知,法向齿距与基圆齿距相等,故上式也可写成:5.4.1 5.4.1 正确啮合条件正确啮合条件结论:一对渐开线齿轮,在模数和压力角取标准值的状况下,只要它们分度圆上的模数和压力角分别相等,就能正确啮合。正确啮合动画正确啮合动画5.4.2 5.4.2 连续传动条件连续传动条件图中B2点(从动轮2齿顶圆与啮合线N1N2的交点),是一对轮齿啮合的起始点。
14、随着啮合传动的进行,两齿廓的啮合点沿着啮合线移动,直到B1点(主动轮1的齿顶圆与啮合线的交点)时,两轮齿即将脱离接触,B1点为轮齿啮合的终止点。从一对轮齿的啮合过程来看,啮合点实际走过的轨迹只是啮合线上的一段,即B1B2,称为实实际啮合线际啮合线。当两轮齿顶圆加大时,点B2和B1将分别趋近于点N1和N2,实际啮合线将加长,但因基圆内无渐开线,所以实际啮合线不会超过N1N2,即N1N2是理论上可能的最长啮合线,称为理论啮合线理论啮合线。要保证齿轮连续传动,须:为重合度 大,表明同时参与啮合轮齿的对数多,或同时参与啮合大,表明同时参与啮合轮齿的对数多,或同时参与啮合所占的时间比例大,每对齿的负荷小
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