清华大学机械设计基础-齿轮传动机构教学内容.ppt
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1、机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构清华大学机械设计基础-齿轮传动机构机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构平面平面直齿轮直齿轮内啮合齿轮传动内啮合齿轮传动 两两齿齿轮轮的的转转动动方方向相同向相同齿轮齿条传动齿轮齿条传动外啮合齿轮传动外啮合齿轮传动 两两齿齿轮轮的的转转动动方方向相反向相反 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构平面平面平行轴斜齿圆柱齿轮传动平行轴斜齿圆柱齿轮传动轮齿与其轴线倾斜一个角度轮齿与其轴线倾斜一个角度 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构平面平面人字齿轮传动人字齿轮传动由两个螺旋角方向相反的斜齿轮组成由两个螺旋角方向相反的斜齿轮组成 乐考无忧,考
2、研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构空间空间(圆)锥齿轮传动(圆)锥齿轮传动用于两相交轴之间的传动用于两相交轴之间的传动 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构空间空间交错轴斜齿轮传动交错轴斜齿轮传动用于传递两交错轴之间的运动用于传递两交错轴之间的运动 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构空间空间蜗杆传动蜗杆传动 用用于于传传递递两两交交错错轴轴之之间间的的运运动动,其其两两轴的交错角一般为轴的交错角一般为90 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构4.1.24.1.2齿轮传动机构的特点齿轮传动机构的特点(1 1)直直接接接接触触的的啮啮合合传传
3、动动;可可传传递递空空间间任任意意两两轴轴之之间的运动和动力;间的运动和动力;(2 2)功率范围大,速比范围大,效率高,精度高;)功率范围大,速比范围大,效率高,精度高;(3 3)传动比稳定,工作可靠,结构紧凑;)传动比稳定,工作可靠,结构紧凑;(4 4)改变运动方向;)改变运动方向;(5 5)制制造造安安装装精精度度要要求求高高,不不适适于于大大中中心心距距,成成本本较高,且高速运转时噪声较大。较高,且高速运转时噪声较大。 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构4.1.3 4.1.3 齿轮传动机构的应用齿轮传动机构的应用 现代机械中应用最为广泛的一种传动机构现代机械中应用最为广
4、泛的一种传动机构例例1 1:机械手:机械手 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构例例2 2:汽车变速箱:汽车变速箱 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构例例3 3:摄像机:摄像机 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构例例4 4:大型游乐设施:大型游乐设施 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构4.2 4.2 齿廓啮合基本定律齿廓啮合基本定律-瞬时传动比恒定条件瞬时传动比恒定条件4.2.1 4.2.1 基本定律基本定律-瞬时传动比恒定条件瞬时传动比恒定条件 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构C C点:相对速度瞬心点:
5、相对速度瞬心(三心定理三心定理)C C点:啮合节点,简称节点点:啮合节点,简称节点 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构齿廓啮合基本定律齿廓啮合基本定律齿廓接触点的公法线始终通过中心连线上一齿廓接触点的公法线始终通过中心连线上一定点,速比恒定。定点,速比恒定。节圆节圆:由节点决定的圆:由节点决定的圆共轭齿廓共轭齿廓凡满足齿廓啮合基本定律而相互啮合的一对凡满足齿廓啮合基本定律而相互啮合的一对齿廓齿廓 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构 两头牛背上的架子称为两头牛背上的架子称为轭轭,轭使两头牛同步行,轭使两头牛同步行走。走。共轭共轭即为按一定规律相配的一对。即为按
6、一定规律相配的一对。轭轭 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构4.2.3 4.2.3 齿廓曲线的选择齿廓曲线的选择1.1.理论上满足基本定律的共轭齿廓曲线很多;理论上满足基本定律的共轭齿廓曲线很多;2.2.考虑因素:设计、制造、安装和使用;考虑因素:设计、制造、安装和使用;3.3.常用齿廓曲线:渐开线,摆线,变态摆线,圆弧常用齿廓曲线:渐开线,摆线,变态摆线,圆弧曲线和抛物线等。曲线和抛物线等。本章重点研究渐开线齿廓的齿轮本章重点研究渐开线齿廓的齿轮 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构4.3 4.3 渐开线齿廓渐开线齿廓4.3.1 4.3.1 渐开线的形成渐开
7、线的形成 直直线线BKBK沿沿半半径径为为r rb b的的圆圆作作纯纯滚滚动动时时,直直线线上上任任意意一一点点K K的的轨轨迹迹称称为为该该圆圆的的渐渐开开线线。该该圆圆称称为为渐渐开线的开线的基圆基圆r rb b基圆半径;基圆半径;BKBK渐开线发生线渐开线发生线K K渐开线上渐开线上K K点的展角点的展角 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构4.3.2 4.3.2 渐开线的性质渐开线的性质1.1.渐开线的发生线展直前后长度不变;渐开线的发生线展直前后长度不变; 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构2.2.B B 是渐开线是渐开线K K点处的曲率中心,点处的
8、曲率中心,BK BK 是曲率半径;是曲率半径;A A 处的曲率半径为处的曲率半径为0 0 KB KB 为渐开线在为渐开线在K K点的法线,并与基圆相切点的法线,并与基圆相切K K 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构3.3.渐开线的形状取决于基圆的大小渐开线的形状取决于基圆的大小 r rb b,渐开线渐开线直线;直线; 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构4.4.基圆内无渐开线基圆内无渐开线 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构问题问题1 1:G G1 1、G G3 3为同一基圆上所生成的两条同向渐为同一基圆上所生成的两条同向渐开线,试问开线,试
9、问 和和 有何关系?有何关系?5.5.同同一一基基圆圆上上所所生生成成的的两两条条同向渐开线为法向等距曲线。同向渐开线为法向等距曲线。 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构问题问题2 2:G G1 1、G G3 3为同一基圆上所生成的两条反向渐为同一基圆上所生成的两条反向渐开线,试问开线,试问 和和 有何关系?有何关系?6.6.同同一一基基圆圆上上所所生生成成的的两两条条反向渐开线为法向等距曲线。反向渐开线为法向等距曲线。 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构4.3.3 4.3.3 渐开线方程渐开线方程1.1.渐开线的压力角渐开线的压力角2.2.渐开线方程渐开线
10、方程 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构法线与基圆相切;法线与基圆相切;齿轮固定,基圆唯一;齿轮固定,基圆唯一;法线交于定点法线交于定点C C4.3.4 4.3.4 渐开线齿廓的啮合特性渐开线齿廓的啮合特性 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构啮合特性啮合特性1.1.中心距的可分离性;中心距的可分离性;中中心心距距变变化化后后,C C点点随随之之变变化化,但但 r rb1b1、r rb2 b2 不不变变,即中心距不变。即中心距不变。有利于加工、安装和使用。有利于加工、安装和使用。 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构2.2.接触点的轨迹是直线接
11、触点的轨迹是直线啮合线;啮合线;3.3.作用力的方向始终沿啮合线;作用力的方向始终沿啮合线;4.4.中心距变动,啮合线变化;中心距变动,啮合线变化;5.5.存在相对滑动,导致摩擦磨损。存在相对滑动,导致摩擦磨损。 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构4.4 4.4 渐开线标准直齿圆柱齿轮渐开线标准直齿圆柱齿轮4.4.1 4.4.1 基本参数基本参数1.1.模数模数m m,压力角,压力角 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构定义分度圆上:定义分度圆上:模数模数m=Pm=Pk k/,压力角,压力角,均为标准值,均为标准值国家标准国家标准=20=20,英制标准,英制标
12、准=14.5,=14.5,某些汽车齿轮某些汽车齿轮=22.5=22.52.2.齿顶高系数,顶隙系数齿顶高系数,顶隙系数 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构4.4.2 4.4.2 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标准齿轮的特征标准齿轮的特征:分度圆上模数和压力角为标准值;分度圆上模数和压力角为标准值;齿距齿距p p所包含的齿厚所包含的齿厚s s与齿槽宽与齿槽宽e e相等;相等;具有标准的齿顶高与齿根高。具有标准的齿顶高与齿根高。 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算式渐开线标准直齿圆柱齿轮
13、几何尺寸计算式 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构4.5 4.5 渐开线标准齿轮的啮合渐开线标准齿轮的啮合 节点节点节圆节圆啮合角啮合角4.5.14.5.1标准中心距标准中心距-无侧隙啮合无侧隙啮合分度圆与节圆重合分度圆与节圆重合渐开线齿廓具有可分离性渐开线齿廓具有可分离性 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构4.5.2 4.5.2 正确啮合条件正确啮合条件条件:齿对交替过程中不发生冲击条件:齿对交替过程中不发生冲击 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构保证加工与互换性保证加工与互换性4.5
14、.3 4.5.3 连续传动条件连续传动条件理论啮合线理论啮合线实际啮合线实际啮合线连续传动条件?连续传动条件? 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构实际啮合线实际啮合线重合度重合度 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构 大意味着什么大意味着什么(物理意义物理意义)?表示同时参加啮合的齿对数多或多对齿啮合所占表示同时参加啮合的齿对数多或多对齿啮合所占的时间比例大。的时间比例大。结论结论 基本定律解决瞬时传动比恒定的必要条件;基本定律解决瞬时传动比恒定的必要条件;m,m,相等,解决连续传动的必要条件;相等,解决连续传动的必要条件;11,解决连续传动的充分条件。,解决
15、连续传动的充分条件。标准齿轮、标准中心距,标准齿轮、标准中心距,恒大于恒大于1 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构4.6 4.6 渐开线齿轮的加工渐开线齿轮的加工4.6.14.6.1渐开线齿轮的加工方法渐开线齿轮的加工方法1.1.成形法成形法 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构 铣削法铣削法 拉削法拉削法 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构渐开线的形状与基圆有关渐开线的形状与基圆有关成形铣刀刀号和加工齿数范围成形铣刀刀号和加工齿数范围 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构成型法加工齿轮的特点成型法加工齿轮的特点不需要专用机床
16、;不需要专用机床;齿型误差较大;齿型误差较大;分齿误差较大。分齿误差较大。用于用于9 9级以下精度的齿轮加工级以下精度的齿轮加工2.2.范成法范成法(展成法展成法)4.6.2 4.6.2 范成法加工齿轮的原理和方法范成法加工齿轮的原理和方法1.1.基本原理基本原理 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构一对齿轮作无侧隙啮合时,其共轭齿廓互一对齿轮作无侧隙啮合时,其共轭齿廓互为包络线为包络线包络法包络法 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构2.2.加工方法加工方法插齿加工插齿加工 乐考无忧,考研我有!机械原理机械原理齿轮机构齿轮机构 齿轮插刀齿轮插刀 齿条插刀齿条插
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