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1、第第9章章齿轮机构齿轮机构91齿轮机构的特点和类型齿轮机构的特点和类型92(选学选学)齿廓实现定角速度比的条件齿廓实现定角速度比的条件93渐开线及渐开线齿轮渐开线及渐开线齿轮94齿轮各部分名称及标准齿轮的基本尺寸齿轮各部分名称及标准齿轮的基本尺寸95渐开线标准齿轮的啮合渐开线标准齿轮的啮合96渐开线齿轮的切齿原理渐开线齿轮的切齿原理97根切现象、最少齿数及变位齿轮根切现象、最少齿数及变位齿轮9-12平行轴斜齿轮机构平行轴斜齿轮机构913圆锥齿轮机构圆锥齿轮机构9-8齿轮材料及热处理齿轮材料及热处理9-9轮齿的失效形式轮齿的失效形式9-10直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷直齿圆柱齿轮传动的作用
2、力及计算载荷9-11直齿圆柱齿轮传动的弯曲强度计算直齿圆柱齿轮传动的弯曲强度计算91齿轮机构的特点和类型齿轮机构的特点和类型作用：作用：传递空间任意两轴（传递空间任意两轴（平行平行、相交相交、交错交错）的旋）的旋转运动，或将转运动，或将转动转换为移动转动转换为移动。结构特点：结构特点：圆柱体外（或内）均匀分布有大小一样圆柱体外（或内）均匀分布有大小一样的的轮齿轮齿。优点：优点：传动比准确、传动平稳。传动比准确、传动平稳。圆周速度大，高达圆周速度大，高达300m/s。传动功率范围大，从几瓦到传动功率范围大，从几瓦到10万千瓦。万千瓦。效率高效率高(0.99)、使用寿命长、工作安全可靠。、使用寿命
3、长、工作安全可靠。可实现平行轴、相交轴和交错轴之间的传动。可实现平行轴、相交轴和交错轴之间的传动。缺点：缺点：要求较高的制造和安装精度，加工成本高、要求较高的制造和安装精度，加工成本高、不适宜远距离传动不适宜远距离传动(如单车如单车)。平面齿轮传动平面齿轮传动（轴线平行）（轴线平行）外齿轮外齿轮传动传动直齿直齿斜齿斜齿人字齿人字齿圆柱齿轮圆柱齿轮非圆柱齿轮非圆柱齿轮 空间齿轮传动空间齿轮传动（轴线不平行）（轴线不平行）按相对按相对运动分运动分按齿廓曲线分按齿廓曲线分直齿直齿斜齿斜齿曲线齿曲线齿圆锥齿轮圆锥齿轮两轴相交两轴相交两轴交错两轴交错蜗轮蜗杆蜗轮蜗杆传动传动交错轴斜齿轮交错轴斜齿轮准双曲
4、面齿轮准双曲面齿轮渐开线齿轮渐开线齿轮(1765年年)摆线齿轮摆线齿轮(1650年年)圆弧齿轮圆弧齿轮(1950年年)按速度高低分按速度高低分:按传动比分按传动比分:按封闭形式分：按封闭形式分：齿齿轮轮传传动动的的类类型型应用实例：提问参观对象、SZI型统一机芯手表有18个齿轮、炮塔、内然机。高速、中速、低速齿轮传动。高速、中速、低速齿轮传动。定传动比、变传动比齿轮传动。定传动比、变传动比齿轮传动。开式齿轮传动、闭式齿轮传动开式齿轮传动、闭式齿轮传动。球齿轮球齿轮抛物线齿轮抛物线齿轮(近年近年)分类：分类：内齿轮内齿轮传动传动齿轮齿条齿轮齿条2211非圆齿轮非圆齿轮曲线齿圆锥齿轮曲线齿圆锥齿轮
5、斜齿圆锥齿轮斜齿圆锥齿轮准双曲面齿轮准双曲面齿轮93渐开线及渐开线齿轮渐开线及渐开线齿轮一、一、渐开线的渐开线的形成形成和特性和特性条直线在圆上作纯滚动时，直线条直线在圆上作纯滚动时，直线上任一点的轨迹上任一点的轨迹2.渐开线的特性渐开线的特性渐开线上任意点的法线切于基圆渐开线上任意点的法线切于基圆纯滚动时，B为瞬心，速度沿t-t线，是渐开线的切线，故BK为法线B点点为曲率中心，为曲率中心，BK为曲率半径。为曲率半径。渐开线起始点渐开线起始点A处曲率半径为处曲率半径为0。可以证明BK发生线，发生线，AB=BK;tt发生线发生线Bk基圆基圆OArkk基圆基圆rbkAK段的展角段的展角渐开线渐开线
6、渐开线渐开线rbOABkA1B1o1kK渐开线形状取决于基圆渐开线形状取决于基圆基圆内无渐开线。基圆内无渐开线。同一基圆上任意两条渐开同一基圆上任意两条渐开 线公法线处处相等。线公法线处处相等。当当rb，渐开线渐开线变成直线。变成直线。(齿条的齿廓就是直线齿条的齿廓就是直线)rkk kk kkvk离中心越远，渐开线上的压力角越大。离中心越远，渐开线上的压力角越大。rb定定义义：啮啮合合时时K K点点正正压压力力方方向向与与速速度度方方向向所夹锐角为渐开线上该点之所夹锐角为渐开线上该点之压力角压力角k k。r rb br rk k coscosk k B3o3kA2B2o2rbOBCEC”同一基
7、圆上任意两条渐开线的公法线处处相等。同一基圆上任意两条渐开线的公法线处处相等。AC由性质由性质和和有：有：两条反向渐开线两条反向渐开线,两条同向渐开线：两条同向渐开线：B1E1=A1E1A1B1B2E2=A2E2A2B2B1E1=B2E2 A1B1=A2B2A1E1=A2E2AB=AN1+N1B=A1N1+N1B1=A1B1AB=AN2+N2B=A2N2+N2B2=A2B2A1B1N1A2B2N2E2E1顺口溜：顺口溜：弧长等于发生线，弧长等于发生线，基圆切线是法线，基圆切线是法线，曲线形状随基圆，曲线形状随基圆，基圆内无渐开线。基圆内无渐开线。2O2rb2O11N2N1二、渐开线齿廓的啮合特
8、性二、渐开线齿廓的啮合特性要使两齿轮作定传动比传动，则两轮的齿廓无论在任何位置接触，过接触点所作公法线必须与两轮的连心线交于一个定点。两两齿齿廓廓在在任任意意点点K啮啮合合时时，过过K作作两两齿齿廓廓的的法法线线N1N2，是是基基圆圆的的切切线线，为为定直线。定直线。i12=1 1/2 2=O=O2 2P/OP/O1 1P=P=constconst工工程程意意义义：i12为为常常数数可可减减少少因因速速度度变变化化所所产产生生的的附附加加动动载载荷荷、振振动动和和噪噪音音，延延长长齿齿轮的使用寿命，提高机器的工作精度。轮的使用寿命，提高机器的工作精度。两两轮轮中中心心连连线线也也为为定定直直线
9、线，故故交交点点P必为必为定点定点。在位置K时同样有此结论。C1C2KPK1.渐开线齿廓满足定传动比要求渐开线齿廓满足定传动比要求2.齿廓间正压力方向不变齿廓间正压力方向不变N1N2是啮合点的轨迹，是啮合点的轨迹，称为称为啮合线啮合线由由渐渐开开线线的的性性质质可可知知：啮啮合合线线又又是是接接触触点点的的法法线线，正正压压力力总总是是沿沿法法线线方方向向，故故正正压压力力方方向向不不变变。该该特特性性对对传传动动的的平稳性有利。平稳性有利。2O2rb2O11N2N1C1C2KPK 啮啮合合线线与与节节圆圆公公切切线线之之间间的的夹夹角角，称称为为啮啮合合角角实实际际上上 就就是是节节圆圆上上
10、的的压压力力角角3.运动可分性运动可分性O1N1PO2N2P由于上述特性，工程上广泛采用渐开线齿廓曲线。由于上述特性，工程上广泛采用渐开线齿廓曲线。实实际际安安装装中中心心距距略略有有变变化化时时，不不影影响响i12，这这一一特特性性称称为为运运动动可可分分性性，对加工和装配很有利。对加工和装配很有利。故传动比又可写成：故传动比又可写成：i12=1 1/2 2=O=O2 2P/OP/O1 1P P=r=rb2 b2/r/rb1b1基圆半径之反比。基圆半径之反比。基圆半径是定值rb12O2rb2O11N2N1PC1C2K一、外齿轮一、外齿轮1.名称与符号名称与符号pnr齿顶圆齿顶圆da、ra齿根
11、圆齿根圆df、rf齿厚齿厚sk任意圆上的弧长齿槽宽齿槽宽ek弧长齿距齿距（周节）（周节）pk=sk+ek同侧齿廓弧长齿顶高齿顶高ha齿根高齿根高hf齿全高齿全高h=ha+hf齿宽齿宽BhahfhBpra分度圆分度圆人为规定的计算基准圆人为规定的计算基准圆表示符号：表示符号：d、r、s、e，p=s+e法向齿距法向齿距（周节）（周节）pnseskek=pbrf94齿轮各部分名称及标准齿轮的基本尺寸齿轮各部分名称及标准齿轮的基本尺寸rbOpbm=4 z=162.基本参数基本参数模数模数m m齿数齿数z z出现无理数,不方便为了计算、制造和检验的方便分度圆分度圆周长：周长：d=zp,d=zp/称称为为
12、模模数数m m 。m=2 z=16模模数数的的单单位位：mm，它它是是决决定定齿齿轮轮尺尺寸寸的的一一个个基基本本参参数数。齿齿数数相相同同的的齿齿轮轮，模模数数大大，尺寸也大。尺寸也大。于是有：于是有：d=mz，r=mz/2人为规定：人为规定：m=p/m=p/只能取某些简单值，只能取某些简单值，m=1 z=160.350.70.91.752.252.75(3.25)3.5(3.75)第二系列第二系列4.55.5(6.5)79(11)14182228(30)3645标准模数系列表（标准模数系列表（GB135787）0.10.120.150.20.250.50.40.50.60.8第一系列第一系
13、列11.251.522.5345681012162025324050为了便于制造为了便于制造、检验和互换使用，检验和互换使用，国标国标GB1357-87规定了规定了标准模数系列。标准模数系列。速度方向速度方向正压力方向正压力方向OrbriBiKiN分度圆压力角分度圆压力角得得:i iarccos(rarccos(rb b/r/ri i)由由 r rb br ri i coscosi i定义分度圆压力角为齿轮的定义分度圆压力角为齿轮的压力角：压力角：对于同一条渐开线：对于同一条渐开线：r ri i i i b b0 01Aii iB1K1r1Orfrar rb br由由d=mz知知：m和和z一一
14、定定时时，分分度度圆圆是是一一个个大大小小唯唯一一确确定的圆。定的圆。规定标准值：规定标准值：2020由由d db bdcosdcos可知可知，基圆也是一个大小唯一确定的圆。基圆也是一个大小唯一确定的圆。称称 m、z、为渐开线齿轮的三个基本参数为渐开线齿轮的三个基本参数。对于分度圆大小相同的齿轮，如果不同，则基圆大小将不同，因而其齿廓形状也不同。是决定渐开线齿廓形状的一个重要参数。是决定渐开线齿廓形状的一个重要参数。或或r rb brcosrcos，arccos(rarccos(rb b/r)/r)d db bdcosdcos齿轮各部分尺寸的计算公式：齿轮各部分尺寸的计算公式：齿顶高：齿顶高：
15、h ha a=h=ha a*m m齿根高：齿根高：h hf f=(h=(ha a*+c+c*)m)m全齿高：全齿高：h=ha+hf齿顶圆直径：齿顶圆直径：d da a=d+2h=d+2ha a齿顶高齿顶高系数系数:h ha a*齿齿根根圆直径：圆直径：d df f=d-2h=d-2hf f顶隙系数顶隙系数:c c*分度圆直径：分度圆直径：d=mzd=mz=(=(2ha*+c*)m=(z+2h=(z+2ha a*)m)m=(z-2h=(z-2ha a*-2c-2c*)m)mrhahfhrfra正常齿：正常齿：h ha a*1 1短齿制：短齿制：h ha a*0.80.8正常齿：正常齿：c c*0
16、.250.25短齿制：短齿制：c c*0.30.3基圆直径：基圆直径：法向齿距：法向齿距：标准齿轮：标准齿轮：一个标准齿轮的基本参数和参数的值确定之后，其主要尺寸和齿廓形状就完全确定了。=mzcos=mzcos=d=db b/z/z=mcos=mcos=pcos=pcos统一用统一用p pb b表示表示m m、h ha a*、c c*取标准值，取标准值，且且e=se=s的齿轮的齿轮。pnrhahfhprfrbOrapbNsed db b=dcos=dcosp pn n=p=pb b二、齿条二、齿条特点：特点：齿廓是直线，各点法线和速度方向线平行1)1)压力角处处相等，且等于齿形角，压力角处处相
17、等，且等于齿形角，2)2)齿距处处相等齿距处处相等:p=mp=m其它参数的计算与外齿轮相同其它参数的计算与外齿轮相同,如：如：s=m/2 e=m/2s=m/2 e=m/2 esppnhahfzz的特例。齿廓曲线（渐开线）的特例。齿廓曲线（渐开线）直线直线h ha a=h=ha a*m hm hf f=(h=(ha a*+c+c*)m)mpn=pcos为常数。为常数。Brbr rf fr ra a1 1)轮齿与齿槽正好与外齿轮相反。轮齿与齿槽正好与外齿轮相反。2 2)dfdda三、内齿轮三、内齿轮3 3)为保证齿廓全部为渐开线，为保证齿廓全部为渐开线，dad-2ha,dfd+2hf结构特点：结构
18、特点：轮齿分布在空心圆柱体内表面上。轮齿分布在空心圆柱体内表面上。不同点不同点：要求要求dadb。pnhNsehahfpBOrrb1r1O11 1rb1r1O11 1rb1r1O11 1pb2pb2pb2pb1pb1pb2pb1=pb2pb1pb1不能正确啮合不能正确啮合!不能正确啮合不能正确啮合!能正确啮合能正确啮合!rb2r2O22 2rb2r2O22 2rb2r2O2 2 2一对齿轮传动时，所有啮合点都在一对齿轮传动时，所有啮合点都在啮合线啮合线N1N2上。上。渐开线齿廓能满足齿廓啮合基本定律，那么，是否任意两个渐开线齿轮都能组成一对齿轮传动呢？m1m2从外观看齿1比齿2小m1 提问：有
19、可能提问：有可能 20的齿轮和人字的齿轮和人字齿轮。齿轮。由由db=mzcos可知，渐可知，渐开线形状随齿数变化。开线形状随齿数变化。要想获得精确的齿廓，要想获得精确的齿廓，加工一种齿数的齿轮，加工一种齿数的齿轮，就需要一把刀具。这在就需要一把刀具。这在工程上是不现实的。工程上是不现实的。进给进给分度分度分度分度切削切削切削切削进给进给成形法加工的特点：成形法加工的特点：产生齿形误差和分度误差，精度较低，加工不连续，产生齿形误差和分度误差，精度较低，加工不连续，生产效率低。适于单件生产。生产效率低。适于单件生产。铣刀铣刀号数号数所切所切齿轮齿轮1213141617202125263435545
20、5134135齿数齿数8把一组各号铣刀切制齿轮的齿数范围把一组各号铣刀切制齿轮的齿数范围123456780 00 0齿轮插刀加工齿轮插刀加工i=0 0/=z/z/=z/z0 0二、范成法二、范成法1.齿轮插刀齿轮插刀共轭齿廓互为包络线共轭齿廓互为包络线切切削削运运动动0 0范成运动范成运动让刀运动让刀运动进给进给切削切削让刀让刀v范成范成Vrrmz/2mz/22.齿条插刀齿条插刀插齿加工过程为断续切削，生产效率低。插齿加工过程为断续切削，生产效率低。滚刀滚刀进给进给进给进给0 0v0 0范成运动范成运动Vrrmz/2mz/2滚刀倾斜滚刀倾斜tt滚刀轴剖面相当于齿条相当于齿轮齿条啮合传动0 0切
21、削切削3.齿轮滚刀齿轮滚刀被加工齿轮被加工齿轮为什么滚刀要倾斜一个角度呢？范成法加工的特点：范成法加工的特点：一种模数只需要一把刀具连续切削，生产效率一种模数只需要一把刀具连续切削，生产效率高，精度高，用于批量生产。高，精度高，用于批量生产。tttt4.用标准齿条型刀具加工标准齿轮用标准齿条型刀具加工标准齿轮标准齿条型刀具比基准齿标准齿条型刀具比基准齿形高出形高出c*m一段切出齿根一段切出齿根过渡曲线过渡曲线。非渐开线讨论切制原理时不考虑此部分。GB1356-88规定了标准齿规定了标准齿条型刀具的基准齿形。条型刀具的基准齿形。4.1标准齿条型刀具标准齿条型刀具4.2用标准齿条型刀具加工标准齿轮
22、用标准齿条型刀具加工标准齿轮h*amh*amc*mm/2m/2=20=20分度线分度线分度圆分度圆hf=(h*a+c*)mha=h*am加工标准齿轮：加工标准齿轮：刀具分度线刚好与轮坯刀具分度线刚好与轮坯的分度圆作纯滚动。的分度圆作纯滚动。加工结果：加工结果：s se em/2顶线顶线es sha=h*amhf=(h*a+c*)mc*mPrbrraN1O1分度圆分度圆基圆基圆一、根切现象一、根切现象图示现象称为轮齿的根切。图示现象称为轮齿的根切。根切的后果：根切的后果：削弱轮齿的抗弯强度；削弱轮齿的抗弯强度；以下分析产生根切的原因以下分析产生根切的原因:使重合度使重合度下降。下降。97根切现象
23、、最少齿数及变位齿轮根切现象、最少齿数及变位齿轮23B1PB2PN1不根切不根切1刀具在位置刀具在位置1开始切削齿间；开始切削齿间；在位置在位置2开始切削渐开线齿廓；开始切削渐开线齿廓；在位置在位置3切削完全部齿廓；切削完全部齿廓；当当B2落在落在N1点的下方点的下方：PB2PN1B2P二、渐开线齿轮不发生根切的最少齿数二、渐开线齿轮不发生根切的最少齿数当被加工齿轮的模数当被加工齿轮的模数m确定之后，其刀具齿顶线与啮确定之后，其刀具齿顶线与啮合线的交点合线的交点B2就唯一确定，就唯一确定，这时极限啮合点这时极限啮合点N1的位置随基圆大小变动的位置随基圆大小变动当当N1B2两点重合时，正好不根切
24、。两点重合时，正好不根切。不根切的条件：不根切的条件：在在PN1O1中有：中有：在在PB2B中有：中有：代入求得：代入求得：z2 h2 ha a*/sin2 2 取取=20=20,h,ha a*=1=1，得得:z zminmin=17=17h*am即：即：zminmin2 h2 ha a*/sin2 2 PN1PPB2=mzsin/2PN1=rsinPB2=h ha a*m/m/sinB2Brb3 N1rb N1O1rb1N1 r三、变位齿轮及其齿厚的确定三、变位齿轮及其齿厚的确定标准齿轮的标准齿轮的优点：优点：计算简单、互换性好。计算简单、互换性好。缺点：缺点：当当zz zminmin时，产
25、生根切。但实际生产中经常要用到时，产生根切。但实际生产中经常要用到zz zminmin的齿轮。的齿轮。不适合不适合aa的场合的场合。aa 时，产生过大侧隙时，产生过大侧隙，且且小齿轮容易坏。原因：小齿轮容易坏。原因：小，滑动系数大，齿根小，滑动系数大，齿根薄。希望两者寿命接薄。希望两者寿命接近。近。为改善上述不足，就必须对齿轮进行变位修正。N11.1.加工齿轮时刀具的移位加工齿轮时刀具的移位 从避免根切引入为避免根切，可径向移动刀具为避免根切，可径向移动刀具 xm B2x-为移距系数。为移距系数。xmxm-移距移距B2靠近轮坯中心时，靠近轮坯中心时，x 000，正变位齿轮正变位齿轮。刀具中线刀
26、具中线正变位齿轮正变位齿轮x0hahf由由于于刀刀具具一一样样，变变位位齿齿轮轮的的基基本本参参数数m m、z z、与与标标准准齿齿轮轮相相同同，故故d d、d db b与与标标准准齿齿轮轮也也相相同同，齿齿廓廓曲曲线线取取自同一条渐开线的不同段。自同一条渐开线的不同段。标准齿轮标准齿轮x0分度圆分度圆负变位齿轮负变位齿轮x00负传动负传动 x1x2000，大齿轮采用负变位，大齿轮采用负变位，x20350）重要的传动、渗重要的传动、渗碳淬火齿轮或铸碳淬火齿轮或铸造齿轮造齿轮1.01.11.31.41.11.21.41.61.62.21.3许用接触应力：许用接触应力：HlimHlim -接触疲劳
27、极限接触疲劳极限,由实验确定由实验确定,SH-为安全系数，查表为安全系数，查表11-4确定。确定。郑州轻工学院专用 800700600500400100200300HBSHlim(N/mm)600500400300200100200HBSHlim(N/mm)600500400300200100200300HBSHlim(N/mm)灰铸铁灰铸铁球墨铸铁球墨铸铁普通碳素普通碳素钢正火钢正火铸钢铸钢正火正火合金钢调质合金钢调质合金铸合金铸钢调质钢调质优质碳素钢优质碳素钢调质或正火调质或正火铸钢调质铸钢调质齿轮的接触疲劳极限齿轮的接触疲劳极限Hlim郑州轻工学院专用 15001400130010009
28、00Hlim(N/mm)12001100800405060HRC40 50 60HRC301500140013001000900Hlim(N/mm)12001100800合金钢合金钢渗碳淬火渗碳淬火调质钢调质钢表面淬火表面淬火渗氮钢氮化渗氮钢氮化调质钢氮化调质钢氮化齿轮的接触疲劳极限齿轮的接触疲劳极限Hlim郑州轻工学院专用 rbO30 30 9-11直齿圆柱齿轮传动的弯曲强度计算直齿圆柱齿轮传动的弯曲强度计算假定载荷仅由一对轮齿承担，按悬臂梁计算。齿顶啮合假定载荷仅由一对轮齿承担，按悬臂梁计算。齿顶啮合时，弯矩达最大值。时，弯矩达最大值。hFFnF2F1SFF 分量F2产生压缩应力可忽略不计
29、，弯曲力矩：弯曲力矩：M=KFnhFcosF危险界面的弯曲截面系数：危险界面的弯曲截面系数：弯曲应力：弯曲应力：危险截面：危险截面：齿根圆角齿根圆角30切线两切点连线处。切线两切点连线处。齿顶受力：齿顶受力：Fn，可分解成两个分力：，可分解成两个分力：F1=FncosFF2=FnsinF-产生弯曲应力；产生弯曲应力；-压应力，小而忽略。压应力，小而忽略。Fn郑州轻工学院专用 h hF F和和S SF F与模数与模数m相关，相关，轮齿弯曲强度计算公式：轮齿弯曲强度计算公式：故故YFa与模数与模数m无关。无关。弯曲应力：弯曲应力：对于标准齿轮对于标准齿轮,YFa仅取决于齿数仅取决于齿数Z，取值见图
30、。，取值见图。YFa齿齿形系数形系数考虑在齿根部有应力集中，引入应力集中系数考虑在齿根部有应力集中，引入应力集中系数YSa郑州轻工学院专用 3.73.63.53.43.33.23.13.02.92.82.72.62.52.42.32.22.12.01.91.81.73.73.63.53.43.33.23.13.02.92.82.72.62.52.42.32.22.12.01.91.81.7111213141516182025304050100400齿齿形系数形系数YF计算根切极限计算根切极限实际根切极限实际根切极限标准齿轮标准齿轮郑州轻工学院专用 计算时取：计算时取：较大者，计算结果应圆整较大
31、者，计算结果应圆整,传递动力的齿轮，其传递动力的齿轮，其m1.5一般一般YF1YF2，F1F2引入齿宽系数：引入齿宽系数：得设计公式：得设计公式：在满足弯曲强度的条件下可适当选取较多的齿数，使在满足弯曲强度的条件下可适当选取较多的齿数，使传动平稳。在中心距传动平稳。在中心距a一定时，一定时，z增多则增多则m减小，减小，da减小，减小，节省材料和工时。节省材料和工时。郑州轻工学院专用 许用弯曲应力：许用弯曲应力：弯曲疲劳极限弯曲疲劳极限FlimFlim由实验确定。由实验确定。SF为安全系数，查表为安全系数，查表11-4确定。确定。表表11-4安全系数安全系数SH和和SFSHSF安全系数安全系数软
32、齿面软齿面（HBS350）硬齿面硬齿面（HBS350）重要的传动、渗重要的传动、渗碳淬火齿轮或铸碳淬火齿轮或铸造齿轮造齿轮1.01.11.31.41.11.21.41.61.62.21.3因弯曲疲劳造成的轮齿折断可能造成重大事故，而疲劳因弯曲疲劳造成的轮齿折断可能造成重大事故，而疲劳点蚀只影响寿命，故：点蚀只影响寿命，故：SFSH郑州轻工学院专用 100300200Hlim(N/mm)0100300HBS200Hlim(N/mm)100200HBS1003002000Hlim(N/mm)100300HBS2001003002000Hlim(N/mm)2003005004004060HRC50H
33、lim(N/mm)2003005004004060HRC5030合金钢渗碳淬火调质钢表面淬火渗氮钢氮化调质钢氮化灰铸铁球墨铸铁普通碳素钢正火铸钢正火合金铸钢调质铸钢调质合金钢调质齿轮的弯曲疲劳极限齿轮的弯曲疲劳极限Hlim优质碳素钢调质或正火郑州轻工学院专用 d12FFF11-7斜齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动一、一、轮齿上的作用力轮齿上的作用力1 1T T1 1圆周力：圆周力：径向力：径向力：轴向力：轴向力：轮齿所受总法向力轮齿所受总法向力Fn可分解为三个分力可分解为三个分力 :圆周力Ft的方向在主动轮上与运动方向相反，在从动论上与运动方向相同；径向力指向各自的轴心；轴向力的方向由螺旋方向和
34、轮齿工作面而定。FrFtFt长方体底面长方体对角面即轮齿法面F=Ft /cos Fr=F tgn nFrFnFnFnc cFaFa郑州轻工学院专用 斜齿圆柱齿轮传动的强度计算是按轮齿的法面进行的，其基本原理与直齿轮相同。但是，斜齿轮的重合度大，同时啮合的轮齿较多，轮齿的接触线是倾斜的，在法面内斜齿轮的当量齿轮的分度圆半径较大，因此斜齿轮的接触强度和弯曲强度较直齿轮低。二、二、强度计算强度计算一对钢制标准斜齿轮传动的接触应力及强度条件为：一对钢制标准斜齿轮传动的接触应力及强度条件为：引入齿宽系数：引入齿宽系数：得设计公式：得设计公式：其中：其中：材料弹性系数。通过查表可得材料弹性系数。通过查表可
35、得节点区域系数。标准齿轮节点区域系数。标准齿轮ZH=2.5称为螺旋角系数。称为螺旋角系数。郑州轻工学院专用 齿根弯曲疲劳强度条件为齿根弯曲疲劳强度条件为式中：式中：齿形系数。由当量齿数齿形系数。由当量齿数查图查图118应力修正系数。由应力修正系数。由查图查图119郑州轻工学院专用 9-14齿轮的构造齿轮的构造直径较小的钢质齿轮，当齿根圆直径与轴径接近时，可以将齿轮与轴做成一体，称为齿轮轴。如果齿轮的直径比轴径大得多，则应把齿轮和轴分开制造。1.齿轮轴齿轮轴2.实心齿轮实心齿轮直径直径da 200mmda 200mm。郑州轻工学院专用 dh=1.6 ds;lh=(1.2.1.5)ds,并使并使l
36、hbc=0.3b;=(2.5.4)mn,但不小于但不小于8mmd0和和d按结构取定，当按结构取定，当d 较小时可不开孔较小时可不开孔3.腹板式齿轮腹板式齿轮dd0bdsdhda斜度斜度1:10lhc直径直径200200da da 500mm500mm。郑州轻工学院专用 3.腹板式齿轮腹板式齿轮dh=1.6 ds;lh=(1.2.1.5)ds,并使并使lhbc=0.3b;=(2.5.4)mn,但不小于但不小于8mmd0和和d按结构取定。按结构取定。bdsdhda斜度斜度1:10lhc郑州轻工学院专用 dh=1.6 ds(铸钢铸钢);dh=1.6 ds(铸铁铸铁)lh=(1.2.1.5)ds,并使
37、并使lhbc=0.2b;但不小于但不小于10mm=(2.5.4)mn,但不小于但不小于8mmh1=0.8 ds;h2=0.8 h1;s=1.5 h1;但不小于但不小于10mme=0.8 ds;h2=0.8 h1 bdsdhda斜度斜度1:20clhh1eeh2s4.轮辐式齿轮轮辐式齿轮直径直径500500mmda da 常用的齿轮结构形式有以下几种：常用的齿轮结构形式有以下几种：郑州轻工学院专用 dh=1.6 ds;lh=(1.2.1.5)ds c=(0.20.3)b;=(2.54)me;但不小于但不小于10mmd0 和和d 按结构取定按结构取定dd0Rbdsdhdalh斜度斜度1:10郑州轻
38、工学院专用 d0dRbdsdhdalh斜度斜度1:20dh=(1.61.8)ds;lh=(1.2.1.5)ds c=(0.20.3)b;s=0.8c;=(2.54)me;但不小于但不小于10mmd0 和和d 按结构取定按结构取定郑州轻工学院专用 油池润滑油池润滑采用惰轮的油池润滑采用惰轮的油池润滑喷油润滑喷油润滑9-15齿轮传动的润滑和效率齿轮传动的润滑和效率开式开式齿轮齿轮常采用人工定期润滑。可用润滑油或润滑脂。常采用人工定期润滑。可用润滑油或润滑脂。闭式闭式齿轮齿轮传动的润滑方式由圆周速度传动的润滑方式由圆周速度v确定。确定。当当v12m/s时，采用油池润滑。时，采用油池润滑。当当v 12
39、m/s时，采用油泵喷油润滑。时，采用油泵喷油润滑。适用于多级齿轮，且大小不等的场合。理由：理由：1)v1)v过高，油被甩走，不能进入啮合区；过高，油被甩走，不能进入啮合区；2)2)搅油过于激烈，使油温升高，降低润滑性能；搅油过于激烈，使油温升高，降低润滑性能；3)3)搅起箱底沉淀的杂质，加剧轮齿的磨损。搅起箱底沉淀的杂质，加剧轮齿的磨损。郑州轻工学院专用 表表11-5齿轮传动润滑油粘度荐用值齿轮传动润滑油粘度荐用值塑料、铸塑料、铸铁、青铜铁、青铜齿轮材料齿轮材料 强度极限强度极限圆周速度圆周速度v (m/s)运动粘度运动粘度v/cSt（40）渗碳或表渗碳或表面淬火钢面淬火钢钢钢350512.5
40、 12.525252.5512.50.510.5220150100805545010001000125012501580500350220150100805005003502201501009005005003502201505580100郑州轻工学院专用 齿轮传动的损耗：齿轮传动的损耗：表表11-6齿轮传动的平均效率齿轮传动的平均效率圆柱齿轮圆柱齿轮圆锥齿轮圆锥齿轮传动装置传动装置6级或级或7级精度级精度的闭式传动的闭式传动8级精度的级精度的闭式传动闭式传动开式传动开式传动0.980.970.970.960.930.95啮合中的摩擦损耗；啮合中的摩擦损耗；搅动润滑油的油阻损耗；搅动润滑油的油
41、阻损耗；轴承中的摩擦损耗。轴承中的摩擦损耗。913平行轴平行轴斜齿轮斜齿轮传动传动1.斜齿轮的共轭齿廓曲面斜齿轮的共轭齿廓曲面考虑齿轮宽度，则直齿轮的齿廓曲面是发生面在基圆柱上作纯滚动时，发生面内一条与轴线平行的直线KK所展成的曲面。直齿轮：啮合线直齿轮：啮合线啮合面啮合面 两基圆的内公切面啮合点啮合点接触线，即啮合面与齿廓曲面的交线。接触线，即啮合面与齿廓曲面的交线。啮啮合合特特点点:沿沿齿齿宽宽同同时时进进入入或或退退出出啮啮合合。突突然然加加载载或或卸载，运动平稳性差，冲击、振动和噪音大。卸载，运动平稳性差，冲击、振动和噪音大。斜直线斜直线KK的轨迹斜齿轮的齿廓曲面的轨迹斜齿轮的齿廓曲面
42、螺旋线渐开面螺旋线渐开面AKKKbAAb 基圆柱上的基圆柱上的螺旋角螺旋角KK线上每一点都产生一条渐开线，其形状相同而起始点不在同一条母线上KA发生面发生面基圆柱基圆柱发生面发生面12b啮合面啮合面基圆柱基圆柱渐开线螺旋面渐开线螺旋面KK齿面接触线齿面接触线齿面接触线始终与齿面接触线始终与K-KK-K线平行并且位于两基圆的公切面内。线平行并且位于两基圆的公切面内。啮合特点啮合特点:接触线长度的变化：接触线长度的变化：短短 长长短短加载、卸载过程是逐渐进行的加载、卸载过程是逐渐进行的传动平稳、冲击、传动平稳、冲击、振动和噪音较小，适宜高速、重载传动。振动和噪音较小，适宜高速、重载传动。在端面内，
43、斜齿轮的齿廓曲线为渐开线，相当于直在端面内，斜齿轮的齿廓曲线为渐开线，相当于直齿圆柱齿轮传动，满足定传动比要求。齿圆柱齿轮传动，满足定传动比要求。二、斜齿轮的基本参数二、斜齿轮的基本参数1.斜齿轮的螺旋角斜齿轮的螺旋角将将分分度度圆圆柱柱展展开开，得得一矩形，有：一矩形，有：tg=d/l其中其中t为端面压力角。为端面压力角。ddbb同同理理，将将基基圆圆柱柱展展开开，也得一矩形，有：也得一矩形，有：tgb=db/ll得：得：tgb/tg=db/dtgb=tg cost=cost右旋右旋定义定义分度圆柱上的螺旋角分度圆柱上的螺旋角为斜齿轮的螺旋角为斜齿轮的螺旋角。判别方法d d左旋左旋B法面内的
44、齿形与刀具的齿形一样，取法面内的齿形与刀具的齿形一样，取标准值。标准值。2.模数模数mn、mt将分度圆柱展开，得一矩形，将分度圆柱展开，得一矩形，pn=ptcos将将pnmn,ptmt代入得：代入得：pt 可求得端面齿距与法面齿距之间的关系：可求得端面齿距与法面齿距之间的关系：斜齿轮的齿面为螺旋渐开面，其法面齿形和端面齿形不一样，参数也不一样。切削加工时，刀具沿齿槽方向运动，故法面内的齿形与刀具的齿形一样，取标准值。计算时，按端面参数进行，故应建立两者之间的关系。端面是圆，而法面不是圆dmn=mtcosnn pnbac压力角：压力角：n、t用斜齿条说明：在在abc中，有：中，有：abc=n在在
45、abc中中,有：有：abc=t由由 ab=ab,ac=accos 得：得：tgn=tgt cos 3.斜齿轮传动的几何尺寸斜齿轮传动的几何尺寸不论在法面还是端面，其齿顶高和齿根高一样：不论在法面还是端面，其齿顶高和齿根高一样：h*an法面齿顶高系数，法面齿顶高系数，han*1c*n法面顶隙系数法面顶隙系数,c*n0.25过c点作轮齿的法剖面在法面和端面内齿高一样,tgn=ac/abtgt=ac/abha=h*anmn hf=(h*an+c*n)m n nabcaat分度圆直径：分度圆直径：d=zmt=z mn/cos中心距：中心距：a=r1+r2可通过改变可通过改变来调整来调整a的大小。的大小
46、。4.一对斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件一对斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件啮合处的齿向相同。啮合处的齿向相同。外啮合外啮合:1 1-2 2mn1n1=mn2n2，n1=n1mt1t1=mt2t2，t1t2一对斜齿轮的正确啮合条件，除了模数和压力角应分别相等外，其螺旋角必须匹配。=mn(z1+z2)/2 cos内啮合内啮合：1 12 2b bB B2 2B B2 2斜齿轮传动的重合度斜齿轮传动的重合度直齿轮：直齿轮：斜齿轮：斜齿轮：的的增量：增量：L/pL/pbtbt分析图示直齿轮和斜齿轮在啮合面进入啮合(B2 B2)和退出啮合(B1 B1)的情形。LLb bb bB B1 1B B1 1b tgb t
47、gb b/p/pbtbt +若若b100，2020 mn2 2则：则：B B1 1B B1 1b bB B2 2B B2 2L LL/pL/pb b(L+L)/p(L+L)/pbtbtb tg/ptg/pt5.455.45cd斜齿圆柱齿轮的当量齿数斜齿圆柱齿轮的当量齿数用盘铣刀加工斜齿轮时，加工沿法面进行，要求斜齿轮法面内的齿形与所选铣刀的齿形近可能接近。选择铣刀组号的依据是直齿轮的齿数，因此，有必要知道一个齿数为z的斜齿轮法面内的齿形与多少个齿的直齿轮的齿形相当，该直齿轮作为选刀号的依据。定义：定义：与斜齿轮法面齿形相当的直齿轮，称为与斜齿轮法面齿形相当的直齿轮，称为该斜齿轮的当量齿轮，其齿
48、数称当量齿数。该斜齿轮的当量齿轮，其齿数称当量齿数。过分度圆C点作轮齿的法剖面得一椭圆，以C点曲率半径作为当量齿轮的分度圆半径。r rv 得：得：zv 2r rv/mn斜齿轮不发生根切的最少齿数：斜齿轮不发生根切的最少齿数：zmin=z zvmincos3d/mn cos2zmzmt/m mn cos2z/z/cos3a椭圆长半轴椭圆长半轴:a=d/2cos短半轴短半轴:b=d/2b=d/2 由高数知，C点的曲率半径为：ba2/b=d/2cos2若若=20=20 z zvmin=17zmin=14 n nn n齿槽齿槽F Fn nF Ft t7.斜齿轮的主要优缺点斜齿轮的主要优缺点 啮合性能好
49、、传动平稳，噪音小。啮合性能好、传动平稳，噪音小。重合度大，承载能力高。重合度大，承载能力高。zmin z zvmin,机构更紧凑机构更紧凑。缺点是产生轴向力，且随缺点是产生轴向力，且随增大而增大，增大而增大，一般取一般取820。采用采用人字齿轮人字齿轮，可使，可使2540。常用于高速大功率传动中常用于高速大功率传动中(如船用齿轮箱如船用齿轮箱)。F Fs sF Ft tF Fn nF Fs sr r2 2O O2 2r r1 1P PO O1 1P P1 1r rv1v199圆锥齿轮机构圆锥齿轮机构一、一、圆锥齿轮圆锥齿轮概述概述作用：作用：传递两相交轴之间的运动和动力。传递两相交轴之间的运
50、动和动力。结构特点：结构特点：轮齿分布在锥台表面上，轮齿大小逐渐由大变小。轮齿分布在锥台表面上，轮齿大小逐渐由大变小。轴交角轴交角：根据需要确定根据需要确定为了计算和测量的方便，取大端参数为了计算和测量的方便，取大端参数(如如m)m)为标准值。为标准值。名称变化：名称变化：圆柱圆柱圆锥，如分度圆锥、齿顶圆锥等。圆锥，如分度圆锥、齿顶圆锥等。2 21 1=90=90相当于齿轮齿条啮合相当于齿轮齿条啮合分度圆锥角分度圆锥角。P P2 21 1冠轮冠轮轴交角轴交角 根据需要确定根据需要确定圆锥齿圆锥齿轮类型轮类型按按齿齿形形分分有有：直直齿齿、斜斜齿齿、曲曲齿齿(圆圆弧弧齿齿、螺旋齿螺旋齿)=90=