《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第4版》 課件 7齒輪機(jī)構(gòu)

第七章齒輪傳動(dòng)學(xué)習(xí)指導(dǎo)1.熟悉齒廓嚙合基本定律及各類齒輪的正確嚙合的條件；2.熟悉標(biāo)準(zhǔn)齒輪、變位齒輪切制特點(diǎn)及防止根切的最少齒數(shù);3.熟悉斜齒圓柱齒輪基本參數(shù)與螺旋角的關(guān)系及當(dāng)量齒輪、當(dāng)量齒數(shù)的概念；4.熟練掌握標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線齒輪幾何尺寸的基本參數(shù)及計(jì)算公式；5.熟悉齒輪的失效形式及預(yù)防或減輕損傷的措施；6.掌握齒輪常用材料的選擇原則及其熱處理特點(diǎn)；7.熟練掌握各類齒輪傳動(dòng)的受力分析；8.熟練掌握直齒圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)的步驟和強(qiáng)度計(jì)算的方法;9.掌握斜齒輪傳動(dòng)和直齒錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算特點(diǎn)。第一節(jié)齒輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和類型一、齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):傳動(dòng)比準(zhǔn)確、效率高、壽命長(zhǎng)、工作可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、適用速度和功率范圍廣。缺點(diǎn):要求加工精度和安裝精度較高，制造時(shí)需要專門工具和設(shè)備，成本高，不宜在兩軸中心距較大的場(chǎng)合使用。二、齒輪傳動(dòng)的分類外嚙合直齒輪傳動(dòng)內(nèi)嚙合直齒輪傳動(dòng)齒輪齒條傳動(dòng)曲齒錐齒傳動(dòng)交錯(cuò)軸斜齒輪傳動(dòng)交錯(cuò)軸蝸桿傳動(dòng)第二節(jié)齒廓實(shí)現(xiàn)定角速比傳動(dòng)的條件

傳動(dòng)比：

節(jié)圓半徑：

節(jié)圓

：節(jié)點(diǎn)P在兩個(gè)齒輪運(yùn)動(dòng)平面上的軌跡是兩個(gè)圓（輪1的節(jié)圓是以O(shè)1為圓心，O1C(C為節(jié)點(diǎn))為半徑的圓）。通常采用漸開(kāi)線或擺線作為齒廓曲線。

凡滿足齒廓嚙合基本定律的一對(duì)齒輪的齒廓稱共軛齒廓，共軛齒廓的齒廓曲線稱為共軛曲線。1.滿足定傳動(dòng)比的要求；2.考慮設(shè)計(jì)、制造等方面。齒廓曲線的選擇

要使一對(duì)齒輪的傳動(dòng)比為常數(shù)，其齒廓形狀必須滿足：不論在哪一點(diǎn)嚙合，過(guò)嚙合點(diǎn)所作的齒廓公法線都與連心線交與一定點(diǎn)C（齒廓嚙合基本定律）。齒廓嚙合基本定律圖中，

—為基圓半徑；

BK—為漸開(kāi)線的發(fā)生線；

—為漸開(kāi)線AK段的展角。第三節(jié)漸開(kāi)線齒廓一、漸開(kāi)線的形成及性質(zhì)1、形成當(dāng)一直線n－n沿一個(gè)圓的圓周作純滾動(dòng)時(shí)，直線BK上任一點(diǎn)的軌跡稱為漸開(kāi)線。6）基圓內(nèi)無(wú)漸開(kāi)線。2、性質(zhì)1）;2）發(fā)生線BK既是漸開(kāi)線任一K點(diǎn)的法線，又是基圓的切線;4）漸開(kāi)線上任一點(diǎn)的法線與該點(diǎn)速度方向之間的銳角稱為該點(diǎn)的壓力角;5）漸開(kāi)線的形狀決定于基圓的大小。當(dāng)相同時(shí)，

越大，曲率半徑越大，當(dāng)

→∞時(shí)，漸開(kāi)線變成近似直線;3）發(fā)生線與基圓的切點(diǎn)B是漸開(kāi)線上K點(diǎn)的曲率中心，而線段是漸開(kāi)線在K點(diǎn)的曲率半徑;二、漸開(kāi)線齒廓滿足定角速比要求

常數(shù)

三、漸開(kāi)線齒廓傳動(dòng)的特點(diǎn)3、漸開(kāi)線齒廓的嚙合線是一直線N1N2

，嚙合點(diǎn)軌跡與嚙合線、公法線、兩基圓的內(nèi)公切線三線重合。1、漸開(kāi)線齒廓嚙合具有可分性。第四節(jié)漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸1、齒數(shù)z2、齒頂圓半徑3、齒根圓半徑4、任意圓半徑5、齒槽寬6、齒厚7、齒距定義

(模數(shù))一、直齒齒輪各部分名稱和基本參數(shù)8、分度圓r，d，s，e，p9、齒頂高：d與之間10、基節(jié)d=mz

m為標(biāo)準(zhǔn)值P=s+e齒全高h(yuǎn)

：齒根高

：d與

之間基節(jié)——基圓上的周節(jié)（齒距）二、漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的幾何尺寸計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)齒輪：

標(biāo)準(zhǔn)齒輪是指m、α、ha*、c*

均取標(biāo)準(zhǔn)值，具有標(biāo)準(zhǔn)的齒頂高和齒根高，且分度圓齒厚等于齒槽寬的齒輪。單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)齒輪：

d=mz

da=d+2ha=(z+2ha*)mdf=d-2hf=(z-2ha*-2c*)mdb=dcosαha=ha*mhf=(ha*+c*)mh=ha+hf=(2ha*+c*)mP=πm；一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪：①m、z決定了分度圓的大小，而齒輪的大小主要取決于分度圓，因此m、z是決定齒輪大小的主要參數(shù)。②輪齒的尺寸與m，ha*

，c*

有關(guān)，與z無(wú)關(guān)。③齒形與m，z，α有關(guān)。一、正確嚙合條件兩對(duì)齒分別在K，點(diǎn)嚙合，根據(jù)嚙合基本定律K在N1N2上

在N1N2上

——法向齒距在齒輪1上：=Pb1

在齒輪2上：=Pb2

∴Pb1=Pb2

第五節(jié)漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動(dòng)(m，α不是連續(xù)值)（正確嚙合條件）

二、漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪連續(xù)傳動(dòng)條件起始嚙合點(diǎn)：從動(dòng)輪的齒頂點(diǎn)與主動(dòng)輪的齒根處某點(diǎn)接觸，在嚙合線上為從動(dòng)輪的齒頂圓與嚙合線N1N2的交點(diǎn)A。終止嚙合點(diǎn)：主動(dòng)輪的齒頂點(diǎn)與從動(dòng)輪的齒根處某點(diǎn)接觸，在嚙合線N1N2上為主動(dòng)輪的齒頂圓與嚙合線N1N2的交點(diǎn)E?！獙?shí)際嚙合線——理論嚙合線或齒輪傳動(dòng)的連續(xù)性條件：重合度：意義：重合度不僅是齒輪傳動(dòng)的連續(xù)性條件，而且是衡量齒輪承載能力和傳動(dòng)平穩(wěn)性的重要指標(biāo)?！荨?≥1第六節(jié)漸開(kāi)線齒輪的切齒原理及根切與變位一、齒輪加工的基本原理1.成形法2.范成法被加工齒輪：要求：刀具比標(biāo)準(zhǔn)齒條在齒頂部高出

齒條插刀齒輪滾刀二、輪齒的根切現(xiàn)象和最少齒數(shù)危害：①切掉部分齒廓；②削弱了齒根強(qiáng)度；③嚴(yán)重時(shí)，部分齒廓被切去，重合度降低。不發(fā)生根切的最少齒數(shù)：三、變位齒輪的概念1.正變位齒輪2.負(fù)變位齒輪3.變位齒輪的優(yōu)點(diǎn)1）避免根切2）改善小齒輪的壽命（傳動(dòng)比大時(shí),增大小齒輪齒厚,減小大齒輪齒厚，使一對(duì)齒輪的壽命相當(dāng)）。3）湊中心距外嚙合無(wú)法安裝第七節(jié)齒輪傳動(dòng)的精度

漸開(kāi)線圓柱齒輪精度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)齒輪及齒輪副規(guī)定12個(gè)精度等級(jí)，第一級(jí)最高，12級(jí)最低。精度等級(jí)圓周速度/應(yīng)用直齒圓柱齒輪斜齒圓柱齒輪直齒錐齒輪6級(jí)

≤15≤25≤9高速重載的齒輪傳動(dòng)、分度機(jī)構(gòu)的齒輪傳動(dòng)7級(jí)

≤10

≤17≤6高速中載或中速重載的齒輪傳動(dòng)8級(jí)≤5

≤10≤3機(jī)械制造中對(duì)精度無(wú)特殊要求的齒輪9級(jí)≤3≤3.5≤2.5低速及對(duì)精度要求低的傳動(dòng)一、齒輪的失效形式1.輪齒的折斷第八節(jié)齒輪的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

2.齒面點(diǎn)蝕3.齒面磨損4.齒面膠合5.輪齒塑性變形二、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則軟齒面閉式齒輪傳動(dòng)：常因齒面點(diǎn)蝕而失效，故通常先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。(1)對(duì)于閉式傳動(dòng)的齒輪硬齒面式齒輪傳動(dòng)：其齒面接觸承載能力較高，故通常先按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度。高速重載齒輪傳動(dòng)，還可能出現(xiàn)齒面膠合，故需校核齒面膠合強(qiáng)度。(2)對(duì)于開(kāi)式傳動(dòng)的齒輪：其主要失效形式是齒面磨損，通常只進(jìn)行彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，并用適當(dāng)增大模數(shù)的辦法來(lái)考慮磨粒磨損的影響。一、鍛鋼第九節(jié)齒輪材料與熱處理方法

1.軟齒面齒輪(齒面硬度≤350HBW)常用的材料為45鋼、40Cr、35SiMn、38MnMo等中碳鋼或中碳合金鋼。齒輪毛坯經(jīng)調(diào)質(zhì)或正火處理后，齒面硬度一般在160～290HBW范圍內(nèi)。由于小齒輪比大齒輪的嚙合次數(shù)多，應(yīng)使小齒輪的齒面硬度比大齒輪的齒面硬度高30～50HBW，以期達(dá)到大小齒輪等強(qiáng)度。2.硬齒面齒輪(齒面硬度>350HBW)常用的材料：一類為20Cr、20CrMnTi等低碳合金鋼;二類為45鋼、40Cr等中碳鋼或中碳合金鋼，還有滲氮和碳氮共滲等熱處理方法。常用材料有：42CrMo、38CrMoAl。硬齒面齒輪可用整體淬火、表面、滲碳淬火等熱處理方法得到。二、鑄鋼當(dāng)齒輪的尺寸較大或結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且受力較大時(shí)常用的鑄鋼有ZG310-570、ZG340-640等。三、鑄鐵用于低速輕載、沖擊小等不重要的齒輪傳動(dòng)中常用的鑄鐵有HT300、QT600-3等。一、受力分析和計(jì)算載荷第十節(jié)直齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算

1.受力分析作用于主、從動(dòng)輪上各對(duì)力的方向判斷:作用于主、從動(dòng)輪上的各對(duì)力均大小相等，方向相反。

：在主動(dòng)輪上與運(yùn)動(dòng)方向相反，在從動(dòng)輪上與運(yùn)動(dòng)方向相同：方向與嚙合方式有關(guān)，對(duì)于外嚙合，主、從動(dòng)輪上的徑向力分別指向各自的輪心2.計(jì)算載荷二、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度條件式校核公式通常按節(jié)點(diǎn)計(jì)算接觸應(yīng)力設(shè)計(jì)公式其中≤≤≥三、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度條件式校核公式設(shè)計(jì)公式其中≤≤≥四、齒輪傳動(dòng)主要參數(shù)選擇1.齒數(shù)和模數(shù)m閉式傳動(dòng)，可取開(kāi)式傳動(dòng)，可取按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)，

并圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。在保證齒根彎曲強(qiáng)度的條件下，盡量選取小的m，但對(duì)傳遞動(dòng)力的齒輪，m不得小于1.5mm2.齒寬系數(shù)參考表7-7，合理選擇齒寬系數(shù)。3.齒數(shù)比u一般對(duì)于直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，u≤5;對(duì)于斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，u可取6～7;對(duì)于開(kāi)式齒輪傳動(dòng)或手動(dòng)齒輪傳動(dòng)，u可取8~12。一、斜齒圓柱齒輪的嚙合特點(diǎn)

斜齒圓柱齒輪的輪齒和齒輪軸線不平行，輪齒嚙合時(shí)齒面的接觸線是傾斜的，接觸線的長(zhǎng)度由短變長(zhǎng)，再由長(zhǎng)變短，其輪齒是逐漸進(jìn)入嚙合，再逐漸退出嚙合的，所以，斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)，沖擊和噪聲小，適合于高速傳動(dòng)。第十一節(jié)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)

二、斜齒圓柱齒輪的幾何關(guān)系和幾何尺寸計(jì)算

斜齒輪的齒面與分度圓柱面的交線為螺旋線。螺旋線的切線與齒輪軸線之間所夾的銳角，稱為螺旋角。螺旋線有左旋和右旋之分。1.螺旋角2.模數(shù)和壓力角對(duì)于斜齒輪，垂直于齒輪軸線的平面為端面；垂直于輪齒螺旋線的平面為法面。斜齒輪幾何尺寸應(yīng)按端面來(lái)計(jì)算；法向參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值。三、斜齒輪傳動(dòng)正確嚙合的條件

以為分度圓半徑，用斜齒輪的法向模數(shù)和法向壓力角作一假想直齒輪，則該直齒輪的齒形可認(rèn)為與斜齒輪的法面齒形相同。因此，稱這個(gè)假想的直齒輪為當(dāng)量齒輪，其齒數(shù)稱為當(dāng)量齒數(shù)。四、當(dāng)量齒輪和當(dāng)量齒數(shù)五、斜齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算1.受力分析作用于主、從動(dòng)輪上各對(duì)力的方向判斷：的方向與直齒輪相同;

的方向判斷：

1)力分析的方法;2)主動(dòng)輪左（右）手法則判斷,對(duì)于主動(dòng)輪，齒的旋向若為右旋，則用右手（左旋用左手）握住輪的軸線，并使四指的方向順著輪的旋轉(zhuǎn)方向，此時(shí)拇指的指向即為軸向力的方向。(1)接觸強(qiáng)度公式的應(yīng)用2.強(qiáng)度計(jì)算校核公式設(shè)計(jì)公式(2)彎曲強(qiáng)度公式的應(yīng)用校核公式設(shè)計(jì)公式≤≥≤≥將錐齒輪的背錐面展開(kāi)成平面，得一扇形齒輪，將扇形齒輪補(bǔ)全稱為假想的直齒圓柱齒輪，這個(gè)圓柱齒輪稱為錐齒輪的當(dāng)量齒輪。當(dāng)量齒輪的齒數(shù)稱為當(dāng)量齒數(shù)。第十二節(jié)錐齒輪傳動(dòng)

一、直齒錐齒輪的當(dāng)量齒輪和當(dāng)量齒數(shù)錐齒輪傳動(dòng)的主要幾何尺寸計(jì)算公式列于表7-10中。二、直齒錐齒輪的幾何關(guān)系和幾何尺寸計(jì)算三、直齒錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算1.受力分析2.強(qiáng)度計(jì)算(1)接觸強(qiáng)度公式的應(yīng)用校核公式設(shè)計(jì)公式(2)彎曲強(qiáng)度公式的應(yīng)用校核公式設(shè)計(jì)公式≤≥≤≥1、齒輪軸第十三節(jié)齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、鍛造齒輪如果圓柱齒輪齒根圓到鍵槽底面的徑向距離，則可將齒輪與軸做成一體稱為齒輪軸。e≤2.5m(mm)2、實(shí)心式齒輪當(dāng),且

,則可做成實(shí)心式?！?00mm3、腹板式齒輪當(dāng)時(shí),為了減少質(zhì)量和節(jié)約材料,通常采用腹板式結(jié)構(gòu)?！?00mm,多采用輪輻式的鑄造結(jié)構(gòu)。二、鑄造齒輪三、焊接式齒輪

單件生產(chǎn)而尺寸過(guò)大又不利于鑄造的齒輪,可采用焊接結(jié)構(gòu)。第十四節(jié)齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑

閉式齒輪傳動(dòng)中，潤(rùn)滑方式取決于齒輪的圓周速度

。當(dāng)

≤時(shí)，可采用浸油潤(rùn)滑。

當(dāng)

>

時(shí)，可采用噴油潤(rùn)滑，用油泵將潤(rùn)滑油直接噴到嚙合區(qū)。典型習(xí)題1.上某點(diǎn)的壓力角是指該點(diǎn)所受正壓力的方向與（A）方向線之間所夾的銳角。

A.絕對(duì)速度B.相對(duì)速度C.滑動(dòng)速度D.牽連速度2.漸開(kāi)線在基圓上的壓力角為（B）。A.20°B.0°C.15°D.25°3.正變位齒輪的分度圓齒厚（A）標(biāo)準(zhǔn)齒輪的分度圓齒厚。

A.大于B.小于C.等于