6.4 齿轮传动（课件）《机械基础》同步精品课堂（高教版）

6-4 齿轮传动 【教学目标】 1.了解齿轮传动的类型及基本要求； 2.了解渐开线齿轮各部分的名称与主要参数； 3.掌握标准直齿圆柱齿轮的基本尺寸及其计算方法； 4.理解直齿圆柱齿轮的正确啮合条件； 5.了解齿轮传动的失效形式与维护。 1.学生能够熟练掌握标准直齿圆柱齿轮的计算方法； 2.学生能够初步具备分析齿轮传动的能力。 1.通过实践操作培养认真、踏实、细致的工作作风； 2.通过小组合作，培养学生团队合作学习能力。 一.知识目标： 二.能力目标： 三.素质目标： 【重点难点】 重点：标准直齿圆柱齿轮的基本尺寸及其计算方法 难点：齿轮传动的特点 。 1.齿轮传动的工作原理 齿轮传动的工作原理、特点、类型和应用 齿轮传动由主动齿轮、从动齿轮和机架组成,它是依靠主、从动齿轮轮齿直 接啮合来传递运动和动力的装置。 2.齿轮传动的特点 齿轮传动的工作原理、特点、类型和应用 齿轮传动用来传递任意位置的两轴之间的运动和动力。齿轮传动平稳； 传动比精确,工作可靠、效率高、寿命长； 适用的功率,速度和尺寸范围大。 3.齿轮传动的类型和应用 齿轮传动的工作原理、特点、类型和应用 （1）根据两轴的相对位置分为平行轴间齿轮传动、相交轴间齿轮传动与交 错轴间齿轮传动。 3.齿轮传动的类型和应用 齿轮传动的工作原理、特点、类型和应用 （2）按工作条件分为闭式齿轮传动和开式齿轮传动。 3.齿轮传动的类型和应用 齿轮传动的工作原理、特点、类型和应用 （3）按齿轮的齿廓曲线分为渐开线齿轮传动、摆线齿轮传动和圆弧齿轮传动三种,其中渐开线齿轮传动应用最广泛。 3.齿轮传动的类型和应用 齿轮传动的工作原理、特点、类型和应用 （4）按齿轮的啮合方式分为外啮合齿轮传动、内啮合齿轮传动和齿轮与齿条传动。 1.齿数(z) 渐开线齿轮各部分的名称与主要参数 在一个齿轮上,齿数、压力角和模数是几何尺寸计算的主要参数和依据。 一个齿轮的轮齿数即齿数,它是齿轮最基本的参数之一。当模数一定时,齿数越多,齿轮的几何尺寸越大,轮齿渐开线的曲率半径也越大,齿廓曲线趋于平直。 2.压力角(a) 渐开线齿轮各部分的名称与主要参数 压力角是齿轮运动方向与受力方向所夹的锐角,通常所说的压力角是指分度 圆上的压力角。压力角不同,轮齿的形状也不同。压力角已标准化,我国规定标准 压力角是20°。 3.模数(m) 渐开线齿轮各部分的名称与主要参数 齿距 p 除以圆周率π所得的商称为模数,用 m 表示,单位为 mm。 模数直接影响轮齿的大小、齿形和强度。对于相同齿数的齿轮,模数越大, 齿轮的几何尺寸越大，轮齿越大,承载能力也越大。 标准直齿圆柱齿轮的基本尺寸及其计算 名称 代号 计算公式 齿形角 α 标准齿轮为20° 齿数 z 通过传动比计算确定 模数 m 通过计算或结构设计确定 齿厚 s s=p/2=πm/2 分度圆上一个齿两侧齿廓之间的弧长。 齿槽宽 e e=p/2=πm/2 分度圆上齿槽两侧齿廓之间的弧长。 齿距 p p=πm 分度圆上相邻两齿同侧齿廓之间的弧长。 基圆齿距 pb pb=pcosα=πmcosα 齿顶高 ha ha=ha*m=m 分度圆与齿顶圆之间的径向距离。 标准直齿圆柱齿轮的基本尺寸及其计算 名称 代号 计算公式 定义 齿根高 hf hf=(ha*+c*)m=1.25m 分度圆与齿顶圆之间的径向距离。 齿高 h h=ha+hf=2.25m 分度圆直径 d d=mz 齿轮上作为齿轮尺寸基准的圆的直径。 齿顶圆直径 da da=d+2ha=m(z+2) 齿根圆直径 df df=d-hf=m(z-2.5) 基圆直径 db db=dcosα 形成渐开线齿廓曲线的圆的直径。 标准中心距 a a=(d1+d2)/2=m(z1+z2)/2 两齿轮中心的距离。 齿数比 u u=z2/z1 直齿圆柱齿轮的正确啮合条件 一对渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件为两齿轮的模数必须相等,分度圆上的压力角必须相等且均等于标准值,即 m1=m2=m； α1=α2=α 齿轮传动比的计算公式为 I12=n1/n2=Z2/Z1  1.齿轮轮齿的加工方法 渐开线齿轮的加工方法、根切现象与齿轮的精度 齿轮轮齿的加工方法除冲压、轧制和铸齿外,通常采用切削加工，就其加工 原理来说,分仿形法和展成法两大类。 (1)仿形法 仿形法是用与齿廓曲线相同的成形刀具在普通铣床上直接切出齿形,仿形法效率较低,适用于修配和小批量生产。 1.齿轮轮齿的加工方法 渐开线齿轮的加工方法、根切现象与齿轮的精度 齿轮轮齿的加工方法除冲压、轧制和铸齿外,通常采用切削加工，就其加工 原理来说,分仿形法和展成法两大类。 (2)展成法 展成法(又称范成法)是利用一对齿轮的啮合原理来加工的,常见的有插齿、 滚齿和磨齿等。模数和压力角相同而齿数不同的齿轮,可用同一把刀具加工。 展成法加工齿轮,其精度和效率都较高,目前生产齿轮常采用这种方法。 2. 渐开线齿廓的根切现象与最少齿数 渐开线齿轮的加工方法、根切现象与齿轮的精度 当用展成法加工渐开线标准齿轮时,如果被加工齿轮的轮齿太少，会出现刀具的顶部切入轮齿根部,切去了轮齿根部的渐开线齿廓,这种现象称为切齿干涉, 又称根切。 对于标准直齿齿轮, 不产生根切现象的最少齿数为 17; 对于短齿齿轮Zmin=14。 3.变位齿轮的概念 渐开线齿轮的加工方法、根切现象与齿轮的精度 加工齿轮时,调整刀具与齿轮坯的中心距可避免根切。当中心距大于标准中心距时，加工的齿轮为正变位齿轮,其分度圆齿厚大于齿槽宽,齿轮的抗弯强度提高,但齿顶减薄; 当中心距小于标准中心距时,加工的齿轮为负变位齿轮,其分度圆齿厚小于齿槽宽,齿轮的抗弯强度减小,但齿顶增厚。 4.齿轮的精度 渐开线齿轮的加工方法、根切现象与齿轮的精度 根据齿轮的使用要求,齿轮精度包括运动精度、工作平稳性精度、接触精度 和齿轮副侧隙。 （1）运动精度 为了满足使用要求,规定齿轮转一转的过程中,转角最大误差的绝对值不超过一定限度,这就是齿轮的运动精度。 4.齿轮的精度 渐开线齿轮的加工方法、根切现象与齿轮的精度 根据齿轮的使用要求,齿轮精度包括运动精度、工作平稳性精度、接触精度 和齿轮副侧隙。 （2）工作平稳性精度 齿轮在旋转时应尽量减轻冲击、振动和噪声。齿轮的工作平稳性精度就是规定其瞬时传动比的变化范 围。 （3）接触精度 在传动过程中,齿轮表面将直接承受载荷，若接触不均匀，造成局部应力过大,轮齿就会过早磨损，为 了延长齿轮的使用寿命,希望齿面接触面积大而均匀, 通常用接触斑点占整个齿面的比例来表示接触精度。 4.齿轮的精度 渐开线齿轮的加工方法、根切现象与齿轮的精度 根据齿轮的使用要求,齿轮精度包括运动精度、工作平稳性精度、接触精度 和齿轮副侧隙。 （4）齿轮副侧隙 轮齿受力时有变形,发热时会膨胀,安装与制造不精确,这些均会导致齿轮在传动中出现卡死现象。为了防止相互卡死,储存润滑剂,改善齿面的摩擦条件,相 互啮合的一对轮齿在非工作齿面沿齿廓法线方向应留有一定的侧隙。 1.齿轮的常用材料 齿轮的常用材料与结构 齿轮的常用材料有锻钢、铸钢、铸铁和非金属材料等,对调质齿轮需进行热 处理以改善其力学性能。 （1） 一般齿轮采用锻钢。尺寸大、结构比较复杂的齿轮采用铸钢或球墨铸铁； 开式传动装置中不重要的低速齿轮可采用铸铁。 1.齿轮的常用材料 齿轮的常用材料与结构 齿轮的常用材料有锻钢、铸钢、铸铁和非金属材料等,对调质齿轮需进行热 处理以改善其力学性能。 （2） 配对齿轮的小齿轮受力及磨损较大,其硬度应高于大齿轮 20-50HBW。 1.齿轮的常用材料 齿轮的常用材料与结构 齿轮的常用材料有锻钢、铸钢、铸铁和非金属材料等,对调质齿轮需进行热 处理以改善其力学性能。 （3） 一般中低速齿轮可采用 45、45Mn2 等材料，调质后加工、使用,齿面硬度 < 350HBW。 1.齿轮的常用材料 齿轮的常用材料与结构 齿轮的常用材料有锻钢、铸钢、铸铁和非金属材料等,对调质齿轮需进行热 处理以改善其力学性能。 （4） -般中高速、重载齿轮,齿面硬度>350HBW,可采用中碳钢、中碳合金钢经调 质、表面淬火;或采用低碳钢、低碳合金钢经渗碳、淬火、低温回火。 1.齿轮的常用材料 齿轮的常用材料与结构 齿轮的常用材料有锻钢、铸钢、铸铁和非金属材料等,对调质齿轮需进行热 处理以改善其力学性能。 （5） 高速、轻载、低噪声场合的齿轮传动,常采用非金属材料，常用的有夹布胶木、工程塑料等。 2.常用的齿轮结构 齿轮的常用材料与结构 对于直径较小的钢制圆柱齿轮,当齿顶圆直径小于轴孔直径的两倍，或齿根 圆到键槽底部距离小于 2-2.5m 时,将齿轮和轴制成一体; 当齿顶圆直径小于 200 mm 时,采用实体式结构; 当齿顶圆直径为 200-500 mm 时采用腹板式结构; 当齿顶圆直径大于 500 mm 时采用轮辐式结构。 1.轮齿折断 齿轮传动的失效形式与维护 轮齿折断有疲劳折断和过载折断。轮齿折断是开式齿轮传动和硬齿面闭式 轮传动时齿轮失效的主要形式。由于断齿常常是突然发生，所以断齿不但使齿轮 传动不能工作，甚至会造成重大事故。 2.齿面点蚀 齿轮传动的失效形式与维护 点蚀绝大多数先发生在靠近节线的齿根面上。点蚀后,齿廓工作表面被损坏, 造成传动不平稳并产生噪声,从而使轮齿失效。齿面点蚀主要有局限性点蚀、扩展性点蚀和片蚀三种。对于闭式软齿面(齿面硬度≤350HBW)齿轮传动,齿面点蚀是最主要的失效形式。 3.齿面胶合 齿轮传动的失效形式与维护 由于工作齿面间压力很大,易将润滑油膜挤破致使啮合齿轮两齿面金属直接接触。这时,齿面产生瞬时高温，较软齿的表面金属会熔焊在与之啮合的另一个齿轮的齿面上。当齿轮继续旋转时,由于两齿面的相对滑动，在较软齿面上形成 与滑动方向一致的撕裂沟痕,这种现象称为齿面胶合。 4.齿面磨损 齿轮传动的失效形式与维护 齿轮传动过程中的磨损有两种:一种是跑合性磨损;另一种是磨粒性磨损。在开式齿轮传动中,由于润 滑条件不好,并有硬质颗粒杂物进入轮齿的工作表面,会 加剧齿面磨损,所以齿面磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。 5.塑性变形 齿轮传动的失效形式与维护 若轮齿的材料较软,当其频繁启动和严重过载时,载荷与摩擦力可能使轮齿表层金属沿相对滑动方向发生局部塑性流动,从而出现塑性变形。 小结 1、齿轮传动的工作原理、特点、类型和应用； 2、渐开线齿轮各部分的名称与主要参数； 3、标准直齿圆柱齿轮的基本尺寸及其计算； 4、直齿圆柱齿轮的正确啮合条件； 5、渐开线齿轮的加工方法、根切现象与齿轮的精度； 6、齿轮的常用材料与结构； 7、齿轮传动的失效形式与维护。 填空题 1.在一个齿轮上,_______（齿数）、_______（压力角）和_______（模数）是几何尺寸计算的主要参数和依据。 2.一对渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件为两齿轮的_____（模数）必须相等, _____（分度圆上的压力角）必须相等且均等于_____（标准）值。 选择题 1.直齿锥齿轮传动一般用于______场合.（C） A 重载、低速 B 轻载、高速 C 轻载、低速 D 重载、高速 2.一般开式齿轮传动的主要失效形式是______（C） A 齿面点蚀 B 齿面胶合 C 齿面磨损 D 塑性变形 判断题 1.（√）当模数一定时,齿数越多,齿轮的几何尺寸越大,轮齿渐开线的曲率半径也越大,齿廓曲线趋于平直。 2.（×）不论用何种方法加工标准齿轮，当齿数少于17时，都将发生根切现象。 谢谢 $$