7.3 齿轮传动（课件）《机械基础》（多学时）同步精品课堂（高教版·第3版）

《机械基础》高等教育出版社·第3版 同步精品课程——中职专业课 第七章 传动与维护 第三节 齿轮传动 （第3课时） 学习目标 第七章 传动与维护 掌握齿轮传动的组成、类型与特点。 知识目标 能够学会渐开线齿轮各部分的名称和直齿圆柱齿轮的基本参数。 能力目标 能够结合本节课所学知识，增强动手能 力和解决问题的能力。 情感目标 机场候机大厅的屋架 知识引入 01 十四种齿轮原理及运用场景 船舶 齿轮传动由主动齿轮、从动齿轮和机架组成，如图所示，它依靠两齿轮的轮齿啮合传递运动和动力，是应用最广泛的机械传动。 新知学习 02 一、齿轮传动的组成、类型与特点 1.齿轮传动的组成 船舶 齿轮传动的类型很多，按照齿轮轴线的相互位置、齿向和啮合情况分类，如图所示。 新知学习 02 一、齿轮传动的组成、类型与特点 2.齿轮传动的类型 船舶 平行轴间外啮合齿轮传动用来传递两平行轴的运动和动力(图),主动齿轮与从动齿轮转动方向相反。直齿圆柱齿轮应用于中低速、中小载荷传动，斜齿圆柱齿轮应用于高速大功率传动，人字形齿轮适用于大功率的重型机械。 新知学习 02 一、齿轮传动的组成、类型与特点 2.齿轮传动的类型 船舶 内啮合齿轮传动(图b)的主动齿轮与从动齿轮转动方向相同，中心距小，结构紧凑，常应用于行星轮系中。 新知学习 02 一、齿轮传动的组成、类型与特点 2.齿轮传动的类型 船舶 齿轮齿条传动(图c)可以实现转动与移动运动形式的转换。车床滑板箱与床身、龙门刨床工作台与床身之间采用了齿轮齿条传动。 新知学习 02 一、齿轮传动的组成、类型与特点 2.齿轮传动的类型 船舶 锥齿轮传动可以实现两相交轴间的传动(图f、g、h)。常用轴交角为90°的锥齿轮传动。 新知学习 02 一、齿轮传动的组成、类型与特点 2.齿轮传动的类型 船舶 交错轴齿轮传动可以实现两交错轴间的传动(图i、j)。 新知学习 02 一、齿轮传动的组成、类型与特点 2.齿轮传动的类型 船舶 新知学习 02 一、齿轮传动的组成、类型与特点 3.齿轮传动的特点 ①能保证恒定的传动比，传递运动准确，传动平稳。 01 ③适用的功率、速度和尺寸范围大。传递功率可以从很小至上万千瓦，速度最高可达300m/s,齿轮直径可以从几毫米至二十多米。 03 ②传动效率高，一般可达96%～99%,工作可靠，寿命长。 02 ④制造齿轮需要专门的设备，且制造、安装精度要求较高，成本高。 04 船舶 1.渐开线齿轮各部分的名称 齿轮上每个凸起的部分称为轮齿，图所示为直齿圆柱外齿轮的部分轮齿，相 邻两轮齿之间的空间称为齿槽，直齿圆柱外齿轮各部分的名称和符号见表7-2。 新知学习 02 二、渐开线齿轮 船舶 1.渐开线齿轮各部分的名称 齿轮上每个凸起的部分称为轮齿，图所示为直齿圆柱外齿轮的部分轮齿，相 邻两轮齿之间的空间称为齿槽，直齿圆柱外齿轮各部分的名称和符号见表。 新知学习 02 二、渐开线齿轮 船舶 2.直齿圆柱齿轮的基本参数 直齿圆柱齿轮的基本参数是齿轮各部分几何尺寸计算的依据，主要有齿数z、模数 m、压力角α、齿顶高系数h和顶隙系数c。 新知学习 02 二、渐开线齿轮 ①齿数z齿轮圆周上轮齿的总数。 ②模数m将分度圆上齿距p与无理数π的比值规定为标准值，称为齿轮模数，用m表示，单位为mm,即 m=p/π或p=mπ m越大，p越大，轮齿也就越大，齿轮的承载能力越强；反之，轮齿越小，齿轮的承载能力越弱。由于πd=pz,可得分度圆直径d=mz。 船舶 图所示为两个齿数相同(z=16)而模数不同的齿轮的比较 新知学习 02 二、渐开线齿轮 船舶 图所示为分度圆直径相同(d=72mm)的4种不同齿数、模数的齿轮的比较。 新知学习 02 二、渐开线齿轮 船舶 模数是决定齿轮尺寸的一个基本参数。由于π是无理数，给齿轮的设计、制造及检测带来不便。为此，我国已规定了标准模数系列，见表。 新知学习 02 二、渐开线齿轮 ③压力角α压力角是物体运动方向与受力方向所夹的锐角。齿轮压力角是指渐开线齿廓在分度圆上的压力角，压力角已标准化，我国规定标准压力角α=20°。 船舶 3.齿轮传动的传动比及几何尺寸计算 (1)齿轮传动的传动比 新知学习 02 二、渐开线齿轮 n₁、n₂——主动、从动齿轮的转速 z1、z₂——主动、从动齿轮的齿数。 船舶 标准直齿圆柱齿轮几何尺寸及齿轮传动中心距的计算公式 新知学习 02 二、渐开线齿轮 当一对标准直齿圆柱齿轮的分度圆相切时称为标准安装。标准安装的中心距称为标准中心距，用a表示。 船舶 4.直齿圆柱齿轮正确啮合的条件 虽然渐开线齿廓能实现恒定传动比传动，但并不意味着任意参数的一对齿轮都能实现啮合传动。 新知学习 02 二、渐开线齿轮 一对渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件：两齿轮的模数必须相等，两齿轮分度圆上的压力角必须相等且等于标准值，即 m₁=m₂=m α₁=α₂=α 船舶 如图所示，直齿圆柱齿轮啮合时，沿齿廓的公法线方向受法向力Fn，可分解为圆周力Ft和径向力Fr。一对相互啮合的齿轮，作用在主动齿轮和从动齿轮上各对应力的大小相等、方向相反。 新知学习 02 三、圆柱齿轮的受力分析 1.直齿圆柱齿轮受力分析 从动齿轮所受的圆周力是驱动力，其方向与回转方向相同；主动齿轮所受的圆周力是阻力，其方向与回转方向相反。径向力分别指向各齿轮轮心。 Fr=Fnsinα Ft=Fncosα 船舶 如图所示，斜齿圆柱齿轮啮合时，沿齿廓的公法线方向受法向力Fn可分解为圆周力Ft、径向力Fr,、轴向力Fx。螺旋角β越大，轴向力越大。 新知学习 02 三、圆柱齿轮的受力分析 2.斜齿圆柱齿轮受力分析 船舶 ①齿轮轴对于直径较小的钢制圆柱齿轮，当齿轮的齿顶圆直径小于轴孔直径的2倍，或齿根圆至键槽底部的距离小于(2~2.5)m时，应将齿轮和轴制成一体，称为齿轮轴，如图所示。 新知学习 02 四、圆柱齿轮的结构及材料 1.圆柱齿轮的结构 船舶 ②实体齿轮当齿顶圆直径d≤160mm时，齿轮与轴分别制造，齿轮为实体结构，如图所示。 新知学习 02 四、圆柱齿轮的结构及材料 1.圆柱齿轮的结构 船舶 ③腹板式齿轮：当齿顶圆直径d≤500mm时，采用腹板式结构，如图所示。 新知学习 02 四、圆柱齿轮的结构及材料 1.圆柱齿轮的结构 船舶 ④轮辐式齿轮当齿顶圆直径400mm<d<1000mm时，采用轮辐式结构，如图所示。 新知学习 02 四、圆柱齿轮的结构及材料 1.圆柱齿轮的结构 船舶 齿轮常用的材料有锻钢、铸钢、铸铁和工程塑料等，对钢质齿轮要进行热处理以改善其力学性能，以达到齿面硬、齿心韧的效果。 新知学习 02 四、圆柱齿轮的结构及材料 2.齿轮常用的材料 (1)锻钢 制造齿轮所选用的锻钢主要包括45钢等优质碳素结构钢和20Cr、20CrMnTi、40Cr、40MnB等合金结构钢。 齿轮毛坯经锻造后，金属组织致密、强度高、力学性能好。锻钢齿轮的直径一般小于500mm。 01 02 船舶 齿轮常用的材料有锻钢、铸钢、铸铁和工程塑料等，对钢质齿轮要进行热处理以改善其力学性能，以达到齿面硬、齿心韧的效果。 新知学习 02 四、圆柱齿轮的结构及材料 2.齿轮常用的材料 (1)锻钢 齿轮工作表面硬度≤350HBW或38HRC的齿轮称为软齿面齿轮，在热处理(调质或正火)后进行切齿。 小齿轮受载次数多，齿面硬度要高于大齿轮30~50HBW。软齿面齿轮适用于中小功率、精度要求不高的一般机械传动。 03 04 船舶 齿轮工作表面硬度>350HBW或38HRC的齿轮称为硬齿面齿轮，在切齿后进行热处理(如淬火、表面淬火、渗碳淬火等),然后进行精加工(如磨齿、研磨剂跑合等)。硬齿面齿轮硬度高、结构尺寸小、精度高，在重载、高速及精密的机械传动中得到广泛应用。 新知学习 02 四、圆柱齿轮的结构及材料 2.齿轮常用的材料 船舶 齿轮结构复杂及尺寸较大(d>500mm)不易锻造时，可采用ZG310-570等铸钢制造。 新知学习 02 四、圆柱齿轮的结构及材料 2.齿轮常用的材料 (2)铸钢 铸铁齿轮抗冲击和耐磨性差，但抗胶合与抗点蚀能力较好。HT350、QT600-3等铸铁常用于低速和轻载的开式齿轮传动。 (3)铸铁 船舶 高速、轻载和要求低噪声的齿轮传动，如打印机、复印机等办公机械中的小齿轮，经常采用工程塑料制造。常用的工程塑料有聚碳酸酯(PC)等。 新知学习 02 四、圆柱齿轮的结构及材料 2.齿轮常用的材料 (4)工程塑料 船舶 齿轮轮齿的成形方法很多，有切削加工法、铸造法、模锻法、热轧法和冲压法等。 新知学习 02 渐开线齿轮的切削加工与根切现象 (1)齿轮的切削加工方法 ②展成法刀具与轮坯之间强制性地按一对齿轮的啮合运动，在啮合过程中实现刀具对齿轮毛坯切削的方法。加工精度可达7、8级。 船舶 齿轮轮齿的成形方法很多，有切削加工法、铸造法、模锻法、热轧法和冲压法等。 新知学习 02 渐开线齿轮的切削加工与根切现象 (1)齿轮的切削加工方法 如图所示，在插齿机上用齿轮插刀加工轮齿时，齿轮插刀与齿坯以恒定传动比做展成运动，同时齿轮插刀还有切削运动和让刀运动(刀具向上运动时),当刀具分度圆与齿坯分度圆相切时，便切出了轮齿的全部齿形。 船舶 齿轮轮齿的成形方法很多，有切削加工法、铸造法、模锻法、热轧法和冲压法等。 新知学习 02 渐开线齿轮的切削加工与根切现象 (1)齿轮的切削加工方法 如图7-38所示，用齿轮滚刀加工轮齿的加工原理与齿条和齿轮的啮合原理相同， 齿轮滚刀除了做旋转运动以外，还沿齿坯轴线做上下运动和径向运动，以便逐渐切出完整的轮齿。 船舶 用展成法加工标准齿轮时，如果齿轮的齿数太少，会出现轮齿根部的渐开线齿廓被部分切除的现象，这种现象称为根切。 新知学习 02 渐开线齿轮的切削加工与根切现象 (2)根切现象与最少齿数 轮齿被根切后，齿根的强度被削弱，传动精度降低，平稳性变差，所以应避免根切现象产生。正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮不发生根切的条件是齿数不少于17,即zmin≥17。当z<17,又不允许有根切时，可采用变位齿轮。 船舶 加工轮齿时，调整刀具与齿轮毛坯的中心距可避免根切。 新知学习 02 渐开线齿轮的切削加工与根切现象 (3)交位齿轮 当中心距大于标准中心距时，加工的为正变位齿轮，分度圆齿厚大于齿槽宽；当中心距小于标准中心距时，加工的为负变位齿轮，分度圆齿厚小于齿槽宽。变位齿轮与标准齿轮比较如图所示。 船舶 齿轮传递载荷时，在轮齿根部产生很大的弯曲应力。在载荷多次重复作用下，弯曲应力超过疲劳强度极限时，在轮齿根部产生疲劳裂纹。裂纹逐渐扩展，导致整齿折断，这种折断称为疲劳折断，如图a所示。 新知学习 02 五、齿轮传动的失效形式 (1)轮齿折断 船舶 轮齿受到短时严重过载或冲击载荷作用而引起的突然折断称为过载折断，如图所示。 新知学习 02 五、齿轮传动的失效形式 (1)轮齿折断 船舶 齿轮工作时，齿面在交变接触应力的反复作用下会出现微小的疲劳裂纹，随后裂纹逐渐扩展，使齿面金属剥落而形成麻点状凹坑，这种现象称为疲劳点蚀，如图所示。疲劳点蚀会使轮齿啮合精度和平稳性下降，是闭式传动(齿轮传动安装在润滑良好的密封箱体内)中软齿面齿轮的主要失效形式。 新知学习 02 五、齿轮传动的失效形式 (2)齿面疲劳点蚀 船舶 齿轮传动在高速重载时，表面温度过高容易造成齿面间的黏结，较硬齿面将较软齿面撕成沟纹的现象称为齿面胶合，如图所示。 新知学习 02 五、齿轮传动的失效形式 (3)齿面胶合 船舶 齿面磨损分为磨粒磨损和啮合磨损两种情形。由于灰尘、沙粒或金属屑等进人齿面间而引起的磨损称为磨粒磨损。当表面粗糙的硬齿与较软的轮齿啮合时，由于相对滑动，软齿面易被划伤而产生齿面磨损，这种磨损称为啮合磨损。齿面磨损如图所示。 新知学习 02 五、齿轮传动的失效形式 (4)齿面磨损 船舶 若齿轮齿面硬度不高，当低速重载、冲击载荷、过载或频繁启动时，在摩擦力作用下可能会在主动齿轮齿面上出现一个凹槽，在从动齿轮齿面上出现一个凸棱，破坏正常齿形，这种现象称为齿面塑性变形，如图所示。 新知学习 02 五、齿轮传动的失效形式 (5)齿面塑性变形 船舶 齿轮传动的失效形式与齿轮传动的工作条件、齿轮材料的性质及表面硬度、表面粗糙度密切相关。实践证明，在闭式传动中，软齿面常因齿面疲劳点蚀而失效，硬齿面常因轮齿折断而失效。在开式传动中，常因齿面磨损和轮齿折断而失效。 新知学习 02 五、齿轮传动的失效形式 (5)齿面塑性变形 船舶 在制造和安装齿轮的过程中，不可避免地会产生一定的误差，影响齿轮的正常工作，因此必须对齿轮传动提出一定的精度要求。 新知学习 02 六、齿轮传动的精度 国家标准GB/T10095.1规定了渐开线圆柱齿轮11个精度等级，其中1级是最高精度等级，而11级是最低精度等级，常用中等精度等级6~8级。 船舶 对齿轮传动的精度要求 新知学习 02 六、齿轮传动的精度 一是齿轮传递运动的准确性 二是齿轮传动的平稳性 三是轮齿载荷分布的均匀性 船舶 国家标准对这些精度要求都规定了具体的指标。 新知学习 02 六、齿轮传动的精度 不同用途、不同工作条件下的齿轮传动，对于齿轮精度要求的侧重点是不同的。 例如，仪表及机床分度机构中的齿轮，为准确分度，侧重要求传递运动的准确性； 汽车变速器中的齿轮，为降低噪声，侧重要求传动的平稳性； 低速重载齿轮，为保证齿面接触良好，侧重要求轮齿载荷分布的均匀性。考虑到齿轮受热膨胀和储存润滑油，齿轮啮合时，非工作齿面间要求有一定的间隙，即“侧隙”。 船舶 齿轮的装配工序包括两步，先将齿轮装到轴上，再将齿轮轴装入箱体。 齿轮在轴上空套或滑移，与轴一般为间隙配合，装配精度主要取决于零件本身的制造精度； 在轴上固定的齿轮，与轴一般采用平键连接，为过渡配合或过盈量较小的过盈配合，过盈量较小时可用手工工具敲击压装，过盈量较大时可用压力机压装。 压装时要避免齿轮在轴上出现偏心、歪斜和端面未贴紧轴肩等安装误差。 新知学习 02 七、齿轮的装配与检测 1.齿轮的装配 船舶 齿轮装到轴上后，对于精度要求高的要用百分表检查径向跳动和轴向跳动。 新知学习 02 七、齿轮的装配与检测 2.运动精度评价 接触精度是指接触面积的大小和接触位置，一般用涂色法检查。在大齿轮啮合面上均匀涂上一层显示剂，转动主动齿轮，同时轻微制动从动齿轮，可根据齿轮侧面上印痕面积的大小来判定是否达到精度要求。一般传动齿轮在齿廓宽度上的接触面积不少于40%～70%,在齿廓高度上的接触面积不少于30%～50%。接触斑点的位置反映的接触状况如图所示。 3.接触精度的检查 船舶 齿轮副的侧隙常用压铅丝法或打表法来检查，如图所示。压铅丝法是沿齿宽方向在齿面两端平行放置2~4根软铅丝，如图a所示，转动齿轮挤压软铅丝，被挤压后软铅丝最薄处的厚度即为侧隙值。 新知学习 02 七、齿轮的装配与检测 4.齿轮副侧隙的检查 船舶 打表法是将一个齿轮固定，在另一个齿轮上装上夹紧杆，测量装有夹紧杆的齿轮的摆动角度，如图b所示，在百分表上得到读数差j,则齿侧间隙j。为 新知学习 02 七、齿轮的装配与检测 4.齿轮副侧隙的检查 R——装夹齿轮的分度圆半径，mm; L——百分表触头至齿轮回转轴线的距离，mm。 船舶 对齿轮传动进行良好的润滑可以增强承载能力，延长寿命。齿轮传动绝大部分采用润滑油润滑，载荷大、速度低时选用黏度大的润滑油，载荷小、速度高时选用黏度小的润滑油。 新知学习 02 八、齿轮传动的润滑 船舶 开式传动通常采用人工定期加油润滑。 一般闭式传动的润滑方式根据齿轮的圆周速度而定。 新知学习 02 八、齿轮传动的润滑 当v≤12m/s时，多采用油池润滑，如图a所示，大齿轮浸人油池一定的深度，齿轮运转时就把润滑油带到啮合区。 船舶 开式传动通常采用人工定期加油润滑。 一般闭式传动的润滑方式根据齿轮的圆周速度而定。 新知学习 02 八、齿轮传动的润滑 当v较大时，浸人深度为1～2个齿高，且不小于10mm;当v较小(0.5～0.8m/s)时，在多级齿轮传动中，若几个大齿轮直径不相等，则可以采用惰轮蘸油润滑，如图b所示。 船舶 开式传动通常采用人工定期加油润滑。 一般闭式传动的润滑方式根据齿轮的圆周速度而定。 新知学习 02 八、齿轮传动的润滑 当v>12m/s时，齿轮上的油大多被甩出去而不进人啮合区，此时最好采用喷油润滑，用油泵将润滑油直接喷到啮合区，如图c所示。 船舶 应按照机器规定的润滑油牌号、规定的油量定期加油；不得使用混杂不洁的油，油箱内的脏油要定期更换；要经常检查润滑系统，注意观察齿轮传动的工作状况，如出现不正常的噪声、冲击及箱体过热等，要及时处理。 新知学习 02 八、齿轮传动的润滑 课堂小结 03 一、齿轮传动的组成、类型与特点 齿轮传动由主动齿轮、从动齿轮和机架组成，它依靠两齿轮的轮齿啮合传递运动和动力，是应用最广泛的机械传动。 二、渐开线齿轮 能保证恒定传动比传动的齿轮齿廓曲线有渐开线、摆线和圆弧曲线等，目前渐开线齿廓应用最为广泛。 课堂小结 03 三、圆柱齿轮的受力分析 1.直齿圆柱齿轮受力分析 2.斜齿圆柱齿轮受力分析 四、圆柱齿轮的结构及材料 1.圆柱齿轮的结构 2.齿轮常用的材料 课堂小结 03 五、齿轮传动的失效形式 齿轮传动的失效主要是轮齿的失效。 六、齿轮传动的精度 在制造和安装齿轮的过程中，不可避免地会产生一定的误差，影响齿轮的正常工作，因此必须对齿轮传动提出一定的精度要求。 课堂小结 03 七、齿轮的装配与检测 1.齿轮的装配 2.运动精度评价 3.接触精度的检查 4.齿轮副侧隙的检查 八、齿轮传动的润滑 对齿轮传动进行良好的润滑可以增强承载能力，延长寿命。 小试牛刀 齿轮传动依靠什么传递运动和动力？ A.齿轮的轮齿啮合 B.齿轮的外表面接触 C.齿轮的轴线连接 D.齿轮的内部结构 答案：A 解析：齿轮传动依靠两齿轮的轮齿啮合传递运动和动力。 小试牛刀 平行轴间外啮合齿轮传动中，主动齿轮与从动齿轮的转动方向是？ A.相同 B.相反 C.垂直 D.无法确定 答案：B 解析：平行轴间外啮合齿轮传动中，主动齿轮与从动齿轮的转动方向相反。 小试牛刀 以下哪种齿轮传动适用于大功率的重型机械？ A.直齿圆柱齿轮 B.斜齿圆柱齿轮 C.人字形齿轮 D.齿轮齿条 答案：C 解析：人字形齿轮适用于大功率的重型机械。 小试牛刀 内啮合齿轮传动的特点不包括？ A.主动齿轮与从动齿轮转动方向相同 B.中心距小 C.结构紧凑 D.适用于高速大功率传动 答案：D 解析：内啮合齿轮传动的特点包括主动齿轮与从动齿轮转动方向相同、中心距小、结构紧凑，但不适用于高速大功率传动。 小试牛刀 齿轮齿条传动可以实现什么运动形式的转换？ A.转动与转动 B.转动与移动 C.移动与移动 D.无法确定 答案：B 解析：齿轮齿条传动可以实现转动与移动运动形式的转换。 小试牛刀 锥齿轮传动通常用于实现两轴之间的哪种关系？ A.平行 B.相交 C.交错 D.垂直 答案：B 解析：锥齿轮传动通常用于实现两相交轴之间的传动。 小试牛刀 齿轮传动的传动效率一般可达？ A.80%～85% B.85%～90% C.90%～95% D.96%～99% 答案：D 解析：齿轮传动的传动效率一般可达96%～99%。 小试牛刀 制造齿轮需要什么条件？ A.普通设备，精度要求低 B.专门设备，精度要求高 C.专门设备，精度要求低 D.普通设备，精度要求高 答案：B 解析：制造齿轮需要专门的设备，且制造、安装精度要求较高。 作业布置 04 1.了解普通车床主轴箱润滑油更换周期，怎样观察油池深浅? 2.简述齿轮传动的润滑。 3.简述齿轮的装配与检测。 感谢观看 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$