考点6 齿轮传动《机械基础》四川省（对口招生）智能制造类 知识点讲解

四川省智能制造类对口高考复习讲义 《机械基础》 考点6 齿轮传动 ■考纲要求 1.理解齿轮传动的特点、分类。 2.能够正确计算齿轮传动的传动比。 3.熟悉直齿圆柱齿轮主要参数，能计算标准直齿圆柱齿轮的各部分尺寸。 4.了解斜齿圆柱齿轮、直齿圆锥齿轮传动的特点。 ■知识网络 一、知识树 图2-6-1 齿轮传动知识树 二、重点知识梳理 （一）齿轮传动相关术语 齿轮传动相关概念及术语见表2-6-1所示。 表2-6-1 齿轮传动相关概念及术语 序号 名称 概念 1 齿轮传动 指由主动齿轮、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 齿数(z) 指一个齿轮的轮齿数，它是齿轮最基本的参数之一。 3 模数(m) 指齿距p除以圆周率π所得的商，用m表示，单位为mm。 4 压力角(α) 指齿轮运动方向与受力方向所夹的锐角。 5 齿厚(S) 指分度圆上一个齿两侧齿廓之间的弧长。 6 齿槽宽(e) 指分度圆上齿槽两侧齿廓之间的弧长。 7 齿距（p） 指分度圆上相邻两齿同侧齿廓之间的弧长。 8 齿顶高（ha） 指分度圆与齿顶圆之间的径向距离。 9 齿根高（hf） 指分度圆与齿根圆之间的径向距离。 10 全齿高(h) 指齿顶圆和齿根圆之间的径向距离。 11 顶隙（C） 指一个齿轮的齿顶与另一个齿轮的齿根在连心线上的径向距离。 12 齿根圆直径(d) 指齿轮上作为齿轮尺寸基准的圆的直径。 13 基圆直径（db） 指形成渐开线齿廓曲线的圆的直径。 14 齿顶圆直径(da) 指齿顶所在圆的直径。 15 齿根圆直径(df) 指齿槽底所在圆的直径。 16 齿宽（b） 指齿轮的有齿部位沿分度圆柱面的直线方向量度的宽度。 17 中心距（a） 指两齿轮中心的距离。 （二）齿轮传动 1.工作原理 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 （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。 （2）按工作条件分为闭式齿轮传动和开式齿轮传动。 （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。 （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。 （三）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。 1.齿数(z) 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(α) 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) 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。 （四）标准直齿圆柱齿轮的基本尺寸及其计算 1.齿厚(S)：分度圆上一个齿两侧齿廓之间的弧长。 2.齿槽宽(e)：分度圆上齿槽两侧齿廓之间的弧长。 3.齿距（p）：分度圆上相邻两齿同侧齿廓之间的弧长。 4.齿顶高（ha）：分度圆与齿顶圆之间的径向距离。 5.齿根高（hf）：分度圆与齿根圆之间的径向距离。 6.全齿高(h)：齿顶圆和齿根圆之间的径向距离。 7.顶隙（C）：一个齿轮的齿顶与另一个齿轮的齿根在连心线上的径向距离。 8.分度圆直径（d）：齿轮上作为齿轮尺寸基准的圆的直径。 9.基圆直径（db）：形成渐开线齿廓曲线的圆的直径。 10.齿顶圆直径(da)：齿顶所在圆的直径。 11.齿根圆直径（df）：齿槽底所在圆的直径。 12.中心距（a）：两齿轮中心的距离。 （五）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；a1=a2=a 齿轮传动比的计算公式为 i12=n1/n2=Z2/Z1 （六）渐开线齿轮的加工方法、根切现象与齿轮的精度 1.齿轮轮齿的加工方法 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。 （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。用展成法加工齿轮，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 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 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 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。 (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。 （七）齿轮的常用材料与结构 1.齿轮的常用材料 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。 （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。 （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。 （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。 （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 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200mm 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500mm 时采用轮辐式结构。 （八）齿轮传动的失效形式与维护 齿轮传动过程中，如果发生轮齿折断、齿面损坏等现象，齿轮就失去了正常的工作能力，称为失效。常见的齿轮传动失效形式有以下五种。 1.轮齿折断 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齿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 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 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 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。 ■真题练习 一、单选题（下面选项中只有一个答案是正确的，每题2分，共20分） 1.齿轮传动的特点有( )。 A.传递的功率和速度范围较大 B.传动效率低，使用寿命长 C.也可以利用摩擦力来传递运动和动力 D.制造、安装要求不高 2.渐开线的性质有( )。 A.线上任意一点K的法线与过K点的基圆切线不重合 B.线的形状取决于基圆，基圆为无穷大时，形状变为直线 C.基圆越大，基圆内的渐开线越平直 D.线上各点的压力角相等，都是20° 3.模数m( )。 A.是齿轮几何尺寸计算中最基本的一个参数 B.其大小对齿轮的承载能力无影响 C.一定时，齿轮的几何尺寸与齿数Z无关 D.m=P/π，是一个无理数，符合计算要求 4.一对渐开线齿轮传动( )。 A.保持瞬时传动比恒定不变 B、传动比与中心距有关 C.在标准中心距的条件下，分度圆与节圆不重合 D.在非标准中心距的条件下，啮合角等于标准压力角 5.已知下列标准直齿圆柱齿轮，可以正确啮合的是( )。 齿轮1 Z1=72 da1=222mm 齿轮2 Z2=72 h2=22.5mm 齿轮3 Z3=22 df3=156mm 齿轮4 Z4=22 da4=240mm A.齿轮1和2 B.齿轮1和3 C.齿轮2和4 D.齿轮3和4 6.一对渐开线标准圆柱齿轮正确啮合、平稳工作，( )必须相等。 A.齿数 B.模数 C.分度圆 D.基圆 7.斜齿轮( )。 A.啮合时，两轮轮齿的螺旋方向是一致的 B.在端面上，斜齿轮的外形与直齿轮的外形不完全一样 C.端面参数是标准参数 D.能当作变速滑移齿轮 8.能保持瞬时传动比恒定的传动是( )。 A.摩擦轮传动 B.带传动 C.链传动 D.齿轮传动 9.高速重载齿轮传动，当润滑不良时，最可能出现的失效形式是( )。 A.齿面点蚀 B.齿面胶合 C.齿面磨损 D.轮齿折断 10.由齿轮减速器、带轮、链轮组成的减速系统中，其传动顺序应该是( )。 A.带轮—链轮—齿轮减速器 B.带轮—齿轮减速器—链轮 C.链轮—齿轮减速器—带轮 D.链轮—带轮—齿轮减速器 二、多选题（下面选项中有两个以上答案是正确的，每题2分，共10分） 1.渐开线齿轮的主要参数有( )。 A.齿数 B.齿宽 C.模数 D.压力角 2.常用的齿轮结构有( )。 A.齿轮轴 B.实体式 C.腹板式 D.轮辐式 3.下列属于斜齿轮优点的有( )。 A.产生轴向力 B.传动平稳、冲击小、噪声小、振动小 C.承载能力强 D.使用寿命长 4.齿轮精度包括（ ）。 A.运动精度 B.工作平稳性精度 C.接触精度 D.齿轮副侧隙 5.齿轮常用的材料有（ ）。 A.铸铁 B.铸钢 C.锻钢 D.非金属材料 三、判断题（正确的画“✓”，错误的画“×”，每题2分，共30分） 1.（ ）基圆越大，渐开线越弯曲。 2.（ ）基圆上的压力角为标准压力角，分度圆上的压力角为零。 3.（ ）模数m表示齿轮齿形的大小，它是没有单位的。 4.（ ）模数m越大，轮齿的承载能力越强。 5.（ ）齿面点蚀是开式齿轮传动的主要失效形式。 6.（ ）标准齿轮的分度圆，在齿厚与齿槽宽相等的地方。 7.（ ）配对的齿轮中，小齿轮应比大齿轮硬度高。 8.（ ）圆锥齿轮要安装时，应保证小端对齐。 9.（ ）全齿高 h=9mm的标准直齿圆柱齿轮，其模数m=4mm。 10.（ ）Z=38，da=120mm的标准直齿圆柱齿轮，m=3mm。 11.（ ）在一对内啮合齿轮传动中，其主动轮与从动轮的转动方向不相同。 12.（ ）基圆内无渐开线。 13.（ ）一般开式齿轮传动的主要失效形式是齿面点蚀。 14.（ ）齿轮传动适合较远距离的传动，能够实现无级变速。 15.（ ）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。 四、填空题（将最适当的词语或答案填写在横线上，每题2分，共30分） 1.齿轮传动由 、 和机架组成，它是依靠主、从动齿轮轮齿直接 来传递运动和动力的装置。 2.齿轮传动根据两轴的相对位置分为 、 、 。 3.齿轮传动按工作条件分为 和 。 4.齿轮传动按齿轮的齿廓曲线分为 、 和 三种，其中 应用最广泛。 5按齿轮的啮合方式分为 、 和齿轮与齿条传动。。 6.正常齿制渐开线标准齿轮不发生根切现象的条件是被加工齿轮的齿数不小于 。 7.对于软齿面的闭式齿轮传动，其主要失效形式是 。 8.常见齿轮传动的失效形式有 、 、 、 、 。 9.直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是 和 。 10.渐开线上各点压力角 （相等/不等），离基圆越远则压力角 （越大/越小），越靠近基圆压力角 （越大/越小），基圆上的压力角为 °，国家标准规定齿轮分度圆上的压力角为 °。 11.齿轮上的压力角是齿轮 和 所夹的锐角。 12.标准斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件：两齿轮的 相等， 相等， 大小相等且螺旋方向 。 13.当 直径相同，两齿轮的渐开线齿廓也相同。 14.齿轮副是 接触的 副。 15.已知相啮合的一对标准圆柱齿轮，n1=900r/min，n2=300r/min，a=200mm，m=5mm，则Z1= ，Z2= 。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 考点6 真题练习 参考答案 一、单选题 1-5：ABAAC 6-10：BBDBB 二、多选题 1.ACD 2.ABCD 3.BCD 4.ABCD 5.ABCD 三、判断题 1-5：错错错对错 6-10：对对错对对 11-15：错对错错对 四、填空题 1. 主动齿轮，从动齿轮， 啮合 2.平行轴间齿轮传动，相交轴间齿轮传动，交错轴间齿轮传动。 3. 闭式齿轮传动，开式齿轮传动。 4．渐开线齿轮传动，摆线齿轮传动，圆弧齿轮传动，渐开线齿轮传动。 5.外啮合齿轮传动，内啮合齿轮传动。 6.17 7.齿面点蚀。 8.轮齿折断，齿面磨损，齿面胶合，齿面点蚀，塑性变形 9.模数相等， 压力角相等。 10.不等，越大，越小，0，20。 11.运动方向， 受力方向。 12.法向模数，法向压力角，螺旋角，相反。 13.基圆。 14.点或线，高 15.20，60。 $