机械原理第五章齿轮机构及其设计优秀课件
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交错轴外啮合齿轮传动不仅改变齿轮的回转方 向还改变运动的传递方向
(4) 改变运动特性
齿轮齿条传动可以把一个转动变换为移动，或者把一个 移动变换为转动
非圆齿轮传动可以把一个匀速转动变换为非匀速转动， 或者把一个非匀速转动变换为匀速转动
§5-2 瞬时传动比与齿廓曲线
一、齿廓啮合基本定律
任意齿廓的两齿轮啮 合时，其瞬时角速度的比 值等于齿廓接触点公法线 将其中心距分成两段长度 的反比。
（8）非圆齿轮机构
轮齿分布在非圆柱体上，可实现一对齿轮 的变传动比。需要专用机床加工，加工成本较 高，设计难度较大。
这是利用非圆齿轮变传动比的工作原理，设计的 一种容积泵。现已获得实用新型专利。
2、相交轴之间传递运动 (1) 直齿圆锥齿轮机构
轮齿沿圆锥母 线排列于截锥 表面，是相交 轴齿轮传动的 基本形式。制 造较为简单。
齿轮切削加工采用此原理进行。
什么是共轭曲面？
当曲面 (1) 按某一运动 v (1) 运动 时，曲面 (1) 与曲面 (2) 始终保 持接触，并推动曲面 (2) 完成运 动 v (2) ,则称曲面 (1) 和 (2) 在共 轭运动 v (1) 、v (2) 条件下互为“共 轭曲面”。
直齿锥齿轮传动
相交轴齿轮传动
斜齿锥齿轮传动 曲齿锥齿轮传动
弧齿锥齿轮传动 摆线齿锥齿轮传动 准渐开线齿锥齿轮传动
弧齿准双曲面齿轮传动
准双曲面齿轮传动 摆线齿准双曲面齿轮传动
交错轴 齿轮传动
交错轴斜齿轮传动
圆柱蜗 杆传动
阿基米德（轴向直廓）圆柱蜗杆传动 （ZA蜗杆） 渐开线圆柱蜗杆传动（ZI蜗杆） 法向直廓圆柱蜗杆传动（ZN蜗杆） 圆弧圆柱蜗杆传动（ZC蜗杆） 圆环面包络圆柱蜗杆传动 锥面包络圆柱蜗杆传动（ZK蜗杆）
分析：
K1
K
PK2
O1
O2
（1）节点P为中心线i1上2 的一12 个OO固12PP定点的情况 （2）节点P在中心线上按一定规律移动的情况
二、共轭齿廓的形成
凡能满足齿廓啮合基本定律的传动比为常数 或按一定规律变化的一对齿廓称为共轭齿廓。
共轭齿廓啮合时，两齿廓在啮合点相切，其
啮合点的公法线通过节点P。理论上，只要给定一 齿轮的齿廓曲线，并给定中心距和传动比i12，就
§5-1 齿轮机构的类型与功能
齿轮机构是现代机械中应 用最广泛的一种传动机构，与 其它传动机构相比，齿轮机构 的优点是：结构紧凑，工作可 靠，效率高，寿命长，能保证 恒定的传动比，而且其传递的 功率与适用的速度范围大。但 是其制造安装费用较高，低精 度齿轮传动的振动噪声较大。
典型的齿轮传动
齿轮机构是通过一对齿面的依次啮合来传递两轴之间的 运动和动力的，根据一对齿轮实现传动比的情况，它可以分 为定传动比和变传动比齿轮机构。
蜗杆传动
环面蜗 杆传动
平面齿包络环面蜗杆传动（TP蜗杆） 直廓环面蜗杆传动（TA蜗杆） 锥面包络环面蜗杆传动（TK蜗杆） 渐开面包络环面蜗杆传动（TI蜗杆）
锥面蜗杆传动
齿轮机构有以下常见类型：
1、平行轴之间传递运动 （1）直齿圆柱齿轮机构
轮齿分布在圆柱体 外部且与其轴线平 行,啮合的两外齿 轮转向相反。应用 广泛。
可以求出与之共轭的另一齿轮的齿廓曲线。 共轭齿廓可以用包络线法、齿廓法线法或动瞬
心线法等方法求得。
自己掌握齿廓法线法求解共轭齿廓的方法。
包络线法生成共轭齿廓：
C1、C2 为给定的一对瞬心线（相当于给定传动比和 中心距），当 C1 沿 C2 作纯滚动时，与 C1 相固结的齿 廓 K1 即可包络出齿廓 K2。
本章仅讨论实现定传动比的圆形齿轮机构。
齿轮机构是依靠轮齿直接接触构成高副来 传递两轴之间的运动和动力的。
一、齿轮机构的类型与功能
平行轴齿轮传动
圆柱齿轮传动 非圆齿轮传动
渐开线齿轮传动 变齿厚渐开线齿轮传动 偏心渐开线齿轮传动 渐开线—非渐开线齿轮传动 圆弧圆柱齿轮传动 摆线齿轮传动 摆线针轮空轴传动
（2）斜齿圆锥齿轮机构
轮齿倾斜于圆锥母线， 制造困难，应用较少。
（3）曲齿圆锥齿轮机构
轮齿是曲线形， 有圆弧齿、螺旋齿等， 传动平稳，适用于高 速、重载传动，但制 造成本较高。
现在汽车后桥都 采用这种齿轮。
3、交错轴之间传递运动 （1）交错轴斜齿圆柱齿轮机构
两螺旋角数值不等的斜齿轮啮合时， 可组成两轴线任意交错传动，
二、齿轮机构的机构运动简图
三、齿轮机构的功能
齿轮用于传递（变换）运动和力 （1）转速大小的变换
1
2
齿数比 z1 决定转速变换量 z2
z1
2
z1 z2
1
z2
(2) 转速方向的变换 平行轴外啮合齿轮传动改变齿轮的回转方向 平行轴内啮合齿轮传动不改变齿轮的回转方向
(3) 改变运动的传递方向
相交轴外啮合齿轮传动不仅改变齿轮的回转方 向还改变运动的传递方向
（2）斜齿圆柱齿轮机构
轮齿与其轴线倾 斜，两轮转向相 反，传动平稳,适 合于高速传动,但 有轴向力。
（3）人字齿圆柱齿轮机构
由两排旋向相反的 斜齿轮对称组成， 其轴向力被相互抵 消。适合高速和重 载传动，但制造成 本较高。
（4）直齿内啮合圆柱齿轮机构
轮齿与其轴线平 行且分布在空心 圆柱体的内部， 它与外齿轮啮合 时两轮的转向相 同。
i12
1 2
O2P O1P
节点与节圆的概念
在齿轮机构中，相对速度瞬
心P 称为啮合节点，简称节点。
两齿轮啮合传动时，节点
P在两轮各自运动平面内的轨
迹分别称为齿轮1和齿轮2的节 曲线。当该节曲线为圆时，称 其为齿轮的节圆。
节曲线是齿轮的动瞬心线， 齿轮的啮合传动相当于其两节曲 线作无滑动的纯滚动。
点P为节点
（5）斜齿内啮合圆柱齿轮机构
轮齿与其轴线 倾斜的内齿轮 加工困难，它 与斜齿外齿轮 啮合时两轮转 向相同。有轴 向力。 应用较少。
（6）直齿齿轮齿条机构
齿数趋于无穷多 的外齿轮演变成 齿条，它与外齿 轮啮合时，齿轮 转动，齿条直线 移动。
（7）斜齿齿轮齿条机构
斜齿轮斜齿条啮合 传动,应用较少。
两轮齿为点接触，且滑动速度较大， 主要用于传递运动或轻载传动。
（2）蜗杆蜗轮传动
蜗杆蜗轮传动多用于两轴交错角为90的传动，其 传动比大，传动平稳，具有自锁性，但效率较低。
（3）准双曲线齿轮传动
其节曲面为单Βιβλιοθήκη Baidu双曲线回转体的一部分。它能实 现两轴线中心距较小的交错轴传动，但制造困难。
4、特种齿轮
这是一种同向传 动齿轮机构。
(4) 改变运动特性
齿轮齿条传动可以把一个转动变换为移动，或者把一个 移动变换为转动
非圆齿轮传动可以把一个匀速转动变换为非匀速转动， 或者把一个非匀速转动变换为匀速转动
§5-2 瞬时传动比与齿廓曲线
一、齿廓啮合基本定律
任意齿廓的两齿轮啮 合时，其瞬时角速度的比 值等于齿廓接触点公法线 将其中心距分成两段长度 的反比。
（8）非圆齿轮机构
轮齿分布在非圆柱体上，可实现一对齿轮 的变传动比。需要专用机床加工，加工成本较 高，设计难度较大。
这是利用非圆齿轮变传动比的工作原理，设计的 一种容积泵。现已获得实用新型专利。
2、相交轴之间传递运动 (1) 直齿圆锥齿轮机构
轮齿沿圆锥母 线排列于截锥 表面，是相交 轴齿轮传动的 基本形式。制 造较为简单。
齿轮切削加工采用此原理进行。
什么是共轭曲面？
当曲面 (1) 按某一运动 v (1) 运动 时，曲面 (1) 与曲面 (2) 始终保 持接触，并推动曲面 (2) 完成运 动 v (2) ,则称曲面 (1) 和 (2) 在共 轭运动 v (1) 、v (2) 条件下互为“共 轭曲面”。
直齿锥齿轮传动
相交轴齿轮传动
斜齿锥齿轮传动 曲齿锥齿轮传动
弧齿锥齿轮传动 摆线齿锥齿轮传动 准渐开线齿锥齿轮传动
弧齿准双曲面齿轮传动
准双曲面齿轮传动 摆线齿准双曲面齿轮传动
交错轴 齿轮传动
交错轴斜齿轮传动
圆柱蜗 杆传动
阿基米德（轴向直廓）圆柱蜗杆传动 （ZA蜗杆） 渐开线圆柱蜗杆传动（ZI蜗杆） 法向直廓圆柱蜗杆传动（ZN蜗杆） 圆弧圆柱蜗杆传动（ZC蜗杆） 圆环面包络圆柱蜗杆传动 锥面包络圆柱蜗杆传动（ZK蜗杆）
分析：
K1
K
PK2
O1
O2
（1）节点P为中心线i1上2 的一12 个OO固12PP定点的情况 （2）节点P在中心线上按一定规律移动的情况
二、共轭齿廓的形成
凡能满足齿廓啮合基本定律的传动比为常数 或按一定规律变化的一对齿廓称为共轭齿廓。
共轭齿廓啮合时，两齿廓在啮合点相切，其
啮合点的公法线通过节点P。理论上，只要给定一 齿轮的齿廓曲线，并给定中心距和传动比i12，就
§5-1 齿轮机构的类型与功能
齿轮机构是现代机械中应 用最广泛的一种传动机构，与 其它传动机构相比，齿轮机构 的优点是：结构紧凑，工作可 靠，效率高，寿命长，能保证 恒定的传动比，而且其传递的 功率与适用的速度范围大。但 是其制造安装费用较高，低精 度齿轮传动的振动噪声较大。
典型的齿轮传动
齿轮机构是通过一对齿面的依次啮合来传递两轴之间的 运动和动力的，根据一对齿轮实现传动比的情况，它可以分 为定传动比和变传动比齿轮机构。
蜗杆传动
环面蜗 杆传动
平面齿包络环面蜗杆传动（TP蜗杆） 直廓环面蜗杆传动（TA蜗杆） 锥面包络环面蜗杆传动（TK蜗杆） 渐开面包络环面蜗杆传动（TI蜗杆）
锥面蜗杆传动
齿轮机构有以下常见类型：
1、平行轴之间传递运动 （1）直齿圆柱齿轮机构
轮齿分布在圆柱体 外部且与其轴线平 行,啮合的两外齿 轮转向相反。应用 广泛。
可以求出与之共轭的另一齿轮的齿廓曲线。 共轭齿廓可以用包络线法、齿廓法线法或动瞬
心线法等方法求得。
自己掌握齿廓法线法求解共轭齿廓的方法。
包络线法生成共轭齿廓：
C1、C2 为给定的一对瞬心线（相当于给定传动比和 中心距），当 C1 沿 C2 作纯滚动时，与 C1 相固结的齿 廓 K1 即可包络出齿廓 K2。
本章仅讨论实现定传动比的圆形齿轮机构。
齿轮机构是依靠轮齿直接接触构成高副来 传递两轴之间的运动和动力的。
一、齿轮机构的类型与功能
平行轴齿轮传动
圆柱齿轮传动 非圆齿轮传动
渐开线齿轮传动 变齿厚渐开线齿轮传动 偏心渐开线齿轮传动 渐开线—非渐开线齿轮传动 圆弧圆柱齿轮传动 摆线齿轮传动 摆线针轮空轴传动
（2）斜齿圆锥齿轮机构
轮齿倾斜于圆锥母线， 制造困难，应用较少。
（3）曲齿圆锥齿轮机构
轮齿是曲线形， 有圆弧齿、螺旋齿等， 传动平稳，适用于高 速、重载传动，但制 造成本较高。
现在汽车后桥都 采用这种齿轮。
3、交错轴之间传递运动 （1）交错轴斜齿圆柱齿轮机构
两螺旋角数值不等的斜齿轮啮合时， 可组成两轴线任意交错传动，
二、齿轮机构的机构运动简图
三、齿轮机构的功能
齿轮用于传递（变换）运动和力 （1）转速大小的变换
1
2
齿数比 z1 决定转速变换量 z2
z1
2
z1 z2
1
z2
(2) 转速方向的变换 平行轴外啮合齿轮传动改变齿轮的回转方向 平行轴内啮合齿轮传动不改变齿轮的回转方向
(3) 改变运动的传递方向
相交轴外啮合齿轮传动不仅改变齿轮的回转方 向还改变运动的传递方向
（2）斜齿圆柱齿轮机构
轮齿与其轴线倾 斜，两轮转向相 反，传动平稳,适 合于高速传动,但 有轴向力。
（3）人字齿圆柱齿轮机构
由两排旋向相反的 斜齿轮对称组成， 其轴向力被相互抵 消。适合高速和重 载传动，但制造成 本较高。
（4）直齿内啮合圆柱齿轮机构
轮齿与其轴线平 行且分布在空心 圆柱体的内部， 它与外齿轮啮合 时两轮的转向相 同。
i12
1 2
O2P O1P
节点与节圆的概念
在齿轮机构中，相对速度瞬
心P 称为啮合节点，简称节点。
两齿轮啮合传动时，节点
P在两轮各自运动平面内的轨
迹分别称为齿轮1和齿轮2的节 曲线。当该节曲线为圆时，称 其为齿轮的节圆。
节曲线是齿轮的动瞬心线， 齿轮的啮合传动相当于其两节曲 线作无滑动的纯滚动。
点P为节点
（5）斜齿内啮合圆柱齿轮机构
轮齿与其轴线 倾斜的内齿轮 加工困难，它 与斜齿外齿轮 啮合时两轮转 向相同。有轴 向力。 应用较少。
（6）直齿齿轮齿条机构
齿数趋于无穷多 的外齿轮演变成 齿条，它与外齿 轮啮合时，齿轮 转动，齿条直线 移动。
（7）斜齿齿轮齿条机构
斜齿轮斜齿条啮合 传动,应用较少。
两轮齿为点接触，且滑动速度较大， 主要用于传递运动或轻载传动。
（2）蜗杆蜗轮传动
蜗杆蜗轮传动多用于两轴交错角为90的传动，其 传动比大，传动平稳，具有自锁性，但效率较低。
（3）准双曲线齿轮传动
其节曲面为单Βιβλιοθήκη Baidu双曲线回转体的一部分。它能实 现两轴线中心距较小的交错轴传动，但制造困难。
4、特种齿轮
这是一种同向传 动齿轮机构。