机械基础教案-齿轮传动

教师授课教案

2016下-2017上学年一学期课程机械基础

教学内容

旧知复习：1.带传动的结构、特点及应用

2.链传动的结构、特点及应用

讲授新课：项目二机械传动

任务2 齿轮传动

一、齿轮传动的特点与类型

1. 与其他传动相比较，齿轮传动具有以下特点：

（1）瞬时传动比准确，传动平稳。结构紧凑，适用范围广。

（2）传动精度高；传动效率高，可达99%；工作可靠，寿命长。

（3）可实现两轴平行、交叉、交错的传动。

（4）齿轮需要专用制造设备，成本较高。

2. 齿轮传动的类型

（1）用于两平行轴之间的传动如斜齿轮传动。

（2）用于两相交轴之间的传动如圆锥齿轮传动。

（3）用于两相错轴之间的传动如蜗杆传动。

二、渐开线直齿圆柱齿轮轮齿的各部分名称、基本参数和几何尺寸

1. 渐开线的形成及性质

(1) 渐开线的形成

当一条直线沿固定的圆周边缘作无滑动的纯滚动时，该直线上任一点K 的运动轨迹，称为该圆的渐开线，如图2-24所示。称该直线为发生线；该不动的圆为基圆。

（2）渐开线的性质

①发生线沿基圆边缘滚过的长度KB，等于基圆上被滚过的圆弧长AB，

即KB=AB。

②渐开线上任一点K的法线必与基圆相切。切点B是渐开线上K点的曲率中心，线段KB是K点的曲率半径。

③渐开线的形状取决于基圆的大小。

④基圆内无渐开线。

2. 渐开线直齿圆柱齿轮轮齿的各部分名称

（1）齿顶圆齿顶所在的圆称为齿顶圆，齿顶圆直径用d

a

表示。

（2）齿根圆齿槽底部所在的圆称为齿根圆，齿根圆直径用d

f

表示。

（3）齿厚同一轮齿上左、右两齿廓之间的某一圆周弧长称为齿厚，分度圆上的齿厚用s表示。

（4）齿槽宽相邻两齿之间的某一圆周弧长称为齿槽宽，分度圆上的齿槽宽用e表示。

（5）齿距相邻两齿同一侧齿廓圆周弧长称为齿距，分度圆上的齿距用p表示。

（6）分度圆轮齿上齿厚等于齿槽宽所在的圆称为分度圆，分度圆直径用d表示。

(7) 齿顶高分度圆到齿圆顶之间的径向距离称为齿顶高，用h

a

表示。

(8) 齿根高分度圆到齿根圆之间的径向距离称为齿根高，用h

f

表示。

（9）齿全高齿顶圆到齿根圆之间的径向距离称为齿全高，用h表示。

（10）中心距两传动齿轮中心的距离称为中心距，用a表示。

3. 渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数

（1）齿数z 齿轮圆周上轮齿的总数称为齿数。

（2）模数m齿轮几何尺寸的重要参数。

（3）压力角α压力角指轮齿速度方向与受力方向所夹的锐角，通常指分度圆上的压力角α。我国规定分度圆上的标准压力角为20º。

（4）顶高系数h*

a 标准齿轮的齿顶高系数h*

a

＝1。

（5）顶隙系数c*标准齿轮的顶隙系数c*＝0.25。

4. 渐开线直齿标准圆柱齿轮的几何尺寸计算

渐开线直齿标准圆柱齿轮的几何尺寸计算公式见表2-9。

例2-1 已知一对渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的模数m=10 mm，主动

齿轮的齿数z

1=20, 从动齿轮的齿数z

2

＝80，压力角 ＝20 ，试计算该直

齿圆柱齿轮的各部分尺寸。

例2-2 已测得一渐开线标准直齿圆柱旧齿轮的齿全高为11.5 mm，齿数为23，试计算该齿轮的齿顶圆直径。

三、一对渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动

1．一对渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合过程

一对渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合过程如图2-28所示。

2．传动比值恒定

在两轮节点C处的线速度值相等，线速度的方向垂直于O

1、O

2

的连线，

即有

c υ=c o 11.ω=c o 22.ω

得 i =1

21221b b r r c o c o ==ωω=常数 所以，渐开线标准直齿圆柱齿轮的传动比值为恒定不变。

3．中心距的可分性

一对渐开线标准直齿圆柱齿轮的传动比与两轮的基圆半径成反比。在传动中，如果实际中心距发生微小的改变，传动比的值也不会发生变化，称之为渐开线齿轮传动的中心距可分性。

4．齿廓间的作用力方向不变

渐开线齿轮的两齿廓无论在何处啮合，齿廓间作用的压力方向始终在两基圆的内公切线上，即在接触点的公法线上，也就是啮合线方向上，啮合线成为固定的直线。所以，齿廓间作用的压力方向不变，传动平稳。

5．正确啮合条件

一对渐开线标准直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：两个齿轮的模数和压力角分别相等，且等于标准值。

m 1＝m 2

= m α1=α2

=α 6．正确安装中心距

一对渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的中心距等于两齿轮分度圆半径之和，该中心距称为标准中心距或正确安装中心距。

四、渐开线齿轮的加工及根切现象

1．齿轮的加工

（1）仿形法加工

仿形法加工是在普通铣床上，用轴向剖面形状与被切齿轮轮的槽形状完全相同的成形铣刀，铣削出齿轮的加工方法。

仿形法加工齿轮的精度低，效率低，适用于单件生产。

（2）展成法加工

展成法加工是利用一对无侧隙啮合的齿轮传动，两轮齿廓曲线互为包

络线的原理，将其中一个齿轮做成刀具的齿形，与被加工齿轮的毛坯共轭展成运动，形成渐开线齿形。

展成法加工齿轮的精度高，渐开线的形状准确，生产效率高。

2．根切现象

用展成法加工齿轮的时，如果齿轮的齿数太少，轮齿根部的渐开线齿廓会被部分切去，这种现象称为根切。

五、齿轮的精度

1．齿轮的加工精度

齿轮的加工精度影响到传动的精度。

2. 齿轮的传动精度

齿轮在制造和安装的过程中，不可避免会产生一定的精度误差，影响齿轮的正常传动。国家标准GB/T 10095—2008规定，齿轮的传动精度分为12级，精度从1～12级依次降低。常用中级精度6、7、8级。

（1）运动精度指齿轮转动一周的转角最大误差值不超过允许的范围，表示传递运动的准确性。

（2）工作平稳性指齿轮瞬时传动比的变化限制在一定的范围内，表示传递运动的平稳性。

（3）接触精度指齿轮传动的轮齿接触表面大又均匀，接触斑点占整个齿面的比例（如接触斑点超过60%以上）。

（4）齿轮副的侧隙指齿轮非工作面在齿廓法线方向上的间隙，间隙用于储存润滑油和防止卡死。

六、齿轮的失效形式

1.轮齿折断

齿轮传动时，轮齿承受很大的载荷，根部产生弯曲应力，在长期循环载荷作用下，当弯曲应力超过材料允许的疲劳强度极限时，轮齿的根部将出现疲劳裂纹，随着裂纹的扩大，导致整个齿根折断，这种折断称为疲劳折断。

过载折断常出现在没有良好润滑条件的开式齿轮传动中。

2．齿面疲劳点蚀

在充分润滑液的条件下，进入裂纹的润滑液受到密封高压的作用，使