汽车齿轮传动

项目六 汽车常用传动
任务二 齿轮传动
三、渐开线的齿廓
1．渐开线的形成和性质 当一条直线L沿一圆周作纯滚动时，此直 线上任一点K的轨迹即称为该圆的渐开线, 如图6-2-4所示。该圆称为渐开线的基圆， 基圆半径以 表示，该直线 L称为渐开线 的发生线
图6-2-4 渐开线的形成
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六、斜齿圆柱齿轮传动
1．斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成
a) 直齿轮齿廓曲面
b) 斜齿轮齿廓曲面
图6-2-8 圆柱齿轮的形成
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2. 斜齿轮的基本参数
斜齿圆柱齿轮齿形有端面和法面之称。 法面是指垂直于轮齿螺旋线方向的平面。轮齿的法面齿形与刀具齿形相同， 故国际上规定法面参数（mn n ,为标）准参数。
构。 按照在定传动比中两啮合齿轮的相对运动是平面运动还是空间运动可分为两
类：平1）面平齿面轮齿传轮动传和动空间齿轮传动。 该传动的两轮轴线相互平行，常见的有直齿圆柱齿轮传动（图6-2-1a）,
斜齿圆柱齿轮传动（图6-2-1d），人字齿轮传动（图6-2-1e）。此外，按 啮合方式区分，前两种齿轮传动又可分为外啮合传动（图6-2-1a、d）, 内 啮合传动（图6-2-1b）和齿轮齿条传动（图6-2-1c）。
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2）正确啮合条件 一对斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件为
mnn11
mn 2 n2
mn n
1 2
由于斜齿圆柱齿轮的齿与轮轴的方向成一螺旋角，所以使齿轮传动的啮合弧增大
了 e=btgβ，如与斜齿轮端面齿廓相同的直齿圆柱齿轮的重合度为 则斜齿圆柱齿
轮的重合度
，斜齿轮比直齿轮重合度增加部分为
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七、直齿圆锥齿轮传动
图6-2-11 圆锥齿轮的基本尺寸
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表6-2-4 渐开线锥齿轮的几何尺寸计算
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2.背锥与当量齿数
图6-2-12 背锥及当量齿数
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八、蜗杆涡轮传动
蜗杆传动的主要失效形式有胶合、疲劳点蚀和磨损。
由于蜗杆传动在齿面间有较大的滑动速度，发热量大，若散热不及时，
油温升高、粘度下降，油膜破裂，更易发生胶合。开式传动中，蜗轮轮齿磨
损严重，所以蜗杆传动中，要考虑润滑与散热问题
蜗杆轴细长，弯曲变形大，会使啮合区接触不良。需要考虑其刚度问题。
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图6-2-16仿形法加工齿轮
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【拓展知识】 图鉴
图6-2-17 齿轮插刀加工齿轮
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【拓展知识】 图鉴
a)
b)
图6-2-18 齿条插刀加工齿轮
图6-2-Fra Baidu bibliotek9 滚刀加工齿轮
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【拓展知识】 图鉴
图6-2-20 齿轮的根切
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图6-2-14 阿基米德蜗杆传动的几何尺寸
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图6-2-15 分度圆柱展开图
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2. 蜗杆传动的几何尺寸计算
表6-2-5 阿基米德蜗杆传动的几何尺寸计算
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【拓展知识】 图鉴
a
d2 'd1' 2
d2
d1 2
m 2
(z2
z1 )
由于渐开线齿廓具有可分性，两轮中心距略大于正确安装中心距时仍能保持 瞬时传动比恒定不变，但齿侧出现间隙，反转时会有冲击。
3．连续传动条件
若要一对渐开线齿轮连续不断的传动，就必须使前一对齿终止啮合之前后续的 一对齿及时进入啮合。如图6-2-7所示为一对互相啮合的齿轮。设齿轮1为主动，齿轮 2为从动。开始啮合时，主动齿轮1的齿根部分与从动齿轮2的齿顶部分在K′点开始 接触。随着两齿轮继续啮合转动，啮合点的位置沿啮合线N1N2向下移动，齿轮2齿廓 上的接触点由齿顶向齿根移动，而齿轮1齿廓上的接触点则由齿根向齿顶移动。当两 齿廓的啮合点移至K点时，则两齿廓啮合终止。
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2．主要参数
表6-2-1 常用的标准模数m（摘自GB/T1357-87）
注：①本表适用于渐开线圆柱齿轮。对斜齿轮是指法向模数。优先采用第一系列，括号内的数尽量不用。 ②圆锥齿轮大端模数除了可在上表中选取外，还可选1.125、1.375等。
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端面是指垂直于轴线的平面。端面齿形与直齿轮相同，故可以采用直齿 轮的几何尺寸计算公式计算斜齿轮的几何尺寸。应注意：端面参数（mt）, 为非标准值， 为了计算斜齿轮的几何尺寸，必须掌握法面参数和端面参数间的换算关系。
图6-2-9 分度圆柱展开面
a)
b)
c)
图6-2-10 斜齿圆柱齿轮的旋向
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圆柱蜗杆机构又可按螺旋面的形状，分为阿基米德蜗杆机构和渐开线 蜗杆机构等。圆柱蜗杆机构加工方便，环面蜗杆机构承载能力较高。
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a)
4. 蜗杆传动的失效形式
b)
c)
图6-2-13蜗杆传动的类型
由于蜗杆传动中的蜗杆表面硬度比蜗轮高，所以蜗杆的接触强度、弯曲强
度都比蜗轮高；而蜗轮齿的根部是圆环面，弯曲强度也高、很少折断。
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一、齿轮传动的类型和特点
齿轮传动是近代机械传动中用得最多的传动形式之一。它不仅可用于传递 运动，如各种仪表机构；而且可用于传递动力，如常见的各种减速装置、汽 车底盘传动系统等。
1. 齿轮的类型
齿轮的分类方法很多，根据其传动比（i12=ω1/ω2）是否恒定分为： 1）定传动比（i12 = 常数）传动的齿轮机构，圆形齿轮机构。 2）变传动比（i12按一定的规律变化）传动的齿轮机构，非圆形齿轮机
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2．齿轮机构的特点
同其它传动形式比较，它具有下列优点：能保证传动比恒定不变；适用 的载荷与速度范围很广，传递的功率可由很小到几万千瓦，圆周速度可达 150m/s；结构紧凑；效率高，一般效率η＝0.94～0.99；工作可靠且寿命长。
其主要缺点是：对制造及安装精度要求较高；不适宜用于两轴间距 离较大的传动。
这样，一对齿轮的传动比可写成
i 1 n1 d2 ' d2 z2 2 n2 d1' d1 z1
2．标准中心距
正确安装的渐开线齿轮，理论上应为无齿侧间隙啮合，即一轮节圆上的齿
槽宽与另一轮节圆齿厚相等。标准齿轮正确安装时齿轮的分度圆与节圆重合，
啮合角
。
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一对内啮合齿轮的中心距为
由此可见，线段KK 为啮合点的实际轨迹，故KK 称为实际啮合线段。因基圆内 无渐开线，故线段 N1N2 为理论上可能的最大啮合线段，所以被称为理论啮合线段 。
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显然，要保证一对渐开线齿轮连续不 断地啮合传动，必须使前一对轮齿尚未在 K点脱离啮合之前，后一对轮齿及时到达 K′点进入啮合。要保证这一点必须使 ≥Pb，即实际啮合线段必须大于或等于齿 轮的基圆齿距。这就是连续传动的条件， 通常我们把这个条件用KK’与Pb的比值表 示，称为重合度，用,表示。即 KK 1
1．蜗杆涡轮传动的组成
蜗杆传动主要由蜗杆和蜗轮组成，主要用于传递空间交错的两轴之间的运动和 动力，通常轴间交角为90°。一般情况下，蜗杆为主动件，蜗轮为从动件。
2．蜗杆涡轮传动特点
（1）传动平稳 （2）传动比大 （3）具有自锁性
（4）传动效率低 （5）制造成本高
3．蜗杆传动的类型
蜗杆传动按照蜗杆的形状不同，可分为圆柱蜗杆传动（图6-2-13a）、环面 蜗杆传动（图6-2-13b），锥面蜗杆传动(图6-2-13c)。
四、渐开线标准齿轮各部分名称、参数和几何尺寸
1．齿轮各部分名称
图6-2-6所示为一直齿圆柱齿轮的一部分，相邻两齿的空间称为齿间。 1）齿顶圆：齿顶所在的圆，用da和ra表示。 2）齿根圆：齿根所在的圆，用df和rf表示。 3）齿厚：任意圆周上量得的齿轮两侧间的弧长，用sk表示。 4）齿槽宽：任意圆周上量得的相邻两齿齿廓间的弧长，用ek表示。
点。
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2）啮合线为直线
两齿轮啮合时，其接触点的轨迹称为啮合线，由渐开线特性可知，两渐开线齿 廓在任何位置接触时，过接触点所作两齿廓的公法线即为两基圆的内公切线N1N2， 故接触点的轨迹必然在这内公切线上。所以，其啮合线是唯一直线。过节点C作 两节圆的公切线t t，它与啮合线所夹的锐角称为啮合角。通常用 来表示
3．标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸
表6-2-2 标准直齿圆柱齿轮各部分尺寸的几何关系
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五、渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动
1．正确啮合条件
为保证齿轮传动时各对齿之间能平稳传递运动，在齿对交替过程中不发生冲 击，必须符合正确啮合条件。
一对渐开线齿轮的正确啮合条件为：①两齿轮的模数必须相等；②两齿轮分 度圆上的压力角必须相等。即：m1=m2=m , α1=α2=α
btg
pt
b sin
pn
z d
tg
式中：b为齿宽；ψd为齿宽系数，当z =17、ψd=1、β= 7~20°时， =0.664~1.970
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表6-2-3 外啮合标准斜齿圆柱齿轮各部分的几何尺寸
3. 斜齿轮传动的主要特点
斜齿轮的主要优点： 啮合性能好；重合度大；结构紧凑； 斜齿轮的主要缺点：运转时产生附加轴向推力。
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a)
b)
c)
d)
e)
图6-2-1 平面齿轮传动
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2）空间齿轮传动
两轴线不平行的齿轮传动称为空间齿轮传动，如直齿圆锥齿轮传动（图 6-2-2a）、交错轴斜齿轮传动（图6-2-2b）和蜗杆传动(图6-2-2c）。
a)
b)
c)
图6-2-2 空间齿轮传动
Pb
重合度愈大，表明同时参与啮合的轮齿对数愈 多，每对齿分担的载荷就愈小，运动愈平稳。由 于制造齿轮时齿廓必然有少量的误差，故设计齿 轮时必须使实际啮合线段比基圆齿距大，即重合 度大于1。重合度主要与齿数z、齿顶高系数 压力角 有关，当取
图6-2-7 连续传动的条件
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5）齿距：任意圆周上量得的相邻两齿 同侧齿廓间的弧长，用pk表示。
pk=sk+ek 6）分度圆：计算基准圆，用d和r表示。 7）齿顶高：介于分度圆与齿顶圆之 间的轮齿部分的径向高度，用ha表示。 8）齿根高：介于分度圆与齿根圆之 间的轮齿部分的径向高度，用hf表示。 9）齿全高：齿顶圆与齿根圆之间的 轮齿部分的径向高度，用h表示。
rb2 rb1
可见渐开线齿轮的传动比取决于两齿轮基圆半径
的大小，当一对渐开线齿轮制成后，两齿轮的基圆
半径就确定了，即使安装后两齿轮中心距稍有变化，
由于两齿轮基圆半径不变，所以传动比仍保持不变。
渐开线齿轮这种不因中心距变化而改变传动比的特
性称为中心距可分性。这一特性可补偿齿轮制造和
安装方面的误差，是渐开线齿轮传动的一个重要优
二、齿轮啮合的基本规律
齿轮传动最基本的要求是其瞬时传动比必须恒定不变。否则当主动轮以等速 度回转时，从动轮的角速度为变数，因而产生惯性力，影响齿轮的寿命，同时 也引起振动，影响其工作精度。
要满足这一基本要求，则齿轮的齿廓曲线必须符合一定的条件。
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图6-2-3 齿廓啮合基本定律
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5．蜗杆、蜗轮的材料选择
基于蜗杆传动的失效特点，选择蜗杆和蜗轮材料组合时，不但要求有足够 的强度，而且要有良好的减摩、耐磨和抗胶合的能力。实践表明，较理想的蜗 杆副材料是：青铜蜗轮齿圈匹配淬硬磨削的钢制蜗杆
6. 蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算
将通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面定义为中间平面，如图6-2-14所 示。在此平面内，蜗杆传动相当于齿轮齿条传动。因此这个下面内的参数均是 标准值，计算公式与圆柱齿轮相同。
图6-2-5 渐开线齿轮的啮合
2．渐开线齿廓啮合特点
1）中心距可分性
图6-2-5所示两渐开线齿轮的外啮合情况，节
点为C，两齿轮的基圆半径分别为 和 ,
与两基圆的内公切线N1N2构成一对相似三角形
△O1N1C和△O2N2C，由相似三角形的性质和
式（5-1）知两齿轮的传动比为 i12
1 2
o2c o1c