第10章齿轮机构及其设计2013

十二、齿轮机构动力学简介
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一、齿轮机构的特点及类型 1.齿轮机构的特点及类型
齿轮机构是依靠轮齿齿廓直接接触来传递空间任意两轴 间的运动和动力。
根据一对齿轮实现传动比的情况，可以分为：
定传动比齿轮机构（圆形齿轮机构）
（本章仅研究实现定传动比的圆形齿轮机构 ）
变传动比齿轮机构（非圆齿轮机构）
1
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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。
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定传动比的圆形齿轮机构根据两传动轴线的相 对位置可分为三类：
平行轴齿轮机构 （平面齿轮机构）
外啮合齿轮机构、内啮合齿轮机构、齿轮齿条机构
相交轴齿轮机构 （空间齿轮机构）
圆锥齿轮机构
交错轴齿轮机构 （空间齿轮机构）
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平行轴齿轮机构 外啮合
直齿圆柱齿轮传动
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。
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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。
图1
图3
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图2
相交轴齿轮机构
直齿圆锥齿轮传动 斜齿圆锥齿轮传动
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。
轮齿倾斜于圆锥母线， 制造困难，应用较少。
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曲线齿圆锥齿轮传动
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。
C1；求另一齿轮上与之共轭的齿廓曲线C2。
i12、a ′
i12= r2′/ r1′ r1′+r2′=a ′
r1′、r2′
画出 两个齿轮的节圆
两节圆相切纯滚动，相当 于两圆盘相切纯滚动时
圆盘1上的已知曲线C1就会走出一 系列的轨迹，作这些轨迹的包络
线，则得到所求的齿廓曲线C2。
✓通过阅读王知行、邓宗全主编的《机械原理》
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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。
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二、齿轮的齿廓曲线
1.齿廓啮合基本定律
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。
应用广泛。
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斜齿圆柱齿轮传动 人字齿轮传动
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。
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。
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内啮合
直齿圆柱齿轮传动 斜齿圆柱齿轮传动
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。
准双曲线齿轮传动
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特种齿轮传动
图1
图2
同向传动齿轮机构
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2.齿轮机构的特点
优点： 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。 缺点：
制造安装费用较高，低精度齿轮传动的振动噪声较大。
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3.齿轮机构运动简图
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（1）平行轴间的传动 （2）相交轴间的传动 （3）交错轴间的传动
外啮合传动 直齿轮传动 内啮合传动
齿条与齿轮传动 斜齿轮传动 人字齿轮传动
直齿圆锥齿轮传动 斜齿圆锥齿轮传动 曲线齿圆锥齿轮传动
交错轴斜齿轮传动 蜗杆传动 准双曲面齿轮传动
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4.齿轮机构的功能
齿轮用于传递（变换）运动和力
转速大小的变换
1
2
齿数比 z1 决定转速变换量。 z2
注意： z1 z2
1 4轮Biblioteka 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。
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齿轮齿条啮合
直齿齿轮齿条传动 斜齿齿轮齿条传动
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。
斜齿轮斜齿条啮合传动 应用较少。
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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。
，z1
与
z2
应互为质数。
z1
2
z1 z2
1
z2
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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
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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。
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。
现在汽车后桥都采用这 种齿轮。
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交错轴齿轮机构
交错轴斜齿轮传动
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，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。
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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，但效率较低。
蜗杆传动
其节曲面为单叶双曲线回转 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。
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节点P为中心线上的一个固定点的情况
1
K1 K
2
K2
P
O1
O2
i12
1 2
O2 P O1P
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节点P在中心线上按一定规律移动的情况
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2.齿廓曲线的选择
共轭齿廓
凡能满足齿廓啮合基本定律的一对齿廓（按预定传动比规 律相互啮合传动的一对齿廓）。
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，就可以求出与之共轭的另一齿轮的齿廓曲线。
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轭
▪ 两头牛背上的架子称为轭，轭使两头牛同步行
走。共轭即为按一定规律相配的一对。
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共轭齿廓的求法： 包络线法——齿轮加工时采用的方法；
齿廓法线法、动瞬心线法
已知：i12=ω1 /ω2=C，中心距a ′，一个齿轮的齿廓曲线
i12
1 2
O2 P O1P
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节点 在齿轮机构中，相对速度瞬心P称为啮合节点，简称节点。
节圆
两齿轮啮合传动时，节点P在两轮各自运动平面内的轨迹 称为相对瞬心线，分别是以O1、O2为圆心，以O1P和O2P为 半径的圆C1和C2，称为齿轮的节圆。
节圆是齿轮的相对瞬心线（动瞬心线），齿轮的啮合传动 相当于其两节圆作无滑动的纯滚动。
第十章 齿轮机构及其设计
内容简介:
一、齿轮机构的特点及类型
二、齿轮的齿廓曲线
三、渐开线齿廓及其啮合特点
四、渐开线标准齿轮的基本参数和几何尺寸
五、渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动
六、渐开线齿廓的切制原理与根切现象
七、渐开线变位齿轮简介
八、斜齿圆柱齿轮传动
九、直齿锥齿轮传动
十、蜗杆传动机构
十一、其他齿轮传动简介