清华大学机械设计基础-齿轮传动机构
机械设计基础 第4章齿轮机构(4-56)讲解
刀具刀号的选择——按被加工齿轮的m、α、z 。
这种切齿方法简单，不需要专用机床，但生产率低、精度差， 故仅适用于单件生产及精度要求不高的场合。
2、拉刀(broaching tool)拉齿
拉刀拉齿主要用来拉削内齿轮，拉刀的形状与齿轮齿 槽形状相同。因拉刀的制造成本高，故它适用于批量生产 的情况。
2、切削过程中的运动（以插齿为例） 1）范成运动
齿条插刀：刀具的节线与被加工齿轮齿坯的分度圆相 切并作纯滚动的运动——刀具移动v =ωr = ωm z / 2。
齿轮插刀：刀具的节圆与齿坯节圆相切并作纯滚动的 运动—— i =ω0 /ω= z /z0）
2）切削运动（↑↓）：刀具沿齿轮毛坯轴向的切齿运动。 3）让刀运动（←→）：插齿刀具返回时，为避免擦伤已
∵ 分度圆与中线作纯滚动，且刀具分度线上s=e=πm/2；
∴ 切出的齿轮： s=e=πm/2；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1
ω1
∴ 被切的齿轮
是标准齿轮。 ra1r1'==r1
rb1
h a* m
N1
α '=α
P V2
N 2∞
2 ）切制非标准齿轮时，刀具的加工节线与被加工齿轮的 分度圆相切，刀具的加工节线与中线不重合。
∵ 刀具的加工节线上s≠e； ∴ 被切的齿轮是非标准齿轮。
§4—5 渐开线标准齿轮的啮合传动
一、正确啮合条件 如图4-7所示，当前一对齿
在K点接触时，后一对齿在另一 点K′点接触，则点K和K′点应在 啮合线N1N2上，这样才能保证 各对轮齿都能正确地进入啮合。 为此，两齿轮的相邻两齿同侧 齿廓间的法向齿距（即基圆齿 距）应相等。即：
清华大学机械设计基础讲义-轮系机构
惰轮
m：外啮合的次数
乐考无忧，考研我有！
第5 章
轮系
定轴轮系中各轮几何轴线不都平行，但是 输入、输出轮的轴线相互平行的情况
i14
z 2 z3 z 4 z1 z2' z3'
传动比方向判断：画箭头 表示：在传动比大小前加正负号 乐考无忧，考研我有！
第5 章
轮系
第 5 章 轮系机构
5.1 轮系分类及传动比计算 5.2 轮系的功能 5.3 轮系的设计 5.4 其它类型的行星传动
乐考无忧，考研我有！
第5 章
轮系
齿轮机构的传动比
1 i12 2
z2 z1 z2 z1
1 z2 i12 2 z1
第5 章
轮系
输入、输出轮的轴线不平行的情况
i15
z 2 z3 z5 z1 z 2' z 3'
传动比方向判断 表示 画箭头
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第5 章
轮系
定轴轮系的传动比
1 从动齿轮齿数连乘积 大小： i1k k 主动齿轮齿数 65
z4 z5 44 81 0.99 z6 z4 80 45
i6 H
6 1 0.99 0.01 H
3
两个轮系的关系 混合轮系的传动比
H 3
33 1 i16 300 6 0.01 H乐考无忧，考研我有！
i15
电动卷扬机减速器
5 H
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第5 章
轮系
混合轮系传动比的求解方法：
1. 将混合轮系分解为几个基本轮系；
2. 分别计算各基本轮系的传动比； 3. 寻找各基本轮系之间的关系； 4. 联立求解。
机械设计基础讲义第七章齿轮传动
机械设计基础讲义第七章齿轮传动第7章齿轮传动基本要求：了解齿轮机构的类型和应⽤、齿廓啮合基本定律；掌握渐开线直齿圆柱齿轮的啮特性、正确啮合条件、连续传动条件等；熟悉渐开线齿轮各部分的名称、基本参数及⼏何尺⼨计算；重点：难点: 学时：§ 7-1 121 ⼈字齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动齿轮与齿条传动内啮合齿轮传动外啮合齿轮传动）直齿圆柱齿轮2、空间齿轮机构蜗杆传动齿轮传动）交错轴齿轮传动（螺旋曲齿圆锥齿轮传动斜齿圆锥齿轮传动直齿圆锥齿轮传动传动）圆锥齿轮传动（伞齿轮§7-2 齿廓实现定传动⽐的条件∵ 21p p v v =⼜∴ C O v p 111ω= C O v p 222ω=∴ i 12=ω1/ω2=C O C O 12/上式表明，互相啮合的⼀对齿轮，在任⼀位置时的传动⽐，都与其连⼼线O 1O 2被其啮合齿廓在接触点处的公法线所分成的两段成反⽐。
这⼀定律称为齿廓啮合的基本定律。
过两齿廓啮合点所作的齿廓公法线与两轮连⼼线O 1O 2的交点C 称为啮合节点（简称节点）。
上式还表明，要使两齿轮作定传动⽐传动，则两齿廓必须满⾜的条件是：不论两齿廓在何位置接触，过接触点所作的两齿廓公法线必须与两齿轮的连⼼线相交于⼀定点。
当两齿轮作定传动⽐传动时，节点C 在轮1和轮2的运动平⾯上的轨迹分别是以O 1、O 2为圆⼼，以O 1 C 、O 2 C 为半径的两个圆，此圆称为节圆。
并且两节圆作纯滚动。
若两齿轮作变传动⽐传动时，节点C 在轮1和轮2的运动平⾯上的轨迹分别是两条⾮圆曲线，此曲线称为节线。
§7-3 渐开线的形成及其特性⼀、渐开线的形成1）基圆，半径⽤r b 表⽰2）展⾓，⽤θk 表⽰⼆、渐开线的特性1）?=AB BK2）渐开线上任⼀点的法线恒与基圆相切。
切点B 是点K 的曲率中⼼，⽽线段BK 是渐开线在点K 的曲率半径。
3）kb K r r OK OB ==αcos 4）渐开线的形状取决于基圆⼤⼩。
机械设计基础 第4章 齿轮机构
b. 模数的意义 ◆ 模数的量纲 mm m=
p ，确定模数 m 实际上就是确定周节 p ，也就是确
p
定齿厚和齿槽宽e。模数m越大，周节p越大，齿厚s和齿槽 宽e也越大。 模数越大，轮齿的抗弯强度越大。
c. 确定模数的依据 根据轮齿的抗弯 强度选择齿轮的 模数
一组齿数相同，模数不同的齿轮。
（3）分度圆压力角(齿形角)
p 0.5p 0.5p ha=m m c
上各点具有相同的
压力角，即为其齿 形角，它等于齿轮
F V
分度圆压力角。
b. 与齿顶线平行的任一直线上具有相同的齿距p= p m。
c. 与齿顶线平行且齿厚s等于齿槽宽e的直线称为分度线，
它是计算齿条尺寸的基准线。
三、参数间的关系
表5-5渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸公式表 名 称
式
齿根圆直径
周 节 齿 厚 基圆周节 中心距
df
p s pb a
P= p m s= p m/2
Pb= p m cosa
a=m(z1 ±z2)/2
注：上面符号用于外齿轮或外啮合传动，下面符号用于内齿轮或内啮合传动。
一对标准齿轮：
1 1 a ( d 2 d 1 ) m ( z 2 z1 ) 2 2 ①m、z决定了分度圆的大小，而齿轮的大小主要
取决于分度圆，因此m、z是决定齿轮大小的主要
参数 * ha ， ②轮齿的尺寸与 m，
c*
有关与z无关
③至于齿形， rb r cos
mz cos ，与m，z， 2
有关
可见，m影响到齿轮的各部分尺寸， ∴又把这种以模数为基础进行尺寸计算的齿轮称m制齿轮。 欧美：径节制 P
《齿轮传动设计》PPT课件
三、渐开线齿轮的啮合特性
渐开线齿轮符合齿廓啮合基本定 律,即能保证定传动比传动 由齿廓啮合基本定律知
i12
1 2
O2P O1P
❖ 由渐开线性质知,
❖ 啮合点公法线与二基圆内公切
线重合
N2
❖ 二基圆为定圆,N1N2为定直线, 则节点P为定点
i12 12
O2Pr2'rb2 O1P r1' rb1
co
n. st
机械设计基础 ——齿轮传动
例题2
❖已知:一渐开线直齿圆柱齿轮,用卡尺测量出齿顶圆直径 da=208mm, 齿根圆直径df=172mm, 数得齿数z=24.
❖求：该齿轮的模数m,齿顶高系数ha*和顶隙系数c*
解:
da(z2ha *)m208 mm
df(z2h a *2c*)m 17m 2 m
m 8 mm
O1
1 rb1
P K’
N1 K
C１
C２
2 rb2
O2
机械设计基础 ——齿轮传动
三、渐开线齿轮的啮合特性
机械设计基础 ——齿轮传动
5-4 渐开线标准齿轮的基本尺寸
一、外齿轮 二、内齿轮 三、齿条
机械设计基础 ——齿轮传动
一、外齿轮
1 各部分名称和符号 2 基本参数 3 几何尺寸 4 例题
机械设计基础 ——齿轮传动
h
* a
1
c
*
0 .25
正常齿: 短齿:
m 1mm h a *1,c*0.25 m 1mm h a *1,c*0.35
ha*0.8,c*0.3
机械设计基础 ——齿轮传动
例题3
❖已知: 法向距离〔即公法线长度〕分别为 :W3 = 61.84mm,
2024年机械设计基础课件齿轮传动-(带特殊条款)
机械设计基础课件齿轮传动-(带特殊条款) 机械设计基础课件：齿轮传动1.引言齿轮传动是机械设计中的一种基本传动方式，广泛应用于各种机械设备的运动和动力传递。
齿轮传动具有结构简单、传动效率高、可靠性好、寿命长等优点，因此在工业生产和日常生活中得到广泛应用。
本课件将介绍齿轮传动的基本原理、分类、设计方法和应用。
2.齿轮传动的基本原理齿轮传动是利用齿轮副的啮合来传递动力和运动的一种传动方式。
齿轮副由两个或多个齿轮组成，其中主动齿轮通过旋转驱动从动齿轮，从而实现动力和运动的传递。
齿轮副的啮合是通过齿轮齿廓的接触来实现的，齿廓的形状和尺寸决定了齿轮传动的性能和精度。
3.齿轮传动的分类齿轮传动根据齿轮的形状和布置方式可分为直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动、直齿圆锥齿轮传动和蜗轮蜗杆传动等。
直齿圆柱齿轮传动是应用最广泛的一种齿轮传动方式，具有结构简单、制造容易、精度高等优点。
斜齿圆柱齿轮传动具有传动平稳、噪声低、承载能力强等优点，适用于高速和重载的传动场合。
直齿圆锥齿轮传动适用于空间狭小和角度传动的场合。
蜗轮蜗杆传动具有大传动比、自锁性和精度高等特点，适用于低速、大扭矩的传动场合。
4.齿轮传动的设计方法齿轮传动的设计主要包括齿轮的几何设计、强度设计和精度设计。
齿轮的几何设计是根据传动比、工作条件、材料等因素确定齿轮的齿数、模数、压力角等参数。
强度设计是保证齿轮传动在规定的工作条件下具有足够的承载能力和寿命，主要包括齿面接触强度和齿根弯曲强度的计算。
精度设计是保证齿轮传动的精度和运动平稳性，主要包括齿轮的加工精度和装配精度的控制。
5.齿轮传动的应用齿轮传动在工业生产和日常生活中得到广泛应用。
在机床、汽车、船舶、飞机等机械设备中，齿轮传动用于传递动力和运动，实现各种复杂的运动轨迹和速度变化。
在风力发电、水力发电等能源领域，齿轮传动用于传递高速旋转的动力，实现能源的转换和利用。
在、自动化设备等高科技领域，齿轮传动用于实现精确的运动控制和动力传递，提高设备的性能和效率。
《机械设计基础》第六章 齿轮传动
由渐开线特性可知，线段B2K等于基圆齿距pb，比值B1B2/pb称为重合度，用 ε表示。于是连续传动条件是：ε≥1 ε越大，表示同时啮合的轮齿对数越多，齿轮传动越平稳。
§6-6 齿轮的材料与制造
一、齿轮材料及热处理
齿轮材料的基本要求：齿面硬度高、齿芯韧性好。 常用的齿轮材料是各种牌号的优质碳素钢、合金结构钢、铸钢和铸铁等。 一般采用锻件和轧制钢材。当齿轮较大（直径大于400～600mm）而轮坯不易 锻造时，可采用铸钢；低速传动可采用灰铸铁；球墨铸铁有时可代替铸钢，非 金属材料的弹性模量小，且能减轻动载和降低噪声，适用于高速轻载、精度要 求不高的场合，常用的有夹木胶布、尼龙、工程塑料等。见表6－3。 齿轮常用的热处理方法有：表面淬火、渗碳淬火、调质、正火、渗氮。 调质和正火处理后的齿面硬度较低（HB ≤350），为软齿面；其他三种 （HB>350）为硬齿面。 软齿面的工艺过程较简单，适用于一般传动。当大小齿轮都是软齿面时， 考虑到小齿轮齿根较薄，受载次数较多，故选择材料和热处理时，一般使小 齿轮齿面硬度比大齿轮高20～50HB。硬齿面齿轮的承载能力较高，但生产 成本高。当大小齿轮都是硬齿面，小齿轮的硬度可与大齿轮相等。
上式表明：一对传动齿轮的瞬时角速度与其连心 线O1O2被啮合齿廓接触点公法线所分割的两线段成 反比。这一定律为齿廓啮合的基本定律。
欲使两齿轮瞬时角速度比恒定不变，必须使C点 为连心线上的固定点。 凡能满足上述要求的一对齿廓称为共轭齿廓。 机械中常用的齿廓曲线有渐开线、圆弧和摆线等， 过节点C所作的两个相切的圆称为节圆。一对齿轮的啮合传动可以看作 其中应用最广泛的是渐开线齿廓。 一对节圆作纯滚动。一对外啮合齿轮的中心距等于其节圆半径之和。
n1 1 r2 rb 2 i12 n2 2 r1 rb1
机械设计基础机械设计中的齿轮传动设计
机械设计基础机械设计中的齿轮传动设计机械设计基础——机械设计中的齿轮传动设计齿轮传动是机械设计中常用的一种传动方式，广泛应用于各种机械设备中。
齿轮传动能够实现不同转速和扭矩的传递，具有传动效率高、传动比稳定等优点。
本文将介绍机械设计中齿轮传动的基础知识和设计原则。
一、齿轮的基本概念与种类在机械设计中，齿轮是一种用于传递转动运动和扭矩的机构。
其由齿面和轴承部分组成。
常见的齿轮有直齿轮、斜齿轮、蜗杆齿轮等。
不同类型的齿轮适用于不同的传动需求，设计时需根据具体应用场景进行选择。
二、齿轮的基本参数与计算方法齿轮设计中的关键参数有齿数、模数和齿宽等。
齿数决定了齿轮的传动比，而模数和齿宽则影响到齿轮的强度和承载能力。
根据具体的传动要求，可以通过相关的计算公式来确定这些参数的合理取值。
三、齿轮传动的设计原则齿轮传动设计的基本原则是保证传动的可靠性和高效性。
在设计过程中，应遵循以下几个原则：1. 合理选择齿轮的材料和热处理方式，提高其硬度和强度。
2. 选择适当的齿轮模数和分度圆直径，使齿轮传动的效率达到最优。
3. 设计合理的传动比，满足设备的运行要求。
4. 注意齿轮的装配和调整，保证传动的精度和平稳性。
四、齿轮传动的优化设计与应用齿轮传动在实际应用中存在着噪声、振动和磨损等问题。
为了提高齿轮传动的性能，可以采用一些优化设计的方法，如优化齿形、添加减振器等。
此外，在设计过程中还需考虑齿轮传动的摩擦、磨损和润滑等问题，以确保传动的可靠性和寿命。
综上所述，齿轮传动设计是机械设计中的重要内容。
了解齿轮的基本概念和种类，掌握齿轮参数的计算方法，遵循设计原则进行设计，进行优化设计和应用措施，都对于提高齿轮传动的性能和可靠性具有重要意义。
通过不断学习和实践，我们可以不断提升自己在机械设计领域的技术水平，为实际工程问题提供更好的解决方案。
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齿距p所包含的齿厚s与齿槽宽e相等；
具有标准的齿顶高与齿根高。
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机械原理—齿轮机构
渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算式
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机械原理—齿轮机构
4.5 渐开线标准齿轮的啮合
节点→节圆→啮合角
4.5.1标准中心距-无侧隙啮合
2 d1 d 2 m( z1 z 2 ) a 2 2
分度圆与节圆重合 渐开线齿廓具有可分离性
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s1 e1 s2 e2 m机械原源自—齿轮机构机械原理—齿轮机构
第4章 齿轮传动机构
4.1 齿轮传动机构的类型、特点和应用
4.1.1齿轮传动机构的类型
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机械原理—齿轮机构
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机械原理—齿轮机构
平面—直齿轮
外啮合齿轮传动 内啮合齿轮传动 齿轮齿条传动 两齿轮的转动方 两齿轮的转动方 向相反 向相同
1.理论上满足基本定律的共轭齿廓曲线很多；
2.考虑因素：设计、制造、安装和使用；
3.常用齿廓曲线：渐开线，摆线，变态摆线，圆弧
曲线和抛物线等。
本章重点研究渐开线齿廓的齿轮
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机械原理—齿轮机构
4.3 渐开线齿廓
4.3.1 渐开线的形成
直线BK沿半径为rb
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4.1.3 齿轮传动机构的应用
现代机械中应用最为广泛的一种传动机构
例1：机械手
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机械原理—齿轮机构
例2：汽车变速箱
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机械原理—齿轮机构
一对齿轮作无侧隙啮合时，其共轭齿廓互 为包络线——包络法
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机械原理—齿轮机构
2. 加工方法
插齿加工
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齿轮插刀
齿条插刀
优点：用一把插刀可以加工出 m、α 相同而齿数不同
4.5.2 正确啮合条件
条件：齿对交替过程中不发生冲击
Pn1 Pn2
Pn1 Pn2
Pn1 Pn2
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机械原理—齿轮机构
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机械原理—齿轮机构
保证加工与互换性
m1 m2 m(标准值) 1 2 (标准值)
机械原理—齿轮机构
空间—（圆）锥齿轮传动
用于两相交轴之间的传动
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机械原理—齿轮机构
空间—交错轴斜齿轮传动
用于传递两交错轴之间的运动
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机械原理—齿轮机构
空间—蜗杆传动
用于传递两交错 轴之间的运动，其两 轴的交错角一般为90º
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K
2. B 是渐开线K点处的曲率中心，BK 是曲率半径；
A 处的曲率半径为0 KB 为渐开线在K点的法线，并与基圆相切
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3.渐开线的形状取决于基圆的大小 rb↑→∞,渐开线→直线；
机械原理—齿轮机构
C点：相对速度瞬心(三心定理)
vc1 vc 2
1 O1C 2 O2C
ω1 O2 C i12 const ω2 O1C
C点：啮合节点，简称节点
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齿廓啮合基本定律 齿廓接触点的公法线始终通过中心连线上一 定点，速比恒定。 节圆：由节点决定的圆
的圆作纯滚动时 , 直线上
任意一点 K 的轨迹称为该 圆的渐开线。该圆称为 渐开线的基圆 rb—基圆半径； BK—渐开线发生线 θ K—渐开线上K点的展角
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4.3.2 渐开线的性质
1.渐开线的发生线展直前后长度不变；
弧AB KB
成形铣刀刀号和加工齿数范围
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成型法加工齿轮的特点
不需要专用机床；
齿型误差较大；
分齿误差较大。
用于9级以下精度的齿轮加工
2. 范成法(展成法)
4.6.2 范成法加工齿轮的原理和方法
1. 基本原理
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4.4.1 基本参数
1. 模数m，压力角α
d k zPk
dk zPk
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定义分度圆上：
模数m= Pk /π ，压力角α ，均为标准值 国家标准α =20°，英制标准α =14.5°, 某些汽车齿轮α =22.5° 2.齿顶高系数，顶隙系数
的各种齿轮(包括内齿轮)。
缺点：切削不连续，生产效率较低。
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滚齿加工
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优点：用一把滚刀可以加工出 m、α 相同而齿数不同
的各种齿轮，切削连续，生产效率高。
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4.6 渐开线齿轮的加工 4.6.1渐开线齿轮的加工方法 1. 成形法
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铣削法
拉削法
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渐开线的形状与基圆有关
mz rb cos 2
反向渐开线为法向等距曲线。
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4.3.3 渐开线方程
1.渐开线的压力角
2.渐开线方程
rb cos K rK
K
rK rb /cosα K inv K K tg K K
inv — 渐开线函数
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ε 大意味着什么(物理意义)？
─表示同时参加啮合的齿对数多或多对齿啮合所占
的时间比例大。
结论
基本定律解决瞬时传动比恒定的必要条件；
m,α 相等，解决连续传动的必要条件；
ε ≥1，解决连续传动的充分条件。
标准齿轮、标准中心距，ε 恒大于1
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2. 用标准齿条刀具加工齿轮
刀具移动的速度： mz v刀 r轮 轮 轮 2
由此可得： 2v刀 z m 轮
被加工齿轮的齿数取决于 v刀 和 ω 轮 的比值。
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4.6.4 渐开线齿廓的根切
1. 根切的现象
根切位置
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2.接触点的轨迹是直线─啮合线；
3.作用力的方向始终沿啮合线； 4.中心距变动，啮合线变化； 5.存在相对滑动，导致摩擦磨损。
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4.4 渐开线标准直齿圆柱齿轮
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例3：摄像机
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例4：大型游乐设施
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4.2 齿廓啮合基本定律-瞬时传动比恒定条件
4.2.1 基本定律-瞬时传动比恒定条件
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缺点：不能加工内齿轮。
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4.6.3 用标准齿条刀具加工齿轮
1.标准齿条刀具
顶部比普通齿条多出一段C*m，用于在被加工 齿轮的齿根部分切出齿顶间隙
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' 1
' 3
5. 同一基圆上所生成的两条
同向渐开线为法向等距曲线。
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问题2：G1、G3为同一基圆上所生成的两条反向渐
开线，试问 K1 K 2 和 K ' K ' 有何关系？ 1 2
K1 K 2 K K
' 1
' 2
6. 同一基圆上所生成的两条
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平面—平行轴斜齿圆柱齿轮传动
轮齿与其轴线倾斜一个角度
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平面—人字齿轮传动
由两个螺旋角方向相反的斜齿轮组成
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共轭齿廓
凡满足齿廓啮合基本定律而相互啮合的一对 齿廓
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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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机械原理—齿轮机构
4.2.3 齿廓曲线的选择
2.根切的危害 齿根强度削弱，重合度减小
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机械原理—齿轮机构
分度圆d mz
* a
h 1.0 标准值 * * * 齿根高h f (ha C ) m C 0.25
齿顶高ha h m
* a
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4.4.2 渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算
标准齿轮的特征：
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机械原理—齿轮机构
4. 基圆内无渐开线
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机械原理—齿轮机构
问题1：G1、G3为同一基圆上所生成的两条同向渐
开线，试问 K1 K 3 和 K1' K 3' 有何关系？
K1 K 3 K K
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4.1.2齿轮传动机构的特点
（1）直接接触的啮合传动；可传递空间任意两轴之