6、项目六 汽车齿轮传动的应用

项目六
汽车齿轮传动的应用
项目六
汽车齿轮传动的应用
特点： （1）仿形法加工方便易行，但精度难以保证。欲加工精 确齿廓，对模数和压力角相同的、齿数不同的齿轮，应采用不 同的刀具，而这在实际中是不可能的。在生产中通常用同一号 铣刀切制同模数、不同齿数的齿轮，故仿形法通常是近似的。 （2）加工不连续，生产效率低，不宜用于批量生产。
③ B点为渐开线上K点的曲率 中心， BK为渐开线在K点的 曲率半径。离基圆越近，曲 率半径越小。 ④渐开线的形状只取决于基 圆大小。基圆越大，渐开线 越平直，当基圆半径无穷大 时，渐开线为直线。
性质四
⑤基圆内无渐开线。
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（3）渐开线齿廓的啮合特点 ①保证瞬时传动比恒定 ：满足齿廓啮合基本定律。
即啮合条件为：两轮 的模数和压力角必须 分别相等。
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(2)连续传动条件 : 为了使齿轮传动连续，必须保证 前一对轮齿尚未脱离啮合时，后一对 轮齿就应进入啮合。为了满足连续传 动要求，前一对轮齿齿廓到达啮合终 点B1时，尚未脱离啮合时，后一对轮 齿至少必须开始在B2点啮合，此时线 段B1B2恰好等于Pb(基圆齿距) 。 所以，连续传动的条件：
项目六
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（4）按使用情况分： 动力齿轮─以动力传输为主，常为高速重载或低速重载 传动。 传动齿轮─以运动准确为主，一般为轻载高精度传动。 （5）按齿面硬度分： 软齿面齿轮（齿面硬度≤350HBS） 硬齿面齿轮（齿面硬度＞350HBS）
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3、齿轮传动的基本要求： （1）传动准确平稳： 齿轮传动的最基本要求之一是瞬时传动比恒定不变。以 避免产生动载荷、冲击、震动和噪声。这于齿轮的齿廓形状、 制造和安装精度有关。 （2）承载能力强 齿轮传动在具体的工作条件下，必须有足够的工作能力，
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（2）渐开线的性质 ①发生线沿基圆滚过的线段长度 等于基圆上被滚过的相应弧长。 ︵
K B AB
性质一 ②因为发生线在基圆上作纯滚动， 所以它与基圆的切点B就是渐开线 上K点的瞬时速度中心，发生线 BK就是渐开线在K点的法线，同 时又是在基圆的切线。 性质二
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（3）一对标准齿轮传动时，小齿轮的齿根厚度小而啮合次数 又较多，故小齿轮的强度较低，齿根部分磨损也较严重，因 此小齿轮容易损坏，同时也限制了大齿轮的承载能力。
项目六
变位齿轮
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标准齿轮
为了改善齿轮传动的性能，出 现了变位齿轮。如图所示，当齿条 插刀齿顶线超过极限啮合点N1，切 出来的齿轮发生根切。若将齿条插 刀远离轮心O1一段距离（xm），齿 顶线不再超过极限点N1，则切出来 的齿轮不会发生根切，但此时齿条 的分度线与齿轮的分度圆不再相切。
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外啮合 直齿圆柱齿轮传动 内啮合 （轮齿与轴平行） 齿轮齿条 外啮合 斜齿圆柱齿轮传动 内啮合 （轮齿与轴不平行） 齿轮齿条 人字齿轮传动 （轮齿成人字形）
传递相交轴运动 （锥齿轮传动） 直齿 斜齿 曲线齿 交错轴斜齿轮传动 蜗轮蜗杆传动 准双曲面齿轮传动
2、齿轮传动的类型
项目六
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2、斜齿轮的基本参数及几何尺寸计算 斜齿轮的轮齿为螺旋形，在垂直于齿轮轴线的端面（下标 以t表示）和垂直于齿廓螺旋面的法面（下标以n表示）上有不 同的参数。斜齿轮的端面是标准的渐开线，但从斜齿轮的加工 和受力角度看，斜齿轮的法面参数为标准值。 （1）螺旋角 螺旋角β：在斜齿轮分度圆柱面上螺旋线展开所成的直线 与轴线的夹角即为斜齿轮在分度圆柱上的螺旋角，简称斜齿轮 的螺旋角。 βb－斜齿轮在基圆圆柱上的螺旋角
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意义：表示轮齿的倾斜程度 大小：各圆柱的螺旋角不同，一般提到的是分度圆柱上的螺 旋角β 旋向：左旋，右旋
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螺旋线的导程Ps:螺旋线绕一周时沿轴线方向前进的距离。
tan
又因为
d
PS
tan b
d b
PS
db 所以， tan b tan tan cos t d
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知识准备
汽车齿轮传动的应用
一、齿轮传动概述 二、直齿圆柱齿轮传动 三、斜齿圆柱齿轮传动 四、锥齿轮传动 五、蜗轮蜗杆传动 六、轮系及其应用
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一、齿轮传动概述 1、齿轮传动的类型 2、齿轮传动的特点 3、齿轮传动基本要求 4、渐开线齿轮
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NE PN sin OP sin 2 mz sin 2 2
* * 2ha 2 ha 即 z min 整理后得 z 2 sin 2 sin
* 1 时 当 20、ha
z min 17
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①正常齿制齿轮
20
* ha 1
②中心距的可分离性:
两轮中心距稍微有变化，也不会改变其瞬时传动比。 瞬时传动比只与两轮基圆半径有关。 ③传递压力方向不变：
齿廓啮合线、压力作用线方向不变 ，啮合角不变。
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二、直齿圆柱齿轮
1、直齿圆柱齿轮的主要参数 2、直齿圆柱齿轮正确啮合条件
3、渐开线齿轮的加工方法
4、变位齿轮
这种方法适用于单件生产而且精度要求不高的齿轮加工。
圆盘铣刀加工齿数的范围
刀号 加工齿数范 围 1 12~ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ3 2 14~16 3 17~20 4 21~25 5 26~34 6 35~54 7 55~134 8 135以上
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（2） 展成法
原理
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利用一对齿轮无侧隙啮合时两轮的齿廓互为包络线的原理 加工齿轮
B1B2 ≥Pb
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连续传动条件 : 重合度：B1B2与Pb的比值，用ε表示。 故连续传动条件为：
ε＝B1B2／Pb≥1
ε表示了同时参与啮合齿轮的对数， ε越大，同时参与 啮合齿轮的对数越多，传动越平稳。因此， ε是衡量齿轮 传动质量的指标之一。
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3、渐开线齿轮的加工方法 （1） 仿型法 定义：仿形法是在普通铣床上用轴向剖面形状与被切齿轮 齿槽形状完全相同的铣刀切制齿轮的方法。铣完一个齿槽后， 分度头将齿坯转过360°／z，再铣下一个齿槽，直到铣出所有 的齿槽。
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三、斜齿圆柱齿轮
1、斜齿圆柱齿轮的形成及特点 2、斜齿圆柱齿轮的基本参数
3、斜齿圆柱齿轮正确啮合条件
4、斜齿圆柱齿轮的当量齿轮
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1、齿廓曲面的形成及其啮合特点
（1）齿廓曲面的形成 直齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成 渐开线的形成：当发生线在基圆上作纯滚动时，发生线上 任意一点所形成的轨迹。 当发生面沿基圆柱作 纯滚动时，它上面的一条 与基圆柱母线平行的直线 KK在空间所走过的轨迹即 为渐开线曲面，称为直齿 轮的齿廓曲面。
常用的刀具
齿轮插刀 齿条插刀 齿轮滚刀
展成法加工的基本要求 用展成法加工齿轮时，只要刀具与被加工齿轮的模数和压力 角相同，不管被加工齿轮的齿数是多少，都可以用同一把刀具 来加工。
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（3）根切现象与最少齿数 用范成法加工齿轮时，若刀具的齿顶线（或齿顶圆）超 过理论啮合线极限点N时，被加工齿轮齿根附近的渐开线齿 廓将被切去一部分，这种现象称为根切。
项目六 汽车齿轮传动的应用
项目六
能力目标：
汽车齿轮传动的应用
1.轮系的分类、功用 2.轮系在汽车中的运用 3.汽车齿轮的类型、基本参数
4.汽车齿轮材料及失效分析
5.汽车变速器传动比的计算、传动方向的分析
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任务一
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1、汽车在行驶过程中如何实现换档。 2、汽车的差速器的工作原理。
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齿轮传动：用于传递任意两轴间的运动和动力。其圆周速 度可达到300m/s，传递功率可达105kW，齿轮直径可从不到1mm 到150m以上，是现代机械中应用最广的一种机械传动。 1、齿轮传动的特点 齿轮传动与其它传动相比主要有以下优点：
（1）传递动力大、效率高；
（2）寿命长，工作平稳，可靠性高； （3）传动比恒定，能传递两轴间任意夹角的运动。 齿轮传动与其它传动相比主要缺点有： （1）制造、安装精度要求较高，因而成本也较高； （2）不宜作轴间距离过大的传动。
不发生根切的最少齿数 ②短齿制齿轮
Z min 17
* 0.8 20 ha
不发生根切的最少齿数
Z min 14
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4、变位齿轮传动 前面讨论的都是渐开线标准齿轮，它们设计计算简单，互换 性好。但标准齿轮传动仍存在着一些局限性： （1）受根切限制，齿数不少于Zmin，使传动结构不紧凑； （2）不适合于安装中心距a’不等于标准中心距a的场合。当 aˊ<a时无法安装，当aˊ>a时，虽然可以安装，但会产生过 大侧隙而引起冲击振动，影响传动平稳性；
变位齿轮
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这种改变刀具与齿坯相对位臵后切制出来的齿轮
称为变位齿轮，刀具移动的距离xm称为变位量，x称 为变位系数。刀具远离轮心的变位称为正变位，此时 x>0；刀具移近轮心的变位称为负变位，此时x<0。标 准齿轮就是变位系数x=0的齿轮。
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由于齿条刀具变位后，其节线上的齿距和压力角都 与分度线上相同，所以切出的变位齿轮的模数、齿数和 压力角都不变，即变位齿轮的分度圆和基圆都不变，其 齿廓渐开线也不变，只是随变位系数的不同，取同一渐 开线的不同区段作齿廓。
以保证齿轮在整个工作过程中不致产生各种失效。这与齿轮
的尺寸、材料、热处理工艺因素有关。
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4、渐开线齿轮 （1）渐开线的形成 一条直线沿一个半径为rb的圆周作纯滚动，该直线上任 一点k的轨迹称为该圆的渐开线。这个圆称为基圆，该直线称 为渐开线的发生线。
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斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成
斜齿圆柱齿轮齿廓曲面 的形成如图所示，当发生面 沿基圆柱作纯滚动时，其上 与母线成一倾斜角βb的斜直 线KK在空间所走过的轨迹为 渐开线螺旋面，该螺旋面即 为斜齿圆柱齿轮齿廓曲面， βb称为基圆柱上的螺旋角。
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（2）特点
轮齿的根切大大削弱了轮齿的弯曲强度，降低齿轮传动的平 稳性和重合度，因此应力求避免
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标准外齿轮的最少齿数
要使被切齿轮不产生根切，刀具的齿项线不得超过N点，即
* NM ha m
由图中可看出
NM PN sin OP sin 2 mz sin 2 2
带入上式得
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1、直齿圆柱齿轮的主要参数
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渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算公式(外啮合）
h 1 ， c 0.25 我国规定： a
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2、直齿圆柱齿轮的啮合传动 (1)两齿轮的正确啮合条件为
m1 m2 m
1 2
（1）按两轴位臵 平面齿轮传动 (圆柱齿轮传动) 齿 轮 传 动 空间齿轮运动
传递交错轴运动
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外啮合直齿圆柱 齿轮传动
内啮合直齿圆柱 齿轮传动
齿轮齿条传动 （直齿条）
外啮合斜齿圆柱 齿轮传动
人字齿轮传动
齿轮齿条传动 （斜齿条）
直齿圆锥齿轮传 动
曲齿圆锥齿轮传 动
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螺旋齿轮传 （交错轴斜齿轮传动）
蜗杆传动
准双曲面齿轮传动
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（2）按工作条件 开式—适于低速及不重要的场合 半开式—农业机械，建筑机械及简单机械设备，只有简单
防护罩。
闭式—润滑、密封良好，汽车、机床及航空发动机等齿轮 传动中。 （3）按齿形 渐开线——常用 摆线——计时仪器 圆弧——承载能力较强
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直齿圆柱齿轮啮合时，齿面的接触线均 齿 面 平行于齿轮轴线。整个齿宽同时进入啮合、 同时脱离啮合的，载荷沿齿宽突然加上及卸 下。因此传动的平稳性较差，易产生冲击和 噪声，不适用于高速和重载的传动中。 斜齿圆柱齿轮啮合时，斜齿轮的齿廓是 逐渐进入、脱离啮合的。斜齿轮齿廓接触线 的长度由零逐渐增加，又逐渐缩短直至脱离， 载荷不是突然加上或卸下的，因此斜齿轮工 作较平稳，适用于高速和重载的传动中。