第4章齿轮机构ysz课件.ppt

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1、第四章 齿轮机构,4.1 齿轮机构的类型及功用4.2 齿廓啮合基本定律4.3 圆的渐开线及其性质4.4 渐开线齿廓的啮合及其特性4.5 渐开线直齿圆柱齿轮4.6 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动4.7 渐开线齿轮的加工,第四章 齿轮机构4.1 齿轮机构的类型及功用,第四章 齿轮机构,4.8 渐开线变位齿轮4.9 渐开线直齿圆柱齿轮的传动设计4.10 斜齿圆柱齿轮4.11 蜗杆蜗轮机构4.12 圆锥齿轮机构4.13非圆齿轮机构简介实验：渐开线齿轮测绘及范成原理,第四章 齿轮机构4.8 渐开线变位齿轮,41 齿轮机构的类型及功用,齿轮机构的类型1 平面齿轮机构：直齿圆柱齿轮机构 平行轴斜齿轮机构 人字

2、齿轮机构2 空间齿轮机构：交错轴斜齿轮机构 蜗轮蜗杆机构 圆锥齿轮机构,41 齿轮机构的类型及功用齿轮机构的类型,42 齿廓啮合基本原理,齿轮（GEAR）：在轮缘上按一定规律分 布着许多齿的轮子。齿轮机构是依靠主动轮的齿廓推动从动轮的齿廓来实现运动的传递。啮合：两条齿廓曲线的相互接触。传动比：两轮的瞬时角速度之比 i12=w1/w2,42 齿廓啮合基本原理齿轮（GEAR）：在轮缘上按一定规律,42 齿廓啮合基本定律,齿廓啮合基本定律：在啮合传动的任一瞬时，两轮齿廓曲线在相应接触的公法线必须通过按给定传动比确定的该瞬时（固定的节点。即 i12=w1/w2=O2P/O1P=r2/r1=常数,42

3、齿廓啮合基本定律齿廓啮合基本定律：,42 齿廓啮合基本定律,节圆：一对齿轮啮合传动时，过节点相互作纯滚动的两个圆。中心距：两齿轮连心线。共轭齿廓：能满足齿廓啮合基本定律的一对曲线为共轭曲线。以共轭曲线作为一对齿轮的齿廓曲线称共轭齿廓。,42 齿廓啮合基本定律节圆：一对齿轮啮合传动时，过节点相互,4.3 圆的渐开线及其性质,一、渐开线的形成二、渐开线的性质三、渐开线的方程,4.3 圆的渐开线及其性质一、渐开线的形成,一、渐开线的形成,当一直线沿一个圆的圆周作纯滚动时,直线上任意一点K的轨迹AK称为该圆的渐开线基圆rb发生线展角,一、渐开线的形成当一直线沿一个圆的圆周作纯滚动时,直线上任意,二、渐

4、开线的性质,1.因发生线在基圆上做纯滚动，KN=AN2.KN为渐开线在K点处的法线且与基圆相切。KN为渐开线在K点处的曲率半径，N点为K处的曲率中心。基圆上的渐开线的初始点A的曲率半径为0。3.两条同向（反向）渐开线是法向等距曲线。,二、渐开线的性质1.因发生线在基圆上做纯滚动，KN=AN,二、渐开线的性质,4.渐开线的形状取决于基圆的大小。当基圆半径为无穷大时，渐开线将变成一条斜直线既齿条的齿廓曲线。5.基圆内无渐开线。,二、渐开线的性质,三、渐开线的方程,rk=rb/coskk=inv k=tg k-k,三、渐开线的方程rk=rb/cosk,4.4 渐开线齿廓的啮合及其特点,一、渐开线齿廓

5、满足齿廓啮合的基本定律二、渐开线齿廓啮合的特点：三、齿轮齿条啮合及内啮合,4.4 渐开线齿廓的啮合及其特点一、渐开线齿廓满足齿廓啮,一、渐开线齿廓满足齿廓啮合的基本定律,渐开线齿廓能保证实现定角速比啮合传动 i12=w1/w2=O2P/O1P=r2/r1 rb2/rb1=常数,一、渐开线齿廓满足齿廓啮合的基本定律渐开线齿廓能保证实现定角,二、渐开线齿廓啮合的特点：,一对渐开线的啮合过程相当于其节圆的纯滚动。啮合线（啮合线、力作用线、基圆的内 公切线、齿廓接触点的公法线四线重合）啮合角（啮合角为节圆压力角）齿轮传动的可分性；中心距略有变化，传 动比不变,二、渐开线齿廓啮合的特点：一对渐开线的啮合

6、过程相当于其节圆的,三、齿轮齿条啮合,齿轮齿条啮合速比关系：vp/1=o1p=r1=常数齿轮齿条的特点：齿轮齿条啮合相当于齿轮节圆与齿条节线作纯滚动。齿条齿廓上各点压力角相等，且等于啮合角齿轮与齿条相对位置变化，仅齿条上节线位置变化，啮合角与速比关系均不变。,三、齿轮齿条啮合齿轮齿条啮合速比关系：,4.5 渐开线标准直齿圆柱齿轮,一、齿轮各部分的名称和基本参数二、几何尺寸和基本参数的关系三、标准齿条的特点：四、任意圆上的齿厚：,4.5 渐开线标准直齿圆柱齿轮一、齿轮各部分的名称和基本参数,一、齿轮各部分的名称和基本参数,齿数、齿距、模数、分度圆、分度圆压力角、齿顶高、齿根高、顶隙标准齿轮：具有

7、标准压力角和模数具有标准的齿顶高和齿根高分度圆上的齿厚等于齿槽宽的齿轮。,一、齿轮各部分的名称和基本参数 齿数、齿距、模数、分度圆,二、几何尺寸和基本参数的关系,*基本参数（m,z,a,ha*,c*)*几何尺寸,二、几何尺寸和基本参数的关系*基本参数（m,z,a,ha*,基本参数,正常齿制 m=1,ha*=1,c*=0.25 m=1,ha*=0.8,c*=0.3,基本参数正常齿制,几何尺寸,分度圆、齿距、模数、基圆、基圆齿距、齿厚与槽宽、齿顶高、齿根高、全齿高、齿顶圆、齿根圆,几何尺寸分度圆、齿距、模数、基圆、基圆齿距、齿厚与槽宽、齿顶,三、标准齿条的特点：,与齿顶线平行的各直线是的齿距都相等

8、压力角等于齿形角,三、标准齿条的特点：与齿顶线平行的各直线是的齿距都相等,四、任意圆的齿厚（sk),任意圆齿厚：S i=s ri/r-2ri(invi-inv)齿顶圆齿厚：Sa=s ra/r-2ra(inva-inv)节圆齿厚：S=sr/r-2r(inv-inv)基圆齿厚：sb=cos(s+mz inv),四、任意圆的齿厚（sk)任意圆齿厚：S i=s ri/r-2,4.6 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,一、轮齿啮合过程：二、正确啮合条件三、连续传动条件重合度（ea1)四、无齿侧啮合条件一个齿轮的节圆齿厚等于另一个齿轮的节圆齿槽宽,4.6 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动一、轮齿啮合过程：,一、轮

9、齿啮合过程,实际啮合线：啮合点的实际轨迹B1B2齿廓工作段：实际参加啮合的齿廓,一、轮齿啮合过程实际啮合线：啮合点的实际轨迹B1B2,二、正确啮合条件,两齿轮的法向齿距必须相等两齿轮的基圆齿距必须相等 pb1=pb2 m1cos 1=m2cos2 m1=m2 1=2,二、正确啮合条件两齿轮的法向齿距必须相等,三、连续传动条件,B1B2pb重合度（ea1),三、连续传动条件B1B2pb,四、无齿侧啮合条件,一个齿轮的节圆齿厚等于另一个齿轮的节圆齿槽宽s1=e2;s2=e1标准安装：标准齿轮作无齿侧啮合时，节圆与分度圆重合非标准安装：acosa=acosa,四、无齿侧啮合条件一个齿轮的节圆齿厚等于

10、另一个齿轮的节圆齿槽,4.7 渐开线齿轮的加工,齿轮齿条啮合传动的特点渐开线齿轮的的切制原理和方法,4.7 渐开线齿轮的加工齿轮齿条啮合传动的特点,4.7.1齿轮齿条啮合传动的特点,1 齿条的结构特点：齿廓不同高度上的压力角相等齿廓不同高度上的齿距相等齿条中线：齿条上齿厚等于齿槽宽的高度线,4.7.1齿轮齿条啮合传动的特点1 齿条的结构特点：,4.7.1齿轮齿条啮合传动的特点,2 齿轮齿条啮合传动的特点标准安装：齿轮分度圆等于节圆 齿条中线与节线重合 啮合角等于分度圆压力角非标准安装：齿轮分度圆等于节圆 齿条中线不与节线重合 啮合角等于分度圆压力角,4.7.1齿轮齿条啮合传动的特点2 齿轮齿条

11、啮合传动的特点,4.7.1齿轮齿条啮合传动的特点,齿轮与齿条啮合的重合度,4.7.1齿轮齿条啮合传动的特点齿轮与齿条啮合的重合度,4.7.2渐开线齿轮的的切制原理和方法,仿形法范成法,4.7.2渐开线齿轮的的切制原理和方法仿形法,范成法,从几何角度讲，用范成法切制齿轮的过程与一对齿轮作无侧隙啮合传动的过程相似，主要不同在：1）已知两齿轮角速度及一个齿轮的齿廓曲线，求另一齿廓曲线；2）一个轮为d=da的毛坯，另一个为齿轮刀具，具有切削运动和切削功能；3）刀具的齿顶高比原齿顶高出 c*m,范成法从几何角度讲，用范成法,原动机,运动w1,主动齿轮,从动齿轮,啮合,运动w2,运动w2,齿轮传动过程,齿

12、轮刀具,齿轮毛坯,齿轮产品,切削,齿轮切削机床传动系统,运动w1,范成过程,原动机运动w1主动齿轮从动齿轮啮合运动w2运动w2齿轮传动过,齿条型刀具范成加工齿轮时的两个重要因素,1 运动条件:z=2 v刀/m2 几何条件:L-r=xm,齿条型刀具范成加工齿轮时的两个重要因素1 运动条件:,4.8 渐开线变位齿轮,渐开线齿廓的根切渐开线齿廓的变位修正变位齿轮的啮合传动,4.8 渐开线变位齿轮渐开线齿廓的根切,4.8.1渐开线齿廓的根切,根切：用范成法加工齿轮时，有时会发现刀具的齿顶部分把被加工齿轮齿根部分已经范成出来的渐开线齿廓切去一部分，这种现象称为根切。1 产生根切的原因：刀具的齿顶线超过了

13、啮合线与基圆的切点时，就会产生根切现象，即CBNCN1,4.8.1渐开线齿廓的根切根切：用范成法加工齿轮时，有时会发,4.8.1渐开线齿廓的根切,2 避免根切的措施:CBNCN1增加被加工齿轮齿数Z,增大基圆半径,使CN1变大降低刀具齿顶线(增大L),4.8.1渐开线齿廓的根切2 避免根切的措施:CBNCN,4.8.1渐开线齿廓的根切,3直齿圆柱标准齿轮不发生根切的最小齿数 z zmin=2ha*/sin2当=20,ha*=1,zmin=17当=20,ha*=0.8,zmin=144直齿圆柱标准齿轮不发生根切的最小变位系数 x xmin=ha*(zmin-z)/zmin,4.8.1渐开线齿廓的

14、根切3直齿圆柱标准齿轮不发生根切的最小,4.8.2渐开线齿廓的变位修正,1 标准齿轮的局限性：最小齿数受限，否则发生根切，降低齿轮的弯曲强度，并使重合度降低多级齿轮传动设计中，中心距很难保证在传动系统中，小齿轮易损坏，难以保证等强度和等寿命设计,4.8.2渐开线齿廓的变位修正1 标准齿轮的局限性：,4.8.2渐开线齿廓的变位修正,2齿轮的变位修正齿轮变位修正法：用改变刀具与轮坯相对位置来范成加工齿轮的方法。齿轮变位修正的优点：*配凑中心距，实现无侧隙啮合传动*改善传动性能*缩小传动机构的尺寸,4.8.2渐开线齿廓的变位修正2齿轮的变位修正,4.8.2渐开线齿廓的变位修正,3.变位齿轮尺寸计算分

15、度圆齿厚及任意圆齿厚公法线长度,4.8.2渐开线齿廓的变位修正3.变位齿轮尺寸计算,变位齿轮分度圆齿厚及任意圆齿厚,分度圆齿厚,变位齿轮分度圆齿厚及任意圆齿厚分度圆齿厚,变位齿轮分度圆齿厚及任意圆齿厚,任意圆齿厚基圆齿厚,变位齿轮分度圆齿厚及任意圆齿厚任意圆齿厚,公法线长度,Wk=(k-1)pb+sbwk=mcos(k-0.5)+z inv wk=mcos(k-0.5)+z inv+2xm sin wk=wk+2xm sin Wk+1-Wk=pb=m cos,公法线长度Wk=(k-1)pb+sb,4.8.3变位齿轮的啮合传动,1.无齿侧间隙啮合方程式 因为变位齿轮无齿侧间隙啮合 条件为:s1=

16、e2,s2=e1因此p=s1+e1=s1+s2 故 inv=2(x1+x2)tg/(z1+z2)+inv,4.8.3变位齿轮的啮合传动1.无齿侧间隙啮合方程式,4.8.3变位齿轮的啮合传动,2.中心距与中心距变动系数:中心距a=r1+r2=(r1+r2)cos/cos=a cos/cos中心距变动系数 y:ym=a-a,4.8.3变位齿轮的啮合传动2.中心距与中心距变动系数:,4.8.3变位齿轮的啮合传动,3.齿高变动系数 y a”=r1+r2+(x1+x2)m ym=a”-a=(x1+x2)m-ym ha=(ha*+x-y)m,hf=(ha*+c*-x)m ra=r+ha rf=r-hf,4

17、.8.3变位齿轮的啮合传动 3.齿高变动系数 y,4.9 渐开线变位齿轮 的传动类型及其设计,一、变位齿轮传动的类型 1.零传动 x=x1+x2=0 x1=x2=0 x1=-x2 0 2.正传动 x=x1+x2 0 3.负传动 x=x1+x2 0,4.9 渐开线变位齿轮 的传动类型及,一、变位齿轮传动的类型,1.零传动x=x1+x2=0 x1=x2=0 标准齿轮传动 x1=-x2 0等变位齿轮传动特点:1)a=a;=;y=0;y=0 2)z=z1+z2 2zmin优点:1)结构紧凑,小齿轮的齿数可以减少 2)提高了齿轮的承载能力，小齿轮强度增加。3)改善了齿轮的磨损情况。;,一、变位齿轮传动的

18、类型1.零传动x=x1+x2=0,一、变位齿轮传动的类型,2.正传动 x=x1+x2 0特点:aa;y 0;y 0优点:1)结构紧凑,小齿轮的齿数可以减少 2)提高了齿轮的承载能力，小齿轮强度增加。3)改善了齿轮的磨损情况。4)可以配凑中心距缺点:重合度减少;齿顶变尖。必须核验重合度和齿顶厚。sa0.4m,一、变位齿轮传动的类型2.正传动 x=x1+x2 0,一、变位齿轮传动的类型,3.负传动x=x1+x2 0 应用：配凑中心距,一、变位齿轮传动的类型3.负传动x=x1+x2 0,二、变位齿轮传动的设计：,变位齿轮的基本参数：m、z、x、ha*、c*、确定齿轮传动类型确定各齿轮的参数和尺寸：m

19、,z,x,a,r,r,rb,ra,rf正传动重合度正变位齿轮必须核验齿顶厚。,二、变位齿轮传动的设计：变位齿轮的基本参数：,三、变位系数的选择,基本要求：齿轮不发生根切齿顶不变尖重合度大于许用重合度不发生干涉两齿面均衡磨损等应用封闭图,三、变位系数的选择基本要求：,齿轮传动的设计步骤,1.当给定的原始参数为 设计步骤:选定传动类型 当 时必须用正传动 当 时,可用正,零或负传动确定齿轮计算并校核,齿轮传动的设计步骤1.当给定的原始参数为,齿轮传动的设计步骤,2.当给定的原始参数为用 计算,确定计算齿轮校核,齿轮传动的设计步骤2.当给定的原始参数为,齿轮传动的设计步骤,3.当给定的原始参数为用近

20、似取 计算齿轮齿数及尺寸校核,齿轮传动的设计步骤3.当给定的原始参数为,4.10 平行轴斜齿圆柱齿轮机构,一、概述二、斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成和啮合 特点三、斜齿圆柱齿轮几何尺寸计算四、平行轴斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合 条件五、斜齿圆柱齿轮传动的重合度六、斜齿圆柱齿轮的当量齿数七、优缺点,4.10 平行轴斜齿圆柱齿轮机构一、概述,二、斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成和啮合特点,1.形成2.啮合特点:点-线-点，啮合线为斜线,轮齿为逐渐进入啮合，传动平稳，实际啮合线长,使重合度提高,二、斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成和啮合特点1.形成,三、斜齿圆柱齿轮几何尺寸计算,法面参数:标准参数-用于齿轮加工端面参

21、数:尺寸计算-用于齿轮的啮合传动,三、斜齿圆柱齿轮几何尺寸计算法面参数:标准参数,三、斜齿圆柱齿轮几何尺寸计算,齿距与模数(法面,端面)压力角(法面,端面)齿顶高系数和顶隙系数(法面,端面)螺旋角,三、斜齿圆柱齿轮几何尺寸计算齿距与模数(法面,端面),三、斜齿圆柱齿轮几何尺寸计算,其它尺寸:中心距a=mt(z1+z2)/2=mn(z1+z2)/2cos 可通过改变螺旋角来满足中心距的要求斜齿轮最小齿数比直齿轮小,三、斜齿圆柱齿轮几何尺寸计算其它尺寸:,四、平行轴斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件,端面内的啮合条件相当于直齿轮:合槽条件:内啮合 外啮合,四、平行轴斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件端面内

22、的啮合条件相当,五、斜齿圆柱齿轮传动的重合度,斜齿圆柱齿轮传动的重合度端面重合度=(z1(tgat1 tgt)+z2(tgat2 tgt)/2法面重合度=Bsin/mn,五、斜齿圆柱齿轮传动的重合度斜齿圆柱齿轮传动的重合度,六、斜齿圆柱齿轮的当量齿数,与斜齿轮法面齿形相当的直齿轮的齿数应用：选取铣刀强度分析选取变位系数,六、斜齿圆柱齿轮的当量齿数与斜齿轮法面齿形相当的直齿轮的齿数,七、优缺点,啮合性能好重合度大，承载能力强机构更紧凑制造成本与直齿轮相同有轴向力，=815,七、优缺点啮合性能好,4.11 蜗杆蜗轮机构,蜗杆蜗轮机构用来实现两交错轴间的传动,其轴角 通常为90一、蜗杆蜗轮的形成二、

23、蜗杆蜗轮的分类三、蜗杆传动的正确啮合条件四、主要参数和几何尺寸计算五、蜗杆蜗轮机构的优缺点,4.11 蜗杆蜗轮机构蜗杆蜗轮机构用来实现两交错轴间的传动,三、蜗杆传动的正确啮合条件,主平面：通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。正确啮合条件：在主平面内相当于齿轮与齿条的啮合传动 且旋向相同,三、蜗杆传动的正确啮合条件主平面：通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴,四、主要参数和几何尺寸计算,1、蜗杆的导程角 d1蜗杆中圆直径 pz:螺旋线的导程,四、主要参数和几何尺寸计算 1、蜗杆的导程角,四、主要参数和几何尺寸计算,2.特征系数：为了便于滚刀标准化，减少刀 具型号,四、主要参数和几何尺寸计算 2.特征系数：

24、为了便于滚刀标准,五、蜗杆蜗轮机构的优、缺点,优点:1.传动比大 2.可实现自锁 3.结构紧凑缺点：1.机械效率低，具有自锁性的更是 如此 2.齿面相对滑动速度大，易磨损 3.轴向力大，轴承摩擦损失大,五、蜗杆蜗轮机构的优、缺点优点:1.传动比大,4.12 直齿圆锥齿轮机构,圆锥齿轮机构用来实现两相交轴之间的传动，通常轴角90一、齿面的形成及其啮合二、背锥和当量齿数三、直齿圆锥齿轮的啮合传动,4.12 直齿圆锥齿轮机构圆锥齿轮机构用来实现两相交轴之间,一、齿面的形成及其啮合,圆平面s沿基圆锥作纯滚动，形成球面渐开线。圆锥齿轮的齿廓曲线为球面渐开线轮齿分布在一个截圆锥体上,齿形从大端到小端逐渐变

25、小,通常取大端的参数为标准值球面渐开线如何展成平面？,一、齿面的形成及其啮合圆平面s沿基圆锥作纯滚动，形成球面渐开,二、背锥与当量齿数,背锥：作圆锥与球面切于圆锥齿轮大端分度圆。背锥扇形平面补成圆形当量齿数：zv=z/cos选铣刀不产生根切的最小齿数计算重叠系数,齿顶齿厚强度校核,二、背锥与当量齿数背锥：作圆锥与球面切于圆锥齿轮大端分度圆。,三、直齿圆锥齿轮的啮合传动,1.正确啮合条件 大端处 且均标准为值两轮的锥距相等、锥顶重合。,三、直齿圆锥齿轮的啮合传动1.正确啮合条件,三、直齿圆锥齿轮的啮合传动,2.重合度计算:3.传动比:,三、直齿圆锥齿轮的啮合传动2.重合度计算:,三、直齿圆锥齿轮的啮合传动,4.尺寸计算 计算端面:大端面标准值:大端面正常齿:短齿:分度圆锥角,锥距,齿顶与齿根圆,齿顶与齿根角,三、直齿圆锥齿轮的啮合传动4.尺寸计算,非圆齿轮机构,用于实现变传动比传动的齿轮机构.其节线为非圆曲线;,非圆齿轮机构用于实现变传动比传动的齿轮机构.,