06第五章齿轮机构与传动 - 图文

第五章 齿轮传动

具体内容 齿轮传动特点和分类及设计内容；渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称和几何尺寸计算；斜齿圆柱齿轮的基本参数和基本尺寸；直齿圆锥齿轮的几何尺寸；齿轮传动的受力分析和计算载荷；齿轮传动的失效形式和设计准则；齿轮材料和热处理；标准直齿圆柱齿轮的强度计算；标准斜齿圆柱齿轮的强度计算；标准直齿锥齿轮的强度计算；齿轮的结构设计和其他设计保证；齿轮精度、设计参数选择及许用应力。

重点 几何尺寸计算；齿轮传动的失效形式和设计计算准则；齿轮传动的受力分析和计算载荷；标准直齿圆柱齿轮的强度计算；标准斜齿圆柱齿轮的强度计算；标准直齿锥齿轮的强度计算。

难点 齿轮传动的受力分析和计算载荷。

第一节 齿轮传动的特点和分类及设计内容

一、齿轮传动的主要特点

齿轮传动是机械传动中最重要、应用最广泛的一种传动。 其主要优点是：（1）工作可靠，寿命长，寿命可达一二十年或更长；（2）传功效率高，可达99％，是机械传动中最高的；（3）传动比准确稳定，结构紧凑；（4）直径、功率及速度适用范围广；（5）可实行平行轴、任意角相交轴及交错轴之间的传动。

其主要缺点是：（1）制造精度要求高，制造费用大；（2）精度低或在高速运行下时振动和噪声大；（3）不宜用于轴间距离较大的传动。

常见齿轮传动形式如图5.1所示。

图5.1 常见齿轮传动形式

二、齿轮传动的分类

齿轮传动的分类有以下几种形式： （1）按齿轮廓曲线分类

渐开线齿廓、摆线齿廓和圆弧齿廓。 （2）按轮齿相对母线方向分类 直齿齿轮传动（如图5.1中a、b、c）、斜齿齿轮传动（如图5.1中d、h）、圆锥齿轮传动（如图5.1中f、g）、人字齿轮传动（如图5.1中e）。

（3）按两齿轮轴线相对位置分类

平行轴间传动（如图5.1中a、b、c、d、e）、平面相交轴间传动（如图5.1中f、g、i）及空间交错轴间传动（如图5.1中h）。

（4）按工作条件分类 开式和闭式齿轮传动。 （5）按齿面硬度分类 软齿面和硬齿面齿轮。

三、齿轮传动设计的主要内容

齿轮传动设计的主要内容包括：

（1）按运动要求确定传动比和精度等级。

（2）按强度及制造加工要求确定材料、几何尺寸和公差。 （3）按基本尺寸和制造要求确定齿轮结构。

（4）与相关零件（轴、轴承、箱体）的配合和匹配。

第二节 渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称和几何尺寸计算

一、直齿圆柱齿轮各部分的名称

图4.2（a）所示为一直齿圆柱齿轮的—部分，各部分的名称如下： （1）齿顶圆 过齿轮各轮齿顶端的圆称为齿顶圆，其直径用da表示。 （2）齿根圆 过齿轮各齿槽底部的圆称为齿根圆，其直径用df表示。 （3）基 圆 形成渐开线齿廓的圆，其直径用db表示。

（4）分度圆 对标准齿轮来说．齿厚与齿槽宽相等的圆称为分度圆，其直径用d表示。分度圆上的齿厚和齿槽宽分别用s和e表示，s＝e。分度圆是设计和制造齿轮的基准圆。

（5）齿 宽 沿齿轮轴线量得轮齿的宽度称为齿宽，用b表示。

（6）齿 厚 在任意圆周上轮齿两侧间的弧长称为齿厚，用sr表示。 （7）齿槽宽 在任意圆周上相邻两齿空间部分的弧长称为齿槽宽，用er表示。 （8）齿 距 相邻两齿在分度圆上对应点间的弧长称为齿距，用p表示。

p＝s＋e， 而 s＝e＝

p 5.1 2（9）齿顶高 分度圆与齿顶圆的径向距离称为齿顶高，用ha表示。 （10）齿根高 分度圆与齿根圆的径向距离称为齿根高．用hf表示。

（11）全齿高 齿顶圆与齿根圆的径向距离称为全齿高，用h表示，且h＝ha＋hf。 （12）齿顶间隙 当齿轮啮合时（图4.2（b）），一个齿轮的齿顶圆与配对齿轮的齿根圆之间的径向距离称为齿顶间隙，用c表示，c＝hf－ha。 它可避免一个齿轮的齿顶与另一齿轮的齿底相碰并能储存润滑油，有利于齿轮机构的装配和润滑。

图5.2 齿轮各部分的名称

二、直齿圆柱齿轮的基本参数

决定齿轮尺寸和齿形的基本参数有五个，即齿轮的模数m，压力角?，齿数z，齿顶高

*系数ha，径向间隙系数c。这五个个参数，除齿数z外均己标准化，为设计、制造及互换使

*用提供便利。

（1）模数m

分度圆直径d与齿数z及齿距p存在如下关系

?d?pz 或 d?工程上把

p?z 5.2

p?取成有理数（使p数值为?的倍数），比值

p?就叫做模数，用m表示，即

m＝

这样，分度圆的直径

p?mm 5.3

d?mz 5.4

分度圆齿距

p??m 5.5

图5.3 不同模数的基准齿条剖面尺寸

从式5.3可看出，模数m代表了轮齿的大小（即反应了轮齿齿距或齿厚的大小），模数大，轮齿就大；模数小，轮齿就小。从图5.3可以看出，当齿数一定，模数大时，齿轮的尺寸成比例地增大。

模数的数值已经标准化，其部分标准值见表5.1。 表5.1 部分标准模数值（摘自GB1357－87） mm 第一系列 第二系列 0.1 0.35 0.12 1.25 0.7 1.5 3 6 8 10 18 12 22 16 20 40 36 50 45 1.75 2.75 (3.75) 5.5 (11) 28 (30) 注：1.对斜齿圆柱齿轮是指法面模数；

2.选用模数时，优先选用第一系列，括号内的数值尽可能不用。 （2）压力角?

图5.4中过分度圆与渐开线的交点C作基圆切线得切点N。线OC与线ON之间的夹角就叫压力角，用?表示。我国标准规定压力角?＝20°。少数国家采用14.5°，15°，22.5°，25°作为标准压力角的数值。通常所说的压力角都是指?＝20°。

N O

图5.4 压力角

*（3）齿顶高系数ha

*在标准齿轮中，齿顶高ha取模数m的倍数，计算式为ha?ham。 ***称为齿顶高系数，我国标准规定：正常齿，ha＝1；短齿，ha＝0.8。 ha（4）径向间隙系数c

*在标准齿轮中，齿根高hf取模数m的倍数，计算式为hf?ha?c*m。

*??c*称为径向间隙系数，又叫顶隙系数，我国标准规定：正常齿，c*＝0.25；短齿，c*＝

0.3。

三、标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式

设计时，确定了齿轮的基本参数数值后，就可以计算齿轮的各部分尺寸了，具体计算公式见表4.2。

表5.2 标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式 名称 分度圆直径 齿顶高 齿根高 全齿高 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 齿距 齿厚 齿槽宽 中心距 齿顶间隙 符号 计算公式 d d?mz *ha?ham ha hf h *hf?ha?c*m *h?ha?hf?2ha?c*m *da?d?2ha?z?2ham ????da ??df db p df?d?2hf??z?2.5?m db?dcos??mzcos? p??m s e a s??m2 e??m2 a??d1?d2?2??z2?z1?m2 c?c*m c