齿轮基本尺寸的分析计算课件.ppt
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1、第第8章章 齿轮机构与齿轮传动齿轮机构与齿轮传动2 引言引言 齿轮机构齿轮机构(Gears)(Gears)是现代机械中应用最是现代机械中应用最广泛的一种传动机构。广泛的一种传动机构。 3 类型类型 齿轮机构齿轮机构(Gears)(Gears)是现代机械中应用最广泛的一是现代机械中应用最广泛的一种传动机构,类型很多。种传动机构,类型很多。 平面齿轮传动平面齿轮传动 (轴线平行)(轴线平行)外齿轮传动外齿轮传动直齿直齿斜齿斜齿人字齿人字齿圆柱齿轮圆柱齿轮非圆柱齿轮非圆柱齿轮 空间齿轮传动空间齿轮传动 (轴线不平行)(轴线不平行)按相对按相对运动分运动分 直齿直齿斜齿斜齿曲线齿曲线齿圆锥齿轮圆锥齿轮
2、两轴相交两轴相交两轴交错两轴交错蜗轮蜗杆传动蜗轮蜗杆传动交错轴斜齿轮交错轴斜齿轮准双曲面齿轮准双曲面齿轮球齿轮球齿轮内齿轮传动内齿轮传动齿轮齿条齿轮齿条4v 两轴线平行的圆柱齿轮机构两轴线平行的圆柱齿轮机构 直齿直齿( spur gear ) 斜齿斜齿(helical gear)(rack) (double-helical gear)内啮合内啮合齿轮与齿条啮合齿轮与齿条啮合5v两轴相交的齿轮机构两轴相交的齿轮机构(Gears with Intersecting Axes)(straight bevel gear)(spiral bevel gear)圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动(伞齿轮)(伞齿轮)
3、v两轴交错的齿轮机构两轴交错的齿轮机构(Gears with Skew Axes)(worm drive)(crossed helical gear)6 特点特点v优点:优点: 传动比准确、传动平稳;传动比准确、传动平稳; 圆周速度大,高达圆周速度大,高达300 m/s300 m/s; 传动功率范围大,从几瓦到传动功率范围大,从几瓦到1010万千瓦;万千瓦; 效率高效率高(0.99)(0.99)、使用寿命长、工作安全可靠;、使用寿命长、工作安全可靠; 可实现平行轴、相交轴和交错轴之间的传动。可实现平行轴、相交轴和交错轴之间的传动。 要求较高的制造和安装精度,加工成本高;要求较高的制造和安装精度
4、,加工成本高; 不适宜远距离传动不适宜远距离传动( (如单车如单车) )。v缺点:缺点:7齿廓啮合基本定律齿廓啮合基本定律 对齿轮传动的基本要求传动平稳,保证对齿轮传动的基本要求传动平稳,保证瞬时瞬时传动传动比恒定,即:比恒定,即:i1212= = 1 1/ / 2 2= C= C 要使两齿轮的瞬时传动比为一常数,则不论两齿要使两齿轮的瞬时传动比为一常数,则不论两齿廓在任何位置接触,过接触点所作的两齿廓公法线廓在任何位置接触,过接触点所作的两齿廓公法线都必须与连心线交于一定点都必须与连心线交于一定点P P,这就是平面,这就是平面齿廓啮合齿廓啮合基本定律基本定律。 齿廓啮合基本定律齿廓啮合基本定
5、律821nnpko1o2312k1a中心距121221O PiconstO P2.节点节点 过两齿廓接触点所作过两齿廓接触点所作的齿廓公法线与两轮连心的齿廓公法线与两轮连心线线O1O2的交点的交点P。3.节圆节圆 分别以分别以O1、O2为圆心,为圆心,O1 P、 O2 P为半径的圆称为半径的圆称为轮与轮的节圆。其为轮与轮的节圆。其半径用半径用r表示。表示。912212211O PrirO P两节圆作纯滚动两节圆作纯滚动传动比等于节圆半径的反比传动比等于节圆半径的反比外啮合齿轮传动中心距等于节圆半径之和外啮合齿轮传动中心距等于节圆半径之和4.中心距中心距5.共轭齿廓共轭齿廓 共轭曲线共轭曲线 凡
6、满足齿廓啮合基本定律的一对齿轮的齿廓称凡满足齿廓啮合基本定律的一对齿轮的齿廓称共共轭齿廓轭齿廓,共轭齿廓的齿廓曲线称为,共轭齿廓的齿廓曲线称为共轭曲线共轭曲线1212OOOC OC12arr 10O1O2Pw w1 1w w2 2推导过程推导过程N2N12211v1v2w1 / w2=O2N2/ O1 N1 v1 、v2在法线上的分速度相等在法线上的分速度相等nnv1cosa1=v2cosa2 v1=O1Kw1 v2=O1Kw1 O1Kw1cosa1=O2Kw2cosa2 w1 / w2=O2Kcosa2 / O1Kcosa1 w1 / w2=O2P/ O1 P N2O2PN1O1P欲使欲使i
7、为定值,则为定值,则P为定点为定点11 另一种推导方法另一种推导方法 作辅助线作辅助线O O2 2ZZ公法线,利用公法线,利用KabKabKOKO2 2Z Z,对应边成例,再,对应边成例,再用用O OO O2 2ZZO O2 2CKCK,对应边成例。,对应边成例。12观察一对齿轮的啮合观察一对齿轮的啮合过程过程啮合线啮合线- -啮合点的轨迹。啮合点的轨迹。渐开线齿廓啮合特性渐开线齿廓啮合特性13观察一对齿轮的啮观察一对齿轮的啮合过程合过程14 4-2 齿廓实现定角速度比的条件齿廓实现定角速度比的条件 两齿廓在任意点两齿廓在任意点K K啮合啮合时,过时,过K K作两齿廓的法线作两齿廓的法线N N
8、1 1N N2 2,始终是基圆的内公,始终是基圆的内公切线,为定直线。切线,为定直线。 N2N1o2o1Prb21rb1 r2 r1k1k22保证恒定传动比传动保证恒定传动比传动 两轮中心连线也为定两轮中心连线也为定直线,故交点直线,故交点P P必为定点。必为定点。2122122111bbrO PrirrO P 故渐开线齿廓的齿轮啮合满足齿廓啮合基本定律。故渐开线齿廓的齿轮啮合满足齿廓啮合基本定律。const 工程意义:工程意义:i12为常数可减少因速度变化所产生的附加动载为常数可减少因速度变化所产生的附加动载荷、振动和噪音,延长齿轮的使用寿命,提高机器的工作荷、振动和噪音,延长齿轮的使用寿命
9、,提高机器的工作精度。精度。15 4-2 齿廓实现定角速度比的条件齿廓实现定角速度比的条件正压力方向不变正压力方向不变 不论齿廓在任何位置不论齿廓在任何位置啮合,过啮合点所作两齿啮合,过啮合点所作两齿廓的公法线必将与内公切廓的公法线必将与内公切线线N N1 1N N2 2重合,即一对渐开重合,即一对渐开线齿廓从开始啮合到脱离线齿廓从开始啮合到脱离接触,所有的啮合点均在接触,所有的啮合点均在内公切线内公切线N N1 1N N2 2上,称此公上,称此公切线切线N N1 1N N2 2为为啮合线啮合线。16s五线合一五线合一啮合线、公法线、两基圆内公切线,发啮合线、公法线、两基圆内公切线,发生线,力
10、的作用线五线重合。生线,力的作用线五线重合。sN N1 1N N2 2 啮合点的轨迹。啮合点的轨迹。N N1 1、N N2 2 为为啮合极限点啮合极限点。 s啮合角啮合角:过节点:过节点C C作两节圆的公切线作两节圆的公切线tttt,它与啮合线,它与啮合线N N1 1N N2 2的夹角的夹角(两基圆内公切线即啮合线为固定直(两基圆内公切线即啮合线为固定直线线 ,所以,所以 =C,=C,从几何关系上可知,啮合角在数值从几何关系上可知,啮合角在数值上等于渐开线在节圆上的压力角)上等于渐开线在节圆上的压力角) s压力作用线:因为五线合一,所以两啮合齿廓间压力压力作用线:因为五线合一,所以两啮合齿廓间
11、压力作用线方向不变作用线方向不变 4-2 齿廓实现定角速度比的条件齿廓实现定角速度比的条件 啮合角不变表示齿廓间压力方向不变,若齿轮传递的力矩不弯,啮合角不变表示齿廓间压力方向不变,若齿轮传递的力矩不弯,则轮齿之间、轴与轴承之间压力的大小和方向均不变,这是渐开齿则轮齿之间、轴与轴承之间压力的大小和方向均不变,这是渐开齿轮传的一大优点。轮传的一大优点。174-3 齿轮各部分名称及基本尺寸齿轮各部分名称及基本尺寸齿轮基本尺寸的名称和符号齿轮基本尺寸的名称和符号r齿顶圆齿顶圆 d da a、r ra a齿根圆齿根圆 d df f、r rf f齿厚齿厚 s sk k 任意圆上的弧长齿槽宽齿槽宽 e e
12、k k 弧长齿距齿距 (周节)(周节) p pk k= s= sk k +e +ek k 同侧齿廓弧长齿根高齿根高 h hf f齿全高齿全高 h= hh= ha a+h+hf f齿宽齿宽 b bh ha ah hf fh h分度圆人为规定的计算基准圆分度圆人为规定的计算基准圆表示符号:表示符号: d d、r r、s s、e e,p= s+ep= s+eseskekrfrbOBpk齿顶高齿顶高 h ha ap基圆基圆 d db b、r rb bra齿顶圆齿顶所确定的圆,叫齿顶圆,da、ra齿根圆齿槽底部所确定的圆叫齿根圆,df、rf齿厚轮齿两侧齿廓之间的弧长称为该圆上的齿厚,sk齿槽宽齿槽两侧齿
13、廓之间的弧长称为该圆上的齿槽宽,ek齿距(周节)相邻两齿同侧齿廓之间的弧长称为该圆上的 齿距,pk= sk +ek齿顶高轮齿介于分度圆与齿顶圆之间的部分称为齿顶,其 径向高度称为齿顶高,ha 齿根高轮齿介于分度圆与齿根圆之间的部分称为齿根,其径向高度称为齿根高,hf齿全高齿顶高与齿根高之和称为齿全高,h18齿顶圆齿顶所确定的圆,叫齿顶圆,da、ra齿根圆齿槽底部所确定的圆叫齿根圆,df、rf 在任意直径的dk圆周上:齿厚轮齿两侧齿廓之间的弧长称为该圆上的齿厚,sk齿槽宽齿槽两侧齿廓之间的弧长称为该圆上的齿槽宽,ek齿距(周节)相邻两齿同侧齿廓之间的弧长称为该圆上的 齿距,pk= sk +ek分
14、度圆人为规定的计算基准圆,d、r表示符号: d、r、s、e,p= s+e齿顶高轮齿介于分度圆与齿顶圆之间的部分称为齿顶,其 径向高度称为齿顶高,ha 齿根高轮齿介于分度圆与齿根圆之间的部分称为齿根,其径向高度称为齿根高,hf齿全高齿顶高与齿根高之和称为齿全高,h h= ha+hf4-3 齿轮各部分名称及基本尺寸齿轮各部分名称及基本尺寸194-3 齿轮各部分名称及基本尺寸齿轮各部分名称及基本尺寸齿轮各部分的名称和符号204-3 齿轮各部分名称及基本尺寸齿轮各部分名称及基本尺寸基本参数基本参数u 齿数齿数z(Tooth Number)不同齿数时的齿形不同齿数时的齿形在齿轮整个圆周上轮齿的总数为齿数
15、。21齿距齿距P P分度圆直径分度圆直径d4-3 齿轮各部分名称及基本尺寸齿轮各部分名称及基本尺寸u 模数模数m(Module)出现无理数出现无理数, ,不方便不方便, ,为了为了计算、制造和检验的方便计算、制造和检验的方便规定:规定: m= =p/只能取只能取,分度圆周长:分度圆周长:d d= =zpzp, , d d= =zpzp/ m m称为模数称为模数于是有:于是有: d d= =m mz,r r= = m mz/2/2m mp/p/ 齿轮主要尺寸都与模数成正比,齿轮主要尺寸都与模数成正比, m m越大,越大,p p越大,轮齿也越大,轮齿也越大,轮齿抗弯能力也越强,因此,模数越大,轮齿
16、抗弯能力也越强,因此,模数m m也是轮抗弯能力的也是轮抗弯能力的重要标志。重要标志。224-3 齿轮各部分名称及基本尺寸齿轮各部分名称及基本尺寸标准模数系列表(标准模数系列表(GB1357GB13578787) 为了便于制造、检验和互换使用,国标为了便于制造、检验和互换使用,国标GB1357-87GB1357-87规定了标准模数系列。规定了标准模数系列。 0.35 0.7 0.9 1.75 2.25 2.75 (3.25) 3.5 (3.75) 第二系列第二系列 4.5 5.5 (6.5) 7 9 (11) 14 18 22 28 (30) 36 45 0.1 0.12 0.15 0.2 0.
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