1、任務七 齒輪傳動認識與應用汽車機械基礎課程教學內容一、齒輪傳動基本知識二、漸開線直齒圓柱齒輪傳動三、斜齒圓柱齒輪傳動四、圓錐齒輪傳動五、齒輪傳動的失效形式、材料應 用及結構1. 齒輪傳動的特點傳動動力大，效率高壽命長，工作平穩，可靠性高能保證恒定的傳動比，能傳遞任意夾角兩軸間的運動制造、安裝精度要求較高，因而成本也較高不宜作軸間距離過大的傳動分析討論一、齒輪傳動基本知識1、按照一對齒輪軸線的相互位置分為平面齒輪傳動：兩個齒輪的軸線相互平行，兩輪的相對運動是平面運動空間齒輪傳動：兩個齒輪的軸線不平行，兩輪的相對運動是空間運動。2、按照齒輪的工作條件不同分為開式傳動：齒輪傳動裸露在外，故不能防塵且

2、潤滑不良。閉式傳動：齒輪傳動安裝在密閉的箱體內。2. 齒輪傳動的類型平面齒輪傳動 直齒外嚙合齒輪傳動直齒內嚙合齒輪傳動直齒輪與齒條傳動平面齒輪傳動斜齒輪傳動人字齒輪傳動空間齒輪傳動相交軸齒輪傳動直齒圓錐齒輪傳動斜齒圓錐齒輪傳動曲齒圓錐齒輪傳動空間齒輪傳動交錯軸齒輪傳動交錯軸斜齒輪傳動蝸桿傳動準雙曲面齒輪傳動總結應用齒輪傳動類型 小結齒輪傳動平面齒輪傳動空間齒輪傳動直齒圓柱齒輪傳動斜齒圓柱齒輪傳動傳遞相交運動-錐齒輪傳動傳遞交錯軸運動內嚙合外嚙合齒輪齒條直齒圓錐齒輪斜齒圓錐齒輪交錯軸斜齒輪傳動蝸桿傳動準雙曲面齒輪曲線齒圓錐齒輪人字齒齒輪傳動3. 齒廓嚙合基本定律欲使瞬時傳動比 保持不變，兩輪齒廓

3、在嚙合過程中，過嚙合點的齒廓公法線nn與兩輪連心線O1O2的交點C的位置保持不變。齒廓嚙合基本定律齒廓嚙合基本定律： 過齒廓嚙合點作公法線與兩輪連心線交于P點，該點稱為節點. 以節點到齒輪中心的距離為半徑作的圓，稱為節圓，其半徑用r表示注：節點P是一對齒輪在嚙合傳動時產生的，單個齒輪無節點和節圓。 .O221O1Knn節圓節點（1） 漸開線的形成觀看漸開線生成4. 漸開線齒廓的形成及其嚙合特性1）發生線在基圓 上滾過的長度 等于基圓上被 滾過的弧長， 即KN=AN。漸開線的性質：點擊畫面觀看2）漸開線上任一點K的法線必與基圓相切.漸開線的性質：點擊畫面觀看3）發生線與基圓的切點N為漸開 線上K

4、點的曲率 中 心，線段NK為漸開線上K點的曲率半徑。點擊畫面觀看漸開線的性質：4）漸開線的形狀取決于基圓的大小。 基圓越小，漸開 線越彎曲；基圓 越大，漸開線越 平直；當基圓趨于無窮大時，漸 開線為一直線。點擊畫面觀看漸開線的性質：5）作用于漸開線上任意點 K的力方向與該點線速度間所夾的銳角稱為漸開線在K點的壓力角。漸開線的性質：點擊畫面觀看6）基圓內無漸開線壓力角漸開線的性質：1）漸開線滿足齒廓嚙合基本定律 由于 ，因此傳動比可寫成: 齒廓公法線基圓的內公切線嚙合線傳力方向線四線合一：（2） 漸開線齒廓的嚙合特點2) 中心距變化傳動比不變3)嚙合角不變傳力方向不變兩輪中心距稍微有變化，也不會

5、改變其瞬時傳動比 由于一對漸開線齒廓的嚙合線為一固定直線，故其嚙合角為一定值，且等于漸開線齒廓在節圓上的壓力角。1.齒輪結構名稱及參數二、漸開線直齒圓柱齒輪傳動1）齒數：齒輪整個圓周上的輪齒的個數，用 z 表示。齒輪結構名稱及參數2）齒頂圓：輪齒的齒頂部位構成的圓，用da、ra表示其直徑和半徑。3）齒根圓：輪齒的齒槽底部位構成的圓，用df、rf表示其直徑和半徑。4）基圓：發生漸開線的圓，用db rb表示其直徑和半徑。5)齒距、齒厚、齒槽寬： 在半徑為rk的圓周上相鄰兩齒同側齒廓之間的弧長稱為該圓周上的齒距pk； 在該圓周上所量得的一輪齒兩側齒廓間的弧長，稱為齒厚Sk; 在該圓周上相鄰兩齒廓之間

6、的弧長稱為齒槽寬ek。6)分度圓 1)齒頂圓和齒根圓之間規定一個圓作為計算齒輪各部分尺寸的基準，稱為分度圓，用d、r表示其直徑和半徑。分度圓上的齒厚、齒槽寬和齒距分別用s、e和p表示，對于標準齒輪，分度圓上的齒厚和齒槽寬相等，即se。 輪齒的齒頂圓和齒根圓之間的徑向尺寸稱為齒全高，用h表示；分度圓以上的齒高稱為齒頂高，用ha表示 ；分度圓以下的齒高稱為齒根高，用hf表示 ； 7)全齒高、齒頂高、齒根高 8）模數m 模數愈大，輪齒尺寸愈大，反之則愈小Z p = d則d=p z= m z模數單位為mm，標準模數見表。它是確定齒輪尺寸的重要參數。 漸開線齒廓在分度圓處的壓力角。用 表示。C o s

7、k =r b/r kC o s =rb/r我國規定齒輪標準壓力角為20度9)壓力角: 用 a 表示標準中心距 a=(d1+d2)/2=m(z1+z2)/210)標準中心距 標準直齒輪的基本參數標準齒輪：標準齒輪是指m、ha*、c* 均取標準值，具有標準的齒頂高和齒根高，且分度圓齒厚等于齒槽寬的齒輪?；緟?我國規定:齒 數z分度圓dd=mz齒 厚ss=p/2齒槽寬ee=p/2齒 距pp=e+s模 數mm=p/齒頂圓dada=d+2ha=m(z+2)名 稱代 號計算公式標準直齒輪的幾何尺寸齒頂圓dada=d+2ha=m(z+2)齒頂高haha=m齒根圓dfdf=d-2hf=m(z-2.5)齒根

8、高hfhf=1.25m齒 高hh=ha+hf=2.25m標準中心距aa=(d1+d2)/2=m(z1+z2)/2齒 寬b名 稱代 號計算公式標準直齒輪的幾何尺寸2漸開線直齒圓柱齒輪嚙合傳動齒輪正確嚙合條件和連續傳動條件分別是什么？嚙合傳動知識1)漸開線標準直齒圓柱齒輪正確嚙合條件：即正確嚙合條件為：兩輪的模數和壓力角必須分別相等。動畫 一對漸開線齒輪的傳動過程分析討論2)標準安裝和標準中心距標準安裝:外嚙合圓柱齒輪傳動內嚙合圓柱齒輪傳動標準中心距:分度圓必與節圓重合;即兩輪分度圓相切。分析討論7.4 漸開線標準直齒圓柱齒輪的嚙合傳動2） 標準安裝和標準中心距 頂隙的作用是為了避免一齒輪的齒頂與

9、另一齒輪的齒根相抵觸，同時也便于儲存潤滑油。頂隙C:分析討論3）漸開線齒輪連續傳動的條件齒輪傳動是依靠兩輪的輪齒依次嚙合而實現的，要求重合度大于等于。嚙合傳動知識直齒輪的重合度 重合度：理論嚙合線實際嚙合線分析討論1.齒面的形成三 斜齒圓柱齒輪傳動直齒輪齒廓曲面的形成分析討論1.齒面的形成斜齒輪齒廓曲面的形成嚙合特點：1）傳動平穩2）承載能力大3）在傳動中產生軸向力7.10 斜齒圓柱齒輪傳動2 .基本參數及幾何尺寸計算（1）螺旋角螺旋角：齒線與齒輪軸線間的夾角,稱為分度圓柱上的螺旋角。對于直齒圓柱齒輪=0一般情況下=8 20 人字齒=25 45左旋齒輪右旋齒輪旋向的判定： 順著齒輪的軸線看，螺

10、旋線由左向右上升為右旋，由右向左上升為左旋。斜輪齒的旋向分：左旋、右旋（1）螺旋角（2）模數和壓力角端面（t-t）：垂直于齒輪軸線的平面法面（n-n）：垂直于齒線的平面端面參數、法向參數關系：法向齒距Pn端面齒距PtPn=Pt cos端面模數mt=pt /法向模數mn=pn / mn=mt cos 端面壓力角t與法面壓力角n之間的關系tg n=tg tcos 即法面模數mn 、法面壓力角n 、法面的齒頂高系數han*、法面頂隙系數c*n為標準值。（2）模數和壓力角齒數：Z 法面模數：mn為標準值， 法面壓力角n = 20 ，螺旋角：=8 20，正常齒制齒輪 han*1， cn*0.25短齒制齒

11、輪 han* 0.8，cn*0.37.10 斜齒圓柱齒輪傳動2. 基本參數及幾何尺寸計算基本參數（六個）齒頂高系數及頂隙系數：幾何尺寸計算1）兩斜齒輪的法面模數相等；2）兩斜齒輪的法面壓力角相等；3）兩斜齒輪的螺旋角大小相等，方向相反。3.正確嚙合條件mn1=mn2=mn1 = n2 = 1= 2外嚙合取“”內嚙合取“+”分析討論問題導入圓錐齒輪傳動應用實例四、 圓錐齒輪傳動1.圓錐齒輪傳動概述圓錐齒輪傳動用于傳遞相交軸的運動和動力。1.圓錐齒輪傳動概述2.直齒錐齒輪齒廓的形成 點擊畫面觀看動畫3.基本參數3.基本參數規定大端參數為標準值Z 、 m 、ha* 、 c* 、標準規定正常齒制齒輪h

12、a*1 c*0.20.10.120.150.20.250.30.350.40.50.60.70.80.911.1251.251.3751.51.7522.252.52.7533.253.53.7544.555.566.578910111214161820222528303236404550錐齒輪模數（摘自GB123681990） （mm） 名稱符號小齒輪大齒輪齒數zz1z2 傳動比i 分度圓錐角齒頂高齒根高分度圓直徑齒頂圓直徑標準直齒錐齒輪的幾何尺寸計算標準直齒錐齒輪的幾何尺寸計算不等頂隙收齒，等頂隙收齒名稱符號小齒輪大齒輪齒根圓直徑錐距R齒頂角a齒根角f齒頂圓錐面圓錐角a齒根圓錐面圓錐角f齒

13、寬b =1/41/3 一對直齒錐齒輪的嚙合，可近似看作是一對當量齒輪的嚙合，其正確嚙合條件：m1=m2=m 1=2= 即兩輪大端的模數和大端的壓力角分別相等。4. 直齒錐齒輪的正確嚙合條件直齒錐齒輪的傳動比：1. 齒輪傳動的失效形式分析討論塑性變形 輪齒折斷齒面點蝕齒面磨損齒面膠合五 . 齒輪傳動的失效形式、齒輪材料應用及結構主要是輪齒的失效!疲勞折斷； 過載折斷 ； 嚴重磨損及安裝制造誤差等造成輪齒折斷；（1)輪齒折斷 原因：預防措施2）采用合適的熱處理，使輪齒芯部材料具有足夠的韌性；3）采用噴丸、滾壓等工藝，強化齒根表面。011）增大齒根過渡圓角半徑，減小應力集中；1.輪齒折斷 現象：由于

14、疲勞而產生的麻點狀剝蝕損傷，首先出現在靠近節線的齒根面上，然后向其它部位擴散。(2)齒面的點蝕 閉式齒輪傳動中，軟齒面齒輪最容易出現齒面疲勞點蝕。在開式齒輪傳動中，由于齒面磨損較快，一般不出現點蝕現象。預防措施：提高齒面硬度；降低齒面粗糙度；增大潤滑油粘度；采用合理變位。齒面的點蝕 （3）齒面的磨損 原因：落入磨料性物質和齒面間的滑動摩擦。預防措施：采用閉式傳動；提高齒面硬度；降低齒面粗糙度；采用清潔的潤滑油。現象：在高速重載齒輪傳動中，相嚙合的兩齒面就會發生粘在一起，在齒面上沿相對滑動的方向形成傷痕。（4）齒面的膠合預防措施： 選用抗膠合性能好的材料，保持適當硬度差，采用極壓齒輪油，提高精度

15、，改變潤滑方法，限制油溫。（5）塑性變形預防措施：提高齒面硬度和采用粘度較高的潤滑。現象：低速重載傳動時，當齒面間作用力過大，嚙合中的齒面表層材料就會沿著摩擦力方向產生塑性流動。05齒輪常見的失效形式失效形式產生原因預防措施輪齒折斷1）齒根彎曲疲勞折斷；2）過載折斷1）增大齒根過渡圓角半徑，減小應力集中；2）合適熱處理，使齒芯有足夠韌性；3）采用噴丸、滾壓等工藝，強化齒根表面。齒面點蝕兩齒輪在工作中因脈動循環變化的接觸應力和重復次數超過某一限度時，齒面的表層金屬剝落，形成齒面疲勞點蝕。1）提高齒面材料硬度；2）采用合理的潤滑，降低接觸應力；3）在合理限度內，增大齒輪直徑，減小接觸應力；4）在合

16、理限度內，用盡可能高粘度的潤滑油，避免疲勞裂紋加速擴展。齒面磨損灰塵、硬屑粒等落入齒面間引起齒面磨損，嚴重時齒廓顯著變形（開式齒輪的主要失效形式）1）提高齒面材料硬度；2）采用閉式齒輪傳動，并合理潤滑；3）保持齒輪傳動環境清潔。齒面膠合1）高速重載齒輪，齒面間溫度高，油膜破裂，齒面局部粘結，齒面間相對滑動，被撕裂。2）低速重載齒輪傳動，由于潤滑油膜不易形成，也會產生膠合，稱為冷膠合。1）提高齒面材料硬度；2）降低齒面粗糙度；3）限制油溫。塑性變形齒輪頻繁起動和在重載時，較軟齒面在載荷和摩擦力的作用下會產生局部塑性變形，使齒廓失去正確的齒形，主動輪節線處出現凹溝，從動輪出現凸棱。1）提高齒面材料的硬度；2）適當較高潤滑油的粘度；3）避免頻繁啟動和過載工作。學習總結2. 齒輪的材料應用 齒輪材料基本要求 ：齒面硬、齒芯韌即：(1)齒面應有足夠的硬度，以抵抗齒面磨損、點蝕、膠合以及塑性變形等；(2)齒芯應有足夠的強度和較好的韌性，以抵抗齒根折斷和沖擊載荷：(3)應有良好的加工工藝性能及熱處理性能使之便于加工且便于提高其力學性能。最常用的齒輪材料是鋼，此外還有鑄鐵及一些非金屬材料等。鍛鋼：強度高、韌性好、便于制造、便于熱處理等，大多數齒輪都用鍛鋼制造。齒輪的常用材料： 軟