第十章 齿轮机构及其设计讲解

第十章 齿轮机构及其设计讲解
第十章 齿轮机构及其设计讲解

第十章齿轮机构及其设计

1.本章的教学目的及教学要求

了解齿轮机构的类型和应用;了解齿廓啮合基本定律及有关共轭齿廓的基本知识; 了解渐开线性质,掌握渐开线直齿圆柱齿轮的啮合特点及渐开线齿轮传动的正确啮合条件、连续传动条件等;熟记渐开线齿轮各部分的名称、基本参数及各部分几何尺寸的计算;了解渐开线齿廓的范成法切削原理及根切成因;渐开线标准齿轮的最少齿数;了解渐开线齿轮的变位修正和变位齿轮传动的概念;熟悉斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成,啮合特点,并能计算标准斜齿圆柱齿轮的几何尺寸;了解直齿圆锥齿轮的传动特点及其基本尺寸的计算;对蜗杆蜗轮的传动特点有所了解。

2.本章教学内容的重点及难点

渐开线直齿圆柱齿轮外啮合传动的基本理论和几何设计计算;对于其它类型的齿轮机构,着重介绍它们的特殊点。

3.本章教学工作的组织及学时分配

本章的理论教学时数为12学时,实验2学时。

3.1第1讲(2学时)

1)教学内容

齿轮机构的类型和应用;齿轮的齿廓曲线;渐开线的形成及特性。

2)教学方法

首先介绍齿轮机构的类型和应用。这部分的内容可以利用各种类型齿轮机构的模型、CAI课件或现场教学等联系实际进行介绍,强调齿轮机构的类型虽然很多,但直齿圆柱齿轮机构是最简单,最基本,也是应用最广泛的一种。为什么齿轮机构的应用会如此广泛,而类型又如此之多呢?主要由于齿轮机构有许多独特的优点,如结构紧凑,传动平稳可靠,传递功率大,机械效率高等。最好联系当代工程成就,介绍齿轮机构所达到的新水准,这样更能激发学生对本部分内容的极大兴趣。

讲授齿轮的齿廓曲线时,应指出,齿轮传动中最重要的部位是轮齿廓线.因为一对齿轮是依靠主动轮的齿廓推动从动轮的齿廓来实现传动的。共轭齿廓就是能实现预定传动比的一对齿廓。这里可以提出一个问题,即齿轮的齿廓曲线与一对齿轮的传动比有什么关系?通过一对齿轮的运动分析,我们可以证明:互相啮合传动的一对齿轮,在任一位置时的传动比,都与其连心线被其啮合齿廓在接触点处的公法线所分成的两段线段的长度成反比,这一规律即齿廓啮合基本定律。根据该定律,可以得出结论:要使两齿轮作定传动比传动,首先其齿廓曲线必须满足下述条件:即不论两齿廓在何位置接触,过接触点所作的齿廓公法线必须与两齿轮的连心线相交于一固定点。该结论十分重要,因为工程中使用的齿轮传动,绝大多数是定传动比传动;而且,实现定传动比的一对共轭齿廓就是根据这个结论作出来的。

根据齿廓啮合基本定理,只要给出一条齿廓曲线,就可以求出与之共轭的另一条齿廓曲线。因此,理论上讲,可以作为共轭曲线的齿廓是很多的。但在生产实践中,考虑设计、制造、安装和使用等方面的局限,对于定传动比齿轮,其齿廓曲线目前只采用渐开线、摆线、变态曲线、圆弧线和抛物线等几种。就动力传动齿轮而言,目前绝大部分的齿轮仍然采用渐开线作为齿廓曲线。这是由于渐开线齿廓具有许多独

特的优点,而这些优点与渐开线的特性密切相关。本讲就是从渐开线的形成入手,分析渐开线的特性,为后面分析渐开线齿廓的传动特点打下基础。

讲述渐开线的形成时,最好利用模型、CAI课件演示或在黑板上作图的方法解决。根据渐开线的形成过程,可以很自然地讲清渐开线的特点。这些特点学生必须透彻理解并牢记,对学习后面的内容是很有用处。

在介绍渐开线特点时,渐开线在任意点K的压力角αi的表达式为:

cosαi=rb/ri

式中Υb为基圆半径,Υi为渐开线上任一点K的向径。

在渐开线的形成过程中,能很方便地推导出压力角与展角的关系为:

θi =tgαi-αi

由于这个关系式是渐开线所特有的,故称展角θi为压力角αi的渐开线函数,用invαi表示。

由上所述,可以写出渐开线的极坐标方程为

ri=rb/cosαi

invαi=θi= tgαi-αi

3)教学手段

采用多媒体及CAI课件或模型

4)注意事项

①介绍齿轮机构的类型与应用时,紧密联系在机械工程中的实际应用,避免单纯罗列,尽可能使教学内容充实生动。

②推导齿廓啮合基本定理时,可利用瞬心的概念或通过一对齿廓的相对运动关系这两种方法来解决。前者虽然能节省时间,但后者对于了解一对齿廓的相对运动关系很有帮助,建议采用后者。

3.2第2讲(4学时)

1)教学内容

渐开线齿廓的传动特点和渐开线齿轮各部分的名称及几何尺寸计算; 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,包括一对渐开线齿轮的正确啮合条件,中心距和连续传动条件等。

2)教学方法

前面提到,在动力传动中,绝大部分齿轮的齿廓曲线采用渐开线。这是什么缘故呢?渐开线作为齿廓有什么突出的优点呢?本节我们来分析这些问题。根据渐开线的特点,我们既可以证明渐开线齿廓能保证定传动比传动,也可以证明在传动过程中,齿廓之间的正压力方向始终不变,这对于齿轮传动的平稳性是很有利的。我们还可以证明一对渐开线齿轮的传动比等于两齿轮基圆半径的反比。两轮加工完成之后其基圆大小已完全确定,只要两轮的渐开线齿廓能正确啮合,其传动比就为常数。也就是说,即使两轮的实际中心距与设计中心距有偏差,也不会影响两轮的传动比。该特性称为渐开线齿轮传动的可分性,迄今为止只有渐开线齿廓具有该特性,该特性使得渐开线齿轮的加工,安装和使用维护都十分方便。

渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分的名称和几何尺寸计算,是本章最基本的内容,要求学生必须熟记和掌握。讲述这部分的内容时,可以先用一张渐开线标准直齿圆柱外齿轮的挂图或实物,介绍渐开线齿轮各

部分的名称。然后指出:齿轮各部分的几何尺寸中,以那一个为基准,有哪些是基本参数,基本参数与各部分的几何尺寸之间关系如何。

讲述过程中要特别注意讲清“分度圆”的概念。强调分度圆是计算齿轮各部分尺寸的标准,每个齿轮都有一个大小完全确定的分度圆,而且也仅有一个分度圆。在分度圆上,模数m与压力角α都为标准值。对于齿数z一定的齿轮,其各部分的尺寸将因模数的不同而不同,其齿廓曲线的形状将因压力角的不同而

各异。所以z,m,α是齿轮的三个基本参数。此外,还要介绍齿顶高系数,顶隙系数及所谓标准齿轮等概念。齿轮各部分几何尺寸计算公式很多,学生可能感到很难记忆。这部分内容,重点介绍外齿轮的几何尺寸。齿条与内齿轮的几何尺寸,只介绍其几个主要特点即可。其实公式并不多,只要能够记住基本公式(如分度圆,齿顶高,齿根高的计算公式),其他部分的几何尺寸根据齿轮的图形可以很容易地推导出来的,不必死记。

前面介绍了单个渐开线齿轮的内容,现在介绍一对渐开线齿轮啮合传动的内容。关于一对齿轮的啮合传动,首先一个问题是怎样的一对渐开线才能正确的啮合传动,其次是一对齿轮的中心距应该多大,最后是一对齿轮什么条件下才能满足连续传动。下面分析这些问题。

一对渐开线齿轮的正确啮合条件可以这样提出:虽然渐开线齿廓能够满足定传动比传动的要求,但这不是说任意两个渐开线齿轮都可以正确啮合传动。譬如一个齿轮的模数很大,而另一个齿轮的模数很小,显然大模数齿轮的轮齿就无法插入小模数齿轮的齿槽进行啮合。那么怎样的两个渐开线齿轮才能进行正确啮合呢?为此,我们可以从一张齿轮啮合传动图上进行分析。分析表明,一对齿轮要能正确啮合,两齿轮的法向齿距(即法节)必须相等。根据渐开线特性,渐开线齿轮的法向齿距等于基圆齿距(即基节)。故两齿轮正确啮合条件为基节相等即:m1cosα1=m2cosα2。由于压力角和模数都已标准化了,故一对渐开线齿轮正确啮合的条件是:两轮的模数与压力角应分别相等。

对于一对齿轮的中心距问题,主要讨论外啮合齿轮传动。研究两轮的中心距问题要从两个基本要求出发,一是保证两轮的齿侧间隙为零;二是保证两轮的顶隙为标准值。根据这两个基本要求,在一对齿轮的啮合传动图上,由分析得知两轮的标准中心距等于两轮分度圆半径之和。

对于连续传动问题,先介绍一对轮齿的啮合过程,并介绍有关实际啮合线、理论啮合线和啮合极限点等概念。然后从一对齿轮的啮合传动图上分析可知,齿轮连续传动的条件是:两齿轮的实际啮合线段应大于至少等于齿轮的法向齿距。而实际啮合线段与法向齿距的比值称为齿轮传动的重合度,于是齿轮连续传动的条件就为重合度大于等于1,要会用作图法求重合度。关于重合度的计算公式不必推导,只讲清思路,着重介绍基本参数对重合度的影响,以及重合度的最大值和关于单齿对啮合区、双齿对啮合区等概念。3)教学手段

采用多媒体及CAI课件或模型

4)注意事项

要特别注意“分度圆”的概念,着重强调分度圆是计算齿轮各部分尺寸的基础。要注意模数、压力角、齿顶高系数和顶隙系数都已标准化。尤其是压力角的标准应补充说明,一般标准值为20°。

在讲述上述问题时要讲清以下容易混淆的概念:

①分度圆和节圆。分度圆是计算齿轮各部分尺寸的基准。每个齿轮都有一个,也仅有一个大小完全确定的分度圆。而节圆是在一对齿轮啮合传动时,以齿轮的轴心为圆心,过齿轮啮合的节点所作的圆。对于单个齿轮来说,因无节点,所以也就无所谓节圆。因此,节圆只有在两齿轮啮合传动时才存在,而且大小将随两轮的中心距的改变而改变。只有两轮的中心距为标准中心距时,两轮的节圆才与各自的分度圆相重合。

②啮合角与压力角。啮合角是在一对渐开线齿轮啮合传动时,啮合线与过节点所作两轮节圆的公切线之间所夹的锐角,它在数值上等于渐开线齿廓在节圆上上的压力角。当两轮的中心距为标准中心距时,节圆与分度圆重合,所以啮合角在数值上也就等于齿轮的压力角。但是啮合角和压力角是两个不同的概念。

③正确啮合条件与连续传动条件。一对渐开线齿轮如果不符合正确啮合条件,则一轮的轮齿就不能依次地嵌入另一轮的齿槽进行正确啮合,所以也就根本谈不上传动是否能够连续的问题。然而,一对齿轮如果仅符合正确啮合条件,也不一定能保证传动必然是连续的。只有既符合正确啮合条件,其重合度又大于1的一对齿轮,才能正确啮合并连续传动。

④研究一对齿轮的中心距时,是从无侧隙为出发点的,而实际上一对齿轮传动时,为了便于在相互啮合的齿廓间进行润滑,避免轮齿因摩擦发热膨胀而引起挤压卡紧,在两轮的齿侧之间应有间隙,但这种侧隙一般都很小,通常用齿厚负公差来保证。但在名义尺寸上,两轮的齿侧间隙为零。

3.3第3讲(4学时)

1)教学内容

渐开线齿廓的切制原理、范成法加工齿轮时的根切现象与标准齿轮不发生根切时的最少齿数、变位修正概述;介绍斜齿圆柱齿轮传动,主要讲述斜齿轮齿廓曲面的形成,端面参数与法面参数的关系,斜齿轮的当量齿轮,以及斜齿轮传动的特点。

2)教学方法

该节的内容涉及机械加工,若只用模型挂图及口述,学生较难接受。较好的教学方法是综合利用CAI 课件,模型,挂图和板书,把感性认识提高到理性认识,以求牢固地掌握有关的基本概念。从齿轮加工方法和切齿过程,可以通过观看动化来讲述。还应解释一下仿形法切制齿廓时,铣刀应该如何选择的问题及范成法切制齿廓时刀具与轮坯的相对运动关系问题。要强调指出,在用标准齿条型刀具以范成法加工标准齿轮时,刀具的分度线应与轮坯的分度圆相切,这是进一步研究齿廓根切与变位修正的基础。在介绍了齿廓的切制原理后,应分析一下各种加工方法的优缺点,着重讲清仿形法铣削齿廓时一般精度较低,范成法切制齿廓时则可能出现根切现象。并指出产生根切的原因是刀具的齿顶线超过了超过了啮合极限点。在什么情况下,刀具的齿顶线会超过啮合极限点呢?通过分析可以知道,对于标准齿轮,被切齿轮的齿数Z愈少就愈容易发生这种现象,即愈容易产生根切。那么要不发生根切,渐开线标准齿轮的齿数最少应是多少?

经过推导可以求出渐开线齿轮不发生根切的最少齿数Zmin=2 /sin2α。

在实际的机械中,常见到有些齿轮Z

位修正法。关于变位修正法,可由根切成因引出。为了在Z

变位系数Xmin= [(Zmin-Z)/Zmin],采用这种方法切制出来的齿轮就称为变位齿轮。我们把刀具相对于轮坯中心向外移出一段距离,称为正变位(x>0);把刀具相对于轮坯向内移进一段距离称为负变位(x>0)。

关于变位齿轮,还应指出:齿轮变位修正后,由于基本参数没有改变,所以分度圆、基圆的大小不变。但由于变位,其齿厚,齿槽宽,齿顶高和齿根高等都发生了变化,因而这种方法不仅可以切制齿数Z

首先展示一对直齿圆柱齿轮传动和一对斜齿圆柱齿轮传动的模型,指出斜齿轮与直齿轮的区别主要在于斜齿轮的轮齿相对于轴线是倾斜的。接着可提出,既然前面介绍的直齿圆柱齿轮传动有许多优点,应用广泛,那么为什么要提出采用斜齿圆柱齿轮传动呢?这个问题提出后,可利用CAI课件或挂图说明,两个直齿轮啮合时,由于其轮齿是沿整个齿宽同时进入接触,尔后又同时分离的,因而容易引起冲击、振动和噪音。而两个斜齿轮啮合传动时,两轮的轮齿是先由齿的一端进入啮合,逐渐过渡到另一端而脱里啮合。这样的啮合方式减少了传动时的冲击、振动和噪音,提高了传动的平稳性,而且由于延长了每对齿轮的啮合时间,因此增加了重合度。所以在高速大功率传动中,斜齿轮传动获得了广泛的应用。

在明确了斜齿轮传动与直齿轮传动啮合性能的主要区别后,要强调指出斜齿轮传动的一个重要参数是其螺旋角β。若β=00,则斜齿轮就变成直齿轮了。由于斜齿轮的轮齿是螺旋齿,故其端面齿形和法面齿形是不同的。由于在制造斜齿轮时,刀具一般是沿着齿轮的螺旋方向进刀的,所以在此情况下就必须按齿轮的法面参数来选择刀具,因而在生产上规定斜齿轮的法面参数为标准值。但在计算斜齿轮的几何尺寸时,仍需按其端面进行计算,因此就必须建立斜齿轮的法面参数与其端面参数的换算关系。

至于斜齿轮的法面参数与其端面参数的换算关系,可利用挂图或板书进行讲解。根据斜齿轮的端面参数,参照直齿轮的几何尺寸计算公式,容易地写出斜齿轮传动的几何尺寸的计算公式。在几何尺寸计算的诸公式中,尤其应该强调指出的是斜齿轮传动中心距公式,该式表明,在设计斜齿轮传动时,可用改变螺旋角的办法来调整中心距的大小,以满足对中心距的要求,这是斜齿轮传动设计的一个重要特点。

一对斜齿轮的正确啮合条件,应首先利用一对斜齿轮传动的模型说明,当一对斜齿轮外啮合时,两齿轮的螺旋角应大小相等,方向相反;而当一对齿轮内啮合时,两齿轮的螺旋角应大小相等,方向相同。然后再参照一对直齿轮的正确啮合条件,不难理解一对相啮合的斜齿轮的端面模数及端面压力角应分别相等,或法面模数及法面压力角应分别相等。在讲述斜齿轮传动的重合度时,可利用啮合图进行讲解。对于直齿轮传动来说,轮齿在B2B2处沿整个齿宽进入啮合,而在B1B1处沿整个齿宽退出啮合,故其重合度=B1B2/Pb。对于斜齿轮传动来说,在B2B2位置时齿廓的前端先进入啮合,在B1B1位置时齿廓的前端才退出啮合,等齿廓的后端退出啮合时,齿廓的前端又移动了L距离。由此可知,斜齿轮传动的重合度

比直齿轮传动增加了=L/Pbt,由于与斜齿轮的宽度有关,故称为轴面重合度。在斜齿轮传动中还有很

重要的概念就是斜齿轮的当量齿数,它不仅对斜齿轮加工,而且对以后研究斜齿轮的强度计算都很重要。讲述斜齿轮的当量齿数,应从斜齿轮的加工谈起。讲述时可用一个斜齿轮被其轮齿某处的法面所剖开的模型来说明。当用盘形铣刀来切制斜齿轮时,由于刀刃位于齿轮的法面内,因此铣刀的模数和压力角显然就是斜齿轮的法面模数和法面压力角,但铣刀的刀号应如何确定呢?我们知道,齿轮铣刀的刀号是根据所切直齿轮的齿数来编号的。这个虚拟的与斜齿轮的法面齿形相当的直齿轮就是斜齿轮的当量齿轮,而其齿数就是斜齿轮的当量齿数。那么当量齿数如何求取呢?然后推导出斜齿轮的当量齿数的计算公式。

最后,应把斜齿轮传动的主要优缺点做一简短的小结,应当指出斜齿轮的传动虽然有许多优点,但有轴向力的问题,而且轴向力是随着螺旋角的增大而增大的。所以为了限制轴向力不至过大,设计时就要限制螺旋角的大小。如要完全消除轴向力,则可采用人字齿轮。就整体而言,斜齿轮机构的效率低于直齿轮机构的效率

3)教学手段

采用多媒体及CAI课件或模型。

4)注意事项

教材中提到用铣刀对齿轮进行仿形法加工时,由于铣刀的号数有限,而且每一把铣刀的齿形,都是按该号刀所切最少齿数的齿廓形状制成的,因而在制造其它齿数的齿廓时精度必然较低。同时由于加工不连续因而生产率也较低。但要注意这些问题是对仿形铣而言的,决不能认为凡是仿形法加工都是如此。事实上,仿形法中的精冲和拉销等工艺,生产率是很高的,且精度也是很高的。

齿轮的变位修正,一般多由避免根切问题引出,这可能会给人造成一个先入为主的概念,似乎对齿轮采取变位修正,就是为了避免齿廓的根切。实际上各种机械中采用的齿轮齿数绝大多数均大于Zmin,因而一般并不存在根切问题。可是,在现代机械中,许多齿数大于Zmin的齿轮仍然进行变位修正。这是因为齿轮变位修正,不但可使齿数Z

斜齿圆柱传动章节的难点之一是,概念和公式比较多。要注意以直齿轮传动为基础,主要分析斜齿轮传动与直齿轮传动的区别,掌握斜齿轮传动的特点。而在讲述齿轮传动的特点时,又要注意以斜齿轮分度圆螺旋角这个主要参数来进行展开,是学生掌握本章的重点与关键所在。关于一对斜齿轮传动的正确啮合的条件,虽然比较简单,但是两轮螺旋角之间的关系必须搞明白,在设计时千万不能粗心大意。斜齿轮亦可以变位。

3.4第4讲(2学时)

1)教学内容

蜗杆传动的啮合特点及其主要参数;介绍圆锥齿轮传动,主要讲述圆锥齿轮传动的特点,圆锥齿轮的当量齿数,及直齿圆锥齿轮的基本参数和几何尺寸计算。

2)教学方法

随着科学技术的发展,目前蜗杆传动无论在传动类型,还是在主要参数的选择方面都有较大的发展和变化。由于学时所限,本章仍以介绍阿基米德蜗杆为主,但应适当介绍一些新型蜗杆传动和新的标准,更新知识内容。

在介绍蜗轮蜗杆的传动型式时,可以由交错角Σ=900的相错轴斜齿轮传动讲起,通过构件形状的演变而形成蜗杆传动,使学生看到事物之间的内在联系。若学时较紧,也可直接用一个蜗杆蜗轮的模型及相应的挂图,介绍蜗杆蜗轮副的组成,两者的交错角Σ,以及蜗轮螺旋角?2和蜗杆导程角γ1之间的几何关系。

关于蜗杆蜗轮副的正确啮合条件,则可通过蜗杆蜗轮传动的主平面来进行分析。在此平面上,蜗杆与蜗轮的啮合传动相当于齿条与齿轮的传动,因此,正确啮合的条件为:mt2=ma1=m和αt2=αa1=α。蜗轮相当于一个斜齿轮,故当蜗杆蜗轮副的交错角Σ=900时,由蜗杆与蜗轮的相对位置分析得知蜗杆导程角γ1与蜗轮螺旋角?2必须相等,且方向必须相同。至于蜗杆蜗轮的主要参数和几何尺寸计算,主要计算蜗杆的导程角γ1,蜗杆的分度圆直径d1,蜗杆的直径系数q和蜗杆的头数z1等参数。

在这里要特别指出,为了限制蜗轮滚刀的数量,国家标准规定,将分度圆直径d1标准化。因此由关系式:q=d1/m=z1/tgγ1可以看出,蜗杆直径系数q有其重要的物理意义。如当模数一定时,蜗杆直径系数q增大,则使蜗杆分度圆直径d1增大,从而可提高蜗杆的强度和刚度;而当蜗杆头数z1一定时,蜗杆直径系数q增大,又会使蜗杆导程角减小,从而使转动效率下降。因此在强度允许的条件下,蜗杆直径系数q不宜过大,常取q=8~16。关于蜗杆的头数z1的选取,为了增大传动比,z1应取得小一些;而当需要提高传动效率时,则应当将z1取得大一些。根据科技资料,z1的取值范围为1~10,推荐z1=1,2,4,6。在讲清了上述概念后,就不难写出蜗杆分度圆直径d1和中心距的计算公式。至于其他部分和几何尺寸计算公式可参照齿轮齿条的计算公式和其他有关资料进行计算,在课堂上不宜展开讲。

展示一对圆锥齿轮的传动模型,以说明圆锥齿轮传动是用来传递两相交轴之间的运动的。然后再用一个圆锥齿轮的模型,并启发学生对照模型思考一下:圆锥齿轮与前面所述的圆柱齿轮有什么异同?并对照圆柱齿轮给出圆锥齿轮的“齿顶圆锥”,“分度圆锥”,“齿根圆锥”,“齿顶角”,“齿根角”,“分度圆锥角”……等名词和参数。然后再提出,圆锥齿轮既然是锥体,就有大端和小端之分。那么,哪一端的参数为标准值呢?此时指出,为了计算和测量的方便,通常就取圆锥齿轮的大端参数为标准值。

至于圆锥齿轮传动的类型主要是按轮齿的形状来划分的,目前应用最为广泛的还是直齿圆锥齿轮,而曲齿圆锥齿轮主要用在高速重载的传动之中。接着介绍直齿圆锥齿轮齿廓的形成,背锥与当量齿数等概念,这是难点。这部分内容的教学方法可先观看电教片或CAI课件,使学生对于球面渐开线、背锥和当量齿轮等概念有一个大致的了解。然后利用模型和挂图作简明扼要的解释,并推导出当量齿数zv=z/cosδ的计算公式。讲到这里,应对当量齿轮与当量齿数的重要性加以强调,要着重指出:不仅圆锥齿轮的齿形可以近似地用其当量齿轮的齿形来表示,而且圆锥齿轮的啮合传动,也可以通过其当量齿轮的啮合传动来研究。正因为如此,我们对圆柱齿轮传动研究的一些结论,可以直接应用于圆锥齿轮。例如,根据一对圆柱齿轮的正确啮合条件可知,一对圆锥齿轮的正确啮合条件为两轮大端的模数和压力角应分别相等;一对圆锥齿轮的重合度可以按其当量齿数进行计算;为了避免轮齿的根切,圆锥齿轮的当量齿数zv应大于(至少等于)最少齿数zmin;等。最后介绍直齿圆锥齿轮的几何参数和尺寸的计算。这个问题可利用挂图进行几何分析,并着重说明以下几点:

①在圆锥齿轮中一个重要参数是分度圆锥角。它不仅影响锥齿轮的几何尺寸,而且关系到当量齿数的大小和两轮的传动比。在圆锥齿轮传动的设计中,经常根据传动比的要求来确定两轮分度圆锥角。

②由于齿顶高ha及齿根高hf不在大端面上,而是位于圆锥齿轮的背锥上,故圆锥齿轮的齿顶圆直径da=d+2hacosδ;齿根圆直径df=d-2hfcosδ。

第十章齿轮机构及其设计

第十章齿轮机构及其 设计 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

第十章齿轮机构及其设计 10-1 填空题 (1)渐开线齿廓的齿轮啮合的特点是 。 (2)影响渐开线直齿圆柱齿轮齿廓形状的参数有、、。 (3)决定单个渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的五个基本参数是,其中参数是标准值。 (4)一对外啮合渐开线直齿圆柱齿轮机构的正确啮合条件是和分别相等。(5)渐开线斜齿圆柱齿轮的标准参数在面上,在几何尺寸计算时应按面参数代入直齿轮的几何计算公式。 (6)用标准齿条型刀具加工标准齿轮时,其刀具的线与轮坯圆相切并作纯滚动。(7)斜齿圆柱齿轮的螺旋角对传动的主要影响有、、、,其常用的取值范围为。 (8)用标准齿条型刀具加工n=20°,h*an=1,=20°的标准斜齿轮时,其不根切的最少齿数是。 (9)一对渐开线直齿圆柱齿轮(=20°,h*a=1)啮合时,当安装的实际中心距a′大于标准中心距a时,啮合角′是变大还是变小;重合度是增大还是减小;传动比i又是如何变化的。 (10)一对正常齿制的渐开线标准直齿圆柱外啮合齿轮传动,其模数m=4mm,当两轮以标准中心距安装时,其顶隙为 mm,理论上侧隙为 mm;当中心距增大时,其顶隙变为mm,侧隙于零。 10-2 选择题 (1)渐开线直齿圆柱齿轮传动的可分性是指不受中心距变化的影响。 A.节圆半径; B.传动比; C.啮合角。 (2)模数m=2mm, 压力角=20°,齿数z=20,齿顶圆直径d a=,齿根圆直径d f=正常齿制的渐开线直齿圆柱齿轮是齿轮。 A.标准; B. 变位; C. A、B皆不是。

齿轮机构及其设计分析

(八)齿轮机构及其设计 1、本章的教学要求 1)了解齿轮机构的类型及应用。 2)了解齿廓啮合基本定律。 3)深入了解渐开线圆柱齿轮的啮合特性及渐开线齿轮的正确啮合条件、连续传动条件等。 4)熟悉渐开线齿轮各部分名称、基本参数及各部分几何尺寸的计算。 5)了解渐开线齿廓的展成切齿原理及根切现象;渐开线标准齿轮的最少齿数;及渐开线齿轮的变位修正和变位齿轮传动的概念。 6)了解斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成、啮合特点,并能计算标准斜齿圆柱齿轮的几何尺寸。 7)了解标准支持圆锥齿轮的传动特点及其基本尺寸的计算。 8)对蜗轮蜗杆的传动特点有所了解。 2、本章讲授的重点 本章讲授的重点是渐开线直齿圆柱齿轮外啮合传动的基本理论和设计计算。对于其他类型的齿轮及其啮合传动,除介绍它们与直齿圆柱齿轮啮合传动的共同特点外,则着重介绍他们的特殊点。 3、本章的教案安排 本章讲授12-14学时,安排了六个教案,习题课穿插在课堂教学中进行,其中教案JY8-5(2)可根据学时及专业的不同选讲。此外本章有两个实验:齿轮范成实验和齿轮基本参数测绘。 [教案JY8-1(2) ] 1)教学内容和教学方法 本讲的教学内容有:齿轮机构的类型及应用;齿轮的齿廓曲线;渐开线的形成及其特性。 1、齿轮机构的应用及分类 齿轮机构是在各种机构中应用最广泛的一种传动机构。它可用来传递空间任意两轴间的运动和动力,并具有功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、工作安全可靠等特点。齿轮机构的应用既广,类型也多。根据空间两轴间相对位置的不同,齿轮机构的基本类型如下:(1)用于平行轴间传动的齿轮机构 外啮合齿轮传动,两轮转向相反; 内啮合齿轮传动,两轮转向相同。 齿轮与齿条传动。 斜齿轮传动。 人字齿轮传动。 (2)用于相交轴传动的齿轮机构 直齿圆锥齿轮传动。 曲线圆锥齿轮(又称弧齿圆锥齿轮)能够适应高速重载的要求,故目前也得到了广泛的应用。 (3)用于交错轴间传动的齿轮机构 交错轴斜齿轮传动。 蜗杆传动。 准双曲面齿轮传动。

第10章 齿轮机构及其设计(有答案)

1. 图 示 为一渐开线 齿 廓 与一直 线 齿 廓 相啮合 的 直 齿 圆 柱 齿 轮 传 动。 渐 开 线 的 基 圆 半 径 为rb1, 直 线 的 相 切 圆 半 径 为r2, 求 当 直 线 齿 廓 处 于 与 连 心 线 成β 角 时, 两 轮 的 传 动 比 i 121 2= ωω为 多 少? 已 知rb1=40 mm ,β=30?,O1O2=100 mm 。 并 问 该 两 轮 是 否 作 定 传 动 比 传动, 为 什 么? 如 图 示。 根 据 齿 廓 啮 合 基 本 定 理, 在 图 示 位 置 时, 过 两 齿 廓 接 触 点 作 公 法 线, 与 中 心 联 线 交 于P 点, 且 与 基 圆 切 于N 点。 两 轮 的 传 动 比 应 为 i O P O P 121221= =ωω = O O r r b b 1211 6060-??/sin /sin = 100400866 400866 -/./. =5381146189 1165...= 该 对 齿 廓 不 能 保 证 定 传 动 比。 因 为 一 对 齿 廓 在 啮 合 的 任 意 瞬 时, 其 接 触 点 的 公 法 线 不 能 交 连 心 线 于 一 定 点。

2.已知一条渐开线,其基圆半径为r b =50mm ,画 出K 点 处 渐 开 线 的 法 线并试求该渐开线在向径r k =65mm 的点k 处的曲率半径k ρ、压力角k α及展角k θ。 解: ∵ K b K r r αcos = ∴ K b K r r arccos =α 715.3965 50 arccos == K K K ααθ-=tan 518)(1375.0180 715.39715.39tan ' ==-= rad π 另外,22 b K K r r -=ρ )(533.415065 22mm =-= 3.图示的渐开线直齿圆柱标准齿轮,18=z ,m =10mm,?=20α,现将一圆棒放在齿槽中时, 圆棒与两齿廓渐开线刚好切于分度圆上 ,求圆棒的半径R 。

齿轮机构与其设计(全部习题参考答案)

第5章 齿轮机构及其设计 5.1 已知一对外啮合正常齿标准直齿圆柱齿轮123, 1941m mm z ===,z ,试计算这对齿轮的分度圆直径、齿顶高、齿根高、顶隙、中心距、齿顶圆直径、齿根圆直径,基圆直径、齿距、齿厚和齿槽宽。 解: ()1212121219357,413123133,1.253 3.753.7530.75,0.55712390572363, 12323129572 3.7549.5,1232 3.75115.557cos2053.563,123cos20a f a a f f b b d mm d mm h mm h mm c mm a mm d mm d mm d mm d mm d mm d =?==?==?==?====?+==+?==+?==?==?==??==??=---115.58339.425mm p ==mm π 5.2 已知一正常齿标准直齿圆柱齿轮20,540m mm z α=?==,,试分别求出分度圆、基圆、齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径和压力角。 解:分度圆上:0.554010020 sin 100sin 2034.20r mm r mm αρα=??====?= 基圆上: 100c o s 2093.97 00 b b b r r c o s m m ααρ=?=??==? = 齿顶圆上:1 1005105cos (/ )26.5 sin 105sin26.546.85a a b a a a a r mm r r r mm αρα-=+=====?= 5.4 在某项技术革新中,需要采用一对齿轮传动,其中心距144a mm =,传动比2i =。现在库 房中存有四种现成的齿轮,已知它们都是国产的正常齿渐开线标准齿轮,压力角都是20°,这四种齿轮的齿数z 和齿顶圆直径a d 分别为: 1a12a23a34a424,=104mm;47,196mm; 48,250mm; 48,200mm. z d z d z d z d ======= 试分析能否从这四种齿轮中选出符合要求的一对齿轮来。 解:根据传动比要求,显然齿轮2不合适。又

合肥工业大学05 齿轮机构及其设计答案共7页文档

齿轮机构及其设计 1、设有一渐开线标准齿轮z =20,m =8mm,α=20o,* a h =1,试求:1)其齿廓曲线在分度圆及齿顶圆上的曲率半径ρ、a ρ 及齿顶圆压力角a α;2)齿顶圆齿厚a s 及基圆齿厚 b s ;3)若齿顶变尖(a s =0)时,齿顶圆半径a r '又应为多少? 解1)求ρ、a ρ、a α 2)求 a s 、b s 3)求当a s =0时a r ' 由渐开线函数表查得:5.2835'?='a a 2、试问渐开线标准齿轮的齿根圆与基圆重合时,其齿数z '应为多少,又当齿数大于以上求得的齿数时,基圆与齿根圆哪个大? 解 由b f d d ≥有 当齿根圆与基圆重合时,45.41='z 当42≥z 时,根圆大于基圆。 3、一个标准直齿圆柱齿轮的模数m =5mm ,压力角α=20o,齿数z =18。 如图所示,设将直径相同的两圆棒分别放在该轮直径方向相对的齿槽中,圆棒与两侧齿廓正好切于分度圆上,试求1)圆棒的半径p r ;2)两圆棒外顶点之间的距离(即棒跨距)l 。 解:)(22 /2/2 1rad z mz m KOP π π=?=∠ 4、有一对渐开线标准直齿圆柱齿轮啮合,已知=1z 19,=2z 42,=m =5mm 。 1)试求当='α20°时,这对齿轮的实际啮合线B 1B 2的长、作用弧、作用角及重合度;2)绘出一对齿和两对齿的啮合区图(选适当的长度比例尺仿课本上图5-19作图,不用画出啮合齿廓),并按图上尺寸计算重合度。 解:1)求21B B 及a ε

2)如图示 5、已知一对外啮合变位齿轮传动,21z z ==12,m =10mm,α=20○, *a h =1,a '=130mm,试设计这对齿轮传动,并验算重合度及齿顶厚(a s 应大于0.25m ,取21x x =)。 解 1)确定传动类型 故此传动应为 正 传动。 2)确定两轮变位系数 取294.017/)1217(1/)(6245.0min min * min 21=-?=-=≥===z z z h x x x x a 1) 计算几何尺寸

第十章齿轮机构及其设计(精)

第十章 齿轮机构及其设计 1. 一对渐开线齿廓如图所示,两渐开线齿廓啮合于K 点,试求: (1) 当绕点2O 转动的齿廓为主动及啮合线如图中12N N 时,确定两齿廓的转动方向; (2) 用作图法标出渐开线齿廓1G 上与点2a ,2b 相啮合的点1a ,1b ; (3) 用阴影线标出两条渐开线齿廓的齿廓工作段; (4) 齿廓1G 上1Kb 段与齿廓2G 上2Kb 段相比较,哪一个较短,这说明什么问题; (5) 在图上标出这对渐开线的节圆和啮合角α'。 O 1 O 2 N 1 N 2 K P G 1 G 2 a 2 b 2 题1图 2 有一个渐开线直齿圆柱齿轮如图所示,用卡尺测量出三个齿和两个齿的反向渐开线之间的法向齿距(即公法线长度)分别为3W =61.84mm 和2W =37.56mm ,齿顶圆直径a d =208mm ,齿根圆直径f d =172mm ,数得其齿数z =24,试求: (1) 该齿轮的模数m ,分度圆压力角α、齿顶高系数* αh 和顶隙系数*C ; (2) 该齿轮的基圆齿距b P 和基圆齿厚b s 。

题2图 3 已知一对渐开线外啮合标准直齿圆柱齿轮机构, α=20°,* αh =1,m =4mm ,1z =18,2z =41。试求: (1) 标准安装时的重合度αε; (2) 用作图法画出理论啮合线21N N ,在其上标出实际啮合线段21B B ,并标出单齿啮合区和双齿啮合区,以及节点P 的位置。 题3解图 4 测量齿轮的公法线长度是检验齿轮精度的常用方法之一,试用图证明渐开线齿轮公法线长度W 和卡尺跨的齿数k 的计算公式:

[]α π ααππαπαtg 2)tg tg ()5.0(sin 2zinv )5.0(cos x z z k a xm a k m W x --++=++-= 式中z 为被测齿轮的齿数,k 为卡尺跨的齿数,目的是为了卡尺必须卡在渐开线齿廓上。 题4图 5 某牛头刨床中,有一对渐开线外啮合标准齿轮传动,已知1z =17,2z =118,m =5mm ,* αh =1, α'=337.5mm 。检修时发现小齿轮严重磨损,必须报废。大齿轮磨损较轻,沿分度圆齿厚共 需磨0.75mm ,可获得光滑的新齿面,拟将大齿轮修理后使用,仍用原来的箱体,试设计这对齿轮。 6 一对渐开线标准平行轴外啮合斜齿圆柱齿轮机构,其齿数1z =23,2z =53,n m =6mm , n α=20°,*an h =1,*n c =0.25,a =236mm ,B =25mm ,试求: (1) 分度圆螺旋角β; (2) 当量齿数1v z 和2v z ; (3) 重合度r ε。

第十章 齿轮机构及其设计要点

第十章齿轮机构及其设计 1 一个齿轮不同圆上的压力角和模数是否相同?是否都是标准值? 2 为什么模数值要标准化? 3 标准为什么规定压力角为20°? 4 如果齿轮的五个基本参数中,除模数以外其余四个基本参数都相同,齿轮的几何尺寸有何不同? 5 确定蜗杆头数和蜗轮的齿数要考虑哪些问题? 6 何谓蜗杆蜗轮机构的中间平面?在中间平面内,蜗杆蜗轮传动相当于什么传动? 7 确定蜗杆直径系数的目的是什么?的大小对蜗杆蜗轮机构有什么影响?它与蜗杆分度圆直径是什么关系? 8 何谓圆锥齿轮的背锥和当量齿轮?引入背锥和当量齿轮的目的是什么?当量齿数如何计算? 9 在直齿圆锥齿轮中何处为标准值? 10 渐开线标准齿轮是指m、α、*a h、*c均为标准值,且分度圆齿厚齿槽宽的齿轮。 11 渐开线直齿圆柱齿轮与齿条啮合时,其啮合角恒等于齿轮上的压力角。 12 用标准齿条型刀具加工标准齿轮时,刀具的线与轮坯的圆之间作纯滚动。 13 一对渐开线圆柱齿轮传动,其圆总是相切并作纯滚动,而两轮的中心距不一定等于两轮的圆半径之和。 14 一对渐开线标准直齿圆柱齿轮按标准中心距安装时,两轮的节圆分别与其圆重合。 15 用同一把刀具加工m、z、α均相同的标准齿轮和变位齿轮,它们的分度圆、基因和齿距均。 16 正变位齿轮与标准齿轮比较其齿顶高,齿根高。 17 要求一对外啮合渐开线直齿圆柱齿轮传动的中心距略小于标准中心距,并保持无侧隙啮合,此时应采用传动。 18 斜齿圆柱齿轮的齿顶高和齿根高,无论从法面或端面来看都是的。 19一对外啮合斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件为。 20 蜗杆的标准模数和标准压力角在面,蜗轮的标准模数和标准压力角在面。 21 直齿锥齿轮的几何尺寸通常都以作为基准。 22 渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是: 。 23 一对直齿圆锥齿轮传动的正确啮合条件是。 24蜗杆蜗轮传动的正确啮合条件是。 25标准渐开线直齿圆锥齿轮的标准模数和压力角定义在端。 26一对渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动时,两轮的圆总是相切并相互作纯滚动的,而两轮的中心距不一定总等于两轮的圆半径之和。 27 共轭齿廓是指一对的齿廓。 28 用齿条刀具加工标准齿轮时,齿轮分度圆与齿条中线,加工变位齿轮时,中线与分度圆。被加工的齿轮与吃条刀具相"啮合"时,齿轮节圆与分度圆。 29 有两个模数、压力角、齿顶高系数及齿数相等的直齿圆柱齿轮,一个为标准齿轮1,另一个为正变位齿轮2,试比较这两个齿轮的下列尺寸,哪一个较大、较小或相等:d b1d b2; d a1d a2;d1d2;d f1d f2;s a1s a2;s1s2。 30标准齿轮除模数和压力角为标准值外,还应当满足的条件是。 31斜齿轮在上具有标准模数和标准压力角。

平面齿轮机构设计(甲类精制)

平面齿轮机构设计 一、特点: 1)功率和速度范围↑。 2)η↑。 3)寿命长。 4)保证精确角速比,传动比i。 5)制造设备要求↑(专门机构,刀具),成本↑,装配要求↑。 二、分类 1、按两齿轮轴相对位置分:平行,相交,交叉。平行(外啮合,内啮合):直齿,斜齿,人字齿,图8-1(a,b,c);相交:直齿圆锥,斜齿圆锥,曲齿圆锥,图8-4(a,b,c);交错:螺旋(图8-5),蜗轮蜗杆(图8-7),双曲线体(图8-6)。 2、按两齿轮相对运动:a).平面运动机构(平行轴);b).空间运动机构(其他:相交,交叉)。 3、按齿廓曲线分:渐开线,摆线,圆弧。 §7-2 齿廓啮合基本定理与渐开线齿廓(图8-8) 一、齿廓啮合基本定理(齿廓曲线与齿轮传动比关系) 一对齿轮啮合传动是靠主动轮的齿廓推动从动轮的齿廓来实现的,所以

当主动轮按一定角速度转动时,从动轮转动角速度显然与两轮齿廓的形状有关,也就是说:两齿轮传动时,其传动比变化规律与两轮齿廓曲线有关。 两轮角速比称传动比:i=ω1/ω2=常数。 如图:为一对互相啮合的齿轮: 主动轮1,ω1方向 从动轮2,ω2 方向 两轮齿齿廓C1,C2在K点接触,两轮在K点的线速度分别为V k1,V k2,过点k作两齿廓公法线n-n,要一对齿廓能连续地接触传动,它们沿接触点的公法线方向是不能有相对运动的。否则,两齿廓将不是彼此分离就是互相嵌入,因而不能达到正常传动目的。这就是说,要使两齿廓能够接触传动,则V k1和V k2在公法线n-n方向的分速度应相等,所以两齿廓接触点间的相对速度V k2k1只能沿两齿廓接触点的公切线方向,设以η表示两齿廓在接触点的公法矢量,则有:V k2k1 xη=0。 这就是齿廓的啮合基本要求,上式为齿廓啮合基本方程式,由于V k1和V k2在公法线方向分速度应相等。 故:

齿轮机构及其设计练习题

第十章齿轮机构及其设计 一、填空题 1.一对渐开线齿廓啮合传动时,它们的接触点在____________线上,它的理论啮合线长度为____________。 2.渐开线齿廓上任一点的压力角是指___________,渐开线齿廓上任一点的法线与_________相切。 3.齿轮分度圆是指______________的圆,节圆是指___________的圆。 4.当采用_______________法切制渐开线齿轮齿廓时,可能会产生跟切。 5.一对渐开线斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件是___________,___________, ________________。 6.一个锥顶角δ=25°,z=16的直齿圆锥齿轮,它的当量齿数z=____________(写出公式v和结果)。 7.一对渐开线直齿圆柱齿轮的重叠系数ε与齿轮的有关,而与齿轮的 __________无关。 8.一对渐开线直齿圆锥齿轮的正确啮合条件是、。 9.釆用法切制渐开线齿廓时发生根切的原因是。 10.渐开线齿廓能保证以定传动比传动,其传动比不仅与半径成反比,也与其 半径成反比,还与其半径成反比。 11.一对渐开线齿轮正确啮合的条件是相等,亦即两齿轮的 和分别相等。 12.一对蜗杆蜗轮正确啮合条件是。 13.一对斜齿圆柱齿轮传动的重合度由、两部分组成。 14.渐开线上各处的压力角等。 15.生产上对齿轮传动的基本要求是。 16.渐开线上任一点的法线与基圆,渐开线上各点的曲率半径是 的。 17.按标准中心距安装的渐开线直齿圆柱标准齿轮,节圆与重合,啮合角在数值上等于上的压力角。 18.渐开线斜齿圆柱齿轮的标准参数在面上;在尺寸计算时应按 面参数代入直齿轮的计算公式。 19.基本参数相同的正变位齿轮与标准齿轮比较,其分度圆齿厚,齿槽宽,齿顶高,齿根高。

齿轮机构及其设计

第十章 齿轮机构及其设计 本章学习任务:齿廓啮合定律,渐开线齿形,渐开线圆柱齿轮各部分名称和尺寸,渐开线直齿圆柱齿轮机构的啮合传动,其他齿轮机构的啮合特点。 驱动项目的任务安排:完善项目中齿轮机构的详细设计。 10.4 其他齿轮机构的啮合特点 10.4.1平行轴斜齿圆柱齿轮机构 1.齿面的形成及啮合特点 图10-26 渐开螺旋面的形式 图10-27 一对斜齿轮的啮合情况 图10-28 斜齿轮齿面接触线 如图10-26所示,当发生面S 在基圆柱上相切并作纯滚动时,发生面上一条与基圆柱母线成角的直线KK 在空间所展开的轨迹为斜齿轮的齿廓曲面。从端面上看(垂直于轴线的b β平面)各点的轨迹均为渐开线,只是各渐开线的起点不同而已。由于斜线KK 在其上各点依次和基圆柱相切,因此各切点在基圆柱上形成螺旋线,线上各点为渐开线的起始点,00k k 00k k 它们在空间展开的曲面为渐开螺旋面。角称为基圆柱上的螺旋角。 b β一对平行轴斜齿轮啮合传动时,可以看成发生面(啮合面) 分别与两个基圆圆柱相切并作纯滚动,发生面上的斜线KK 分别在两基圆柱上形成螺旋角相同,方向相反的渐开螺旋面,

如图10-27所示。这对齿轮的瞬时接触线即为KK 线,即一对斜齿轮啮合时其接触线为一斜直线。由于一对斜齿轮的轮齿是反向倾斜的(一个左旋,另一个右旋),因此啮合时,是由前端面进入啮合,由后端面退出啮合,其接触线由短变长,再由长变短变化,图10-28为齿轮啮合时从动轮上接触线的情况,这种接触方式使齿轮传动的冲击与振动减小,传动较平稳,故斜齿轮传动适用于高速传动。 从端面上看,斜齿圆柱齿轮传动与直齿圆柱齿轮传动相同,啮合线为两基圆内公切线,所以斜齿轮传动能保证准确的传动比。传动过程中,具有啮合角不变及中心距可分性等特点。 2.标准参数及基本尺寸 (1)标准参数 由于斜齿轮的轮齿倾斜了角,切制斜齿轮时,刀具沿着螺旋线方向b β进刀,此时轮齿的法面参数与刀具的参数一样。因此斜齿轮的标准参数为法面参数,即法面 模数,法面压力角,法面齿顶高系数,法面顶隙系数为标准值。 n m n α*an h *n c (2)分度圆柱螺旋角及基圆柱螺旋角 与直齿圆柱齿轮一样,斜齿轮的基本尺寸是以其分度圆为基准圆来计算的。斜齿轮分度圆柱上的螺旋线的切线与其轴线所夹之锐角称为分度圆柱螺旋角(简称螺旋角)用表示。与间的关系如图10-29所示,可得: ββb β (10-21) tan tan cos b t ββα= (a ) (b ) 图10-29 斜齿轮的螺旋角 图10-30 斜齿轮的端面压力角与法面压力角 式中,,,其中L 为螺旋线的导程,对同一个斜齿轮而言,任一圆 tan d L πβ=tan b b d L πβ=柱面上螺旋线的导程应相同。 斜齿轮的螺旋角是重要的基本参数之一,由于斜齿轮的轮齿倾斜了角,使斜齿轮ββ传动时产生轴向力,越大,轴向力越大。 β(3)法面参数和端面参数 从斜齿轮的端面来看,斜齿轮形状与直齿轮相同,因此可按端面参数用直齿轮的计算公式进行斜齿轮基本尺寸的计算。而法面参数为标准值,故需建立法面参数与端面参数之间的关系。 1)模数 如图10-29(b )所示,、分别为斜齿轮法面和端面的齿距。它们之间的n p t p 关系为 cos n i p p β=由于,因此就求得 n n p m π=t t p m π= (10-22) cos n t m m β=

第十章 齿轮机构及其设计讲解

第十章齿轮机构及其设计 1.本章的教学目的及教学要求 了解齿轮机构的类型和应用;了解齿廓啮合基本定律及有关共轭齿廓的基本知识; 了解渐开线性质,掌握渐开线直齿圆柱齿轮的啮合特点及渐开线齿轮传动的正确啮合条件、连续传动条件等;熟记渐开线齿轮各部分的名称、基本参数及各部分几何尺寸的计算;了解渐开线齿廓的范成法切削原理及根切成因;渐开线标准齿轮的最少齿数;了解渐开线齿轮的变位修正和变位齿轮传动的概念;熟悉斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成,啮合特点,并能计算标准斜齿圆柱齿轮的几何尺寸;了解直齿圆锥齿轮的传动特点及其基本尺寸的计算;对蜗杆蜗轮的传动特点有所了解。 2.本章教学内容的重点及难点 渐开线直齿圆柱齿轮外啮合传动的基本理论和几何设计计算;对于其它类型的齿轮机构,着重介绍它们的特殊点。 3.本章教学工作的组织及学时分配 本章的理论教学时数为12学时,实验2学时。 3.1第1讲(2学时) 1)教学内容 齿轮机构的类型和应用;齿轮的齿廓曲线;渐开线的形成及特性。 2)教学方法 首先介绍齿轮机构的类型和应用。这部分的内容可以利用各种类型齿轮机构的模型、CAI课件或现场教学等联系实际进行介绍,强调齿轮机构的类型虽然很多,但直齿圆柱齿轮机构是最简单,最基本,也是应用最广泛的一种。为什么齿轮机构的应用会如此广泛,而类型又如此之多呢?主要由于齿轮机构有许多独特的优点,如结构紧凑,传动平稳可靠,传递功率大,机械效率高等。最好联系当代工程成就,介绍齿轮机构所达到的新水准,这样更能激发学生对本部分内容的极大兴趣。 讲授齿轮的齿廓曲线时,应指出,齿轮传动中最重要的部位是轮齿廓线.因为一对齿轮是依靠主动轮的齿廓推动从动轮的齿廓来实现传动的。共轭齿廓就是能实现预定传动比的一对齿廓。这里可以提出一个问题,即齿轮的齿廓曲线与一对齿轮的传动比有什么关系?通过一对齿轮的运动分析,我们可以证明:互相啮合传动的一对齿轮,在任一位置时的传动比,都与其连心线被其啮合齿廓在接触点处的公法线所分成的两段线段的长度成反比,这一规律即齿廓啮合基本定律。根据该定律,可以得出结论:要使两齿轮作定传动比传动,首先其齿廓曲线必须满足下述条件:即不论两齿廓在何位置接触,过接触点所作的齿廓公法线必须与两齿轮的连心线相交于一固定点。该结论十分重要,因为工程中使用的齿轮传动,绝大多数是定传动比传动;而且,实现定传动比的一对共轭齿廓就是根据这个结论作出来的。 根据齿廓啮合基本定理,只要给出一条齿廓曲线,就可以求出与之共轭的另一条齿廓曲线。因此,理论上讲,可以作为共轭曲线的齿廓是很多的。但在生产实践中,考虑设计、制造、安装和使用等方面的局限,对于定传动比齿轮,其齿廓曲线目前只采用渐开线、摆线、变态曲线、圆弧线和抛物线等几种。就动力传动齿轮而言,目前绝大部分的齿轮仍然采用渐开线作为齿廓曲线。这是由于渐开线齿廓具有许多独

变位齿轮设计

齿轮机构及其设计 > 变位齿轮 变位齿轮的意义 (1)避免根切现象.切削z

(2)刀具的分度线(中线)与被加工齿轮分度圆相切位置远离轮坯中心一段径向距离xm(m为模数,x 为径向变位系数,简称变位系数)。这样加工出来的齿轮成为正变位齿轮。xm>0,x>0。 (3)刀具的分度线靠近轮坯中心移动一段径向距离xm,刀具分度线与轮坯分度圆相割。这样加工出来的齿轮称为负变位齿轮。xm<0,x<0。 变位齿轮的基本参数和几何尺寸 基本参数:比标准齿轮多了一个变位系数x 几何尺寸(与相同参数的标准齿轮

的尺寸比较): 正变位负变位 分度圆直 不变不变 径 基圆直径不变不变 齿顶圆直 变大变小 径 齿根圆直 变大变小 径 分度圆齿 不变不变 距 分度圆齿 变大变小 厚 分度圆齿 变小变大 槽宽 顶圆齿厚变小变大 根圆齿厚变大变小 无侧隙啮合方程 变位齿轮传动的中心距与啮合角 符合无侧隙啮合要求的变位齿轮传动的中心距a'是这样确定的:

(1)首先由无侧隙啮合方程求得啮合角α': (2)再由求得中心距a' 此中心距a'与标准中心距a之间的差值用ym表示(y称为中心距变动系 数): 则 可推导得: 可见:当x1+x2=0 时, α'=α,a'=a 当x1+x2>0 时, α'>α,a'>a 当xx1+x2<0 时, α'<α,a'0时,如果保证无侧隙安装,而且还要满足隙, 则两轮的齿顶高应各减小。称为齿顶高降低系数,其值为: 这时,齿轮的齿顶高为:

第十章 齿轮机构及其设计

第十章齿轮机构及其设计 10-1 填空题 (1)渐开线齿廓的齿轮啮合的特点是 。 (2)影响渐开线直齿圆柱齿轮齿廓形状的参数有、、。 (3)决定单个渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的五个基本参数是,其中参数是标准值。 (4)一对外啮合渐开线直齿圆柱齿轮机构的正确啮合条件是和分别相等。(5)渐开线斜齿圆柱齿轮的标准参数在面上,在几何尺寸计算时应按面参数代入直齿轮的几何计算公式。 (6)用标准齿条型刀具加工标准齿轮时,其刀具的线与轮坯圆相切并作纯滚动。 (7)斜齿圆柱齿轮的螺旋角对传动的主要影响有、、、 ,其常用的取值范围为。 (8)用标准齿条型刀具加工n=20°,h*an=1,=20°的标准斜齿轮时,其不根切的最少齿数是。(9)一对渐开线直齿圆柱齿轮(=20°,h*a=1)啮合时,当安装的实际中心距a′大于标准中心距a时,啮合角′是变大还是变小;重合度是增大还是减小;传动比i又是如何变化的。(10)一对正常齿制的渐开线标准直齿圆柱外啮合齿轮传动,其模数m=4mm,当两轮以标准中心距安装时,其顶隙为 mm,理论上侧隙为 mm;当中心距增大时,其顶隙变为 mm,侧隙于零。 10-2 选择题 (1)渐开线直齿圆柱齿轮传动的可分性是指不受中心距变化的影响。 A.节圆半径; B.传动比; C.啮合角。 (2)模数m=2mm, 压力角=20°,齿数z=20,齿顶圆直径d a=,齿根圆直径d f=正常齿制的渐开线直齿圆柱齿轮是齿轮。 A.标准; B. 变位; C. A、B皆不是。 (5)齿轮经过正变位修正后,其分度圆与标准齿轮的分度圆相比,是。 A.相同; B.减小; C.增大。 (6)等移距(高度)变位齿轮传动的中心距和啮合角必分别标准中心距和标准压力角。

第十章 齿轮机构及其设计

第十章齿轮机构及其设计 1.填空题: (1)采用法切制渐开线齿廓时发生根切的原因是。 (2)渐开线齿廓这所以能保证一定传动比传动,其传动比不仅与半径成反比,也与其半径成反比,还与半径成反比。 (3)一对渐开线齿廓啮合传动时,它们的接触点在线上,它的理论啮合线长度为。 (4)生产上对齿轮传动的基本要求是。 (5)一对渐开线直齿圆柱齿轮啮合时,最多只有对轮齿在同时啮合。当安装时的实际中心距大于标准中心距时,啮合角变,重合度变,传动比。 (6)用同一把刀具加工模数、齿数和压力角均相同的标准齿轮和变位齿轮,它们的分度圆、基圆、齿距均。 (7)一对斜齿圆柱齿轮传动的重合度由和两部分组成。 (8)若重合度 =1.6,则表示实际啮合线上有长度属于双啮啮合区。 (9)直齿圆锥齿轮的背锥是与相切的圆锥,把背锥展开补齐的齿轮称为,其齿数称为,它有以下用途、和。 (10)渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是。 (11)一对渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动时,两轮的圆总是相切并相互作纯滚动的,而两轮的中心距不一定总等于两轮的圆半径之和。 (12)共轭齿廓是指一对的齿廓。 (13)标准齿轮除模数和压力角为标准直外,还应当满足的条件是。 (14)用齿条刀具加工标准齿轮时,齿轮分度圆与齿条刀具中线,加工变位齿轮时,中线与分度圆。被加工齿轮与齿条刀具相“啮合”时,齿轮节圆与分度圆 . (15)有两个模数,压力角,齿顶高系数及齿数相等的直齿圆柱齿轮,一个为标准齿轮1,另一个为正变位齿轮2,试比较这两个齿轮的下列尺寸,何者较大,较小或相等: d b1 d b2;d a1 d a2;d1 d2;d f1 d f2;s a1 s a2;s1 s2。 (16)一对渐开线齿廓啮合时,啮合点处两者的压力角,而在节点啮合时则。 A.一定相等 B.一定不相等 C.一般不相等(17)渐开线齿轮齿条啮合时,其齿条相对齿轮作远离圆心的平移时,其啮合角。 A. 加大 B. 不变 C.减小 (18)斜齿轮在上具有标准模数和标准压力角。 (19)一对渐开线斜齿圆柱齿轮在啮合传动过程中,一对齿廓上的接触线长度是变化的。 A. 由小到大逐渐 B. 由大到小逐渐 C.由小到大再到小逐渐 D. 始终保持定值 (20)一对直齿圆锥齿轮的正确啮合条件是。 (21)标准渐开线直齿圆锥齿轮的标准模数和压力角定义在端。 (22)若两轴夹角为90°的渐开线直齿圆锥齿轮的齿数为Z1=25,Z2=40,这两轮的分度圆锥角分别为δ1=和δ2=。 (23)一对直齿圆锥齿轮传动时的分度圆锥角应根据和来决定。

第10章齿轮机构及其设计

第10章 齿轮机构及其设计 题10-1在图中,已知基圆半径b 50mm r =,求: 1)当k 65mm r =时渐开线的压力角k α、展角k θ和曲率半径k ρ。 2)当k 5? =θ时,渐开线的压力角k α及向径k r 。 注:渐开线函数k inv (rad)α表(摘录) 题10-2一对渐开线标准外啮合圆柱齿轮传动的模数5mm m =、压力角20? α=、中心距350mm a =、传动比5/912=i 。试求两轮的齿数、分度圆直径、齿顶圆直径、基圆直径以及分度圆上的齿厚和齿槽宽。 解: 1 )齿轮齿数的求解: 2)齿轮几何参数的求解: 题10-1图

题10-3试问当渐开线标准齿轮的齿根圆与基圆重合时,其齿数应为多少?当齿数大于以上求得的齿数时,试问基圆与齿根圆哪个大? 解: 由渐开线标准齿轮的几何尺寸计算公式可知: 渐开线标准齿轮的基圆直径为: 渐开线标准齿轮的齿根圆直径为: 当渐开线标准齿轮的齿根圆基圆重合时,其齿数应为 当齿数大于以上求得的齿数时,齿轮基圆与齿根圆的关系: 思考:齿轮的齿根圆与基圆有何不同?在齿数、模数一定的情况下,齿根圆和基圆的大小与哪些参数有关? 题10-4已知一对渐开线标准外啮合直齿圆柱齿轮传动的 119 z=, 242 z=,20? = α,5mm m=,试求其重合度 α ε。问当有一对齿轮在节点P处啮合时,是否还有其他轮齿也处于啮合状态;当一对轮齿在B1点啮合时,情况又如何。 解: 1)齿轮传动的重合度: 题10-4图

2)当有一对齿轮分别在节点P 和B 1处啮合时,其他轮齿的啮合状态: 题10-5一对外啮合齿轮的齿数130z =、240z =,模数20mm m =,压力角20? α=, 齿顶高系数*a 1h =。试求其中心距725mm a '=时,两轮的啮合角α';当2230? ''α=时, 求其中心距a '。 解: 题10-6有一渐开线标准齿轮20Z =,8mm m =,20? α=,*a 1h =,试求: 1)其齿廓曲线在分度圆及齿顶圆上的曲率半径ρ、a ρ及齿顶圆压力角a α; 2)齿顶圆齿厚a s 及基圆齿厚b s ; 3)若齿顶变尖(a '0s =)时,齿顶圆半径a 'r 又应为多少?并完成图示各尺寸的标注。 解: 1)求ρ、a α和a ρ 2)求a s 和b s 3)求当a '0s =时a 'r

齿轮机构及其设计-作业题

第十章 齿轮机构及其设计 本章学习任务:齿廓啮合定律,渐开线齿形,渐开线圆柱齿轮各部分名称和尺寸,渐开线直齿圆柱齿轮机构的啮合传动,其他齿轮机构的啮合特点。 驱动项目的任务安排:完善项目中齿轮机构的详细设计。 思考题 10-1 什么叫齿廓啮合基本定律?什么叫共轭齿廓?满足齿廓啮合基本定律的一对齿廓其传动比是否为定值? 10-2 一对渐开线齿轮传动能满足齿廓啮合基本定律吗?为什么? 10-3 试比较同一基圆上所生成的两条反向渐开线上和的长 11a b 22a b 度(用渐开线的性质说明)。 10-4 有两个标准齿轮,其模数、齿数、压力角分别是, 122z =mm ,,,mm ,,试分析它们的渐1 3.5m =120α= 211z =27m =220α= 开线形状是否相同? 10-5 什么叫分度圆?什么叫节圆?它们之间有什么关系? 10-6 什么叫啮合角?啮合角与分度圆的压力角及节圆压力角有什么 关系? 10-7 什么叫标准齿轮?什么叫变位齿轮?参数相同的标准 齿轮与变位齿轮有什么关系? 10-8 标准齿轮的齿根圆一定大于其基圆吗? 10-9 满足正确啮合条件的一对直齿圆柱齿轮一定能保证连续传动条件吗? 10-10 试述齿轮齿条传动与外啮合齿轮传动相比有何特点? 10-11 变位齿轮传动类型是如何分类的?它们各有何特点? 10-12 平行轴斜齿圆柱齿轮传动与直齿圆柱齿轮传动比较有何特点? 10-13 什么叫标准中心距?什么叫安装中心距(实际中心距)它们之间有什么关系? 10-14 试述直齿圆柱齿轮,平行轴斜齿圆柱齿轮,直齿锥齿轮,蜗杆传动的标准参数及正确啮合条件。 习题 10-1 齿轮传动要均匀、连续、平稳地进行必须满足哪些条件? 10-2 具有标准中心距的标准齿轮传动具有哪些特点? 10-3 何谓重合度?合度的大小与齿数、模数、压力角。、齿顶高系数、顶隙系数及中心距 z m αa h *a c *之间有何关系? a 10-4 齿轮齿条啮合传动有何特点? 10-5 节圆与分度圆、啮合角与压力角有什么区别?

机械原理第十章 齿轮机构及其设计

第十章 齿轮机构及其设计 题10-1 如图所示为齿条与齿轮啮合,设已知齿条的齿廓C 1为直线,试用作图法求出齿轮上与其共轭的齿廓曲线C 2。 解:1、先求出齿廓C 2上与直线齿廓C 1的B 1点相共轭的B 2(图中己作出),其作图步骤是: 1) 过B 1点作齿廓C 1的法线B 1B 2′与节线j 1交于B 1′; 2) 在节圆j 2上取点B 2′,使弧长12 B P B P '=',可求得B 2′; 3) 再过B 2′点作?+?='∠209022 2B B O ,旦取1122B B B B '=',便得B 2点。 2、按上述同样的步骤求出齿廓C 2上与直线齿廓C 1的A 1、D 、…点相共轭的A 2、D 2、…诸点,如图题10-1所示。 181802121 =? ='=π?r B P B P 弧长 ?=??'= ??'= ∴1218018021 2 2 1r B P r B P ππ?弧长 341802221 =? ='=π?r D P D P 弧长 ?=??'= ??'= ∴7.2218018022 2 2 2r D P r D P ππ?弧长 501802321 =? ='=π?r E P E P 弧长 ?=??'= ??'= ∴7.3418018022 2 2 3r E P r E P ππ?弧长 5.181802421 =? ='=π?r A P A P 弧长 ?-=??'= ??'= ∴6.1118018022 2 2 4r A P r A P ππ?弧长 由此可在节圆j 2上得D 2′、E 2′、A 2′点,分别过D 2′、E 2′、A 2′点,作 ?+?='∠=20902222D D O ?、 ?+?='∠=20902223E E O ?、 ?-?='∠=209022 24A A O ?得D 2、E 2、A 2点。 3、用光滑曲线连结A 2、P 、B 2、D 2、E 2…等点,得出齿廓C 2 。

第10章齿轮机构-答案详解

《机械设计基础》作业六—齿轮机构 姓名班级学号成绩 一、填空题:(24分) 1、齿轮齿廓上压力角的定义为啮合点受力方向和速度方向之间所夹的锐角,标 准压力角的位置在分度圆上,在齿顶圆压力角最大。 2、标准齿轮的概念是m、a、h a*、c*四个基本参数为标准值,分度圆齿厚与槽 宽相等,具有标准齿顶高和齿根高。 3、渐开线齿廓的正确啮合条件是m1=m2,α1= α2;标准安装条件是分度圆与节 圆重合;连续传动条件是应使实际啮合线段大于或等于基圆齿距,此两者之比称 为重合度。 4、齿轮传动的实际啮合线为从动轮齿顶与啮合线交点B2,一直啮合到主动轮的 齿顶与啮合线的交点B1为止,理论啮合线为两齿轮基圆的内公切线,即啮合极 限点N1与N2间的线段。 5、与标准齿轮比较,变位齿轮的齿厚、齿顶圆、齿根圆等参数发生了变化,齿 数、模数、压力角等参数没有发生了变化。在模数、齿数、压力角相同的情况下, 正变位齿轮与标准齿轮相比较,下列参数的变化是:齿厚增加;基圆半径不 变;齿根高减小。 6、以切削标准齿轮时的位置为基准,_刀具的移动距离xm____称为变位量, __刀具远离轮心的变位_x>0____称正变位。 7、对渐开线直齿圆柱齿轮传动时,如重合度等于1.3,这表示啮合点在法线方 向移动一个法节的距离时,有百分之 30 的时间是二对齿啮合,有百分之 70 的时间是一对齿啮合。 8、对无侧隙啮合的一对正传动齿轮来说,两轮分度圆的相对位置关系是相离, 齿顶高降低系数大于零。 9、用范成法加工渐开线直齿圆柱齿轮,发生根切的原因是刀具的顶线超过了 啮合起始点。 10、一对渐开线直齿圆柱齿轮传动,其啮合角的数值与节圆上的压力角总是相等。 二、选择题(14分) 1、渐开线在___B___上的压力角、曲率半径最小。 A.根圆 B.基圆 C.分度圆 D.齿顶圆 2、一对渐开线直齿圆柱齿轮的啮合线相切于__B____。 A.两分度圆 B.两基圆 C.两齿根圆 D.两齿顶圆 3、渐开线齿轮的标准压力角可以通过测量___C____求得。 A.分度圆齿厚 B.齿距 C.公法线长度 D.齿顶高 4、在范成法加工常用的刀具中,___C_____能连续切削,生产效率更高。 A.齿轮插刀 B.齿条插刀 C.齿轮滚刀 D.成形铣刀 *=1,齿顶圆直径 5、已知一渐开线标准直齿圆柱齿轮,齿数z=25,齿顶高系数h a D =135mm,则其模数大小应为____C____。 a A.2mm B.4mm C.5mm D.6mm 6、用标准齿条刀具加工正变位渐开线直齿圆柱外齿轮时,刀具的中线与齿轮的

第十章齿轮机构及其设计

第十章齿轮机构及其设计 一、判断题 1、齿廓啮合基本定律就是使齿廓能保持连续传动的定律。() 2、一对能正确啮合传动的渐开线直齿圆柱齿轮,其啮合角一定为20°。() 3、渐开线标准齿轮的齿根圆恒大于基圆。() 4、一个渐开线圆柱外齿轮,当基圆大于齿根圆时,基圆以内部分的齿廓曲线,都不是渐开线。() 5、标准直齿圆柱齿轮传动的实际中心距恒等于标准中心距。() 6、所谓直齿圆柱标准齿轮就是分度圆上的压力角和模数均为标准值的齿轮。() 7、标准齿轮就是模数、压力角及齿顶高系数均为标准值的齿轮。() 8、一对相互啮合的直齿圆柱齿轮的安装中心距加大时,其分度圆压力角也随之加大。() 9、对于单个齿轮来说,节圆半径就等于分度圆半径。() 10、一对直齿圆柱齿轮啮合传动,模数越大,重合度也越大。() 11、用范成法切制渐开线直齿圆柱齿轮发生根切的原因是齿轮太小了,大的齿轮就不会发生根切。() 二、选择填空题 1、渐开线齿廓的形状完全取决于。 A、基圆半径 B、齿数 C、压力角 2、渐开线标准直齿圆柱齿轮的。 A、分度圆齿厚等于齿槽宽 B、基圆齿厚等于齿槽宽 C、分度圆齿厚与其齿槽宽不等、但其和为常量 3、渐开线直齿圆柱齿轮传动的可分性是指不受中心距变化的影响。 A、节圆半径 B、传动比 C、啮合角。 4、一对渐开线外啮合直齿圆柱齿轮机构的实际中心距大于其理论中心距,则其传动比。 A、不恒定 B、增大 C、减小 D、不变 5、当两渐开线齿轮的中心距略有改变时,该对齿轮的。 A、传动比不变,且啮合角也不变 B、传动比有变化,但啮合角不变 C、传动比不变,但啮合角有变化 6、一个渐开线直齿圆柱齿轮上有个节圆。 A、1 B、0 C、2 D、无穷多 7、任一对相啮合传动的渐开线齿轮其啮合角为。 A、基圆上的压力角 B、节圆上的压力角 C、分度圆上的压力角 8、齿轮经过正变位修正后,其分度圆同未修正时相比,是。 A、相同 B、减少 C、增大 9、斜齿圆柱齿轮基圆柱上的螺旋角βb与分度圆上的螺旋角β相比。 A、βb>β B、βb<β C、βb=β 10、已知一渐开线标准斜齿圆柱齿轮的齿数z = 27,β=13°,则其当量齿数。 A、zv=27 B、zv=28 C、zv=29 11、已知一渐开线标准斜齿圆柱齿轮的mt= 4 mm,z = 25,β= 13.829°,则其分度圆半径为。 A、50 mm b、51、49 mm c、100 mm d、102、98 mm

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