齿廓曲面的形成
斜齿圆柱齿轮齿廓曲面
斜齿圆柱齿轮齿廓曲面
斜齿圆柱齿轮齿廓曲面是一种在机械工程中广泛应用的曲面。
它由两个相交的螺旋线组成，其中一个螺旋线是凸轮螺旋线，另一个是凹槽螺旋线。
斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成过程比较复杂。
首先，我们需要对齿轮的齿廓进行设计。
在设计时，我们需要考虑齿轮的模数、齿数、压力角、齿高、螺旋角等参数。
这些参数将决定齿轮的形状、大小和功能。
接下来，我们通过计算机辅助设计软件（CAD）进行建模。
在建模过程中，我们需要使用各种数学公式和计算机软件技术来创建斜齿圆柱齿轮齿廓曲面。
这些曲面由凸轮螺旋线和凹槽螺旋线组成，它们在齿轮的两侧交替出现，形成了独特的齿形。
最后，我们通过计算机辅助制造（CAM）软件进行加工。
在加工过程中，我们需要使用数控机床等设备，按照设计好的模型进行切削加工。
切削完成后，我们还需要进行精加工和检验等工序，以确保齿轮的精度和质量符合要求。
总之，斜齿圆柱齿轮齿廓曲面是一种在机械工程中具有重要应用价值的曲面。
它的形成需要经过多个步骤和复杂的计算过程。
通过科学合理的设计和精确的制造加工，我们可以得到高质量的斜齿圆柱齿轮，为机械设备的运行提供稳定、可靠的传动装置。
《机械基础》(教程全集)8章
模数
压力角 螺旋角 齿顶高系数 顶隙系数 全齿高
α β
齿顶高
齿根高 分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 中心距 a d
==
=(+)=1．25 d=z=z/cosβ =d+2=(z/cosβ+2) =d-2=(z/cosβ-2．5) a=(+)/2=(+)/2cosβ
8.5.3斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件 一对外啮合斜齿轮的正确啮合条件是：两轮的法向模数和法向压 力角必须分别相等，且两轮的螺旋角必须大小相等、旋向相反 (内啮合时旋向相同)，即式中，“-”表示旋向相反。
轮即将脱离接触，故B1为轮齿的终止啮合点。
根据分析，齿轮连续传动的条件是：两齿轮的实际啮合线B1B2应大于 或等于齿轮的基圆齿距pb。通常把B1B2与pb的比值ε 称为重合度，只 要重合度ε ≥1齿轮就可连续传动。 齿轮传动的重合度越大，则同时参与啮合的轮齿越多，不仅传动平稳 性好，每对轮齿所分担的载荷亦小，相对地提高了齿轮的承载能力。
8.5.4斜齿圆柱齿轮传动的重合度 图8-11所示为斜齿圆柱齿轮传动啮合线图。由于螺旋齿面的原因，从 啮合始点A到啮合终点A′比直齿轮传动的B至B′要长，f=btanβ ，b为 齿宽。分析表明，斜齿圆柱齿轮传动的重合度可表达为 ε ＝ε α ＋ε β (8-14) 式中，ε α 为端面重合度，其大小与同齿数的直齿圆柱齿轮传动相同； ε β 为纵向重合度，ε β =btanβ /pt。总重合度ε 随着β 的增大而增 加。 总重合度β 可用公式计算或查线图求得(详见《机械零件设计手册》)。
由于斜齿轮的螺旋形轮齿使一对轮齿的啮合过程延长、重合度增大，因此斜齿轮较
直齿圆柱齿轮传动平稳、承载能力大。但斜齿轮在传动中有轴向力Fa，为了克服这一 缺点，可采用人字齿轮，使两边产生的轴向力Fa相互抵消。人字齿轮制造比较困难， 精度较低，主要用于重型机械。
斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成
斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成
斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成是通过两个齿轮之间的啮合过程。
其中一个齿轮被称为驱动齿轮，另一个齿轮被称为从动齿轮。
首先，确定齿轮的基本参数，包括齿数、模数、压力角等。
然后，根据这些参数计算出齿轮的尺寸和齿廓曲线的形状。
齿廓曲线的形状是通过齿轮的插齿切削来制造的。
插齿切削是一种将切削刀具沿着齿轮齿廓的方向进行切削的方法。
切削刀具的形状和尺寸与所需的齿廓曲线形状相对应。
插齿切削的过程中，切削刀具的齿形会逐渐将齿轮齿廓形成，而切削刀具和齿轮之间的相对运动会导致材料的去除。
最终，通过连续的切削动作，将齿轮的齿廓逐渐形成。
需要注意的是，斜齿圆柱齿轮的齿廓曲面是斜的，而不是垂直于齿轮轴线的。
这是为了使齿轮的啮合更加平稳。
总的来说，斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成是通过插齿切削将切削刀具沿着齿轮齿廓的方向进行切削，使齿轮的齿廓逐渐形成。
齿轮的齿廓曲线
该比值称为模数
m=p/π
于是有： d=mz， r = mz/2
模数的单位：mm，它是决定齿轮尺寸的一个基本参 数。齿数相同的齿轮，模数大，尺寸也大。
Z=18 不同模数的齿轮
为了便于制造、检验和互换使用，国标GB1357 －87规定了标准模数系列。
Tab 10-1 modules of Involute Cylindrical Gears
First series
0.12, 0.15, 0.2, 0.25, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.8, 1, 1.25, 1.5, 2, 2.5, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25
Second series
0.35, 0.7, 0.9, 1.75, 2.25, 2.75, (3.25), 3.5, (3.75), 4.5, 5.5, (6.5), 7, 9, (11), 14, 18, 22, 28, (30)
互相啮合的一对齿轮在任一位置时的传动比，
都与连心线O1O2被其啮合齿廓的在接触处的公法线 所分成的两段成反比。
如果要求传动比为常数，则应使O2P/O1P为常数。
由于O2 、O1为定点，故P必为一个定点，称为节点
(the pitch point) 。
o1
节圆(the pitch circle)：
r’1
一、外齿轮(external gear)
1.名称与符号
分度圆（d 和 r）
齿距pk 齿厚sk 齿槽宽ek 分度圆 齿顶圆
齿顶圆（da 和 ra）
齿根圆（df 和 rf） 齿顶高ha
基圆 齿根圆
基圆（db 和 rb）
齿数 厚sk
z齿齿距槽pk宽ek齿
齿轮机构
齿轮机构(Gears)是现代机械中应用最广泛的一种传动机构，与其它传动机构相比，齿轮机构的优点是：结构紧凑，工作可靠，效率高，寿命长，能保证恒定的传动比，适用的范围广。
齿轮机构可以分为定传动比齿轮机构和变传动比齿轮机构。
本章仅讨论定传动比的齿轮机构。
齿轮机构的类型很多，根据其传动轴线的相对位置，它可分为三类：1、平行轴齿轮机构(Gears with Parallel Axes)两齿轮的传动轴线平行，这是一种平面齿轮机构，如表5-1所示。
它可分为：外啮合齿轮机构（有直齿轮、斜齿轮和人字齿轮传动三类）内啮合齿轮机构（有直齿轮和斜齿轮传动两类）齿轮齿条机构（有直齿条和斜齿条传动两类）点击表中图形，观察各类齿轮传动的运动特点和齿形。
表5-1 平行轴齿轮机构2、相交轴齿轮机构(Gears with Intersecting Axes)两齿轮的传动轴线相交于一点，这是一种空间齿轮机构，如表5-2所示。
它有直齿圆锥齿轮传动、斜齿圆锥齿轮传动和曲线齿圆锥齿轮传动。
表5-2 相交轴齿轮机构ff3、交错轴齿轮机构(Gears with Skew Axes)两齿轮的传动轴线为空间任意交错位置，它也是空间齿轮机构，如表5-3所示。
表5-3 交错轴齿轮机构此外，还有实现变传动比运动的非圆齿轮机构(Non-circular Gear)，如下图所示。
图5-2一、斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成渐开线直齿齿廓曲面的生成原理如图5-33a 所示，发生面S在基圆柱上作纯滚动时，其上与基圆柱母线平行的直线KK所展成的渐开面即为直齿轮的齿面。
(a) (b) (c)图5-33斜齿轮的齿面形成原理如图5-34a所示，发生面S 沿基圆柱纯滚动时，其上一条与基圆柱母线呈βb角的直线KK所展成的渐开螺旋面就是斜齿轮的齿廓曲面。
(a) (b) (c)图5-34一对直齿轮啮合时，齿面的接触线与齿轮的轴线平行（图5-33b），而一对斜齿轮啮合时，齿面接触线是斜直线（图5-34b），接触线先由短变长，而后又由长变短，直至脱离啮合。
齿轮机构的齿廓啮合基本规律特点和类型
第八节 直齿圆锥齿轮传动
圆锥齿轮传动用来传递相交 两轴的运动和动力。
分直齿圆锥齿轮和曲 齿圆锥齿轮
返回
一、传动比和几何尺寸计算
1)分度圆：d1=mz1， d2=mz2 2)齿顶高：ha=m， 齿根高：hf=1.2m
3)传动比：i12= d2/d1 = z2/z1
=ctg δ1=tg δ2
1 2 2 d1 d 2 2 注意：分度圆锥角：δ1=arcctg i12， δ2= 900-δ1 齿顶角：θa1= θa2=arctg ha/R， 齿根角： θf1= θf2=arctg hf/R 锥距： R
图5-20 背锥及当量齿数
平行轴
垂直轴
交错轴
返回
一、齿轮机构的特点和类型
（一）平行轴线齿轮传动
返回
（二）空间齿轮传动
5
返回
齿轮传动的基本要求
传动准确和平稳（任意瞬时传动比恒定）------由齿
轮轮廓和制造精度决定。
传动比
1 i12 2
承载能力强（足够强度、刚度、耐磨）--------由齿
轮尺寸、材料和工艺决定。
返回
三、正确啮合条件
mn1= mn2 =m αn1= αn2=200 β1= -β2外啮合 (mt1= mt2 ) (αt1= αt2) （ β1=β2内啮合 ）
返回
四、当量齿数
图5-18 斜齿圆柱齿轮的当量齿数
zmt 2 d z zv 2 3 pn pn cos pt cos cos3
5、分度圆---圆周上的 P/ π =m（模数）为标准值 GB1357-87，压力角α亦为标准值的圆。 d=m Z，α=200，标准齿轮 P=s+e，s=e= π m/2
第三节斜齿圆柱齿轮传动
轴向力Fa的方向用左、右手定则来判断：主动轮为右旋 齿轮时，用右手握轴，四指弯曲方向为主动轴的旋转方 向，伸直的大拇指指向为主动轮的轴向力Fa的方向；主 动轮为左旋齿轮时，左手握轴，判断方法相同。从动轮 的轴向力Fa的方向，与主动轮的相反。
斜齿轮受力分析例题：
分析斜齿轮1轮齿的旋向及齿轮1、2的受力
第三节斜齿圆柱齿轮传动
斜齿圆柱齿轮传动
一.齿面的形成
直齿圆柱齿轮齿廓曲面的形 成如图所示。直齿轮的齿廓 曲面为渐开线曲面。
斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形 成如图所示，当平面沿基圆 柱作纯滚动时，其上与母线 成一倾斜角βb的斜直线KK 在空间所走过的轨迹为渐开 线螺旋面，该螺旋面即为斜 齿圆柱齿轮齿廓曲面，βb 称为基圆柱上的螺旋角。
数称为当量齿数，用 z v表示。铣刀 刀号应z v 按照选取
图 6-40
为确定当量齿数 z v ，如图4-30
所示。过斜齿轮分度圆上C点，作 斜齿轮法面剖面，得到一椭圆。 该剖面上C点附近的齿型可以视为 斜齿轮的法面齿型。以椭圆上点C
的曲率半径 作为虚拟直齿轮的
分度圆半径，并设该虚拟直齿轮 的模数和压力角分别等于斜齿轮 的法面模数和压力角，该虚拟直 齿轮即为当量齿轮，其齿数即为 当量齿数。
图a所示为一直齿条的情况，其上法面 和端面是同一个平面，所以有：
n t
对于斜齿条来说，因为轮齿倾斜了一个角 ，
于是就有端面与法面之分，如图b所示的斜齿条。
abc平面为端面，a'b'c为法面。 abc 即为端 面压力角，a 'b ' c为法面压力角。
由于 abc 和 a'b'c 这两个直角三角形等高，
所以
mn mt cos
斜齿和蜗杆传动
2、蜗杆的特性系数
q=d1/ma1
则：d1=qma1=qmt2
规定q与ma1取一系列标准的对应值，如ma1=10时， 只能 取q=8。
3、标准中心距
a=r1+r2=ma1q+ mt2z2= mt2(q+z2)
4、其它尺寸参照齿轮与齿条的啮合来计算
主剖面相当于齿条，则蜗轮在主剖面内相当于渐开线齿轮。
2、在主剖面内，蜗杆蜗轮的啮合相当于齿条与齿轮的啮合。
3、正确啮合条件
2 +1= 90º ma1=mt2 a1=t2
四、蜗杆蜗轮的几何尺寸
设蜗杆的头数为Z1，升角为，导程为l
1、分度圆直径
蜗杆：d1=l/tg=z1pa1/ tg=z1ma1/ tg
直线形刀刃，刀刃与蜗杆轴线在同一水平面内。
蜗杆齿呈螺旋形，分为左旋和右旋，其螺旋升角为 ，螺旋角为 1 ，
存在如下关系：
1 90o
蜗轮是用蜗杆状的刀具，采用范成法加工。
2、蜗杆的齿形 蜗杆齿形
轴剖面：齿形为直线 法面：齿形为曲线
3、啮合状态
端面：齿形为阿基米德螺旋线
对于两轴的交错角=90º的传动
=1+2=90º =2
蜗轮的圆柱面作成内凹弧形， 部分地包柱蜗杆。一般蜗杆 为主动件。
4、传动特点
传动比大，传动平稳，传动效
率低，一般 =0.7~0.8，自锁 蜗杆 <0.5
通常蜗杆的头数即齿数Z1=1~4
三、蜗杆蜗轮的正确啮合条件
主剖面
1、主剖面：过蜗杆的轴线作垂直与蜗轮轴线的剖面。 蜗轮是用与蜗杆类似的滚刀按啮合关系加工的。蜗杆在
4、斜齿轮传动会产生轴向力。
§8-10 蜗杆蜗轮机构
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发生面 基圆柱 (base cylinder) rb K K (generating plane)
B
平行基圆柱母 线的KK线
rb
K
K
B
rb
K A
K A
B
rb
K A A
K
B
rb
K A A
K
B
K rb A A
K
B
K rb A A
K
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
B
沿齿宽同时进入与退出啮合。
K rb A A
K
B
渐开面
AA平行于基圆柱母线
与轴线垂直的平面—端面 (transverse plane)
K rb A
K
A
B
K rb A
K
A
B
K rb A
K
A
B
K rb A A
K
A
端面为渐开线。
B
K
rb
K
βb——基圆柱螺旋角 B
K rb K A
B
K rb A K
B
K K A K rb A
B
K A rb A K
B
端面为渐开线。
K K
观察与另一齿轮的啮合
按顶圆作出轮齿
K
K
前端面一点 进入啮合
接触线由 短到长
接触线由 长到短
后端面一点 退出啮合
斜齿圆柱齿轮的传动特点
（与直齿轮比较）
*1.两种齿轮的端面齿廓均为精 确的渐开线；
K K rb A B A B 精确的渐开线 K A A K
斜齿轮齿面的啮合情况
接触由点到线逐渐进入、退出啮合。
*3,接触情况：
直齿轮---同时进入、同时分离；（ 直齿轮---同时进入、同时分离；（ ε< 2 ) ---同时进入 斜齿轮----逐渐进入、脱离啮合（ 斜齿轮----逐渐进入、脱离啮合（ ε ----逐渐进入 ↑↑） ↑↑）
*斜齿轮传动平稳，减少了 冲击，振动和噪音。
B
K A K rb A
B
K A rb A K
B
K A rb A K
B
齿面与基圆柱的交线AA ——螺旋线
K A rb A K
B
K A rb A K
KK线形成齿面的轨迹——渐开螺旋面 B (involute helicoid)
K A rb A K
B
K A rb A K
B
K A rb A K
*1.两种齿轮的端面齿廓均为精确的渐开线；
平行轴线的直线
*2.齿廓与基圆柱的交线: 直齿轮----直线; ----直线 直齿轮----直线; 斜齿轮-----螺旋线. -----螺旋线 斜齿轮-----螺旋线
螺旋线
K K rb A B A B K A A K
直齿轮齿面的啮合情况
沿齿宽同时进入与退出啮合。