齿轮传动和蜗杆蜗轮传动汇总
日常生活中传动机构及应用
日常生活中传动机构及应用传动机构是指将一种动力或运动传递到另一种动力或运动的装置或系统。
在日常生活中，我们可以看到各种各样的传动机构及其应用，例如：1. 齿轮传动：齿轮传动是一种常见的传动机构，通过齿轮的啮合来传递动力或运动。
在我们的生活中，齿轮传动广泛应用于各种机械设备中，例如汽车的传动系统、自行车的变速器、洗衣机的转轴传动等。
2. 带传动：带传动是通过带子的拉伸来传递动力或运动的一种传动机构。
在我们的日常生活中，带传动广泛应用于各种小型机械设备中，例如电动工具、家用缝纫机、运动器械等。
3. 曲柄连杆机构：曲柄连杆机构通过曲柄的转动将旋转运动转化为往复运动或将往复运动转化为旋转运动。
在我们的生活中，曲柄连杆机构广泛应用于各种发动机中，例如汽车发动机、摩托车发动机等。
4. 皮带传动：皮带传动是通过皮带的拉伸来传递动力或运动的一种传动机构。
在我们的日常生活中，皮带传动被广泛应用于各种机械设备中，例如空调的风扇传动、电动工具的驱动传动等。
5. 蜗轮蜗杆传动：蜗轮蜗杆传动是通过两种蜗轮的啮合来传递动力或运动的一种传动机构。
在我们的生活中，蜗轮蜗杆传动广泛应用于各种机械设备中，例如起重机的升降传动、机床的进给传动等。
6. 铰链传动：铰链传动是通过铰链的连接来传递动力或运动的一种传动机构。
在我们的日常生活中，铰链传动被广泛应用于各种家具、门窗、折叠椅等物品中。
7. 增压器：增压器是一种利用压缩空气增加发动机进气密度的装置，通过增加进气密度来提高发动机的输出功率。
在我们的生活中，增压器广泛应用于汽车、摩托车等内燃机动力设备中。
8. 转子机构：转子机构将转动运动转换为往复运动或往复运动转换为转动运动，广泛应用于泵、压缩机、发动机等各种设备中。
9. 摇杆机构：摇杆机构通过杆或杆系统来传递动力或运动。
在我们的生活中，摇杆机构广泛应用于各种机械设备中，例如折叠伞、手推车等。
10. 传动带：传动带是一种通过摩擦力传递动力或运动的传动机构。
斜齿轮与蜗轮蜗杆传动
h f han mn cn mm hat mt ct mt
d
三、一对斜齿轮的正确啮合条件
斜齿轮的正确啮合条件可以用端面参数表示，此外，为保 证两轮的螺旋渐开面能正确相切，两轮的螺旋角应该大小相等， 外啮合时，方向相反，内啮合方向相同。
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 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
(2) 模数 mn mt cos
(3) 压力角 tg n tg t cos
(4) 齿顶高系数和顶隙系数 2、几何尺寸计算 h* m h h* m
a an n at t
pn
pt
用端面参数仿照直齿轮的尺寸计算方法计算，然后转化成法向参数表示。 * * * * 例如：斜齿轮的分度圆直径： d Zmt Zmn / cos * * * hat hnt cos ct* cn cos 传动的标准中心距： a (d1 d 2 ) / 2 mt (Z1 Z 2 ) / 2
3、啮合状态
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
过程装备基础 第11章 齿轮传动与蜗杆传动
rb2 ’
ra2
2 OO 2 2
24
啮合线
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25
11.5
斜齿圆柱齿轮传动
11.5.1 斜齿圆柱齿轮的形成及其传动特点
(1)齿廓曲面的形成 基圆柱上的螺旋角： b 分度圆柱上的螺旋角：
发生面 K K A 发生面 发生面 K
渐开线 ？端面齿形
b
K
A
B
A B
A
直齿轮齿廓曲面的形成
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(5)齿面塑性变形
原因：用软钢或其它较软的材料制造的齿轮在重 载下工作。 条件：低速、起动频繁和瞬时过载。 现象：渐开线形状被破坏，瞬时传动比不恒定。 措施：提高齿面硬度，采用油性好的润滑油。
41
11.6.2 齿轮材料及热处理 (1)齿轮材料
45号钢 中碳合金钢 金属材料 低碳合金钢 最常用，经济、货源充足 40Cr、40MnB、35SiMn等 20Cr、20CrMnTi等
* 齿根圆直径 d f d 2hf ( z 2ha 2c* )m
基圆直径 db d cos mzcos
p m 齿距 齿厚与槽宽 s e m / 2
基圆齿厚
pb db / z mzcos / z m cos p cos
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(3)按齿面硬度分类
软齿面( HBS≤350)齿轮:
主要失效形式：齿面点蚀。 应用：多用于中、低速传动。 热处理：调质或正火处理，热处理后再进行轮齿的精切。
硬齿面( HBS>350)齿轮:
主要失效形式：齿根弯曲疲劳折断。 应用：高速、中载、无猛烈冲击的重要齿轮。
热处理：中碳钢经表面淬火处理或用低碳钢经表面渗碳淬火处理。
常用机械传动系统的基础知识
•常用机械传动系统的基础知识（一）机械传动的作用是传递运动和力，常用的机械传动类型有齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、带传动、链传动、轮系。
1．齿轮传动：齿轮传动的原理是依靠主动轮依次拨动从动轮来实现的。
（1）分类：A、按传动时相对运动为平面运动或空间运动分：①平面齿轮传动（常见的有直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动、人字齿轮传动，根据齿向，还分为外啮合、内啮合及齿轮与齿条的啮合）②空间齿轮传动（圆锥齿轮传动、交错轴齿轮传动）。
B、按齿轮传动的工作条件分：闭式传动（封闭在刚性的箱体内）、开式传动（齿轮是外露的）。
（2）特点：优点：①适用的圆周速度和功率范围广②传动比准确、稳定、效率高。
③工作可靠性高、寿命长。
④可实现平行轴、任意角相交轴和任意角交错轴之间的传动缺点：①要求较高的制造和安装精度、成本较高。
②不适宜远距离两轴之间的传动。
（3）渐开线标准齿轮基本尺寸的名称有：①齿顶圆②齿根圆③分度圆④摸数⑤压力角等。
（4）轮齿失效形式有以下五种：轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形。
2．蜗轮蜗杆传动：适用于空间垂直而不相交的两轴间的运动和动力。
（1）分类：A、根据蜗杆螺旋面分为阿基米德螺旋面蜗杆、渐开线螺旋面蜗杆、延伸渐开线螺旋面蜗杆；B、根据蜗杆螺旋线的头数分为单头、双头、多头蜗杆；C、根据螺旋线的旋转方向分为左旋和右旋两种。
（2）特点：优点①传动比大。
②结构尺寸紧凑。
缺点①轴向力大、易发热、效率低。
②只能单向传动。
（3）涡轮涡杆传动的主要参数有：①模数②压力角③蜗轮分度圆④蜗杆分度圆⑤导程⑥蜗轮齿数⑦蜗杆头数⑧传动比等。
（4）蜗杆蜗轮传动正确啮合的条件是蜗杆轴向模数和轴向压力角应分别等于蜗轮的端面模数和端面压力角。
3．带传动：通过中间挠性件（带）传递运动和力，包括①主动轮②从动轮③环形带（1）适用于两轴平行回转方向相同的场合，称为开口运动。
中心距和包角（带与轮接触弧所对的中心角）的概念。
（2）带的型式按横截面形状可分为平带、V带和特殊带三大类。
齿轮、蜗杆传动复习题
二、选择题 1、齿轮轮齿加工成鼓形，主要考虑载荷系数中 D。 A、KA B、KV C、Kα D、Kβ
2、通常齿面接触应力为 A。 A、脉动循环 B、对称循环 C、静应力 A D、不定
3、按齿面接触强度设计齿轮时，应将 A、 H 1 与
中较小者代入设计公式。
H2
B、 F 1 与 F 2
C、 YF 1 与 YF 2
D、 F 1 YF 1 与 F 2 YF 2
4、闭式软齿面塑性材料齿轮的计算准则是Ｃ。 A、先按弯曲疲劳强度设计，再按接触疲劳强度校核 B、只按弯曲疲劳强度设计 C、先按接触疲劳强度设计，再按弯曲疲劳强度校核 D、只按接触疲劳强度设计 5、在齿轮结构中与轴配合的部分叫Ｂ。 A、轮幅 B、轮毂 C、轮缘 D、幅板
（1） H 1 与 H 2
（2） H 1 与 H 2
（3） F 1 与 F 2
答： （1）不相等，因为齿面节线处所产生的最大接触应力小于齿轮的许用接触应 力； （2）不相等，两齿轮的许用接触应力分别与各自的材料，热处理的方法及应 力循环次数有关，一般不相等； （3）不相等，在齿根弯曲疲劳强度计算中，由于 Z1Z2，配对齿轮的齿形系数，应力校正系数均不相等。
11、为了提高齿轮齿根弯曲强度应 C。 A、增大模数 C、增加齿数 B、增大分度圆直径 D、减少齿宽
12、对齿轮轮齿经硬化处理，齿轮的齿顶进行适当修缘，可以 B。 A、减少载荷分布不均 C、提高轮齿的弯曲强度 B、减少动载荷 D、使齿轮易于啮合
13、采用含有油性和极压添加剂的润滑剂，主要是为了减少 A。 A、粘着磨损； C、表面疲劳磨损； B、磨粒磨损； D、腐蚀磨损。
14、一对相互啮合的齿轮，其齿面接触应力 D。 A、小齿轮大 B、大齿轮大 D、相等
齿轮传动与蜗轮蜗杆传动性能比较与消隙机构
ｆ ｍ ｅ ｒｂ ｎ ｒ ｔ ｅｂｔ ｉｇ ｒｔ ａ ｉｈ ｆｏ ｗｏ ｍ －ｗｈ ｅ ｔｅｉ ｇｇ ａ． ｎ ｔ ｅｅ ｄ ｏ ｔｉ ｒ ｏ ｇ ａ ａ ｋ ｗｅｅａｌ ｔ ｉ ｂ ｇ ｅ ｎ ｗｈｃ ｍ ｒ ｉｌ ｈ ｒ ｅ ｌｓｅ ｒ ｅ ｒ Ｉ ｎ ｆ ｈ ｓ ｎ ｈ
面磨损、 齿面 胶 合及 塑性 变 形 等 。
由于传 动 比大 ， 件数 目又 少 ， 零 因而 结构 很 紧凑 。 在
传 动 中 ， 杆 齿 是连 续 不 断 的螺 旋 齿 ， 蜗 轮 啮 合 蜗 与 是逐渐 进 入 与逐 渐 退 出 ， 冲击 载 荷 小 ， 故 传动 平 衡 ， 噪声 低 ； 当蜗 杆 的螺旋 线 升 角 小于 啮 合面 的当 量 但 摩擦 角 时 ， 杆 传 动 便 具 有 自锁 ； 就 是 蜗 杆传 动 蜗 再
Ｃｏ ａ ｓ ｎ ａ ｄ Ｂａ ｋ ａ ｈ Ｅｌ ｉ ａ ｅ ｔ ｕ ｔ ｒ ｍｐ ｒ ｏ ｎ ｃ ｌ Ｓ ｉ ｎ ｔｄ Ｓ ｒ ｃｕ ｅ ｉ ｍ
ＣＨＡＮＧ Ｙｕ ｎ ＺＩＥ Ｗ ａ － ａ ａ ， － Ｎ Ｉ ｎｃｉ
第20章 齿轮传动和蜗杆传动
传动。
3、圆锥齿轮的分类
1）、按齿线形状分为：直齿，斜齿，曲齿。 较广泛
直齿
斜齿
逐渐被淘汰
曲齿
2）按啮合形式分为：
• 外啮合、内啮合、平面啮合。 • （见课本244页图20—13）
4、正确啮合条件：
• 两轮大端模数、齿形角相等，均为 • 标准值。
直齿圆柱齿轮传动（按啮合情况）分为：
A、外啮合齿轮传动 B、内啮合齿轮传动 C、齿轮齿条传动
相交轴传动：
A、直齿锥齿轮传动 B、曲齿锥齿轮传动
交错轴传动：
• A、交错轴斜齿轮传动 • B、蜗杆传动 • C、准双曲面齿轮传动
（2）按齿廓曲线分为：
• • • • A、渐开线齿轮传动 B、摆线齿轮传动 C、圆弧齿轮传动 （最基本、最普遍的齿轮传动—— 外啮合渐开线直齿圆柱齿轮传动）
B、齿面点蚀
齿面接触应力当超过疲劳极限时， 表面产生微裂纹、高压油挤压使裂 纹扩展、微粒剥落而形成麻点，这 种损坏现象称为点蚀。点蚀首先出 现在节线的齿根表面处。
C、齿面胶合
两齿面作相对滑动时， 粘住的齿面被撕破， 从而在齿面上沿着滑 动方向形成带状或大 面积伤痕。
措施：
• • • • • 选用粘度较高具有极压添加剂的润滑油。 采用较好的供油方式以保持热平衡的油量。 选用不同材质的硬化钢作材料。 选用不易粘着的材料。 降低表面粗糙度值。
1、特点 1）每个瞬时接触线都不与轴线平行， 是倾斜的。 2）接触线长度由零逐渐增大，当达到 一定位置后，又逐渐缩短，直到脱离啮合 3）传动平稳，承载能力较大。（同时 啮合的齿数比直齿轮机构多） 4）产生轴向力，且不用作变速滑移齿 轮
2、主要参数
齿轮传动与蜗杆传动的特点
齿轮传动与蜗杆传动的特点
1.齿轮传动
特点：瞬时传动比稳定，效率高，速度和功率范围大，可靠，寿命长，可传递空间任意两轴间的运动，紧凑；制造和安装精度高，不适合中心距大的场合，无过载保护，有噪声和振动
直齿传动正确啮合条件：两个齿轮的模数和压力角分别相等，且等于标准值
齿轮加工：铸造法、热轧法、冲压法、粉末冶金法、切削法 仿形法、范成法 齿轮插刀、齿条插刀、齿轮滚刀））斜齿传动：接触线的长度是逐渐变化的，传动平稳，冲出和噪声小；轴向力大
锥齿传动：用来传递相交轴间的运动和动力，齿宽、齿厚是变化的。
失效形式：轮齿折断、点蚀、磨损、胶合、塑性变形
齿轮结构：齿轮轴、实心式、腹板式、轮辐式
2.蜗杆传动
组成：蜗杆、蜗轮、机架
特点：传动比大，结构紧凑，传动平稳，噪声小，有自锁性；传动效率低，造价高
失效形式：胶合、齿面点蚀、齿面磨损
材料：蜗杆一般用碳钢或合金钢，蜗轮一般用青铜合金或铸铁
结构：蜗杆常和轴做成一体，蜗轮分整体式和组合式。
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渐开线齿轮的切齿原理与根切现象
1.渐开线齿轮的切齿原理 （1）仿形法 这种方法的特点是所采用的成形刀具，在其轴向剖面 内，刀刃的形状和被切齿轮齿槽的形状相同。常用的 有盘状铣刀 和指状铣刀。
载荷系数K
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2. 直齿圆柱齿轮的强度计算 (1)齿面接触疲劳强度计算 强度校核公式为： 1 [ ] H=671 KT13 u ≤ H
d d1
u
设计公式为 671 2 KT1 u 1 d1≥ 3 ( ) [ H ] d u 对于钢对灰铸铁或灰铸铁 对灰铸铁的传动，要将式中 的系数671分别乘以0.85或 0.76。
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齿轮传动的失效形式
齿轮在传动过程中，常见失效形式有轮齿折断、 齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合及塑性变形等五种形 式。 （1）轮齿折断 （2）齿面点蚀
轮齿折断
齿面点蚀
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（3）磨损 （4）胶合 （5）齿面塑性变形
齿面磨损
齿面胶合
塑性变形
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齿轮材料选择
对齿轮材料性能总的要求为齿面硬、齿心韧，同 时应具有良好的加工和热处理的工艺性。 齿轮一般应选用具有良好力学性能的中碳结构钢 和中碳合金结构钢；承受较大冲击载荷 的齿轮，可 选用合金渗碳钢；一些低速或中速低应力、低冲击载 荷条件下工作的齿轮，可选用铸钢、灰铸铁或球墨铸 铁；一些受力不大或在无润滑条件下工作的齿轮，可 选用有色金属和非金属材料。
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齿轮传动精度等级的选择
齿轮常用精度等级及应用范围
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直齿圆柱齿轮受力分析与强度计算
1. 直齿圆柱齿轮的受力分析 (1) 受力分析
（a）
（b）
（c ）
直齿圆柱齿轮的受力分析
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一般主动轮 1 传递的功率 P1 （ kW ）及转速 n1 （ r ／ min ） 通 常 是 已 知 的 ， 为 此 ， 主 动 轮 上 的 转 矩 T1 （N· mm）可由下式求得： P1 6 T1=9.55×10 × （N· mm）
齿面的接触应力
圆柱齿轮齿宽系数Ψ d
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2. 直齿圆柱齿轮的强度计算 (1)齿面接触疲劳强度计算 强度校核公式为： H=671 ≤[H ] 设计公式为 d1≥ 对于钢对灰铸铁或灰铸铁 对灰铸铁的传动，要将式中 的系数671分别乘以0.85或 0.76。
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(2)齿轮弯曲疲劳强度计算 齿根弯曲疲劳强度计算公式为： 2 KT1 bb1=YFS ≤[bb1] 2 3 d z1 m YFS 2 bb2=bb1 ≤[bb2] YFS 1
根切现象
轮齿根切及其原理
基圆大小的影响
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（2）最少齿数zmin 不根切条件：
* 2 ha z≥ sin 2
zmin为标准齿轮不发生根切的最少齿数。
对于正常齿zmin=17，允许少量根切时zmin=14； 对于短齿zmin=14。 由上述可知，标准齿轮避免根切的措施是使齿轮 齿数大于或等于最少齿数。
（a） 仿形法切齿
（b）
2
（2）展成法 展成法是目前齿轮加工中 最常用均一种方法。用展 成法加工齿轮，常用的刀 具有：齿轮形加工刀具； 齿条型加工刀具，共两大 类。
齿轮插刀加工齿轮
齿条插刀加工齿轮
齿轮滚刀加工齿轮
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2.根切现象与不发生根切的最少齿数zmin （1）根切现象 轮齿根部的渐开线齿廓被刀具切去一部分，这种 现象称为切齿干涉，又称根切，如图所示。
5
3.变位及变位齿轮 对于齿数少于zmin的齿轮，为了避免切齿干涉，可 以采用将刀具移离齿坯，使刀具顶线低于极限啮合 点N1的办法采切齿。这种通过改变刀具与齿坯相对 位置的切齿方法称为变位。变位除了可防止齿轮根 切外，还可以凑齿轮的中心距、改善齿轮的强度及 实现齿轮的修复等。齿轮变位后，其主要参数没有 变（z、m、a），只是某些几何尺寸改变了。变位 齿轮的设计计算请参考有关设计手册。
n1
Ft、Fr和Fn分别为
Ft1=
2T1 d1
=- Ft2 （N）
Frl=Ftltan=Fr2
Fnl=
= Ft cos
2T1 =- F d1 cos n2
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(2)计算载荷 Ft、Fr、Fn均是作用在轮齿上的名义载荷。在实际 传动中受到很多因素的影响，如原动机和工作机的工 作特性；轴与联轴器系统在运动中所产生的附加动载 荷；齿轮受载后，由于轴的弯曲变形，使作用在齿面 上的载荷沿接触线分布不均等。所以进行齿轮的强度 计算时，应按计算载荷进行。计算载荷按下式确定： Fnc=KFn 式中，K为载荷系数
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应用举例
例17.1 某带式输送机单级圆柱齿轮减速器圆柱齿轮 传 动 。 已 知 i=4.6 ， n1=1440 r/min ， 传 递 功 率 P=5kW，单班制工作，单向运转，载荷平稳。试设 计该齿轮传动。 解： (1)选择材料及热处理 该传动是闭式齿轮传动，属于转速不高、载荷不大， 要求一般的小型传动，为了简化制造，降低成本，可 采用软齿面钢制齿轮，查表，选择小齿轮材料为 45 钢，调质处理，硬度为260HBS；大齿轮材料也为45 钢，正火处理，硬度为215HBS。
设计公式为 2 KT1 YFS m≥ 3
轮齿弯曲应力分析
z12 d [ bb ]
齿形系数数选择 （1）齿数z 一般取z1=20～40。但应z1≥17。 （2）模数m 对于传递动力的齿轮，应保证m≥2 ， mm 并按标准 圆整。 （3）齿宽系数Ψ d 选取Ψ d 。b =Ψ dd1算得的齿宽加以圆整作为b2，为 防止两轮因装配后轴向错位减少啮合宽度，小齿轮齿 宽应在b2的基础上增大，即b1= b2+(5～10)mm。 （4）齿数比u u值不宜过大，通常u<7。当u>7时可采用多级传动。
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(2)选择精度等级 运输机为一般机械，速度不高，故选择8级精度。 (3)按齿面接触疲劳强度设计 软齿面闭式传动主要的失效形式为齿面点蚀。根据齿 面接触疲劳强度公式确定尺寸： d1≥3 ( 671 ) 2 KT1 u 1