机械设计基础第9章空间齿轮传动

机械设计基础齿轮传动的原理与应用

机械设计基础齿轮传动的原理与应用机械设计基础齿轮传动的原理与应用齿轮传动作为一种基本的机械传动方式，广泛应用于各种机械设备中。

本文将详细介绍齿轮传动的原理和应用，并探讨其在机械设计中的重要性和使用注意事项。

一、齿轮传动的原理齿轮传动是利用相互啮合的齿轮来传递动力和运动的一种机械传动方式。

通过齿轮的啮合与转动，能够实现不同转速和扭矩的传递。

其原理主要有以下几点：1.1 齿轮的啮合原理齿轮传动中，两个齿轮之间的啮合是关键点。

齿轮的齿形是依据一定的几何法则确定的，两个齿轮啮合时，齿间间隙要控制在一定范围内，确保啮合的可靠性和运动的平稳性。

1.2 齿轮的传动比齿轮的传动比是指主动齿轮和从动齿轮间的转速比，可以通过齿轮的齿数比来计算。

传动比的不同可以实现不同的转速和扭矩传递要求，常见的有减速、增速和恒速传动。

1.3 齿轮的啮合角和模数齿轮啮合角是指两个相邻齿之间的角度，它直接影响到齿轮啮合时的接触线与轴线的夹角，进而影响到传动的精度和传动效率。

模数是用来描述齿轮齿形尺寸的参数，决定了齿轮的外形尺寸和齿数。

二、齿轮传动的应用齿轮传动在机械设计中有着广泛的应用，常见的应用包括以下几个方面：2.1 传动装置齿轮传动广泛应用于各种传动装置中，如汽车变速器、工业机械的传动装置、机床传动等。

通过合理选择齿轮的参数和结构，能够实现不同载荷和工况下的高效传动。

2.2 扭矩传递齿轮传动能够实现扭矩的传递和输出，特别适用于扭矩要求较高的设备，如起重机械、船舶推进装置等。

齿轮传动的可靠性和稳定性保证了扭矩传递的有效性。

2.3 变速装置齿轮传动可以通过变换齿轮的组合和传动比来实现不同的转速要求，从而实现变速装置的功能。

这在一些需要调节转速的设备中尤为重要，如车辆的变速器、机床的进给装置等。

三、齿轮传动的重要性和注意事项齿轮传动作为一种主要的机械传动方式，在机械设计中具有重要的地位和作用。

在应用齿轮传动时，需要注意以下几点：3.1 齿轮的材料和制造工艺齿轮传动中，齿轮的材料选择和制造工艺直接关系到传动的可靠性和寿命。

09齿轮机构(备课版闻欣荣修改080727)

ri
二、基本参数
圆周长：d=?
d=zp
o d
d=z(p/)
令m= p/
d=zm.
m——模数 (module)（单位mm)

rb o d
规定分度圆上的压力角=200
模数m为标准值
*分度圆——计算的基准圆，其上的模数和压力角为标准值
m=1
m=2
m=1
m=4
m=2
m=1
m=4
两轴垂直交错
齿轮机构的优点
功率大效率高
寿命长
传动比准确
结构紧凑
齿轮机构的缺点
对制造和安装的精度要求高价格较其他传动型式昂贵
机器设备中多采用渐开线齿轮，本章研究渐开线直齿圆柱齿轮机构。
第二节
渐开线及其特性
一、渐开线的形成
发生线(generationg line) KB
B
K A O rb
第一节概述
用于传递空间任意两轴之间的运动和动力突出优点
传动准确可靠齿廓曲线渐开线摆线圆弧效率高
齿轮机构可分为下列两大类
一、平面齿轮机构（圆柱齿轮）
二、空间齿轮机构
一、平面齿轮机构
（圆柱齿轮）
（1）直齿圆柱齿轮（spur gear）
两齿轮的轴线互相平行
两齿轮之间的相对运动为平面运动外啮合齿轮机构 external meshing gears mechanism 内啮合齿轮机构 internal meshing gears mechanism
分度圆 (reference circle)
分度圆上的齿厚(tooth tickness)S 齿槽宽(space width)e和齿距(pitch)p p=s+e

第9章_齿轮传动

直齿
斜齿人字齿轮
外啮合内啮合
齿轮齿条直齿
两轴相交圆锥齿轮传动斜齿
空间齿轮传动（两轴不平形）
两轴交错
蜗杆传动
曲齿
交错轴斜齿轮传动
三、齿轮结构
• 齿轮轴：齿轮与轴做成一体，一般用于直径很小的齿轮。
• 制造工艺复杂，同时制造，同时报废。
• 实心式齿轮：齿顶圆直径da≤160mm • 齿轮与轴分开制造
当基圆半径趋于无穷大时，渐开线成为斜直线。它就是渐开线齿条的齿廓。
C3
C2
C1
K
N1 N2
ri
rb2
O2
O
3
8
推论
➢ 同一基圆上渐开线形状相同
➢ 同一基圆所生成的同向渐开
线为法向等距曲线
A2
A1
➢ 两反向渐开线公法线处处相
等（等于两渐开线间的基圆
弧长）
➢ 同一基圆上任意两条渐开线的公法线处处相等
C1
N1 N2
C3
N1 K1
N2
N
K2
O
4、基圆以内无渐开线。
弧长等于发生线，基圆切线是法线，曲线形状随基圆，基圆内无渐开线。
5、渐开线上点Ｋ的压力角
在不考虑摩擦力、重力和惯性力
的条件下，一对齿廓相互啮合时，齿
轮上接触点Ｋ所受到的法线与受力点
速度方向之间所夹的锐角，称为齿轮
齿廓在该点的压力角。
2、承载能力大即要求齿轮传动能传递较大的动力，且体积
小、重量轻、寿命长。
为了满足基本要求，需要对齿轮齿廓曲线、啮合原理和齿轮强度等问题进行研究。
第二节齿廓啮合的基本定律
齿轮传动的基本要求之一就是要保证传动平稳。所谓平稳，是指啮合过程中瞬时传动比：

机械设计基础齿轮传动

材料与热处理对齿轮性能的影响
对齿轮的承载能力的影响
不同材料和热处理方法会影响齿轮的硬度、韧性等力学性能，从而影响其承载能力。
对齿轮的耐磨性的影响
材料和热处理方法会影响齿轮表面的硬度、粗糙度等物理性能，从而影响其耐磨性。
对齿轮的抗疲劳性能的影响
材料和热处理方法会影响齿轮的内部组织结构和残余应力分布，从而影响其抗疲劳性能。
采用先进的测量技术
采用先进的测量仪器和测量方法，提高齿轮各项公差的检测精度和效率。
05
齿轮的润滑与密封
齿轮润滑的作用与要求
01
02
03
04
减摩抗磨
降低齿轮传动过程中的摩擦系数，减少磨损，提高传动效率
。
冷却降温
将齿轮传动过程中产生的热量带走，防止齿轮过热变形。
清洗清洁
将齿轮表面的杂质和氧化物清洗干净，保持齿轮表面光洁。
封等。
06
齿轮传动的失效形式与设计准则
齿轮传动的失效形式及其原因
轮齿折断
由于过载、冲击或材料疲劳等原因，导致轮齿在应力作用下发生断裂。
齿面点蚀
由于交变应力作用，齿面出现疲劳裂纹并扩展，最终导致小块金属剥落形
成点蚀。
齿面磨损
由于润滑不良、颗粒污染或接触应力过大等原因，导致齿面材料逐渐损失。
对齿轮的耐蚀性的影响
不同材料和热处理方法会影响齿轮的化学稳定性和耐蚀性，从而影响其在腐蚀环境下的使用寿命。
04
齿轮的精度与公差
齿轮精度的基本概念
齿轮精度
是指齿轮实际参数与理论参数相符合的程度，包括齿轮的尺寸精度、形状精度和位置精度。
齿轮精度等级
根据齿轮使用要求的不同，将齿轮的各项公差分为不同的等级，以满足不同传动性能的要求。

机械原理第九章齿轮机构

单位（弧度）
00346 02020 06091 13634 25731 04347 06797 10034 14174 19332 25628 33185 42126 52582 64686 07857 09439 11228 13240 15490
00420 02253 06573 14453 26978 04524 07035 10343 14563 19812 26208 33875 42938 53526 65773 07982 09580 11387 13418 15689
VK
*
cosi=rb/ri
n
K 1、单位为rad（弧度）
i
2、基圆上的压力角为零 r
i
i 3、任意圆半径与其上压力角 A rb O 余弦的乘积恒等于基圆半径
n
i
B
ricosi = rb
表 9-1 渐开线函数表
/ ( )
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 次 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
第十章齿轮机构
(Gear Mechanism)
第一节概述
齿轮机构的类型和特点
齿轮机构是现代机械中应用最为广泛的一种传动机构，可以用来传递空间任意两轴间的运动和动力。传动准确、平稳、机械效率高、寿命长、工作安全可靠。
CNC机的零件处理设备自动化包装机器
自动化电子元件组合机
标签印刷机
自动化生产线的组件
00598 02771 07610 16189 29594 04892 07528 10980 15363 20795 27394 35285 44593 55448 67985 08234 09866 11709 13779 16092

9 机械设计基础教材

第9章齿轮传动
9.9 齿轮的材料、热处理和许用应力 9.9.1 钢 1．软齿面齿轮这种齿轮用经正火或调质处理后的锻钢切齿而成，其齿面硬度不超过350HBS。
2．硬齿面齿轮这种齿轮一般用锻钢切齿后经表面硬化处理（表面淬火、渗碳悴火、渗氮等）。
第9章齿轮传动
9.9齿轮的材料、热处理和许用应力 9.9.2 铸铁及球墨铸铁铸铁的抗弯及耐冲击性能较差，主要用来制作低速、工作平稳、传递功率不大和对尺寸与重量无严格要求的开式齿轮。高强度球墨铸铁作为齿轮新材料，它的力学性能比灰铸铁好，因而越来越获得广泛应用。
9.1 齿轮传动的特点及类型 9.1.1 齿轮传动的特点
第9章齿轮传动
齿轮传动具有传动平稳可靠、传动效率高、传递功率范围广、速度范围大、结构紧凑、维护简便和使用寿命长等优点。因此，它在各种机械设备和仪器仪表中被广泛使用。齿轮传动的主要缺点是：传动中会产生冲击、震动和噪声；没有过载保护作用；对制造精度和安装精度要求高，需要专门的切齿机床、刀具和测量仪器。
第9章齿轮传动
9.9齿轮的材料、热处理和许用应力 9.9.3 非金属材料非金属材料（如夹布胶木、尼龙等）的弹性模量小，在承受同样的载荷作用下，其接触应力小，但它的硬度、接触强度和弯曲强度低，因此，它常用于高速、小功率、精度不高或要求噪声低的齿轮传动中，与其相配对的齿轮应采用钢或铸铁制造，以利于散热。
第9章齿轮传动
9.6斜齿圆柱齿轮传动 9.6.4 交错轴斜齿轮传动 1．两轮的轴夹角
第9章齿轮传动
9.6斜齿圆柱齿轮传动 9.6.4 交错轴斜齿轮传动 2．中心距
ห้องสมุดไป่ตู้
mn a = r1 + r2 = 2

机械设计基础课件09-01齿轮传动的分类及特点

直齿齿条齿轮啮合：
齿轮传动
观察结构
9.1 齿轮传动的分类及特点
平行轴斜齿圆柱齿轮外啮合：
齿轮传动
观察结构
9.1 齿轮传动的分类及特点
平行轴斜齿圆柱齿轮内啮合：
齿轮传动
观察结构
9.1 齿轮传动的分类及特点
斜齿齿条齿轮啮合：
齿轮传动
9.1 齿轮传动的分类及特点
人字齿圆柱齿轮传动：
齿轮传动
观察结构
齿轮传动
观察结构
观察结构
9.1 齿轮传动的分类及特点
齿轮传动
按照一对齿轮传动的角速比是否恒定，可将齿轮传动分为非圆齿轮传动（角速比变化）和圆形齿轮传动度（角速比恒定）。
观察结构
观察结构
9.1 齿轮传动的分类及特点
齿轮传动
按照工作条件的不同，齿轮传动又可分为开式齿轮传动和闭式齿轮传动。前者轮齿外露，灰尘易于落在齿面，后者轮齿封闭在箱体内。
两轴交错齿轮传动
直齿
斜齿人字齿
外啮合内啮合齿轮齿条
外啮合内啮合齿轮齿条
直齿斜齿曲线齿
交错轴斜齿轮传动蜗轮蜗杆传动准双曲面齿轮传动
齿轮传动
9.1 齿轮传动的分类及特点
直齿圆柱齿轮外啮合：
齿轮传动
观察结构
ห้องสมุดไป่ตู้
9.1 齿轮传动的分类及特点
直齿圆柱齿轮内啮合：
齿轮传动
观察结构
9.1 齿轮传动的分类及特点
9.1 齿轮传动的分类及特点
齿轮传动
齿轮传动用来传递任意两轴之间的运动和动力，其圆周速度可达300m/s ,传递功率可达105kW ，是现代机械中应用最广泛的一种机械传动。
9.1 齿轮传动的分类及特点