第五章常用機械傳動裝置§5.1齒輪傳動§5.2蝸桿傳動§5.3帶傳動、鏈傳動/jxkcq/jxsj/zyzx.html機械傳動裝置的主要功用是將一根軸的旋轉(zhuǎn)運動和動力傳遞給另一根軸，并且可以改變轉(zhuǎn)速的大小和運動的方向。常用機械傳動裝置有齒輪傳動、蝸桿傳動、帶傳動和鏈傳動?！?.1齒輪傳動§5.1齒輪傳動

齒輪傳動用來傳遞任意兩軸間的運動和動力，其圓周速度可達到300m/s，傳遞功率可達105KW，齒輪直徑可從不到1mm到150m以上，是現(xiàn)代機械中應用最廣的一種機械傳動。1、特點：傳動動力大，效率高。壽命長，工作平穩(wěn)，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。一、齒輪傳動的特點和基本類型§5.1齒輪傳動內(nèi)嚙合齒輪傳動平面齒輪傳動空間齒輪傳動直齒圓柱齒輪傳動（輪齒與軸平行）斜齒圓柱齒輪傳動（輪齒與軸不平行）傳遞相交運動（錐齒輪傳動）傳遞交錯軸運動外嚙合齒輪齒條內(nèi)嚙合外嚙合齒輪齒條直齒斜齒交錯軸斜齒輪傳動蝸桿渦輪準雙曲面齒輪曲線齒人字齒齒輪運動（輪齒成人字型）2、基本類型：§5.1齒輪傳動外嚙合直齒圓柱齒輪傳動內(nèi)嚙合直齒圓柱齒輪傳動§5.1齒輪傳動齒輪齒條傳動（直齒條）§5.1齒輪傳動外嚙合斜齒圓柱齒輪傳動人字齒輪傳動§5.1齒輪傳動齒輪齒條傳動（斜齒條）§5.1齒輪傳動直齒圓錐齒輪傳動§5.1齒輪傳動螺旋齒輪傳動（交錯軸斜齒輪傳動）§5.1齒輪傳動蝸桿傳動§5.1齒輪傳動

齒輪傳動要求準確平穩(wěn)，即要求在傳動過程中，瞬時傳動比保持不變，以免產(chǎn)生沖擊、振動和噪音。齒輪傳動是依靠主動輪的輪齒依次撥動從動輪的輪齒來實現(xiàn)的。傳動比為：：

§5.1齒輪傳動3、漸開線齒廓的形成§5.1齒輪傳動如圖示，當直線n-n沿圓周作純滾動時，直線上任意一點K的軌跡AK稱為該圓的漸開線。

這個圓稱為基圓,其半徑用rb表示；直線n-n稱為漸開線的發(fā)生線。θk(=∠AOK)稱為漸開線AK段的展角。/course/mechdesign/netcourse/09020201.htm漸開線的形成漸開線輪廓的形成漸開線齒輪的輪齒由兩條對稱的漸開線作齒廓而組成，見上圖所示。

§5.1齒輪傳動4、漸開線的性質(zhì)發(fā)生線沿基圓滾過的長度，等于基圓上被滾過的弧長，即弦KB=弧AB。漸開線上任一點的法線必與基圓相切發(fā)生線與基圓的切點B為漸開線上點K的曲率中心，而線段BK是相應的曲率半徑。漸開線上各點的曲率半徑是不同的，離基圓愈遠的點其曲率半徑愈大；反之，則曲率半徑愈小；漸開線在基圓上起始點A處的曲率半徑為零?！?.1齒輪傳動漸開線的形狀決定于基圓的大小?；鶊A愈大，漸開線愈平直；當基圓半徑趨于無窮大時，漸開線將成為一條垂直于NK的直線?！?.1齒輪傳動基圓內(nèi)無漸開線。齒輪各部分名稱及符號§5.1齒輪傳動對于標準齒輪，分度圓上的齒厚和槽寬相等§5.1齒輪傳動5、漸開線標準直齒圓柱齒輪的主要參數(shù)

在一個齒輪上，齒數(shù)、壓力角和模數(shù)是幾何尺寸計算的主要參數(shù)和依據(jù)。

（1）齒數(shù)（z）在齒輪整個圓周上，均勻分布的輪齒總數(shù)，稱為齒數(shù)，用z表示。

（2）壓力角（α）所謂壓力角，是指漸開線齒廓上任意一點K的正壓力方向線與該點的速度方向之間所夾的銳角。注意：齒廓曲線是漸開線上壓力角為20°左右的一段漸開線，而不是任意的漸開線?！?.1齒輪傳動§5.1齒輪傳動漸開線上各點的壓力角比較

（3）模數(shù)

模數(shù)是齒輪幾何尺寸計算中最基本的一個參數(shù)。分度圓的周長=πd=zp，則有：由于π是無理數(shù)，給齒輪的設計、制造及檢測帶來不便。為此，人為地將比值p/π取為一些簡單的有理數(shù)，并稱該比值為模數(shù)，用m表示，單位是mm。§5.1齒輪傳動模數(shù)直接影響齒輪的大小、輪齒齒形和強度的大小。對于相同齒數(shù)的齒輪，模數(shù)越大，齒輪的幾何尺寸越大，輪齒也大，因此承載能力也越大。因為分度圓的周長所以§5.1齒輪傳動二、直齒圓柱齒輪的嚙合傳動

1、漸開線直齒圓柱齒輪的正確嚙合條件

一對漸開線直齒齒輪能連續(xù)順利地傳動，需要各對輪齒的依次正確嚙合互不干擾才行。也就要求一個齒輪的齒厚無側(cè)隙地嚙入另一個齒輪的齒槽，則一個齒輪的齒厚與另一個齒輪的齒槽寬應該相等，即，則應使。另外為了使兩齒輪的輪齒在嚙合點處有一條公法線，保證嚙合線為一直線，則兩輪齒的壓力角必須相等，即?！?.1齒輪傳動小結(jié)：直齒圓柱齒輪的正確嚙合條件是：

(1)兩齒輪的模數(shù)必須相等；

(2)兩齒輪分度圓上的齒形角必須相等。§5.1齒輪傳動一對外嚙合標準直齒圓柱齒輪傳動。已知試求這對齒輪的主要尺寸：m1、m2、Z2中心距a、齒距p。思考題：§5.1齒輪傳動/jxkj/dianzijiaocai/an18.htm2、漸開線齒輪的加工方法(1)仿形法仿形法是在普通銑床上用軸向剖面形狀與被切齒輪齒槽形狀完全相同的銑刀切制齒輪的方法，如圖所示。銑完一個齒槽后，分度頭將齒坯轉(zhuǎn)過3600/z，再銑下一個齒槽，直到銑出所有的齒槽?！?.1齒輪傳動仿形法加工方便易行，但精度難以保證。由于漸開線齒廓形狀取決于基圓的大小，而基圓半徑rb=(mzcosα)/2，故齒廓形狀與m、z、α有關(guān)。欲加工精確齒廓，對模數(shù)和壓力角相同的、齒數(shù)不同的齒輪，應采用不同的刀具，而這在實際中是不可能的。生產(chǎn)中通常用同一號銑刀切制同模數(shù)、不同齒數(shù)的齒輪，故齒形通常是近似的。§5.1齒輪傳動(2)展成法（范成法）展成法是利用一對齒輪無側(cè)隙嚙合時兩輪的齒廓互為包絡線的原理加工齒輪的。加工時刀具與齒坯的運動就像一對互相嚙合的齒輪，最后刀具將齒坯切出漸開線齒廓。§5.1齒輪傳動用展成法加工齒輪時，只要刀具與被切齒輪的模數(shù)和壓力角相同，不論被加工齒輪的齒數(shù)是多少，都可以用同一把刀具來加工，這給生產(chǎn)帶來了很大的方便，因此展成法得到了廣泛的應用?！?.1齒輪傳動§5.1齒輪傳動漸開線齒廓的根切現(xiàn)象：

當用范成法加工漸開線標準齒輪時，如果被加工齒輪的輪齒太少，有時會出現(xiàn)刀具的頂部切入到輪齒的根部，切去了輪齒根部的漸開線齒廓。這種現(xiàn)象稱為切齒干涉,又稱根切。對標準直齒圓柱齒輪，避免根切的條件是：齒輪的齒數(shù)必須大于或等于17，即:Z≥17三、斜齒圓柱齒輪的嚙合傳動

由于圓柱齒輪是有一定寬度的，因此輪齒的齒廓沿軸線方向形成一曲面。直齒輪輪齒漸開線曲面的形成如圖所示。平面與基圓柱相切于母線，當平面沿基圓柱作純滾動時，其上與母線平行的直線KK在空間所走過的軌跡即為漸開線曲面，平面稱為發(fā)生面，形成的曲面即為直齒輪的齒廓曲面。1、斜齒圓柱齒輪齒廓曲面的形成斜齒圓柱齒輪齒廓曲面的形成如圖所示，當平面沿基圓柱作純滾動時，其上與母線成一傾斜角βb的斜直線KK在空間所走過的軌跡為漸開線螺旋面，該螺旋面即為斜齒圓柱齒輪齒廓曲面，βb稱為基圓柱上的螺旋角?！?.1齒輪傳動§5.1齒輪傳動螺旋角是指在圓柱面上，圓柱螺旋線的切線與通過切點的圓柱面直母線之間所夾的銳角。斜齒圓柱齒輪的各圓柱面的螺旋角不等。平常說的螺旋角均指分度圓的螺旋角，并用β表示。由于存在螺旋角，就產(chǎn)生軸向力，螺旋角越大，軸向力越大，一般取改用人字齒可以消除附加軸向力，但人字齒加工難度大。螺旋角2、嚙合特點直齒圓柱齒輪嚙合時，齒面的接觸線均平行于齒輪軸線。因此輪齒是沿整個齒寬同時進入嚙合、同時脫離嚙合的，載荷沿齒寬突然加上及卸下。因此直齒輪傳動的平穩(wěn)性較差，容易產(chǎn)生沖擊和噪聲，不適合用于高速和重載的傳動中。

一對平行軸斜齒圓柱齒輪嚙合時，斜齒輪的齒廓是逐漸進入嚙合、逐漸脫離嚙合的。斜齒輪齒廓接觸線的長度由零逐漸增加，又逐漸縮短，直至脫離接觸，載荷也不是突然加上或卸下的，因此斜齒輪傳動工作較平穩(wěn)。由于斜齒輪傳動有上述這些特點，因而不論從受力或傳動來說都要比直齒輪傳動好，所以在高速大功率的傳動中，斜齒輪傳動應用廣泛。3、標準斜齒圓柱齒輪的正確嚙合條件兩齒輪法面模數(shù)相等，齒形角相等，螺旋角大小相等但螺旋方向相反?！?.1齒輪傳動圓錐齒輪傳動傳遞的是相交軸的運動和動力。四、圓錐齒輪傳動

§5.1齒輪傳動圓錐齒輪傳動是用于傳遞兩相交軸之間的運動和動力，兩軸間的夾角可以是任意的。機械傳動中應用最多的是兩軸交角Σ=900的直齒圓錐齒輪傳動。圓錐齒輪的輪齒分布在圓錐表面上，輪齒有直齒、斜齒和曲齒之分?！?.1齒輪傳動直齒圓錐齒輪的齒形由大端向小端逐漸收縮一對直齒圓錐齒輪傳動的正確嚙合條件是：兩齒輪大端的模數(shù)和壓力角對應相等。直齒圓錐齒輪傳動：§5.1齒輪傳動五、齒輪的失效形式§5.1齒輪傳動1．輪齒折斷

齒輪傳動時，輪齒的受力使其在齒根處受到很大的彎矩，并產(chǎn)生應力集中。而彎矩值在嚙合過程中隨著接觸點的移動，又是變化的，在脫離嚙合后，輪齒所受彎矩值就變?yōu)榱?。這樣，輪齒在變載荷作用下，重復一定次數(shù)后，齒根部分應力集中處便會產(chǎn)生疲勞裂紋，并且逐漸擴展，直至斷裂。這種現(xiàn)象稱為疲勞折斷。另一種折斷是短期過載或受到過大沖擊載荷時突然折斷，稱為過載折斷?！?.1齒輪傳動2．齒面點蝕

輪齒在傳遞動力時，在接觸部位產(chǎn)生的應力稱接觸應力，該應力是由零增加到最大值，又由最大值降到零，即按脈動循環(huán)變化。當接觸應力和它重復的次數(shù)超過某一限度時，工作齒面便發(fā)生細小的疲勞裂紋，如果裂縫內(nèi)夾入了潤滑油，在另一輪齒的擠壓下，被封閉在裂縫中的油壓增高，會加速致使裂縫擴展。裂紋的擴展使表面層上有小塊金屬剝落，形成小坑，這種現(xiàn)象稱為點蝕。點蝕后，齒廓工作表面被損壞，造成傳動不平穩(wěn)和產(chǎn)生噪聲，從而使輪齒失效?！?.1齒輪傳動3．齒面膠合

在高速重載的閉式傳動中，由于輪齒嚙合部位局部溫度升高，潤滑油油溫急劇上升，粘度降低，使齒面間油膜被嚴重破壞，失去潤滑作用。另外由于工作齒面間壓力很大，易將潤滑油膜擠破，致使嚙合齒輪兩齒面金屬直接接觸。這時，齒面產(chǎn)生瞬時高溫，較軟齒的表面金屬會熔焊在與之相嚙合的另一齒輪的齒面上。當齒輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，由于兩齒面的相對滑動，在較軟工作齒面上形成與滑動方向一致的撕裂溝痕，這種現(xiàn)象稱為齒面膠合。§5.1齒輪傳動4．齒面磨損

齒輪傳動過程中的磨損有兩種，一種是跑合性磨損，能起拋光作用，消除加工痕跡，改善傳動嚙合情況。另一種是由于硬質(zhì)顆粒雜物進入輪齒的工作表面而引起的磨粒性磨損。如果磨損的速度符合預定的設計期限，則應視為正常磨損。但齒面磨損嚴重時，將使?jié)u開線齒面損壞，加大了齒側(cè)間隙而引起傳動不平穩(wěn)。在開式傳動中，由于潤滑條件不好，并有硬質(zhì)顆粒雜物進入輪齒的工作表面，會加劇齒面磨損。所以齒面磨損是開式齒輪傳動的主要失效形式?！?.1齒輪傳動5．塑性變形

若輪齒的材料較軟，當其頻繁起動和嚴重過載時，輪齒在很大載荷和摩擦力作用下，可能使齒面表層金屬沿相對滑動方向發(fā)生局部的塑性流動，而出現(xiàn)塑性變形。主動輪產(chǎn)生塑性變形后，齒面沿節(jié)線處就形成凹溝，從動輪齒齒面沿節(jié)線處形成凸棱。嚴重塑性變形時，在齒頂邊緣處會出現(xiàn)飛邊，在主動輪上更易出現(xiàn)。若整個輪齒發(fā)生永久性變形，就會使齒輪傳動喪失工作能力?！?.1齒輪傳動

齒輪的失效形式與齒輪傳動的工作條件、齒輪材料的性能及不同的熱處理工藝，齒輪自身的尺寸、齒廓形狀、加工精度等密切相關(guān)。實踐證明：在閉式傳動中可能發(fā)生齒面點蝕、齒面膠合和輪齒折斷；在開式傳動中可能發(fā)生齒面磨損和輪齒折斷。§5.1齒輪傳動齒輪傳動失效形式和設計準則一、失效形式1、輪齒折斷★疲勞折斷★過載折斷全齒折斷—常發(fā)生于齒寬較小的直齒輪局部折斷—常發(fā)生于斜齒輪或齒寬較大的直齒輪措施：增大齒根圓角半徑、提高齒面精度、正變位、增大模數(shù)（主要方法）等2、齒面疲勞點蝕★點蝕常發(fā)生于閉式軟齒面（HBS≤350）傳動中★點蝕的形成與潤滑油的存在密切相關(guān)★點蝕常發(fā)生于節(jié)線附近★開式傳動中一般不會出現(xiàn)點蝕現(xiàn)象措施：提高齒面硬度和齒面質(zhì)量、增大直徑（主要方法）3、齒面膠合配對齒輪采用異種金屬時，其抗膠合能力比同種金屬強4、齒面磨損是開式傳動的主要失效形式5、齒面塑性變形措施：提高齒面硬度，采用油性好的潤滑油措施：采用異種金屬、降低齒高、提高齒面硬度等措施：改善潤滑和密封條件六、齒輪的材料選擇1.齒輪材料的基本要求：由輪齒的失效分析可知，對齒輪材料的基本要求為：(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