机械基础教案齿轮传动.docx
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机械基础教案齿轮传动
教师授课教案
2016下-2017上学年一学期课程机械基础
章节课题
项目二机械传动
任务2齿轮传动
授课方法
讲授练习
所需教具
多媒体课件
课时
4课时
授课班级
目的要求
1.了解直齿圆柱齿轮传动的特点、基本参数、几何尺寸的计算。
2.能按正确选择标准直齿圆柱齿轮传动。
3.了解齿轮的失效形式、常用材料。
旧知复习
1.带传动的结构、特点及设计的步骤与应用。
2.链传动的结构、特点及应用。
重点难点
按设计步骤正确设计标准直齿圆柱齿轮传动。
教学过程
旧知复习
任务2齿轮传动
课堂练习
小结
课后作业
尺寸计算
教学后记
教学内容
旧知复习：
1.带传动的结构、特点及应用
2.链传动的结构、特点及应用
讲授新课：
项目二机械传动
任务2齿轮传动
一、齿轮传动的特点与类型
1.与其他传动相比较，齿轮传动具有以下特点：
（1）瞬时传动比准确，传动平稳。
结构紧凑，适用范围广。
（2）传动精度高；传动效率高，可达99%；工作可靠，寿命长。
（3）可实现两轴平行、交叉、交错的传动。
（4）齿轮需要专用制造设备，成本较高。
2.齿轮传动的类型
（1）用于两平行轴之间的传动 如斜齿轮传动。
（2）用于两相交轴之间的传动如圆锥齿轮传动。
（3）用于两相错轴之间的传动如蜗杆传动。
二、渐开线直齿圆柱齿轮轮齿的各部分名称、基本参数和几何尺寸
1.渐开线的形成及性质
（1）渐开线的形成
当一条直线沿固定的圆周边缘作无滑动的纯滚动时，该直线上任一点K的运动轨迹，称为该圆的渐开线，如图2-24所示。
称该直线为发生线；该不动的圆为基圆。
（2）渐开线的性质
发生线沿基圆边缘滚过的长度KB，等于基圆上被滚过的圆弧长AB，即KB=AB。
渐开线上任一点K的法线必与基圆相切。
切点B是渐开线上K点的曲率中心，线段KB是K点的曲率半径。
渐开线的形状取决于基圆的大小。
基圆内无渐开线。
2.渐开线直齿圆柱齿轮轮齿的各部分名称
（1）齿顶圆齿顶所在的圆称为齿顶圆，齿顶圆直径用d
表示。
（2）齿根圆齿槽底部所在的圆称为齿根圆，齿根圆直径用d
表示。
（3）齿厚同一轮齿上左、右两齿廓之间的某一圆周弧长称为齿厚，分度圆上的齿厚用s表示。
（4）齿槽宽相邻两齿之间的某一圆周弧长称为齿槽宽，分度圆上的齿槽宽用e表示。
（5）齿距相邻两齿同一侧齿廓圆周弧长称为齿距，分度圆上的齿距用p表示。
（6）分度圆轮齿上齿厚等于齿槽宽所在的圆称为分度圆，分度圆直径用d表示。
（7）齿顶高分度圆到齿圆顶之间的径向距离称为齿顶高，用h
表示。
（8）齿根高分度圆到齿根圆之间的径向距离称为齿根高，用h
表示。
（9）齿全高齿顶圆到齿根圆之间的径向距离称为齿全高，用h表示。
（10）中心距两传动齿轮中心的距离称为中心距，用a表示。
3.渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数
（1）齿数z齿轮圆周上轮齿的总数称为齿数。
（2）模数m 齿轮几何尺寸的重要参数。
（3）压力角
压力角指轮齿速度方向与受力方向所夹的锐角，通常
指分度圆上的压力角
。
我国规定分度圆上的标准压力角为20º。
（4）顶高系数h
标准齿轮的齿顶高系数h
＝1。
（5）顶隙系数c
标准齿轮的顶隙系数c
＝0.25。
4.渐开线直齿标准圆柱齿轮的几何尺寸计算
渐开线直齿标准圆柱齿轮的几何尺寸计算公式见表2-9。
例2-1已知一对渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的模数m=10mm，主动齿轮的齿数z
=20,从动齿轮的齿数z
＝80，压力角
＝20
，试计算该直齿圆柱齿轮的各部分尺寸。
例2-2已测得一渐开线标准直齿圆柱旧齿轮的齿全高为11.5mm，齿数为23，试计算该齿轮的齿顶圆直径。
三、一对渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动
1．一对渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合过程
一对渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合过程如图2-28所示。
2．传动比值恒定
在两轮节点C处的线速度值相等，线速度的方向垂直于O
、O
的连线，即有
=
=
得i=
=常数
所以，渐开线标准直齿圆柱齿轮的传动比值为恒定不变。
3．中心距的可分性
一对渐开线标准直齿圆柱齿轮的传动比与两轮的基圆半径成反比。
在传动中，如果实际中心距发生微小的改变，传动比的值也不会发生变化，称之为渐开线齿轮传动的中心距可分性。
4．齿廓间的作用力方向不变
渐开线齿轮的两齿廓无论在何处啮合，齿廓间作用的压力方向始终在两基圆的内公切线上，即在接触点的公法线上，也就是啮合线方向上，啮合线成为固定的直线。
所以，齿廓间作用的压力方向不变，传动平稳。
5．正确啮合条件
一对渐开线标准直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：
两个齿轮的模数和压力角分别相等，且等于标准值。
m
＝m
=m
=
=
6．正确安装中心距
一对渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的中心距等于两齿轮分度圆半径之和，该中心距称为标准中心距或正确安装中心距。
四、渐开线齿轮的加工及根切现象
1．齿轮的加工
（1）仿形法加工
仿形法加工是在普通铣床上，用轴向剖面形状与被切齿轮轮的槽形状完全相同的成形铣刀，铣削出齿轮的加工方法。
仿形法加工齿轮的精度低，效率低，适用于单件生产。
（2）展成法加工
展成法加工是利用一对无侧隙啮合的齿轮传动，两轮齿廓曲线互为包络线的原理，将其中一个齿轮做成刀具的齿形，与被加工齿轮的毛坯共轭展成运动，形成渐开线齿形。
展成法加工齿轮的精度高，渐开线的形状准确，生产效率高。
2．根切现象
用展成法加工齿轮的时，如果齿轮的齿数太少，轮齿根部的渐开线齿廓会被部分切去，这种现象称为根切。
五、齿轮的精度
1．齿轮的加工精度
齿轮的加工精度影响到传动的精度。
2.齿轮的传动精度
齿轮在制造和安装的过程中，不可避免会产生一定的精度误差，影响齿轮的正常传动。
国家标准GB/T10095—2008规定，齿轮的传动精度分为12级，精度从1～12级依次降低。
常用中级精度6、7、8级。
（1）运动精度指齿轮转动一周的转角最大误差值不超过允许的范围，表示传递运动的准确性。
（2）工作平稳性指齿轮瞬时传动比的变化限制在一定的范围内，表示传递运动的平稳性。
（3）接触精度指齿轮传动的轮齿接触表面大又均匀，接触斑点占整个齿面的比例（如接触斑点超过60%以上）。
（4）齿轮副的侧隙指齿轮非工作面在齿廓法线方向上的间隙，间隙用于储存润滑油和防止卡死。
六、齿轮的失效形式
1.轮齿折断
齿轮传动时，轮齿承受很大的载荷，根部产生弯曲应力，在长期循环载荷作用下，当弯曲应力超过材料允许的疲劳强度极限时，轮齿的根部将出现疲劳裂纹，随着裂纹的扩大，导致整个齿根折断，这种折断称为疲劳折断。
过载折断常出现在没有良好润滑条件的开式齿轮传动中。
2．齿面疲劳点蚀
在充分润滑液的条件下，进入裂纹的润滑液受到密封高压的作用，使齿面金属剥落而形成麻点状的凹坑，这种现象称为疲劳点蚀。
齿面疲劳点蚀常出现在闭式齿轮的传动中。
3．齿面磨损
轮齿啮合表面落入金属屑、粉尘等物质，当润滑条件较差，齿面材料被磨损，失去了渐开线齿廓的形状。
齿面磨损常发生在润滑条件较差的开式齿轮传动中。
4．齿面胶合
相互啮合的金属齿面，在高速重载下表面压力和温度过高容易造成粘着，随着齿面的相对运动，较硬的齿面将较软的齿面撕成沟纹的现象，称为齿面胶合。
5．齿面塑性变形
如果齿轮的齿面硬度不高，当低速重载、冲击载荷或频繁起动时，轮齿表面在切向摩擦力相互作用下，主动轮的表面被拉出凹槽变形，从动轮
的表面将被挤压出凸棱，破坏了正常的齿形，称为齿面塑性变形。
七、常用齿轮的材料和结构
1．常用齿轮的材料
（1）锻钢
锻造齿轮的组织均匀、力学性能好、强度高、承载能力大。
常用中碳结构钢和合金结构钢，如45、40Cr。
由于锻造设备限制，锻造齿轮的直径一般小于500mm。
（2）铸钢
当齿轮的直径大于500mm不能选用锻造时，只能选择铸钢。
（3）铸铁
当低速、载荷不大时，可选用铸铁作为齿轮材料。
（4）非金属材料
在载荷较轻、转速较高的低噪音场合，如家用电器、办公机械，可选用尼龙、塑料等非金属作为材料。
2．常用齿轮的轮幅结构
常用圆柱齿轮的结构由轮缘、轮幅和轮毂三部分组成，轮幅的结构根据齿顶圆的大小分为齿轮轴、实心齿轮、腹板式齿轮和轮幅式齿轮四种形式。
（1）齿轮轴当齿顶圆直径小于2倍轴孔时，将齿轮和轴做成一体，称为齿轮轴。
（2）实心齿轮当齿顶圆直径小于200mm时，采用实心式结构。
（3）腹板式齿轮当齿顶圆直径在200～500mm之间时，采用腹板式结构。
（4）轮幅式齿轮当齿顶圆直径大于500mm，选用腹板式结构。
八、齿轮传动的润滑与维护
1．齿轮传动的润滑
（1）定点所有的运动副加油到位；
（2）定质油质到位；
（3）定量油量到位；
（4）定期加油期限到位；
（5）定人责任人到位。
2．齿轮传动的维护
“看”和“听”是维护齿轮传动的常用方法，直接检查开式齿轮传动的齿面，或从窥视孔观察闭式齿轮传动的齿面啮合状态；通过“客人”判断齿轮传动的啮合是否有异常的声音，常见的异常：
配合间隙过大、径向跳动、轴向窜动、连接松动和润滑剂牌号不符合要求。
九、标准直齿圆柱齿轮的强度计算
1.齿面接触疲劳强度计算
选择节点啮合时的最大接触应力不得超过材料许用的接触应力[
]，即
（2-17）
（1）载荷系数K主要考虑齿轮运转时原动机与工作机的工作特性、载荷特性的影响而引入的修正系数。
（2）主动轮上的转矩T
T
=9550
N·m（2-20）
P——传递的功率，kW；
n
——主动轴转速，r/min。
（3）传动比u单级齿轮的传动比u=z
/z
小于5，以避免两轮尺寸相差悬殊。
（4）齿宽b由齿轮结构确定。
（5）小齿轮分度圆直径d由齿轮结构确定。
（6）齿宽系数
=b/d
，齿宽系数越大，载荷分布越不均匀。
（7）许用接触应力
按下式计算：
=
（2-21）
—试验齿轮的接触疲劳极限应力；
S
—齿轮接触强度安全系数。
2.轮齿的弯曲疲劳强度计算
选择齿根处的最大弯曲疲劳应力不得大于材料许用的弯曲疲劳强度值。
【知识拓展】变位齿轮与锥齿轮传动
一、变位齿轮简介
当被加工齿轮的齿数小于17齿时，只有采用变位的加工方法，才能避免出现根切现象，变位加工所得到的齿轮称为变位齿轮。
变位齿轮主要应用于下面二种场合：
1.两轴之间有多组齿轮变速传动。
2.等寿命设计。
二、锥齿轮传动简介
1.锥齿轮的传动特点和分类
（1）锥齿轮的传动特点
锥齿轮的轮齿分布在圆锥体上，其齿形从大端向小端逐渐收缩。
锥齿轮传动用于传递两相交轴间的运动和动力。
两轴间多采用90º的夹角。
（2）锥齿轮的分类
锥齿轮分为直齿、斜齿和曲齿三种。
2.锥齿轮传动的基本参数和几何尺寸
（1）传动比i
（2）模数m与其它参数
（3）直齿圆锥齿轮的正确啮合条件
（4）几何尺寸计算
课堂练习：
直齿圆柱齿轮尺寸计算
小结：
1.直齿圆柱齿轮传动的特点、基本参数、几何尺寸的计算
2.正确选用标准直齿圆柱齿轮传动
3.齿轮的失效形式、常用材料
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