【正文】 第6章 齒輪機(jī)構(gòu)【本章提示】1．概述齒輪機(jī)構(gòu)類型、特點(diǎn)和傳動(dòng)的基本要求。2．探討齒廓嚙合基本定律、漸開(kāi)線齒廓的形成原理、性質(zhì)和傳動(dòng)特點(diǎn)。3．通過(guò)直齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)闡明齒輪嚙合的基本規(guī)律、傳動(dòng)參數(shù)、幾何尺寸計(jì)算和切齒原理等，在此基礎(chǔ)上研究斜齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)、圓錐齒輪機(jī)構(gòu)和蝸桿機(jī)構(gòu)。6．1 概述傳動(dòng)原理：靠一對(duì)齒輪的輪齒相互嚙合來(lái)傳遞空間任意兩軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。6．1．1齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：傳遞的功率大、速度范圍廣、效率高、工作可靠、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)緊湊、能保證恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比。缺點(diǎn)：制造和安裝精度要求高、成本高、不宜用于兩軸之間距離較大的傳動(dòng)。6．1．2齒輪機(jī)構(gòu)的類型 按照一對(duì)齒輪軸線間的相互位置、齒向和嚙合情況，可以分為：1．平面齒輪機(jī)構(gòu)（兩軸線平行）； 1）軸線平行：直齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)、斜齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu) 、人字齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu) 2）兩齒輪嚙合情況：外嚙合齒輪機(jī)構(gòu) 、內(nèi)嚙合齒輪機(jī)構(gòu)、齒輪與齒條機(jī)構(gòu) 2．空間齒輪機(jī)構(gòu)（兩軸線不平行）； 1）相交軸圓錐齒輪機(jī)構(gòu)：直齒、斜齒 2）交錯(cuò)軸齒輪機(jī)構(gòu)：交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu)、蝸桿機(jī)構(gòu)3．按輪齒的齒廓曲線形狀：漸開(kāi)線、擺線、圓弧齒輪。6．1．3對(duì)齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的基本要求傳動(dòng)準(zhǔn)確、平穩(wěn)強(qiáng)度高，承載能力強(qiáng)6．2 齒廓嚙合基本定律6．2．1一對(duì)齒輪的傳動(dòng)比傳動(dòng)比：主動(dòng)輪1與從動(dòng)輪2的角速度之比，即i12=ω1/ω26．2．2齒廓嚙合基本定律齒廓嚙合基本定律：相互嚙合傳動(dòng)的一對(duì)齒輪，在任一位置時(shí)的傳動(dòng)比，都與其連心線O1O 2 被其嚙合齒廓在接觸點(diǎn)處的公法線所分成的兩段成反比節(jié)圓：過(guò)節(jié)點(diǎn)所作的圓。中心距：兩齒輪節(jié)圓半徑之和。6．2．3共軛齒廓凡滿足齒廓嚙合基本定律而相互嚙合的一對(duì)齒輪的齒廓。漸開(kāi)線、擺線、圓弧線6. 3 漸開(kāi)線齒廓6．3．1漸開(kāi)線的形成和特性漸開(kāi)線的形成當(dāng)一直線l沿半徑是rb的圓周作純滾動(dòng)時(shí)，該直線上任一點(diǎn)K的軌跡AK稱為該圓的漸開(kāi)線。半徑為rb的圓稱為基圓；直線l則稱為漸開(kāi)線的發(fā)生線；漸開(kāi)線齒輪的齒廓就是由在同一基圓上產(chǎn)生的兩條對(duì)稱的漸開(kāi)線構(gòu)成。漸開(kāi)線齒廓的特性1）發(fā)生線沿基圓滾過(guò)的線段長(zhǎng)度等于基圓上被滾過(guò)的弧長(zhǎng)；2）漸開(kāi)線上各點(diǎn)的法線必與基圓相切，基圓的切線必為漸開(kāi)線某點(diǎn)的法線；3）漸開(kāi)線上各點(diǎn)的壓力角的大小不同，離基圓越遠(yuǎn)，壓力角越大；4）漸開(kāi)線的形狀取決于基圓的大小5）基圓以內(nèi)無(wú)漸開(kāi)線6．3．2漸開(kāi)線齒廓的嚙合特點(diǎn)漸開(kāi)線齒廓滿足齒廓嚙合基本定律，能夠?qū)崿F(xiàn)定傳動(dòng)比要求兩基圓的內(nèi)公切線——法線——不發(fā)生變化——有固定的點(diǎn)——節(jié)點(diǎn)C中心距具有可分性一對(duì)漸開(kāi)線齒輪制成后，其基圓便已確定．中心距的可分性：中心距稍有變化，不改變其瞬時(shí)傳動(dòng)比的大小傳遞壓力的方向不變1）嚙合線是一直線嚙合線：兩齒廓接觸點(diǎn)在固定平面的軌跡直線N１N２——嚙合線——兩圓的內(nèi)公切線——法線為同一直線N１、N２是理論上的兩個(gè)極限嚙合點(diǎn)2）嚙合角與傳力方向不變嚙合角：嚙合線N１N２與過(guò)節(jié)點(diǎn)的兩輪節(jié)圓公切線 tt 之間所夾的銳角嚙合過(guò)程中——嚙合角將始終保持不變—— 壓力方向不變四線合一：嚙合線、過(guò)嚙合點(diǎn)的公法線、基圓的內(nèi)公切線、法向壓力的作用線。6．4　漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)齒輪的主要參數(shù)和基本尺寸計(jì)算6．4．1齒輪各部分的名稱及代號(hào)齒頂圓與齒根圓齒頂圓：輪齒齒頂圓柱面所確定的圓。齒根圓：輪齒齒槽底部圓柱面所確定的圓。齒厚、齒槽寬和齒距齒厚：齒輪任意圓周dK 上一個(gè)輪齒的兩側(cè)齒廓間的弧長(zhǎng)。齒槽寬：齒輪任意圓周dK 上一個(gè)齒槽的弧長(zhǎng)。齒距：在端平面上，任意圓周上相鄰兩齒同側(cè)齒廓之間的弧長(zhǎng)。在齒輪的同一圓周上，齒距等于齒厚與齒槽寬之和。分度圓和基圓分度圓：為了便于設(shè)計(jì)、制造和互換使用，在齒輪的頂圓與根圓之間取一度量齒輪尺寸的基準(zhǔn)圓，將此基準(zhǔn)圓上的pK/Π值規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)值，壓力角αK也取為標(biāo)準(zhǔn)值，該圓則稱為分度圓。齒頂高、齒根高、全齒高齒頂高：齒頂圓與分度圓之間的徑向距離。齒根高：齒根圓與分度圓之間的徑向距離。全齒高：齒頂圓與齒根圓之間的徑向距離。 齒寬與齒面齒寬：齒輪輪齒軸向?qū)挾?。齒面：位于齒頂曲面和齒根曲面間的輪齒側(cè)表面。6．4．2齒輪的主要參數(shù)模數(shù)模數(shù)：分度圓齒距與Π的比值分度圓直徑：d=mZM越大，p也越大，承載能力越強(qiáng)。m已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化 表61，優(yōu)先選用第一系列，括號(hào)內(nèi)的盡量不用。壓力角分度圓上齒廓的壓力角為標(biāo)準(zhǔn)值漸開(kāi)線的形狀由模數(shù)、壓力角和齒數(shù)決定，最基本的參數(shù)。齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)齒輪：模數(shù)、壓力角、齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)均為標(biāo)準(zhǔn)值，且分度圓上的齒厚等于齒槽寬的齒輪。6．4．3漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)直齒輪的基本尺寸計(jì)算外齒輪的幾何尺寸計(jì)算（表6—2）公法線長(zhǎng)度和分度圓弦齒厚（自學(xué)）6. 5 漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的嚙合傳動(dòng)6．5．1一對(duì)齒輪的正確嚙合條件當(dāng)前一對(duì)齒輪嚙合分離后，后續(xù)的齒對(duì)已接替進(jìn)入嚙合。相鄰兩齒同側(cè)齒廓沿法線的距離應(yīng)相等兩輪的法向齒輪相等是一對(duì)齒輪相嚙合的正確條件m1= m2= m α1=α 2= αi12=Z2/ Z16．5．2一對(duì)齒輪的標(biāo)準(zhǔn)中心距標(biāo)準(zhǔn)安裝：分度圓與節(jié)圓重合，保證無(wú)側(cè)隙安裝。分度圓和壓力角，單個(gè)齒輪所具有的參數(shù)。節(jié)圓與嚙合角：對(duì)齒輪副而言，安裝以后才具有的參數(shù)，與安裝中心距有關(guān)。6．5．3一對(duì)齒輪的連續(xù)傳動(dòng)條件輪1為主動(dòng)，輪2為從動(dòng)嚙合的始點(diǎn)A：從動(dòng)輪的齒頂圓和嚙合線的交點(diǎn)A；嚙合的終點(diǎn)E：主動(dòng)輪的齒頂圓與嚙合線的交點(diǎn)EAE是一對(duì)齒廓嚙合點(diǎn)的實(shí)際軌跡，即實(shí)際嚙合線段。連續(xù)傳動(dòng)的條件：AE≥pb重合度：實(shí)際嚙合線與基圓齒距的比值。重合度越大，參與嚙合的齒對(duì)數(shù)就越多，傳動(dòng)就越平穩(wěn)，每對(duì)輪齒承受的載荷就越小。6．6漸開(kāi)線齒廓的切齒原理6．6．1仿形法仿形法是利用與齒輪齒槽形狀相同的銑刀（盤(pán)形和指狀），通過(guò)普通銑床直接在輪坯上加工出漸開(kāi)線齒形。切削運(yùn)動(dòng)：銑刀繞自己的軸線oo回轉(zhuǎn)，同時(shí)，輪坯沿其軸線方向送進(jìn)，以便切出整個(gè)齒寬；分度運(yùn)動(dòng)：銑完一個(gè)齒槽之后，輪坯退回原處，分度頭將它轉(zhuǎn)過(guò)360176。/Z的角度，再銑第二個(gè)齒槽。特點(diǎn)：成本低，加工簡(jiǎn)便 精度低，生產(chǎn)效率低，適用于單件小批量生產(chǎn)6．6．2范成法范成法：利用一對(duì)齒輪相嚙合時(shí)，其共軛齒廓互為包絡(luò)線的原理來(lái)切出漸開(kāi)線齒形。齒輪插刀：1）范成運(yùn)動(dòng)：模仿一對(duì)齒輪做緩慢的定傳動(dòng)比回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)2）切削運(yùn)動(dòng)：插刀沿齒寬方向所做的往復(fù)運(yùn)動(dòng)3）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：插刀的徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒條插刀齒輪滾刀6．7漸開(kāi)線齒廓的根切現(xiàn)象，最少齒數(shù)和變位齒輪6．7．1根切現(xiàn)象與最少齒數(shù)根切現(xiàn)象：用范成法加工齒數(shù)較少的標(biāo)準(zhǔn)齒輪時(shí)，當(dāng)?shù)毒叩凝X頂線（或齒頂圓）超過(guò)嚙合極限點(diǎn)N1時(shí)，將會(huì)切去輪齒根部的一部分漸開(kāi)線齒廓，這一現(xiàn)象成為輪齒的個(gè)別切。問(wèn)題：抗載能力降低，傳動(dòng)平穩(wěn)性變差最少齒數(shù)：加工標(biāo)準(zhǔn)齒輪時(shí)不發(fā)生根切的齒數(shù)極限值條件：Zmin≥176．7．2變位齒輪簡(jiǎn)介標(biāo)準(zhǔn)齒輪的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，互換性好缺點(diǎn)：1）被切齒輪的齒數(shù)受限，否則出現(xiàn)根切 2）不適合實(shí)際中心距≠標(biāo)準(zhǔn)中心距 3）大小齒輪的承載能力不同變位齒輪：通過(guò)改變刀具和齒坯相對(duì)位置后切制出來(lái)的齒輪.xm：變位量。由切削標(biāo)準(zhǔn)齒輪的位置移動(dòng)的距離x：變位系數(shù)變位后的齒輪，在分度圓上齒厚與齒槽寬不等x0正變位 正變位齒輪 x0負(fù)變位 負(fù)變位齒輪變位齒輪的特點(diǎn)：1） 變位齒輪的模數(shù)和壓力角不變，定傳動(dòng)比的性質(zhì)不變2）齒厚、齒槽寬、齒頂圓、齒根圓、齒根高都發(fā)生變位6．8平行軸斜齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)端面：垂直于其軸線的平面直齒輪漸開(kāi)面的形成：發(fā)生平面S在基圓柱上作純滾動(dòng)，平面S上與母線平行的直線KK在空間形成的漸開(kāi)面。直齒輪傳動(dòng)的缺點(diǎn)：平穩(wěn)性較差，易產(chǎn)生振動(dòng)和沖擊6．8．1斜齒圓柱齒輪齒面的形成及特點(diǎn)斜齒輪漸開(kāi)面的形成：發(fā)生平面S在基圓柱上作純滾動(dòng)，平面S上與母線不平行的斜直線KK在空間的軌跡形成的漸開(kāi)面?；鶊A柱螺旋角：KK與其圓柱母線所夾的銳角特點(diǎn)：傳動(dòng)平穩(wěn)，振動(dòng)噪聲小，適合高速承載傳動(dòng)6．8．2斜齒圓柱齒輪的基本參數(shù)和尺寸基本參數(shù)：1）螺旋角：分度圓柱面上的螺旋角 斜齒輪按輪齒傾斜方向：分為左旋、右旋2）齒距與模數(shù)3）壓力角：4）齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)國(guó)標(biāo)規(guī)定：法面參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值幾何尺寸計(jì)算一對(duì)斜齒輪的嚙合從端面來(lái)看，相當(dāng)于一對(duì)直齒輪的嚙合；斜齒輪的中心距與螺旋角β有關(guān)6．8．3斜齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)的正確嚙合條件與重合度正確嚙合條件：mn1= mn2= m αn1=α n2= α β1=β2重合度直齒：ε斜齒：ε=εt+εβ端面重合度εt軸向重合度εβ特點(diǎn)：重合度增大，且隨齒寬b和輪齒的傾斜程度的增大而增大。 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，承載能力高，產(chǎn)生軸向力。6．8．4斜齒圓柱齒輪的當(dāng)量齒輪和當(dāng)量齒數(shù)以ρ為分度圓半徑，以斜齒輪的法向模數(shù)mn為模數(shù)，取壓力角α為標(biāo)準(zhǔn)壓力角作一假想的直齒圓柱齒輪，則其齒形與斜齒輪的法面齒形相近，此直齒輪稱斜齒輪的當(dāng)量齒輪。斜齒輪的最少不根切齒數(shù)：17cos3β6．9圓錐齒輪機(jī)構(gòu)6．9．1概述：圓錐齒輪用于傳遞兩相交軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。兩軸間的交角Σ=90176。圓錐齒輪的輪齒均布在一個(gè)截錐體上，由大端到小端逐漸變小。單個(gè)圓錐齒輪：基圓錐，分度圓錐、齒頂圓錐、齒根圓錐。相互嚙合的一對(duì)圓錐齒輪機(jī)構(gòu)有節(jié)圓錐圓錐齒輪傳動(dòng)，一對(duì)錐頂重合的節(jié)圓錐在作純滾動(dòng)理論齒廓應(yīng)是球面漸開(kāi)線。6．9．2直齒圓錐齒輪齒面的形成原理一個(gè)圓心和基圓錐錐頂O相切的圓平面（發(fā)生面）S沿基圓錐作純滾動(dòng)時(shí)，S上任一條與基圓錐母線OA相切的徑向直線OK上的點(diǎn)K 在空間展出一條以錐距R為半徑的球面漸開(kāi)線AK，該曲面能滿足定傳動(dòng)比要求。6．9．3直齒圓錐齒輪的背錐和當(dāng)量齒數(shù)背錐便于研究，取背錐代替圓錐當(dāng)量齒輪與當(dāng)量齒數(shù)將背錐展開(kāi)成平面，則成為兩個(gè)扇形齒輪，將它們補(bǔ)足為完整的圓錐齒輪，此圓錐齒輪稱為原齒輪的當(dāng)量齒輪，此齒輪的齒數(shù)稱為當(dāng)量定數(shù)。（1）正確嚙合條件：大端模數(shù)和壓力角分別相等，且錐距也分別相等。（2）一對(duì)直齒圓錐齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比：（3）直齒圓錐齒輪不根切的最少齒數(shù)：6．9．4直齒圓錐齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算基本參數(shù)大端模數(shù)，壓力角為標(biāo)準(zhǔn)值；幾何尺寸計(jì)算Σ=90176。且節(jié)圓錐與分度圓錐重合。不等頂隙收縮齒圓錐齒輪，齒頂圓錐、齒根圓錐、分度圓錐錐頂?shù)软斚妒湛s齒圓錐齒輪，齒根圓錐和分度圓錐共錐頂，但齒頂圓錐并不與分度圓錐共錐頂。6．10蝸桿機(jī)構(gòu)6．10．1蝸桿蝸輪的形成蝸桿機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)兩交錯(cuò)軸間的傳動(dòng)，通常兩軸交錯(cuò)角Σ=90176。蝸桿與蝸輪的形成：在蝸桿傳動(dòng)中，常以蝸桿為原動(dòng)件作減速運(yùn)動(dòng)。蝸桿輪齒的旋向有左旋和右旋之分，常用的是右旋蝸桿。6．10．2蝸桿機(jī)構(gòu)的類型根據(jù)蝸桿的外形圓柱蝸桿機(jī)構(gòu)：制造簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛；環(huán)面蝸桿機(jī)構(gòu)：潤(rùn)滑狀態(tài)好，效率較高；錐蝸桿機(jī)構(gòu)：嚙合性能好，承載能力大，效率高。圓柱蝸桿機(jī)構(gòu)的分類普通圓柱蝸桿 圓弧圓柱蝸桿普通圓柱蝸桿阿基米德蝸桿 漸開(kāi)線蝸桿 延伸漸開(kāi)線蝸桿和錐面包絡(luò)蝸桿。6．10．3圓柱蝸桿機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)中間平面：垂直于蝸輪軸線且通過(guò)蝸桿軸線的平面在中間平面，蝸桿與蝸輪的嚙合等同于漸開(kāi)線齒輪與齒條的嚙合在蝸桿傳動(dòng)中，以中間平面上的基本參數(shù)和尺寸計(jì)算為基準(zhǔn)模數(shù)和壓力角正確嚙合條件 蝸桿分度圓直徑和蝸桿直徑系數(shù)傳動(dòng)比i，蝸桿頭數(shù)z，蝸輪齒數(shù)蝸桿分度圓柱上螺旋線的導(dǎo)程角入中心距6．10．4圓柱蝸桿機(jī)構(gòu)的幾何尺寸計(jì)算6．10．5蝸桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)傳動(dòng)比大，零件數(shù)目少，結(jié)構(gòu)緊湊；傳動(dòng)平穩(wěn)，嚙合的齒對(duì)數(shù)多，噪聲低；具有自鎖性，蝸桿為原動(dòng)件，機(jī)構(gòu)自鎖；傳動(dòng)效率低，摩擦大；制造成本高；第三篇 聯(lián)接與螺旋傳動(dòng)第8章 聯(lián)接【本章提示】、結(jié)構(gòu)、性能、使用場(chǎng)合和設(shè)計(jì)計(jì)算。、花鍵、銷聯(lián)接的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、選擇，及其強(qiáng)度計(jì)算。聯(lián)接：動(dòng)聯(lián)接：鉸鏈 靜聯(lián)接：焊接靜聯(lián)接 可拆聯(lián)接：不需損壞聯(lián)接中的任一零件；如螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接等。 不可拆聯(lián)接：不損壞聯(lián)接中的謀一部分就不能拆開(kāi)的聯(lián)接；如焊接、鉚接、膠接等。8．1 螺紋8．1．1螺紋的類型和應(yīng)用將一傾斜角為λ的直線繞在圓柱體上便形成一條螺旋線。使一平面圖形（如三角形、矩形）沿著螺旋線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中此圖形始終通過(guò)圓柱體的軸線，于是便形成螺紋。按照平面圖形的形狀：三角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋按照螺旋線的旋向：左旋螺紋、右旋螺紋按照螺旋線的數(shù)目：?jiǎn)尉€螺紋、等距排列的多線螺紋按照螺紋加工的位置外螺紋、內(nèi)螺紋按照螺紋的作用：聯(lián)接螺紋、傳力螺紋按照螺紋的母體形狀圓柱螺紋、管螺紋8．1．2螺紋的主要參數(shù)大徑d：與外螺紋牙頂（內(nèi)螺紋牙底）相重合的假想圓柱面的直徑，即公稱直徑小徑d1：與外螺紋牙底（內(nèi)螺紋牙頂）相重合的假想圓柱面的直徑，強(qiáng)度計(jì)算中用作危險(xiǎn)截面直徑的計(jì)算直徑。中徑d2：外、內(nèi)螺紋的牙厚與牙間相等的圓柱直徑螺距P：螺紋相鄰兩牙對(duì)應(yīng)點(diǎn)間的軸向距離導(dǎo)程S：同一螺旋線上相鄰兩牙對(duì)應(yīng)點(diǎn)間的軸向距離