土木工程机械课件—-齿轮传动ppt

5月 11, 2022 技术支持

这是一个关于土木工程机械课件—-齿轮传动ppt,主要介绍齿轮传动的特点和类型、齿廓啮合基本定律、渐开线齿廓及啮合特性、渐开线直齿圆柱齿轮的几何尺寸及啮合传动条件。欢迎点击下载哦。

1. 齿轮传动的运动:是依靠主动轮的轮齿齿廓依次推动从动轮的轮齿齿廓来实现的。当主动轮按一定角速度转动时,从动轮转动的角速度将于两轮齿廓的形状有关。

C为公法线. 实现定角速比传动的齿廓基本定律:两齿轮齿廓不论在哪点位置接触,过接触点所作齿廓的公法线必须通过连心线上一个固定点(节点)。

2. 共扼齿廓:凡能满足啮合基本定律的一对齿廓。共扼齿廓曲线很多,常用的有渐开线齿廓、摆线齿廓等,其中渐开线. 节圆:过节点分别以CO1、CO2为半径作的两个相切的圆。以r1、r2表示两个节圆的半径。由于节点的相对速度等于零,所以一对齿轮传动时,它的一对节圆在作纯滚动。

4.3 渐开线. 渐开线)渐开线的形成:当一条动直线BK沿半径为rb的圆作纯滚动时,其动直线上任意一点K的轨迹AK称为该圆的渐开线。该圆称为渐开线的基圆,而动直线称为渐开线)渐开线的性质:

②发生线上点K的瞬时速度方向,就是渐开线上点K切线tt的方向,而发生线又恒切于基圆,所以发生线BK既是渐开线任一点K的法线,又是基因的切线。

③ 发生线与基圆的切点B是渐开线上点及的曲率中心,而线段BK是渐开线在点K 的曲率半径。

由上式可见,随着向径rk的改变,渐开线上不同点的压力角不等,愈接近基圆部分压力角愈小,在基圆上的压力角等于零。

4.3 渐开线. 啮合线)啮合线):渐开线齿廓从开始啮合到脱离啮合接触点都在直线上,那么直线就是啮合线)啮合角(a):啮合线与两轮节圆公切线tt之间的锐角。

4.3 渐开线. 齿廓间的正压力:渐开线齿轮在啮合传动中,若齿廓间传递的力矩恒定,则轮齿间的压力大小和方向均保持不变。(平稳运行条件)

(3) 齿厚Sk:任意圆周上轮齿两侧齿廓间的弧线) 齿槽宽ek:任意圆周上齿槽两侧齿廓间的弧线渐开线直齿圆柱齿轮的几何尺寸 及啮合传动条件

(6) 分度圆d:设计齿轮的基准圆。在分度圆上,齿厚 s 等于齿槽宽 e 即:s=e ,齿距p=s+e ,分度圆d为:

因此:渐开线齿轮的分度圆还可作如下定义:齿轮上具有标难模数和标准压力角的圆。

(2)基圆齿距pb:相邻两个同侧齿廓的渐开线起始点间的基圆弧长,即:pb=pdb/z 将上式代入得:

3. 标准安装:使两标准齿轮的节圆与分度圆相重合的安装。这时的中心距称为标准中心距,其值为:

4. 几何计算:首先确定五个基本参数,即:z、m、a、 ha* 、 c* 。其它参数计算公式见下表:

例:已知一对标准直齿圆柱齿轮参数:小齿轮z1=32,减速比i12=3,m=2.5,计算这对啮合齿轮的几何参数。

解:由于是标准直齿圆柱齿轮,因此分度圆压力角、齿顶高系数、顶隙系数分别为:

正确啮合:两齿轮的全部轮齿都依次啮合。并保证前一对轮齿分离前,后一对轮齿不间断地接替传动。

保证正确啮合的条件:两齿轮的法向齿距相等。即:两齿轮的压力角a 、模数m相等。

(1)保证一对齿轮连续传动的要求:前一对轮齿尚未脱离啮合时,后一对轮齿尚进入啮合或刚好进入啮合。

(2)实际啮合线:齿廓啮合点的实际运动轨迹。即直线渐开线直齿圆柱齿轮的几何尺寸 及啮合传动条件

(3)重合度 e: 实际啮合线与齿轮基圆齿距Pb(或齿轮法向齿距Pn )的比值。即:

①成形法(仿形法):是用与齿轮的齿槽形状相同的铣刀在铣床上加工齿轮轮齿的方法。适用于单件或小批量生产及精度要求不高的齿轮加工。

②范成法:利用齿轮的啮合原理来切削轮齿的一种方法。是目前齿轮加工的主要方法。

(1)轮齿的根切现象:用齿条型刀具(或齿轮型刀具)加工齿轮时,若被加工齿轮的齿数过少,刀具的齿顶线就会超过轮坯的啮合极限点N1,这时将会出现刀刃把轮齿根部的渐开线齿廓切去一部分的现象。

(2)标准齿轮不适用于实际中心距a不等于标准中心距a的场合:

① 当a a 时,会出现过大的齿侧间隙,重合度也减小。

② 当a a 时,因较大的齿厚不能嵌入较小的齿槽宽,致使标准齿轮无法安装.

③一对互相啮合的标准齿轮,小齿轮齿根厚度小于大齿轮齿根厚度,抗弯能力降低。

(1)正变位齿轮:加工齿轮时,刀具向轮坯中心移出;变位系数 x 0。

d.变位齿轮的特点:① 可以避免根切;② 可提高齿轮轮齿的抗弯强度;③ 可以配凑中心距。

(1)齿轮的失效:主要是指轮齿的失效,就是当齿轮在传递动力时,载荷作用在轮齿上,使轮齿产生折断和齿面损坏的现象。

(2)常见的失效形式有轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损和轮齿塑性变形。

(2)疲劳折断:在载荷多次重复作用下,轮齿的危险截面的应力超过弯曲疲劳应力时,产生疲劳裂纹,逐渐发展导致折断的现象。

(3)解决办法:增大齿根圆角半径,采用较大的模数,提高精度等级,对齿根进行强化处理,选用韧性较好的材料,设计上保证轮齿有足够的弯曲强度,都有利于提高轮齿的抗折断能力。

2. 齿面的疲劳点蚀:是闭式齿轮传动中软齿面(HBS 350)上最常见的一种失效形式。

(1)齿面的疲劳点蚀:当齿面的接触应力超过轮齿材料的接触疲劳极限应力时,齿面产生疲劳裂纹,致使小块金属剥落的现象。

(2)防止点蚀的有效措施:提高齿面硬度、降低齿面粗糙度和增大润滑油的粘度。

(1)齿面的胶合:在高速重载的齿轮传动中,由于啮合区温度很高,润滑不良致使两齿面直接接触,并瞬时相互粘连的现象。当两齿面继续相对运动时,较软齿面上的金屑沿滑动方向被撕下而形成沟。

提高齿面硬度和减小齿面粗糙度能增强抗胶合的能力,对于低速传动,采用粘度较大的润滑油,对于高速传动,采用含抗胶合添加剂的润滑油,均有利于防止胶合的发生。

(1)齿面磨损:在轮齿受力时,两齿面间产生滑动摩擦,使齿面产生磨损的现象。

两种:①由于硬颗粒(砂轮、金属屑等)进入啮合面而引起的磨粒磨损;②由于齿面相互摩擦而产生的研磨磨损。

(1)齿面的塑性变形:轮齿在承受重载时,在高压和大摩擦力的作用下,使齿面发生塑性移动,使齿面失去正确齿形的现象。更严重者齿体也发生塑性变形。

适当提高齿面硬度和润滑油粘度,尽量避免频繁起动和过载,都可以防止或减轻硬面塑性变形。

(1)对齿轮材料要求:依据齿轮的失效形式,要求齿轮材料应具有足够的抗折断、抗点蚀、抗胶合及耐磨损等能力。

锻钢具有较高的强度和韧性,还可通过各种热处理的方法来改善其力学性能,是制造齿轮的主要材料。

齿面硬度HBS350,切齿后进行表面硬化处理。方法为:表面淬火、渗碳、淡化等。

(2)球墨铸铁(机械性能、抗冲击能力远比灰铸铁高):常用材料:QT450-10 QT600-3等。

由于齿轮的制造、安装误差、受力后的 弹性变形、传动中工作载荷和速度的变化等,使轮齿上的所受的实际载荷大于名义载荷。

在弯曲疲劳强度中,是以齿根弯曲应力作为判断依据。国家标准中,是用作用侧齿廓齿根弯曲应力作为名义弯曲应力,经系数修正后来计算齿根应力,并把此应力作为齿根弯曲应力计算的基础,并用来评价弯曲强度

(1)齿面接触应力计算基础:赫兹应力是齿轮齿面间应力的主要指标,因此把赫兹应力作为齿面接触应力的计算基础,并用来评价接触强度。

(2)接触应力计算点:齿轮传动在多为一对齿轮啮合,接触应力较大,点蚀现象也都发生在节线附近因此选择齿轮传动的节点作为接触应力的计算点。

1. 斜齿圆柱齿轮的轮齿和齿轮轴线不平行,轮齿啮合时齿面间的接触线. 接触线的长度由短变长,再由长变短。即轮齿是逐渐进入啮合,再逐渐退出啮合的,故传动乎稳,冲击和噪声小,适合于高速传动。

(1)螺旋线:斜齿轮的齿面与分度圆柱面的交线)螺旋角:螺旋线的切线与齿轮轴线之间所夹的锐角,用b 表示。螺旋线 斜齿圆柱齿轮传动与直齿圆锥齿轮传动

斜齿轮啮合传动,除了如直齿轮啮合传动一样,要求两个齿轮的模数及压力角分别相等外,还要求外啮合的两斜齿轮螺旋角必须大小相等、旋向相反(内啮合旋向相同)。因此,斜齿轮传动的正确啮合条件为:

(2)两回转轴的夹角(d1+d2)可根据需要来确定;多采用d1+d2=90的传动。

(4)在计算时以圆锥齿轮的大端参数为标准值,即:大端模数为标准值,压力角a=90。

3. 当量齿轮:圆锥齿轮的背锥面展开成平面,得到的扇形齿轮,并将扇形齿轮补全成为圆柱齿轮。这个假想的直齿圆柱齿轮称为该圆锥齿轮的当量齿轮。

圆锥齿轮的几何尺寸计算是以大端为基准的,其齿顶高系数ha*=1,顶隙系数c*=0.2

蜗杆传动属于空间齿轮传动。通常用于传递空间交错90的两轴之间的运动和动力。如减速机、分度机构、起重机械等。

1. 阿基米德圆柱蜗杆(ZA)传动:其蜗杆齿面为阿基米德螺旋面,蜗杆端面齿廓为阿基米德螺旋面,

(2)渐开线圆柱蜗杆(ZI)传动:齿面为渐开线螺旋线的圆柱螺杆。其端面齿廓是渐开线。只有与蜗杆基圆柱相切的截面,齿廓才是直线,因而只有用平面砂轮来磨,才容易得到高精度,但需要专用机床。

(1)单级传动比大,结构紧凑。通常传动比为10~80,甚至可达到1000。

(2)传动平稳,噪声小。原因:蜗杆齿是连续不断的螺旋齿,它与蜗轮啮合过程连续。

(4)传动效率低。由于蜗杆蜗轮的齿面间存在较大的相对滑动,所以摩擦大,热损耗大,传动效率低,h通常为0.7~0.8,自锁时啮合效率h低于0.5。因而需要良好的润滑和散热条件,不适用于大功率传动(一般不超过50kw)。

与齿条相应,定义蜗杆上理论齿厚与理论齿槽宽相等的圆柱称为蜗杆的分度圆柱。分度圆直径d1见上表。

① 传动比i:i=z2/z1 ② 蜗杆头数z1的选择与传动比、效率、制造等有关。若要得到大传动比,可取z1=1,但传动效率较低。当传动功率较大时,为提高传动效率,可采用多头蜗杆,取: z1= 2或 z1= 4。头数过多,加工精度不易保证。

③ 蜗轮齿数z2=iz1 。为了避免蜗轮轮齿发生根切,z2不应少于26;动力蜗杆传动一般z2=27~80若z2过多,会使结构尺寸过大,蜗杆长度也随之增加,导致蜗扦刚度降低,影响啮合精度。 z1和z2的推荐值见下表:

b.右螺旋蜗杆是指:右手的四指与螺旋线旋转方向一致时,右手的大拇指的方向与螺旋线 蜗杆传动

具体方法是:对于右(左)螺旋蜗杆用右(左)手定则,用右(左)手四指弯曲表示蜗杆的转向,则蜗轮上与蜗杆相啮合点的速度方向就与右(左)手大拇指的指向相反。

蜗杆传动的主要失效形式为齿面点蚀、胶合、磨损和轮齿折断等,但是由于蜗杆传动在齿面间有较大的相对滑动,与齿轮相比,其磨损、点蚀和胶合的现象更易发生,而且失效通常发生在蜗轮轮齿上。

在闭式蜗杆传动中,蜗轮齿多因齿面胶合或点蚀而失效,因此,通常按齿面接触疲劳强度进行设计。此外,由于闭式蜗杆传动发热大、散热较为困难,还应做热平衡计算。

在开式蜗杆传动中,多发生齿面磨损和轮齿折断,因此,应以保证齿根弯曲疲劳强度作为开式蜗杆传动的主要设计准则。

基于蜗杆传动的特点,蜗杆副的材料组合首先要求具有良好的减摩、耐磨、易于跑合的性能和抗胶合能力。此外,也要求有足够的强度。

蜗杆绝大多数采用碳钢或合金钢制造,其螺旋齿面硬度愈高,齿面愈光洁,耐磨性就愈好。

(1)对于高速重载的蜗杆常用20Cr、20CrMnTi等合金钢渗碳淬火,表面硬度可达56~62HRC;或用45、40Cr等钢表面淬火,硬度可达45~55HRC ;淬硬蜗杆表面应磨削或抛光。一般蜗杆可采用40、45等碳钢调质处理,硬度约为217~255HBS。

(1)在高速、重要的传动中,蜗轮常用铸造锡青铜zCuSnlon制造,它的抗胶合和耐磨性能好,允许的滑动速度vs可达25ms-1,易于切削加工,但价格贵。

(2)在滑动速度vs <12ms-1的蜗杆传动中,可采用含锡量低的铸造锡锌铅青铜ZCuSn5Pb5zn5和无锡青铜。

1. 对于齿轮的齿根圆到轴孔键槽低部的距离e<2mt ),可制成与轴一体的齿轮轴。

2. 周转轮系:轮系在运转过程中,若其中至少有一个齿轮的几何轴线位置相对于机架不固定,而是绕着其他齿轮的固定几何轴线 轮 系

3. 混合轮系:在轮系中,既有定轴轮系,又有周转轮系或者由几部分周转轮系组成的轮系。

当两轴之间的距离较远时,采用多对齿轮组成的轮系传动,总的轮廓尺寸就小 得多,从而可节省材料、减轻质量、降低成本和所占空 间。

① 当两轴间需要较大的传动比时,若仅用一对齿轮传动,则两轮直径相差很大,不仅使传动轮廓尺寸过大,而且由于两轮齿数必然相差很多,小轮极易磨损,两轮寿命相差过分悬殊。

② 若采用图中实线所示多对齿轮传动的轮系,就可在各齿轮直径不大的情况下得到很大的传动比。

下图为汽车后桥差速器的轮系,当汽车拐弯时,它能将传动齿轮5的运动分解为不同转速分别送给左右两个车轮,以避免转弯时左右两轮对地面产生相对滑动,从而减轻轮胎的磨损。

(1)例:如图所示,由圆柱齿轮组成的定轴轮系,若已知各齿轮的齿数,则求得各对齿轮的传动比为:

得到:该定轴轮系的传动比,等于组成该轮系的各对啮合齿轮的传动比的连乘积,也等于各对齿轮传动中的从动轮齿数的乘积与主动轮齿数的乘积之比;而传动比的正负(首末两轮转向相同或相反)则取决于外啮合齿轮的对数。

齿轮3既为主动又为从动,由上式可见,其齿数z3对传动比的大小不发生影响,仅起改变转向或调节中心距的作用,这种齿轮称为惰轮或过桥齿轮。

如果轮系是含有锥齿轮、螺旋齿轮和蜗杆传动等组成的空间定轴轮系,①传动比的大小仍可用上式计算,② 式中的(-1)m不再适用,只能在图中以标注箭头的方法确定各轮的转向。

(1) 转化轮系:给周转轮系各构件都加上与系杆H的转速大小相等、转动方向相反且绕固定轴线OO回转的公共转速-nH,根据相对运动原理知其各构件之间的相对运动关系将仍然保持不变。此时系杆H的转速为nH-nH=0,即系杆可以看成固定不动,于是,该周转轮系转化为定轴轮系。该定轴轮系称为原周转轮系的“转化轮系”

由于周转轮系的转化轮系是一定轴轮系,就可应用求解定轴轮系传动比的方法,求出转化轮系中任意两个齿轮的传动比来。齿轮1与3的传动比为:

②代入上式时,nA、nB、nH值都应带有自己的正负符号,设定某一转向为正,则与其相反的方向为负。

③上式如用于由锥齿轮组成的单一周转轮系,转化轮系的传动比的正负号(-1)m不再适用,此时必须用标注箭头的方法确定。

(3)找出轴线与系杆的回转轴线重合,同时又与行星轮直接啮合的一个或两个中心轮。

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