齿廓啮合基本定律.ppt

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1、o1o221nnp 对齿轮传动的基本要求是保证对齿轮传动的基本要求是保证瞬时传动比：瞬时传动比：i12=1/2=C C 两齿廓在任一瞬时（即任意点两齿廓在任一瞬时（即任意点k k接接触时）的传动比：触时）的传动比：i i1212=1 1/2 2=？!3P13P23 点点p是两齿轮廓在点是两齿轮廓在点K K接触时的相接触时的相对速度瞬心，对速度瞬心，故有故有Vp=1 1o o1 1p=p=2 2o o2 2p p2 由此可见，两轮的瞬时传动比与瞬时接触由此可见，两轮的瞬时传动比与瞬时接触点的点的公法线把连心线公法线把连心线分成的两段线段成反比分成的两段线段成反比。k(P12)1 4-24-2齿廓

2、啮合基本定律及渐开线齿形齿廓啮合基本定律及渐开线齿形一、齿廓啮合基本定律齿廓齿廓啮合基本定律啮合基本定律 要使两齿轮的瞬时传动比为一要使两齿轮的瞬时传动比为一常数，则不论两齿廓在任何位置接常数，则不论两齿廓在任何位置接触，过接触点所作的两齿廓公法线触，过接触点所作的两齿廓公法线都必须与连心线交于一定点都必须与连心线交于一定点p p 。凡能满足齿廓啮合基本定律的凡能满足齿廓啮合基本定律的一对齿廓称为共轭齿廓，一对齿廓称为共轭齿廓，理论理论上有无穷多对共轭齿廓，其中以上有无穷多对共轭齿廓，其中以渐开线齿廓应用最广渐开线齿廓应用最广。o1o221nnp2中心距k1k1又节点节点节圆节圆节圆节圆(一一

3、)渐开线的形成渐开线的形成 当直线沿一圆周作相切纯滚动时，直线上任一点在与当直线沿一圆周作相切纯滚动时，直线上任一点在与该圆固联的平面上的轨迹该圆固联的平面上的轨迹k k0 0k k，称为该圆的渐开线。称为该圆的渐开线。K0K渐开线渐开线N发生线发生线渐开线渐开线k0k的的展角展角O基圆基圆rb二、渐开线齿廓二、渐开线齿廓N发生线发生线渐开线渐开线k0k的的展角展角K0KO基圆基圆渐开线渐开线(2)(2)渐开线上任意一点的法线必渐开线上任意一点的法线必 切于基圆，切于基圆的直线切于基圆，切于基圆的直线 必为渐开线上某点的法线。必为渐开线上某点的法线。与基圆的切点为渐开线在与基圆的切点为渐开线在

4、 点的曲率中心，而线段点的曲率中心，而线段NKNK 是渐开线在点处的曲率半径。是渐开线在点处的曲率半径。PkVk(二二)渐开线的性质渐开线的性质(1)(1)NK=N K0）rb渐开线上点的压力角渐开线上点的压力角 在不考虑摩擦力、重力和惯性在不考虑摩擦力、重力和惯性力的条件下，一对齿廓相互啮合时，力的条件下，一对齿廓相互啮合时，齿轮上接触点所受到的正压力方齿轮上接触点所受到的正压力方向与受力点速度方向之间所夹的锐向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。角，称为齿轮齿廓在该点的压力角。NOK=()渐开线齿廓各点具有不同的渐开线齿廓各点具有不同的 压力角，点离基圆中心压力角，

5、点离基圆中心 愈远，压力角愈大。愈远，压力角愈大。r rk k(4)(4)渐开线的形状取渐开线的形状取决于基圆的大小，基决于基圆的大小，基圆越大，渐开线越平圆越大，渐开线越平直，当基圆半径趋于直，当基圆半径趋于无穷大时，渐开线成无穷大时，渐开线成为斜直线。为斜直线。KO11rb2o221rb1o1(5)(5)基圆内无渐开线。基圆内无渐开线。3 KN1N2KO22 以以O O为中心，以为中心，以OKOK0 0为极轴为极轴的渐开线的渐开线K K点的极坐标方程：点的极坐标方程：（三）渐开线的方程式（三）渐开线的方程式inv k 渐开线函数渐开线函数(N发生线发生线渐开线渐开线k0k的的展角展角K0K

6、O基圆基圆渐开线渐开线PkVkrbrk可以证明渐开线齿轮齿廓的啮合传可以证明渐开线齿轮齿廓的啮合传动满足齿廓啮合基本定律动满足齿廓啮合基本定律。o1o2rb1rb2r2r1k1k2N2N1P21一、一对渐开线直齿圆柱齿轮齿廓的啮一、一对渐开线直齿圆柱齿轮齿廓的啮合特性合特性1 1、能保证实现恒定传动比传动、能保证实现恒定传动比传动外齿轮外齿轮 齿轮基本尺寸的名称和符号齿轮基本尺寸的名称和符号pnr齿顶圆齿顶圆 da、ra齿根圆齿根圆 df、rf齿厚齿厚 sk 任意圆上的弧长齿槽宽齿槽宽 ek 弧长齿距齿距（周节）（周节）pk=sk+ek 同侧齿廓弧长齿顶高齿顶高ha齿根高齿根高 hf齿全高齿全

7、高 h=ha+hf齿宽齿宽 BhahfhrbOBprapb分度圆人为规定的计算基准圆分度圆人为规定的计算基准圆表示符号：表示符号：d、r、s、e，p=s+e法向齿距法向齿距（周节）（周节）pnseskek=pbrfpk此圆上此圆上具有标准的摸数和压力角具有标准的摸数和压力角基圆基圆 db、rb1 1、分度圆与模数 设一齿轮的齿数为 z，其任一圆的直径为di，该圆上的齿距为pi，则 模数 人为地把 pi/规定为一些简单的有理数，该比值称为模数 。一个齿轮在不同直径的圆周上，其模数的大小是不同的。分度圆 是齿轮上一个人为地约定的轮齿计算的基准圆，规定分度圆上的模数和压力角为标准值。（二）齿轮基本参

8、数的计算公式（二）齿轮基本参数的计算公式分度圆周长：分度圆周长：d=zp,摸数摸数模数模数为了计算、制造和检验的方便称为模数称为模数m m。模模数数的的单单位位：mm，它它是是决决定定齿齿轮轮尺尺寸寸的的一一个个基基本本参参数数。齿齿数数相相同同的的齿齿轮轮，模模数数大大，尺寸也大。尺寸也大。于是有：于是有：d=mz，r=mz/2人为规定：人为规定：只能取某些简单值，只能取某些简单值，m=4 z=16m=2 z=16m=1 z=16d=zp/,出现无理数,不方便可以证明渐开线齿轮齿廓的啮合传可以证明渐开线齿轮齿廓的啮合传动满足齿廓啮合基本定律动满足齿廓啮合基本定律。o1o2rb1rb2r2r1

9、k1k2N2N1P21一、一对渐开线直齿圆柱齿轮齿廓的啮一、一对渐开线直齿圆柱齿轮齿廓的啮合特性合特性1 1、能保证实现恒定传动比传动、能保证实现恒定传动比传动 啮合线 两齿廓啮合点在机架相固连的坐标系中的轨迹。啮合线、齿廓接触点的公法线、正压力方向线是两基圆的一条内公切线。o1o2rb1rb2r2r1k1k2N1P2 1N22 2、啮合线是两基圆的一条内公切线、啮合线是两基圆的一条内公切线渐开线齿廓啮合的中心距可变性 当两齿轮制成后，基圆半径便已确定，以不同的中心距(a或a)安装这对齿轮，其传动比不会改变。o1o2N1P21N2o22N1N2ttttaap 3 3、中心距的变化不影响角速比、

10、中心距的变化不影响角速比啮合角 过节点所作的两节圆的内公切线(t t)与两齿廓接触点的公法线所夹的锐角。用表示4 4、啮合角是随中心距而定的常数、啮合角是随中心距而定的常数 一对齿廓啮合过程中，啮合角始终为常数。当中心距加大时，啮合角随中心距的变化而改变。啮合角在数值上等于节圆上的压力角。o1o2N1P21N2o22N1N2ttttaap d=mz2 2、基圆前面已有公式基圆直径为基圆上的齿距进而可得：由此可见：齿数，模数，压力角是决定渐开线形状的三个基本参数。1 1、分度圆齿顶高用ha 表示，齿根高用hf 表示，齿全高用h 表示：齿顶圆直径齿根圆直径3 3、齿顶高和齿根高pnrhfhrbOp

11、rapbseskekrfha 标准齿轮 除模数和压力角为标准值外，分度圆上的齿厚(S)等于齿槽宽(e)，以及齿顶高(ha)、齿根高(hf)分别与模数（m）之比值均等于标准值的齿轮。、c*分别称为齿顶高系数和顶隙系数，其标准值为：即且有1.1.标准齿轮标准齿轮（三）外啮合标准齿轮传动的基本尺寸计算（三）外啮合标准齿轮传动的基本尺寸计算 顶隙 一对相互啮合的齿轮中，一个齿轮的齿根圆与另一个齿轮的齿顶圆之间在连心线上度量的距离，用C 表示。r2r1cao1o2顶隙（也称径向间隙）顶隙（也称径向间隙）2.2.中心距中心距一对齿轮啮合传动时，中心距一对齿轮啮合传动时，中心距等于两节圆半径之和。等于两节圆

12、半径之和。标准中心距（标准齿轮无侧隙标准中心距（标准齿轮无侧隙传动中心距）传动中心距）因为：节圆上齿厚因为：节圆上齿厚1 1与齿槽与齿槽2 2r2r1cao1o2一对无侧隙标准齿轮传动，其分度圆与节圆重合一对无侧隙标准齿轮传动，其分度圆与节圆重合 无侧隙啮合传动 一个齿轮齿厚的两侧齿廓与其相啮合的另一个齿轮的齿槽两侧齿廓在两条啮合线上均紧密相切接触。无侧隙啮合传动条件 一齿轮轮齿的节圆齿厚必须等于另一齿轮节圆齿槽宽。aabbr2r1三、无侧隙啮合传动三、无侧隙啮合传动 两齿轮的相邻两对轮齿分别K在和K同时接触，才能使两个渐开线齿轮搭配起来并正确的传动。kN2N1k2o1o2(b)k1kN2N1

13、ko1o2(a)二、正确啮合二、正确啮合条件条件即必须满足下列条件：欲使两齿轮正确啮合，两轮的法节必须相等。kN2N1ko1o2(a)N发生线发生线渐开线渐开线k0k的的展角展角K0KO基圆基圆渐开线渐开线PkVk渐开线的性质渐开线的性质(1)(1)NK=N K0）rbr rk kkN2N1ko1o2(a)即即：一对渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是：两轮的模数相等，两轮的压力角相等。美国齿轮与中国齿轮能正确啮合吗？(1(1）一对渐开线轮齿的啮合过程三、三、连续传动的条件B1B2五、渐开线齿廓的切削加工原理五、渐开线齿廓的切削加工原理 范成法是利用一对齿轮无侧隙啮合时两轮的范成法是利用一对齿轮

14、无侧隙啮合时两轮的齿廓互为包络线的原理加工齿轮的。加工时刀具齿廓互为包络线的原理加工齿轮的。加工时刀具与齿坯的运动就像一对互相啮合的齿轮，最后刀与齿坯的运动就像一对互相啮合的齿轮，最后刀具将齿坯切出渐开线齿廓。范成法切制齿轮常用具将齿坯切出渐开线齿廓。范成法切制齿轮常用的刀具有三种：的刀具有三种：（1 1）齿轮插刀）齿轮插刀 是一个齿廓为刀刃的外齿轮；是一个齿廓为刀刃的外齿轮；（2 2）齿条插刀）齿条插刀 是一个齿廓为刀刃的齿条；是一个齿廓为刀刃的齿条；（3 3）齿轮滚刀）齿轮滚刀 像梯形螺纹的螺杆，轴向剖面像梯形螺纹的螺杆，轴向剖面齿廓为精确的直线齿廓，滚刀转动时相当于齿条齿廓为精确的直线齿

15、廓，滚刀转动时相当于齿条在移动。可以实现连续加工，生产率高。在移动。可以实现连续加工，生产率高。范成法 插齿。滚齿滚齿 用范成法加工齿轮时，只要刀具与被切齿轮的模数和压用范成法加工齿轮时，只要刀具与被切齿轮的模数和压力角相同，不论被加工齿轮的齿数是多少，都可以用同一把力角相同，不论被加工齿轮的齿数是多少，都可以用同一把刀具来加工，这给生产带来了很大的方便，因此范成法得到刀具来加工，这给生产带来了很大的方便，因此范成法得到了广泛的应用。了广泛的应用。像梯形螺纹的螺杆，轴向剖面齿廓为精确的直线齿廓，像梯形螺纹的螺杆，轴向剖面齿廓为精确的直线齿廓，滚刀转动时相当于齿条在移动。可以实现连续加工，生滚刀

16、转动时相当于齿条在移动。可以实现连续加工，生产率高。产率高。（1 1）同侧齿廓为互相平行的直线。（2 2）齿条齿廓上各点的压力角均相等，且数值上等 于齿条齿形角。（3 3）凡与齿条分度线平行的任一直线上的齿距和模 数都等于分度线上的齿距和模数。1 1、渐开线齿条的几何特点sepnnhahf齿顶线分度线齿根线2 2、渐开线齿轮齿条的啮合特点r1rb1o1nnpkN1v2节线(分度线)r1rb1o1nnpkN1v2节线分度线(a)(b)(1)(1)齿轮齿条传动的中心距为齿轮中心到齿条分度线的垂直距离。齿轮齿条传动也具有中心距可变性。(2)(2)齿廓公法线为一固定直线nn，与中心线的交点为固定点P

17、P（节点）。啮合时齿轮节圆与分度圆始终重合，但齿条的节线与分度线位置随中心距的变化而不同。r1rb1o1nnpkN1v2节线(分度线)r1rb1o1nnpkN1v2节线分度线(a)(b)(3)(3)齿轮齿条传动时无论中心距增大还是减小，其啮合角始终不齿轮齿条传动时无论中心距增大还是减小，其啮合角始终不变，且数值上等于齿条齿廓的齿形角。变，且数值上等于齿条齿廓的齿形角。r1rb1o1nnpkN1v2节线(分度线)r1rb1o1nnpkN1v2节线分度线(a)(b)（4 4）齿条移动的速度为）齿条移动的速度为刀顶线齿顶线中线刀根线C*mC*mham ham*3 3、用齿条刀切制轮齿齿条刀基圆齿根圆

18、弧过渡曲线渐开线齿顶圆弧齿顶增加齿顶增加C*m的高度，为了切出齿轮的径向间隙。圆角刀刃，切出齿轮根部的过渡曲线。齿条刀中线与齿轮坯分度圆相切，并使它们之间保持纯滚动。这样切出的齿轮必为标准齿轮：S=e ha=ham hf=(ha+c*)m *(ha*+c)m(ha+c)m(ha+c*)mhamsp2m分度圆中线m*刀顶线齿顶线中线刀根线C*mhamham*3 3、用齿条刀切制轮齿 a a、标准齿轮的切制标准齿轮的切制*齿条刀中线由切制标准齿轮的位置沿轮坯径向远离或靠近齿轮中心所移动的距离称为径向变位量x m（简称变位量），其中x称为径向变位系数（简称变位系数）。分度圆分度圆(中线)节线节线中线

19、中线节线xmxm齿条刀中线相对于被切齿轮分度圆可能有三种情况b b、变位齿轮的切制分度圆分度圆(中线)节线节线中线中线xmxm(1)(1)齿条刀中线与轮坯分度圆相离加工出的齿轮为正变位 齿轮，用x 0表示正变位，切出的齿轮分度圆的齿厚s 大于齿槽宽e，齿根高 hf ham。*（2 2）齿条刀中线与轮坯分度圆相割，加工出的齿轮为负 变位，x 0，S e,ha(ha+c*)m。分度圆分度圆(中线)节线节线中线中线xmxm*齿廓根切 用范成法切制齿轮时，有时刀具会把轮齿根部已切制好的渐开线齿廓再切去一部分，这种现象称为齿廓根切。产生根切的原因 当刀具齿顶线与啮合线的交点超过啮合极限点N，刀具由位置继

20、续移动时，便将根部已切制出的渐开线齿廓再切去一部分。齿轮根切现象4 4、不产生齿廓根切的条件rrbpNB刀刃刃节线0齿顶线1B2rrbpN节线0齿顶线(中线)要避免根切，应使齿条刀的齿顶线与啮合线的交点B2不超过啮合线与齿轮基圆的切点N1。避免根切的方法pxm节线分度线hamrrbN1B2o*B2N1pxmh*a am啮合线与啮合起啮合线与啮合起始点的关系始点的关系节点处节点处 啮合起始点处啮合起始点处（1 1）采用变位齿轮不产生根切的最小变位系数当 =20，=1时，pxm节线分度线hamrrbN1B2o*（2 2）采用足够多的齿数当，x=0（标准齿轮）时，zmin=17=17（zmin=17）称为标准齿轮不产生根切的最小齿数，还有避免根切的方法，例如改变ha及等。*pxm节线分度线hamrrbN1B2o*若若用同一把齿条刀切出齿数相同的标准齿轮、正变位齿轮及负变位齿轮的轮齿，它们的齿廓是相同基圆上的渐开线(齿形一样)，只是取渐开线的不同部位作为齿廓。(齿顶圆毛坯是在加工前计算出来的）负变位齿轮正变位齿轮标准齿轮分度圆