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1、精密机械设计基础精密机械设计基础精精 密密 机机 械械 设设 计计第6讲 齿轮机构及其设计内 容 提 示p齿轮机构的主要类型和功能齿轮机构的主要类型和功能p齿轮机构的机构运动简图齿轮机构的机构运动简图p瞬时传动比与齿廓曲线瞬时传动比与齿廓曲线p渐开线齿廓曲线渐开线齿廓曲线6-1 6-1 齿轮机构的主要类型和功能齿轮机构的主要类型和功能 齿轮机构齿轮机构是现代机械中应用最是现代机械中应用最广泛的一种传动机构，与其它传动广泛的一种传动机构，与其它传动机构相比，齿轮机构的机构相比，齿轮机构的优点优点是：结是：结构紧凑，工作可靠，效率高，寿命构紧凑，工作可靠，效率高，寿命长，能保证恒定的传动比，而且其
2、长，能保证恒定的传动比，而且其传递的功率与适用的速度范围大。传递的功率与适用的速度范围大。缺点缺点是其制造安装费用较高，低精是其制造安装费用较高，低精度齿轮传动的振动噪声较大。度齿轮传动的振动噪声较大。齿轮机构是齿轮机构是通过一对对齿面的依次啮合来传递两轴之通过一对对齿面的依次啮合来传递两轴之间的运动和动力的间的运动和动力的，根据一对齿轮实现传动比的情况，它，根据一对齿轮实现传动比的情况，它可以分为可以分为定传动比定传动比和和变传动比变传动比齿轮机构。齿轮机构。本章仅讨论实现定传动比的圆形齿轮机构。本章仅讨论实现定传动比的圆形齿轮机构。典型的齿轮传动典型的齿轮传动齿轮机构是依靠轮齿直接接触构成
3、高齿轮机构是依靠轮齿直接接触构成高副来传递两轴之间的运动和动力的。副来传递两轴之间的运动和动力的。6-1 6-1 齿轮机构的主要类型和功能齿轮机构的主要类型和功能1 1、平行轴之间传递运动、平行轴之间传递运动（1 1）直齿圆柱齿轮机构）直齿圆柱齿轮机构轮齿分布在圆柱体轮齿分布在圆柱体外部且与其轴线平外部且与其轴线平行行,啮合的两外齿啮合的两外齿轮转向相反。应用轮转向相反。应用广泛。广泛。齿轮机构有以下类型：齿轮机构有以下类型：6-1 6-1 齿轮机构的主要类型和功能齿轮机构的主要类型和功能（2 2）斜齿圆柱齿轮机构）斜齿圆柱齿轮机构轮齿与其轴线倾轮齿与其轴线倾斜，两轮转向相斜，两轮转向相反，传
4、动平稳反，传动平稳,适适合于高速传动合于高速传动,但但有轴向力。有轴向力。6-1 6-1 齿轮机构的主要类型和功能齿轮机构的主要类型和功能（3 3）人字齿圆柱齿轮机构）人字齿圆柱齿轮机构由两排旋向相反的由两排旋向相反的斜齿轮对称组成，斜齿轮对称组成，其轴向力被相互抵其轴向力被相互抵消。适合高速和重消。适合高速和重载传动，但制造成载传动，但制造成本较高。本较高。6-1 6-1 齿轮机构的主要类型和功能齿轮机构的主要类型和功能（4 4）直齿内啮合圆柱齿轮机构）直齿内啮合圆柱齿轮机构轮齿与其轴线平行轮齿与其轴线平行且分布在空心圆柱且分布在空心圆柱体的内部，它与外体的内部，它与外齿轮啮合时两轮的齿轮啮
5、合时两轮的转向相同。转向相同。6-1 6-1 齿轮机构的主要类型和功能齿轮机构的主要类型和功能（5 5）斜齿内啮合圆柱齿轮机构）斜齿内啮合圆柱齿轮机构轮齿与其轴线倾斜轮齿与其轴线倾斜的内齿轮加工困难，的内齿轮加工困难，它与斜齿外齿轮啮它与斜齿外齿轮啮合时两轮转向相同。合时两轮转向相同。有轴向力。有轴向力。应用较少。应用较少。6-1 6-1 齿轮机构的主要类型和功能齿轮机构的主要类型和功能（6 6）直齿齿轮齿条机构）直齿齿轮齿条机构齿数趋于无穷多齿数趋于无穷多的外齿轮演变成的外齿轮演变成齿条，它与外齿齿条，它与外齿轮啮合时，齿轮轮啮合时，齿轮转动，齿条直线转动，齿条直线移动。移动。6-1 6-1
6、 齿轮机构的主要类型和功能齿轮机构的主要类型和功能（7 7）斜齿齿轮齿条机构）斜齿齿轮齿条机构斜齿轮斜齿条斜齿轮斜齿条啮合传动应用啮合传动应用较少。较少。6-1 6-1 齿轮机构的主要类型和功能齿轮机构的主要类型和功能（8 8）非圆齿轮机构）非圆齿轮机构非非圆圆齿齿轮轮变变传传动动比比6-1 6-1 齿轮机构的主要类型和功能齿轮机构的主要类型和功能2 2、相交轴之间传递运动、相交轴之间传递运动(1)(1)直齿圆锥齿轮机构直齿圆锥齿轮机构轮齿沿圆锥母轮齿沿圆锥母线排列于截锥线排列于截锥表面，是相交表面，是相交轴齿轮传动的轴齿轮传动的基本形式。制基本形式。制造较为简单。造较为简单。6-1 6-1
7、齿轮机构的主要类型和功能齿轮机构的主要类型和功能（2 2）斜齿圆锥齿轮机构）斜齿圆锥齿轮机构轮齿倾斜于圆锥母轮齿倾斜于圆锥母线，制造困难，应线，制造困难，应用较少。用较少。6-1 6-1 齿轮机构的主要类型和功能齿轮机构的主要类型和功能（3 3）曲齿圆锥齿轮机构）曲齿圆锥齿轮机构轮齿是曲线形，有轮齿是曲线形，有圆弧齿、螺旋齿等，圆弧齿、螺旋齿等，传动平稳，适用于传动平稳，适用于高速、重载传动，高速、重载传动，但制造成本较高。但制造成本较高。现在汽车后桥都采现在汽车后桥都采用这种齿轮。用这种齿轮。6-1 6-1 齿轮机构的主要类型和功能齿轮机构的主要类型和功能3 3、交错轴之间传递运动、交错轴之
8、间传递运动（1 1）交错轴斜齿圆柱齿轮机构）交错轴斜齿圆柱齿轮机构两螺旋角数值不等两螺旋角数值不等的斜齿轮啮合时，的斜齿轮啮合时，可组成两轴线任意可组成两轴线任意交错传动，两轮齿交错传动，两轮齿为点接触，且滑动为点接触，且滑动速度较大，主要用速度较大，主要用于传递运动或轻载于传递运动或轻载传动。传动。6-1 6-1 齿轮机构的主要类型和功能齿轮机构的主要类型和功能两两轴轴交交错错角角为为9090 的的传传动动6-1 6-1 齿轮机构的主要类型和功能齿轮机构的主要类型和功能4 4、特种齿轮传动、特种齿轮传动同向传动齿轮机构同向传动齿轮机构6-1 6-1 齿轮机构的主要类型和功能齿轮机构的主要类型
9、和功能6-2 6-2 齿轮机构的机构运动简图齿轮机构的机构运动简图6-2 6-2 齿轮机构的机构运动简图齿轮机构的机构运动简图6-2 6-2 齿轮机构的机构运动简图齿轮机构的机构运动简图6-2 6-2 齿轮机构的机构运动简图齿轮机构的机构运动简图6-3 6-3 瞬时传动比和齿廓曲线瞬时传动比和齿廓曲线任意齿廓的两齿轮啮合任意齿廓的两齿轮啮合时，其瞬时角速度的比时，其瞬时角速度的比值等于齿廓接触点公法值等于齿廓接触点公法线将其中心距分成两段线将其中心距分成两段长度的反比。长度的反比。121221O PiO P齿廓啮合基本定律齿廓啮合基本定律在齿轮机构中，相对速度瞬心在齿轮机构中，相对速度瞬心P
10、P 称称为啮合节点，简称节点。为啮合节点，简称节点。两齿轮啮合传动时，节点两齿轮啮合传动时，节点P P在两轮各在两轮各自运动平面内的轨迹分别称为齿轮自运动平面内的轨迹分别称为齿轮1 1和齿轮和齿轮2 2的节曲线。当该节曲线为圆的节曲线。当该节曲线为圆时，称其为齿轮的节圆。时，称其为齿轮的节圆。节曲线是齿轮的动瞬心线，齿轮的节曲线是齿轮的动瞬心线，齿轮的啮合传动相当于其两节曲线作无滑啮合传动相当于其两节曲线作无滑动的纯滚动。动的纯滚动。点点P为节点为节点6-3 6-3 瞬时传动比和齿廓曲线瞬时传动比和齿廓曲线节点与节圆节点与节圆6-3 6-3 瞬时传动比和齿廓曲线瞬时传动比和齿廓曲线分分析析12
11、1221O PiO P（2 2）节点）节点P P在中心线上按一定规律移动的情况在中心线上按一定规律移动的情况PO1O2KK1K2（1 1）节点）节点P P为中心线上的一个固定点的情况为中心线上的一个固定点的情况6-3 6-3 瞬时传动比和齿廓曲线瞬时传动比和齿廓曲线共轭齿廓的形成共轭齿廓的形成共轭齿廓可以用共轭齿廓可以用包络线法、齿廓法线法或动瞬包络线法、齿廓法线法或动瞬心线法心线法等方法求得。等方法求得。凡能满足齿廓啮合基本定律的一对齿廓称为凡能满足齿廓啮合基本定律的一对齿廓称为共共轭齿廓轭齿廓。共轭齿廓啮合时，两齿廓在啮合点相切，其啮合共轭齿廓啮合时，两齿廓在啮合点相切，其啮合点的公法线通
12、过节点点的公法线通过节点P。理论上，只要给定一齿。理论上，只要给定一齿轮的齿廓曲线，并给定中心距和传动比轮的齿廓曲线，并给定中心距和传动比i12，就可，就可以求出与之共轭的另一齿轮的齿廓曲线。以求出与之共轭的另一齿轮的齿廓曲线。6-4 6-4 渐开线齿廓曲线渐开线齿廓曲线1.1.渐开线的形成渐开线的形成当直线当直线x-xx-x沿半径为沿半径为r rb b的的圆作纯滚动时，该直线上圆作纯滚动时，该直线上任一点任一点K K的轨迹称为该圆的轨迹称为该圆的渐开线，该圆称为渐开的渐开线，该圆称为渐开线的基圆，直线线的基圆，直线x x-x x称为称为渐开线的发生线，角渐开线的发生线，角K K 称为渐开线称
13、为渐开线AKAK段的展角。段的展角。渐开线与渐开线方程渐开线与渐开线方程2.2.渐开线的性质渐开线的性质2)2)渐开线上任一点的法线切于基圆。渐开线上任一点的法线切于基圆。3)3)基圆以内没有渐开线。基圆以内没有渐开线。1)1)发生线在基圆上滚过的线段长发生线在基圆上滚过的线段长度度 等于基圆上被滚过的圆弧等于基圆上被滚过的圆弧长度长度 ，即，即KNANKNAN6-4 6-4 渐开线齿廓曲线渐开线齿廓曲线4)4)渐开线的形状仅取决于其基圆的渐开线的形状仅取决于其基圆的大小。基圆越小，渐开线越弯曲，大小。基圆越小，渐开线越弯曲，基圆越大，渐开线越平直基圆越大，渐开线越平直6-4 6-4 渐开线齿廓曲线渐开线齿廓曲线3.3.啮合线是过节点的直线啮合线是过节点的直线2122122111=bbrO PrirrO P1.1.传动比恒定不变传动比恒定不变2.2.中心距变动不影响传动中心距变动不影响传动比（可分性）比（可分性）渐开线齿廓啮合传动的特点渐开线齿廓啮合传动的特点12212211=O PrirO P
