例题10-3试设计一减速器中的直齿锥齿轮传动。已知输入功率P=10kw，小齿轮转速n1=960r/min，齿数比u=3.2，由电动机驱动，工作寿命15年（设每年工作300天），两班制，带式输送机工作平稳，转向不变。 [解]1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 （1）选用标准直齿锥齿轮齿轮传动，压力角取为20°。 （2）齿轮精度和材料与例题10-1同。 （3）选小齿轮齿数z1=24，大齿轮齿数z2=uz1=3.224=76.8，取z2=77。 2.按齿面接触疲劳强度设计 （1）由式（10-29）试算小齿轮分度圆直径，即 1) =1.3 计算小齿轮传递的转矩。 9.948 选取齿宽系数=0.3。 查得区域系数 查得材料的弹性影响系数。 [] 由图 由式（ ， 由图10-23查取接触疲劳寿命系数 取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-14）得 取和中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即
2）试算小齿轮分度圆直径 (2) 1 3.630m/s ②当量齿轮的齿宽系数 0.342.832mm 2) ①由表查得使用系数 ②根据级精度（降低了一级精度） ④由表 由此，得到实际载荷系数 3)由式（10-12），可得按实际载荷系数算得的分度圆直径为 及相应的齿轮模数 3.按齿根弯曲疲劳强度设计 （1）由式（10-27）试算模数，即
1）确定公式中的各参数值。 ①试选 ②计算 由分锥角 由图 由图 由图查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为 由图取弯曲疲劳寿命系数 ，由式（10-14）得 因为大齿轮的大于小齿轮，所以取 2)试算模数。 =1.840mm
第14章 弧齿锥齿轮的轮坯设计 14.1 弧齿锥齿轮的基本概念 14.1.1 锥齿轮的节锥 对于相交轴之间的齿轮传动，一般采用锥齿轮。锥齿轮有直齿锥齿轮和弧齿锥齿轮。弧齿锥齿轮副的形式如图14-1所示，与直齿锥齿轮相比，轮齿倾斜呈弧线形。但弧齿锥齿轮的节锥同直齿锥齿轮的节锥一样，相当于一对相切圆锥面作纯滚动，它是齿轮副相对运动的瞬时轴线绕齿轮轴线旋转形成的（图14-2）。两个相切圆锥的公切面成为齿轮副的节平面。齿轮轴线与节平面的夹角，即节锥的半锥角称为锥齿轮的节锥角δ1或δ2。两齿轮轴线之间的夹角称为锥齿轮副的轴交角∑。节锥任意一点到节锥顶点O 的距离称为该点的锥距R i ，节点P 的锥距为R 。因锥齿轮副两个节锥的顶点重合，则 21δδ+=∑ 大小轮的齿数之比称为锥齿轮的传动比 1 2 12z z i = (14-1) 小轮和大轮的节点半径r 1、r 2分别为 11sin δR r = 22sin δR r = (14-2) 它们与锥齿轮的齿数成正比，即 1 2 1212sin sin z z r r ==δδ (14-3) 传动比与轴交角已知，则节锥可惟一的确定，大、小轮节锥角计算公式为 ∑ +∑ = cos 1sin 12122i i tg δ 21δδ-∑= (14-4) 当0 90=∑时，即正交锥齿轮副，122i tg =δ 14.1.2弧齿锥齿轮的旋向与螺旋角 1．旋向 弧齿锥齿轮的轮齿对母线的倾斜方向称为旋向，有左旋和右旋两种（图14-3）。面对轮齿观察，由小端到大端顺时针倾斜者为右旋齿轮（图14-3b ），逆时针倾斜者则为左旋齿（图14-3a ）。 大小轮的旋向相图14-2 锥齿轮的节锥与节面 (a) 左旋 (b) 右旋 图14-1 弧齿锥齿轮副
三、硬齿面直齿轮传动设计步骤(精密机械设计) 已知：传动功率P ，转速1n 、2n (或传动比ⅰ,齿数比u)；齿 作小时数，使用年限等。 设计：齿轮的材料、热处理及主要尺寸等 步骤： 1． 选择齿轮材料、热处理及硬度、精度等级（一般为6~9级）、齿数Z 1 一般：HRC 1可以等于HRC 2，也可以HRC 1＞HRC 2，即HBS 1，HBS 2>350HBS 选：Z 1=20~40（闭式） Z 1=17~20（开式） 则：112arctg z z δ= 2190δδ=?- 2． 确定许用应力 1）许用接触应力 式（8—39）[]lim H b H H L H K S σσ= ①由表8-10查lim 1H b σ、lim 1H b σ，并取二者之间的小值计算[]H σ ②取安全系数H S ， （课本：171P ） ③计算应力循环次数 H N = 60nt, (n 是与[]H σ相对应的齿轮转速) ④由图8-41查循环基数 HO N ⑤计算 6 HO HL H N K N = 当H N ＞ HO N 时，取HL K = 1 ⑥计算[]H σ 2）许用弯曲应力 式（8-46）[]lim F b F FC FL F K K S σσ= ①由表8-11查1lim F b σ ，2lim F b σ②取安全系数F S （课本：174P ） ③取FC K （课本：174P ） ④计算FL K 一般：FV N = H N ， FO N = 4 × 610 计算 FL K 当HBS ＞350时，9 FO FL FV N K = 1 N ≥，但≤1.6 （课本：P 174） ⑤计算[]1F σ ， []2F σ
第九章齿轮传动（16学时） 一、教学目标及基本要求 1、了解齿轮的特点、类型及应用 2、掌握齿廓啮合基本定律 3、掌握渐开线齿廓齿轮传动及标准渐开线直齿圆柱齿轮几何尺寸计算公式 4、了解渐开线齿轮的加工，根切现象、最少齿数及变位齿轮 5、了解齿轮的失效形式及常用材料 6、掌握齿轮传动的设计准则 7、掌握标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算、设计参数及许用应力 8、了解齿轮传动的精度 9、掌握斜齿圆柱齿轮传动的设计 10、了解直齿圆锥齿轮传动的设计 11、了解齿轮传动的润滑和效率 12、掌握齿轮的结构设计 二、教学内容 第一节概述 第二节齿廓啮合基本定律 第三节渐开线齿廓齿轮传动 第四节渐开线齿轮的加工 第五节根切现象、最少齿数及变位齿轮 第六节齿轮常用材料
第七节标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 第八节设计参数、许用应力 第九节齿轮传动的精度 第十节斜齿圆柱齿轮传动 第十一节直齿圆锥齿轮传动 第十二节变载荷时齿轮的疲劳强度计算和短期过载时的静强度计算 第十三节齿轮传动的效率和 第十四节齿轮结构 第十五节圆弧齿圆柱齿轮传动简介 三、教学内容的重点和难点 重点： 1、标准直齿圆柱齿轮传动的啮合原理。 2、标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算。 难点： 1、针对不同的失效形式恰当地确定设计准则 2、针对不同的失效形式恰当地选用相应的设计数据 四、教学内容的深化与拓宽 了解其他结构形式的齿轮传动。 五、教学方式与手段及教学过程中应注意的问题 充分利用多媒体教学手段，围绕教学基本要求进行教学。在教学过程中，注意突出重点，多采用启发式教学以及教师和学生的互动。
六、主要参考书目 1、龙振宇主编．机械设计．北京：机械工业出版社，2002 2、濮良贵主编．机械设计．北京：清华大学出版社，2001 3、邱宣怀主编，机械设计（第四版），高等教育出版社，1998 4、余俊等主编，机械设计（第二版），高等教育出版社，1986 七、相关的实践性环节 齿轮范成实验齿轮参数测绘 八、课外学习要求 借助课外书籍了解其他结构形式的齿轮传动
机械设计中必须掌握的齿轮传动知识！ 【每日学机械】第89期，今天我们聊聊在机械设计中，我们必须掌握的齿轮传动知识！ 齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的 机械传动。在所有的机械传动中，齿轮传动应用最广，可用来传递相对位置不远的两轴之间的运动和动力。 齿轮传动的特点：效率高，在常用的机械传动中，以齿轮传动效率为最高，闭式传动效率为96%~99%，这对大功率传动有很大的经济意义；结构紧凑，比带、链传动所需的空间尺寸小；传动比稳定，传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。齿轮传动获得广泛应用，正是由于其具有这一特点；工作可靠、寿命长，设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可长达一二十年，这也是其它机械传动所不能比拟的。这对车辆及在矿井内工作的机器尤为重要； 但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。齿轮传动的分类： 齿轮传动按齿轮的外形可分为圆柱齿轮传动、锥齿轮传动、非圆齿轮传动、齿条传动和蜗杆传动。 圆柱齿轮传动用于传递平行轴间动力和运动的一种齿轮传动。按轮齿与齿轮轴线的相对关系，圆柱齿轮传动可分为直
齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动和人字齿圆柱齿轮传动3种。 ▲直齿圆柱齿轮传动▲斜齿圆柱齿轮传动▲人字齿圆柱齿轮传动 圆柱齿轮传动的传递功率和速度适用范围大，功率可从小于千分之一瓦到10万千瓦，速度可从极低到300米／秒。啮合特点由齿廓曲面形成过程可知，渐开线直齿圆柱齿轮啮合时，齿廓曲面的接触线是与轴线平行的直线，在啮合过程中整个齿宽同时进入和退出啮合，轮齿上所受的力也是突然加上或卸掉，故传动平稳性差，冲击和噪声大。 锥齿轮传动锥齿轮传动由一对锥齿轮组成的相交轴间的齿轮传动，又称伞齿轮传动。按齿线形状锥齿轮传动可分为直齿锥齿轮传动、斜齿锥齿轮传动和曲线齿锥齿轮传动，其中直齿的和曲线齿的应用较广。 ▲直齿锥齿轮传动 ▲斜齿锥齿轮传动 非圆齿轮传动是指传动中至少有一个齿轮的节曲面不是旋转曲面的齿轮传动。齿条传动齿轮与齿条的传动结构，齿条分直齿齿条和斜齿齿条，分别与直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮配对使用；齿条的齿廓为直线而非渐开线（对齿面而言则为平面），相当于分度圆半径为无穷大圆柱齿轮。蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动，两轴
开式锥齿轮传动设计实列（图表均参考《机械设计基础》第五版） 题目：某开式直齿锥齿轮传动载荷均匀，用电动机驱动，输入功率1.9KW ，输入转速10r/min ，传动比3.2，试设计此齿轮传动。 解：（1）选择材料确定许用应力 小齿轮用40MnB 调质处理，齿面硬度为241~286HBS,6001=FE σMPa （表11-1） 大齿轮用ZG35SiMn 调质处理，齿面硬度为241~269HBS,5102=FE σMPa （表11-1） 取25.1=F S （表11-5） 所以，[]4801 1==F FE F S σσMPa ，[]40822==F FE F S σσMPa （2）因为是开式传动，所以按齿根弯曲应力进行设计 设齿轮按8级精度制造；取K=1.2(表11-3)；3.0~25.0=R φ，取0.25； 小齿轮上转矩661108145.11055.9?=?=n P T N ·mm. 初选4.54,17121===iZ Z Z ，取54。所以实际传动比176.317/54==μ 因为2tan δμ=（P70表4-5），所以954.0sin cos 21==δδ，298.0cos 2=δ 则81.17cos 1 11==δz z v ，54.1,02.311==ααS F Y Y （图11-8,11-9）； 04.181cos 2 22==δz z v ，85.1,16.222==ααS F Y Y []009689.0111=F S F Y Y σαα，[] 009794.0222=F S F Y Y σαα 所以，[]719.71)5.01(43222222 11 =?+-≥F S F R R Y Y Z KT m σμφφαα 考虑磨损49.8%)101(*719.7=+=m 。标准化为m=9 (3)尺寸计算略（P70表4-5） 主要计算分度圆直径，齿顶圆直径，齿根圆直径，锥距，齿宽（与直径相关尺寸保留小数点后三位） （4）结构设计略（P183图11-18）
毕业设计说明书 专业：机械制造与自动化 班级：机制3081班 姓名：弓宏国 学号：11308123 指导老师：白福民 陕西国防工业职业技术学院
目录 第一部分工艺设计说明书 (4) ………… 第二部分第17号工序夹具设计说明书 (13) ………… 第三部分第7 号工序刀具设计说明书 (15) ………… 第四部分第17号工序量具设计说明书 (17) ………… 第五部分毕业设计体会 (18) ………… 第六部分参考资料 (19)
二O一O届毕业设计（论文）任务书 专业：机械制造与自动化班级：机制3081班姓名：钟磊学号：11308110一、设计题目(见附图)： 锥齿轮传动（CL24-A）零件机械加工工艺规程制订及第17工序工艺装备设计。 二、设计条件： l、零件图；2、生产批量：中批量生产。 三、设计内容： 1、零件图分析：l）、零件图工艺性分析（结构工艺性及技术条件分析）；2）、绘制零件图； 2、毛坯选择：1）、毛坯类型；2）、余量确定；3）、毛坯图。 3、机械加工工艺路线确定：1）、加工方案分析及确定；2）、基准的选择；3）、绘制加工工艺流程图（确定定位夹紧方案）。 4、工艺尺寸及其公差确定：1）、基准重合时（工序尺寸关系图绘制）；2）、利用尺寸关系图计算工序尺寸；3）、基准不重合时（绘制尺寸链图）并计算工序尺寸。 5、设备及其工艺装备确定： 6、切削用量及工时定额确定：确定每道工序切削用量及工时定额。 7、工艺文件制订：1）、编写工艺设计说明书；2）、填写工艺规程；（工艺过程卡片和工序卡片） 8、指定工序机床夹具设计：1）、工序图分析；2）、定位方案确定；3）、定位误差计算；4）、夹具总装图绘制，绘制夹具中所有非标零件图。 9、刀具、量具没计。（绘制刀具量具工作图） 四、上交资料（全部为电子文稿）： 1、零件机械加工工艺规程制订设计说明书一份；（按统一格式撰写） 2、工艺文件一套（含工艺流程卡片、每一道工序的工序卡片含工序附图）； 3、机床夹具设计说明书一份；（按统一格式撰写） 4、夹具总装图一张（A4图纸）；零件图两张（A4图纸）； 5、刀量具设计说明书一份；（按统一格式撰写） 6、刀具工作图一张（A4图纸）；量具工作图一张（A4图纸）。 五、起止日期： 2 010年11月1日一2 01 年月日(共周) 六、指导教师： 七、审核批准： 教研室主任：系主任： 年月日 八、设计评语： 九、设计成绩： 年月日
圆弧齿锥齿轮传动设计几何计算过程 圆弧齿锥齿轮传动设计 几何计算过程 输入参数： 齿轮类型：35。格里森制 大端模数m=6mm 齿形角a =20° 齿数 Z 1=30,Z 2=90 径向变位系数X 1 =.347,x 2=-.347 传动比i=3 齿顶高系数 h a*=.85 切向变位系数 x t1 =-.056,x t2=.O56 中点螺旋角3m =35° 齿顶间隙系数c *=.188 齿宽系数tpR =.211 ,宽度b=60mm 小轮螺旋方向：左旋 序号 项目 公式 结果 1 大端分度圆d d 1=Z 1m,d 2=Z 2m d 1=180.00mm, d 2=540.00mm 2 分锥角S 81 =arctan(Z 1/Z 2), 2=90- 8 81=18.435 ° ,2=71.565 ° 3 锥距R R=d 1/2sin 81=d 2/2sin 82 R=284.605mm 4 齿距p p= nm p=18.850mm 5 齿高h h=(2h a *+c*)m h=11.328mm 6 齿顶高h a h a =(h a *+x)m h a1=7.182,h a2=3.018mm 7 齿根高h f h f =(h a *+c*-x)m h f1 =4.146,h f2=8.310mm 8 顶隙c c=c*m c=1.13mm 9 齿根角9f Q f1=arctg(h f1/R), Q =arctg(h f2/R) 0f1 =.835 ° ,f2=1.672 ° 10 齿顶角Q a Q a 1= Q f2, Q 2=Q f1（等顶隙收缩齿） 0a1=1.672 ° 戶陆.835 ° 11 顶锥角8a 8a1= 81+ Q f2, 82= 82+Q f1 81=20.107 °, 82=72.400 ° 12 根锥角8 8f1= 81- Q f1, f2= 82- 02 8f1=17.600 °, 8(2=69.893 ° 13 顶圆直径d a d a1=d 1+2h a1COS 81,d a2=d 2+2h a2COS 82, d a1=193.63,d a2=541.91mm 14 分锥顶点至轮冠距离 A k A k1 =d 2/2-h a1Sin 81,=d 1/2-h a2Sin 82 A k1=267.73,A k2=87.14mm 15 齿宽中点分度圆直径 d m d m1=d 1-bsin 81,d m2=d 2-bsin 82 d m1=161.026mm,d m2=483.079mm 16 齿宽中点模数m m m m =d m1/z 1=d m2/z 2 m m =5.368mm 17 中点分度圆法向齿厚s mn S mn =(0.5 n COS 唱+2xtan a +x?m m s mn1 =7.962mm,s mn2=5.851mm 18 中点法向齿厚半角书mn , 2 ^mn =S mn Sin 8 COS 旳/d m ipmn1 =1.803 ° 书 mn 2=.147 19 中点分圆法向弦齿厚S mn 2 _S mn =S mn (1-书mn /6) S mn1 =7.960mm 丄 mn2=5.851mm 20 中点分圆法向弦齿高h am h am =h a -btan 0a /2+S mn ^mn /4 h am1 =6.369mm,h am2=2.585mm 21 当量齿数Z v 3 Z v =Z/cos 8 cos (3m Z v1=57.532,Z v2=517.784 22 端面重合度￡a e?=[Z 1(tan a at1 -tan a )/cos 1 +Z 2(tan a at2-tan a )/cos 2]/2 n 其中:tan a =(tan a /cos m j &z =1.317
锥齿轮是圆锥齿轮的简称，它用来实现两相交轴之间的传动,两轴交角S称为轴角，其值可根据传动需要确定，一般多采用90°。锥齿轮的轮齿排列在截圆锥体上，轮齿由齿轮的大端到小端逐渐收缩变小，如下图所示。由于这一特点，对应于圆柱齿轮中的各有关"圆柱"在锥齿轮中就变成了"圆锥"，如分度锥、节锥、基锥、齿顶锥等。锥齿轮的轮齿有直齿、斜齿和曲线齿等形式。直齿和斜齿锥齿轮设计、制造及安装均较简单，但噪声较大，用于低速传动（＜5m/s）；曲线齿锥齿轮具有传动平稳、噪声小及承载能力大等特点，用于高速重载的场合。本节只讨论S=90°的标准直齿锥齿轮传动。 1. 齿廓曲面的形成 直齿锥齿轮齿廓曲面的形成与圆柱齿轮类似。如下图所示，发生平面1与基锥2相切并作纯滚动，该平面上过锥顶点O的任一直线OK的轨迹即为渐开锥面。渐开锥面与以O为球心，以锥长R为半径的球面的交线AK为球面渐开线，它应是锥齿轮的大端齿廓曲线。但球面无法展开成平面，这就给锥齿轮的设计制造带来很多困难。为此产生一种代替球面渐开线的近似方法。 2. 锥齿轮大端背锥、当量齿轮及当量齿数
(1) 背锥和当量齿轮 下图为一锥齿轮的轴向半剖面，其中DOAA为分度锥的轴剖面，锥长OA称锥距，用R表示；以锥顶O为圆心，以R为半径的圆应为球面的投影。若以球面渐开线作锥齿轮的齿廓，则园弧bAc为轮齿球面大端与轴剖面的交线，该球面齿形是不能展开成平面的。为此，再过A作O1A⊥OA，交齿轮的轴线于点O1。设想以OO1为轴线，以O1A为母线作圆锥面O1AA，该圆锥称为锥齿轮的大端背锥。显然，该背锥与球面切于锥齿轮大端的分度圆。由于大端背锥母线1A与锥齿轮的分度锥母线相互垂直，将球面齿形的圆弧bAc投影到背锥上得到线段b'Ac'，圆弧bAc与线段b'Ac'非常接近，且锥距R与锥齿轮大端模数m之比值愈大（一般R/m>30），两者就更接近。这说明：可用大端背锥上的齿形近似地作为锥齿轮的大端齿形。由于背锥可展开成平面并得到一扇形齿轮，扇形齿轮的模数m、压力角a和齿高系数ha*等参数分别与锥齿轮大端参数相同。再将扇形齿轮补足成完整的直齿圆柱齿轮，这个虚拟的圆柱齿轮称为该锥齿轮的大端当量齿轮。这样就可用大端当量齿轮的齿形近似地作为锥齿轮的大端齿形，即锥齿轮大端轮齿尺寸（ha、hf等）等于当量齿轮的轮齿尺寸。 (2) 基本参数 由于直齿锥齿轮大端的尺寸最大，测量方便。因此，规定锥齿轮的参数和几何尺寸均以大端为准。大端的模数m的值为标准值，按下表选取。在GB12369-90中规定了大端的压力角a=20。，齿顶高系数ha*=1，顶隙系数c*=0.2。 (3) 当量齿数 当量齿轮的齿数zv称为锥齿轮的当量齿数。zv与锥齿轮的齿数z的关系可由上图求出，由图可得当量齿轮的分度圆半径rv
直齿锥齿轮的设计步骤(精密机械设计) 已知：传动功率P ，转速1n 、2n (或传动比ⅰ,齿数比u)；齿 小时数，使用年限等。 设计：齿轮的材料、热处理及主要尺寸等 步骤： 1、 选择齿轮材料：大小齿轮材料、热处理、硬度（查表7—8）、选择精度等级（一般6~9级） 根据设计要求，可以取软齿面，也可以取硬齿面。 软齿面是指：HBW1，HBW2≤350，或HBW1＞350，HBW2＜350 注意：HBW1=HBW2+（30～50） （1为小齿轮、2为大齿轮） 硬齿面是指：HRC 1可以等于HRC 2，也可以HRC 1＞HRC 2，即HBW 1，HBW 2>350HBW 112arctgi δ= 1290δδ=- 2、确定许用应力 1）许用接触应力 式（7—24） []l i m H b H H L H K S σσ= ①由表7-8查lim 1H b σ、lim 1H b σ，并取二者之间的小值计算[]H σ ②取安全系数H S ， （课本：P145） ③计算应力循环次数 H N = 60nt, (n 是与[]H σ相对应的齿轮转速) ④由图7-35查循环基数0H N ⑤计算H L K = 当H N ＞0H N 时，取H L K =1 ⑥计算[]H σ 2）许用弯曲应力 式（7-30）[]lim F b F FC FL F K K S σσ= ①由表7-9查1 lim F b σ ，2 lim F b σ ②取安全系数F S （课本：P148） ③取FC K （课本：P148） ④计算F L K FV N = H N ，0F N =4×6 10 计算 F L K = ≥1但≤2 （课本：P148） ⑤计算[]1F σ ， []2F σ 3、计算工作转矩 6 111 T =9.5510 P n ? (单位：P 1:KW ；n 1:rpm ；T 1：Nmm 。有时T 1是已知的不用计算) 4、根据接触强度，试求小齿轮分度圆直径1m d m1d d K = 初步计算时，取d K =；1d m b d ψ＝ 一般：()d ψ ＝0.30.6 由图7－32查K β； 求出试算值1m t d 。
第四章齿轮传动（10课时） 教学目标 1、了解齿轮传动的分类、特点 2、理解渐开线的形成及性质，了解齿廓的啮合的特点 3、掌握渐开线标准直齿圆柱齿轮基本参数、几何尺寸计算 4、了解渐开线齿廓的啮合的特点 5、掌握标准直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、直齿圆锥齿轮的正确啮合条件 6、了解斜齿圆柱齿轮、直齿圆锥齿轮的应用特点 7、了解齿轮轮齿失效的形式 教学重点难点 上述3、5两点 【复习】1、链传动的组成及特点、类型和应用 2、链传动的传动比 3、滚子链的组成、标记和特点 第一节齿轮传动的类型及应用 一、概念 齿轮机构是由齿轮副组成的传递运动和动力的装置。 二、齿轮传动的类型
齿轮的种类很多，可以按不同方法进行分类。 （1）根据轴的相对位置，分为两大类，即平面齿轮传动（两轴平行）与空间齿轮传动（两 轴不平行） （2）按工作时圆周速度的不同，分低速、中速、高速三种； （3）按工作条件不同，分闭式齿轮传动（封闭在箱体内，并能保证良好润滑的齿轮传动）、 半开式齿轮传动（齿轮浸入油池，有护罩，但不封闭）和开式齿轮传动（齿轮暴露在外， 不能保证良好润滑）三种； （4）按齿宽方向齿与轴的歪斜形式，分直齿、斜齿和曲齿三种； （5）按齿轮的齿廓曲线不同，分为渐开线齿轮、摆线齿轮和圆弧齿轮等几种； （6）按齿轮的啮合方式，分为外啮合齿轮传动、内啮合齿轮传动和齿条传动。 三、齿轮传动的应用 1、传动比 式中 n1、n2表示主从动轮的转速 z1、z2表示主从动轮的齿数 2、应用特点： 优点：能保证瞬时传动比恒定，工作可靠性高，传递运动准确。 传递功率和圆周速度范围较宽，传递功率可达50000kw ,圆周速度300m/s 结构紧凑，可实现较大传动比 两轴平行 两轴不平行 按轮齿方向 按啮合情况 直齿圆柱齿轮传动 斜齿圆柱齿轮传动 人字齿圆柱齿轮传动 外啮合齿轮传动 内啮合齿轮传动 齿轮齿条传动 相交轴齿轮传动 交错轴齿轮传动 锥齿轮传动 交错轴斜齿轮传动 蜗轮蜗杆传动 1212 21n z i n z ==
减速器斜齿圆柱齿轮传动的设计计算 一、高速级齿轮 1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 （1）按图所示的传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。 （2）运输装置为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度。 （3）材料选择：查表可选择小齿轮材料为40Cr (调质)，硬度为280HBS ；大齿轮材料为45钢(调质)，硬度为240HBS ，二者材料硬度差为40HBS 。 （4）选小齿轮齿数120Z =，大齿轮齿数2 4.2432085Z =?=，取285Z = （5）选取螺旋角，初选螺旋角14β=o 2、按齿面接触强度设计，按计算式试算即 1t d ≥（1）确定公式内的各计算数值 ①试选 1.6t k =，由图10-2610.740αε=，20.820αε=则有12 1.560αααεεε=+= ②小齿轮传递转矩 187.542T N m =g ③查图10-30可选取区域系数 2.433H Z = 查表10-7可选取齿宽系数1d Φ= ④查表10-6可得材料的弹性影响系数12 189.8E Z MP =。 ⑤查图10-21d 得按齿面硬度选取小齿轮的接触疲劳强度极限 lim1600H a MP σ=，大齿轮的接触疲劳强度极限lim 2550H a MP σ=。 ⑥按计算式计算应力循环次数 ()811606057612830058.29410h N n jL ==??????=? 8 828.29410 1.95104.243 N ?==? ⑦查图可选取接触疲劳寿命系数1 1.02HN k =，2 1.12HN k =。 ⑧计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数1S =，按计算式(10-12)得
4.7 直齿锥齿轮传动 直齿锥齿轮传动是以大端参数为标准值的。在强度计算时，则以齿宽中点处的当量齿轮作为计算的依据。对轴交角∑=90°的直齿锥齿轮传动，其齿数比u、锥距R(图<直齿锥齿轮传动的几何参数>)、分度圆直d1,d2、平均分度圆直径 d m1,d m2、当量齿轮的分度圆直径d v1,d v2之间的关系分别为： 令φR=b/R，称为锥齿轮传动的齿宽系数，通常取φR=0.25-0.35,最常用的值为φR=1/3。于是 由右 当量直齿 圆柱齿轮 得分度圆 半径r v与 平均分度 圆直径d m 的关系式 为 直齿锥齿轮传动的几何参数
现以m m表示当量直齿圆柱齿轮的模数，亦即锥齿轮平均分度圆上轮齿的模数（简称平均模数），则当量齿数z v为 显然，为使锥齿轮不至发生根切，应使当量齿数不小于直齿圆柱齿轮的根切齿数。另外，由式(d) 极易得出平均模数m m和大端模数m的关系为 一、直齿圆锥齿轮的背锥及当量齿数 为了便于设计和加工，需要用平面曲线来近似球面曲线，如下图。
OAB为分度圆锥， 和 为轮齿在球面上的齿顶高和齿根高， 过点A作直线AO 1⊥AO，与圆锥齿轮轴线交于点O1，设想以OO 1 为轴 线，O1A为母线作一圆锥O1AB，称为直齿圆锥齿轮的背锥。由图可见A、B 附近背锥面与球面非常接近。因此，可以用背锥上的齿形近似地代替直齿圆锥齿轮大端球面上的齿形。从而实现了平面近似球面。 将背锥展成扇形齿轮，它的参数等于 圆锥齿轮大端的参数，齿数就是圆锥齿轮 的实际齿数。将扇形齿轮补足，则齿数 增加为。这个补足后的直齿圆柱齿轮称 为当量齿轮，齿数称为当量齿数。其中 当量齿数的用途： 1.仿形法加工直齿圆锥齿轮时，选择 铣刀的号码。 2.计算圆锥齿轮的齿根弯曲疲劳强 度时查取齿形系数。 标准直齿圆锥齿轮不发生根切的最少
直齿锥齿轮传动设计 锥齿轮是圆锥齿轮的简称，它用来实现两相交轴之间的传动,两轴交角S称为轴角，其值可根据传动需要确定，一般多采用90°。锥齿轮的轮齿排列在截圆锥体上，轮齿由齿轮的大端到小端逐渐收缩变小，如下图所示。由于这一特点，对应于圆柱齿轮中的各有关"圆柱"在锥齿轮中就变成了"圆锥"，如分度锥、节锥、基锥、齿顶锥等。锥齿轮的轮齿有直齿、斜齿和曲线齿等形式。直齿和斜齿锥齿轮设计、制造及安装均较简单，但噪声较大，用于低速传动（＜5m/s）；曲线齿锥齿轮具有传动平稳、噪声小及承载能力大等特点，用于高速重载的场合。本节只讨论S=90°的标准直齿锥齿轮传动。 1. 齿廓曲面的形成 直齿锥齿轮齿廓曲面的形成与圆柱齿轮类似。如下图所示，发生平面1与基锥2相切并作纯滚动，该平面上过锥顶点O的任一直线OK的轨迹即为渐开锥面。渐开锥面与以O为球心，以锥长R为半径的球面的交线AK为球面渐开线，它应是锥齿轮的大端齿廓曲线。但球面无法展开成平面，这就给锥齿轮的设计制造带来很多困难。为此产生一种代替球面渐开线的近似方法。
2. 锥齿轮大端背锥、当量齿轮及当量齿数 (1) 背锥和当量齿轮 下图为一锥齿轮的轴向半剖面，其中DOAA为分度锥的轴剖面，锥长OA称锥距，用R表示；以锥顶O为圆心，以R为半径的圆应为球面的投影。若以球面渐开线作锥齿轮的齿廓，则园弧bAc为轮齿球面大端与轴剖面的交线，该球面齿形是不能展开成平面的。为此，再过A作O1A⊥OA，交齿轮的轴线于点O1。设想以OO1为轴线，以O1A为母线作圆锥面O1AA，该圆锥称为锥齿轮的大端背锥。显然，该背锥与球面切于锥齿轮大端的分度圆。由于大端背锥母线1A与锥齿轮的分度锥母线相互垂直，将球面齿形的圆弧bAc投影到背锥上得到线段b'Ac'，圆弧bAc与线段b'Ac'非常接近，且锥距R与锥齿轮大端模数m之比值愈大（一般R/m>30），两者就更接近。这说明：可用大端背锥上的齿形近似地作为锥齿轮的大端齿形。由于背锥可展开成平面并得到一扇形齿轮，扇形齿轮的模数m、压力角a和齿高系数ha*等参数分别与锥齿轮大端参数相同。再将扇形齿轮补足成完整的直齿圆柱齿轮，这个虚拟的圆柱齿轮称为该锥齿轮的大端当量齿轮。这样就可用大端当量齿轮的齿形近似地作为锥齿轮的大端齿形，即锥齿轮大端轮齿尺寸（ha、hf等）等于当量齿轮的轮齿尺寸。
斜齿圆柱齿轮传动与 加工工艺
1斜齿圆柱齿轮传动 1.1齿面形成 研究直齿圆柱齿轮时知道，两轮的齿廓面沿一条平行于齿轮轴的直线KK′相接触，KK′与发生面在基圆柱上的切线NN′平行。当发生面沿基圆柱做纯滚动时，直线KK′在空间形成的轨迹就是一个渐开面，即直齿轮的齿廓曲面，如图1示。 图1 直齿齿轮渐开线的形成 斜齿圆柱齿轮齿面的形成原理和直齿圆柱齿轮的情况相似，所不同的是发生面上的直线KK′与直线NN′不平行，即与齿轮轴线不平行．面是与基圆杆母线NN′成一夹角βb。故当发生面沿基圆柱作纯滚动时，直线KK′上的每一点都依次从基圆柱面的接触点开始展成一条渐开线，而直线KK′上各点所展成的渐开线的集合就是斜齿轮的齿面。由此可知，斜齿轮齿廓曲面与齿轮瑞面(与基圆柱轴线垂直的平面)上的交线(即端面上的齿廓曲线)仍是渐开线。而且由于这些渐开线有相同的基圆柱，所以它们的形状都是一样的，只是展成的起始点不同面己，即起始点依次处于螺旋线K0K0′上的各点。所以其齿面为渐开螺旋面，如图2示。由此可见．斜齿圆柱齿轮的端面齿廓曲线仍为渐开线。可将直齿圆柱齿轮看成斜齿圆柱齿轮的一个特例。从端面看，一对渐开线斜齿轮传动就相当于一对渐开线直齿轮传动，所以它也满足齿廓啮合基本定律。 图2 斜齿齿轮的渐开线形成 斜齿圆柱齿轮传动和直齿圆柱齿轮传动一样，仅限于传递两平行轴之间的运动。如果两斜齿轮分度圆上的螺旋角不是大小相等且方向相反，则这样的一对斜齿轮还可以用来传递既不平行又不相交的两轴之间的运动。为了便于区别，把用于传递两平行轴之间的运动，称为斜齿圆柱齿轮传动；用于传递两交锗轴之间的运动，称为交错轴斜齿轮传动。斜齿圆柱齿轮传动中的两轮齿啮合为线接触，而交错轴斜齿轮传动中的两轮齿啮合为点接触。
圆弧齿圆柱齿轮传动简介减小齿轮传动的尺寸和质量的主要途径，在于设法提高其承载能力。目前工业中广泛使用的渐开线齿轮传动已有两百多年的历史。虽然它具有易于加工及传动可分性特点，但由于综合曲率半径ρ∑不能增大很多，载荷沿齿宽分布不均匀，以及啮合损失较大等原因，提高其承载能力就受到了一定的限制，因而日益不能满足如冶金、采矿、动力等重要工业部门所提出的越来越高的要求。为此，提出了新的齿轮传动--圆弧齿圆柱齿轮传动，简称圆弧齿轮传动。 圆弧齿轮传动的齿廓及其类型、啮合原理及传动特性等已在《机械原理》中介绍过。圆弧齿轮传动与渐开线齿轮传动相比有下列特点： 圆弧齿轮传动啮合齿轮的综合曲率半径ρ∑较大，齿轮具有较高的接触强度。由实验得知，对于软齿面(≤350HBS)、低速和中速的圆弧齿轮传动，按接触强度而定的承载能力至少为渐开线直齿圆柱齿轮传动的1.75倍，甚至有时达到2～2.5倍。 目前我国对软齿面的单圆弧齿轮传动，经精滚工艺，精度可达6级，齿面接触斑点达80%,约相当于经过磨制过的渐开线齿轮传动。而双圆弧齿轮传动较之单圆弧者，不仅接触弧线长，而且主、从动齿轮的齿根都较厚，不论齿面接触强度、齿轮根弯曲强度以及耐磨性都更高。双圆弧齿轮的齿高较大，齿轮的
刚度就较小，故啮合时的冲击、噪声也小，因而双圆弧齿轮传动更具发展前途。 圆弧齿轮传动具有良好的磨合性能。经磨合之后，圆弧齿轮传动相啮合的齿面能紧密贴合，实际啮合面积较大，而且齿轮在啮合过程中主要是滚动摩擦，啮合点又以相当高的速度沿啮合线移动，这就对形成轮齿间的动力润滑带来了有利的条件，因而啮合齿面间的油膜较厚。这不仅有助于提高齿面的接触强度及耐磨性，而且啮合摩擦损失也大为减小（约仅为渐开线齿轮传动的一半），因而传动效率较高（当齿面粗糙度为1.6时，传动效率约为0.99左右）。 圆弧齿轮传动轮齿没有根切现象，故齿数可少到8～6，但应视小齿轮轴的强度及刚度而定。 圆弧齿轮不能做成直齿，并为确保传动的连续性，必须具有一定的齿宽。但是对不同的要求（如承载能力、效率、磨损、噪声等）可通过选取不同的参数，设计出不同的齿型来实现。 圆弧齿轮传动的中心距及切齿深度的偏差对齿轮沿齿高的正常接触影响很大，它将降低齿轮应有的承载能力，因而这种传动对中心距及切齿深度的精度要求较高。 圆弧齿轮轮齿的失效形式与渐开线齿轮相同，齿面有点蚀、磨损、齿根有折断。对于要求寿命长、冲击轻微的闭式齿轮传动，应以防止齿面疲劳点蚀为主，故应考虑选用双圆弧齿轮，并选取较大的齿高系统，以增长接触弧，从而提高齿轮的齿面
例题10-3 试设计一减速器中的直齿锥齿轮传动。已知输入功率P=10kw，小齿轮转速n1=960r/min，齿数比u=，由电动机驱动，工作寿命15年（设每年工作300天），两班制，带式输送机工作平稳，转向不变。 [解] 1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 （1）选用标准直齿锥齿轮齿轮传动，压力角取为20°。 （2）齿轮精度和材料与例题10-1同。 （3）选小齿轮齿数z1=24，大齿轮齿数z2=uz1=×=，取z2=77。 2.按齿面接触疲劳强度设计 （1）由式（10-29）试算小齿轮分度圆直径，即 d1d≥√ 4d dd d1 d d(1?0.5d d)2d ?( d d d d [d d] )2 3 1)确定公式中的各参数值。 ①试选d dd=。 ②计算小齿轮传递的转矩。 d1=9.55×106× 10 960d ?dd=×104d?dd ③选取齿宽系数d d=。 ④由图10-20查得区域系数d d=2.5。 ⑤由表10-5查得材料的弹性影响系数d d=189.8MPa1/2。 ⑥计算接触疲劳许用应力[d d]。 由图10-25d查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为d ddddd= 600ddd，d dddd2=550ddd。 由式（10-15）计算应力循环次数： d1=60d1dd d=60×960×1×(2×8×300×15)=4.147×109， N2=d1 d =4.147× 109 3.2 =1.296×109 由图10-23查取接触疲劳寿命系数d HN1=0.90，d dd2=0.95。取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-14）得 [d d]1=d dd1d dddd1 d = 0.90×600 1 ddd=540ddd [d d]2=d dd2d dddd2 = 0.95×550 ddd=523ddd 取[d d]1和[d d]2中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即 [d d]=[d d]2=523MPa 2）试算小齿轮分度圆直径 d1d≥√ 4d dd d1 d d(1?0.5d d)2d ?( d d d d [d d] )2 3
直齿锥齿轮传动是以大端参数为标准值的。在强度计算时，则以齿宽中点处的当量齿轮作为计算的依据。对轴交角∑=90°的直齿锥齿轮传动，其齿数比u、锥距R(图<直齿锥齿轮传动的几何参数>)、分度圆直d1,d2、平均分度圆直径d m1,d m2、当量齿轮的分度圆直径d v1,d v2之间的关系分别为： 令φR=b/R，称为锥齿轮传动的齿宽系数，通常取φR=0.25-0.35,最常用的值为φR=1/3。于是 由右图可 直齿圆柱 齿轮得分 度圆半径 r v与平均 分度圆直 径d m的关 系式为 直齿锥齿轮传动的几何参数 现以m m表示当量直齿圆柱齿轮的模数，亦即锥齿轮平均分度圆上轮齿的模数（简称平均模数），则当量齿数z v为
显然，为使锥齿轮不至发生根切，应使当量齿数不小于直齿圆柱齿轮的根切齿数。另外，由式(d) 极易得出平均模数m m和大端模数m的关系为 一、直齿圆锥齿轮的背锥及当量齿数 为了便于设计和加工，需要用平面曲线来近似球面曲线，如下图。 OAB为分度圆锥，和为轮齿在球面上的齿顶高和齿根高， 过点A作直线AO1⊥AO，与圆锥齿轮轴线交于点O1，设想以OO1为轴线，O1A 为母线作一圆锥O1AB，称为直齿圆锥齿轮的背锥。由图可见A、B 附近背锥 面与球面非常接近。因此，可以用背锥上的齿形近似地代替直齿圆锥齿轮大 端球面上的齿形。从而实现了平面近似球面。
将背锥展成扇形齿轮，它的参数等 于圆锥齿轮大端的参数，齿数就是圆锥齿轮 的实际齿数。将扇形齿轮补足，则齿数增Array加为。这个补足后的直齿圆柱齿轮称为当 量齿轮，齿数称为当量齿数。其中 当量齿数的用途： 1.仿形法加工直齿圆锥齿轮时，选 择铣刀的号码。 2.计算圆锥齿轮的齿根弯曲疲劳 强度时查取齿形系数。 标准直齿圆锥齿轮不发生根切的最 与当量齿轮不发生根切的最少齿 少齿数Array 数 的关系： 二、直齿圆锥齿轮的几何尺寸 标准直齿圆锥齿轮机构的几何尺寸计算公式分 齿 齿 分
课题（章）机械传动 分课题（节）§6－4 齿轮传动 教学目标1、掌握齿轮传动的常用类型和应用特点。 2、掌握齿轮传动的传动比计算。 3、掌握渐开线齿轮的特点及性质。 教学重点 教学重点：1、齿轮传动的常用类型和应用特点2．齿轮传动的传动比计 算。 教学难点教学难点：外啮合标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算。 教学方法讲授法、实物演示投影法、引导法等。 教学器材及设备电脑及投影仪、教具。 复习提问 姓名成绩 1、链传动的常见类型有哪些？ 2、链传动的应用特点？ 板书设计或教学提纲一、齿轮传动的常用类型和应用 二、传动比 三、渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸 四、齿轮的失效形式与常用材料 五、齿轮传动的维护方法 作业布置1、齿轮传动的维护方法 2、齿轮传动的优缺点 课后小结齿轮的知识点比较分散，采用老师讲授加学生自学的方法，方便学生思考，另外，也为后期去实验室进一步学习齿轮知识奠定了基础。 市中心组推荐意见： （盖章）年月日省中心组评审意见： （盖章）年月日
节 复习提问（5分钟）1、链传动的常用类型有哪些？ 2、链传动的应用特点？老师提问回答问题 任务引入（2分钟）一、任务引入 投影仪演示减速器重点额齿轮传动动画，动力从轴1输入，经 过小齿轮和大齿轮的啮合传动后，动力从轴2输出。观察并思考， 图示齿轮的传动有何特点？工作中，轴1和轴2的转速是怎样的关 系。计算一对相啮合的标准直齿圆柱齿轮，齿数z1=20，z2=32， 模数m=10。试计算其分度圆直径d、齿顶圆直径d a、齿根圆直径 df 、齿厚s、基圆直径db和中心距a。 老师讲课学生听课 任务分析（3分钟）二、任务分析 分析齿轮的传动转向如何，有何特点必须要知道齿轮传动的 类型及其应用特点，要了解轴1和轴2的转速是怎样的关系必须要 学习有关齿轮传动比的知识。为了计算上面例题，需学习渐开线标 准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何计算的知识，带着这些问题观看 下面一组图片。 老师分析 学生通过老 师引导观察 思考齿轮的 转向，并带着 问题进入新 课内容。
12.9.0 圆锥齿轮传动概述 圆锥齿轮传动传递的是相交轴的运动和动力。
圆锥齿轮的齿廓曲线、背锥和当量系数1.圆锥齿轮的齿廓曲线
2.背锥和当量齿数 背锥 过点A作AO1垂直AO交雄齿轮的轴线于点O1，以OO1为轴线，O1A为母线作圆锥O1AB。这个圆锥称为背锥。
当量齿数 一对啮合的锥齿轮的沿轴向剖开，将两背推展成平面后得到两个扇形齿轮，该扇形齿轮的模数，压力角、齿须高、齿根高及齿数。就是锥齿轮的相应参数，而扇形齿轮的分区圆半径r v 1．和r v 2。就是背锥的锥矩。现将两扇形齿轮的轮齿补足，使其成为完整的圆柱齿轮，那么它们的齿数将增大为Z v 1．和Z v 2。这两个假想的直齿圆柱齿轮叫当量齿轮，其齿数为锥齿轮的当量齿数。 ?????==222111cos cos δδz z z z v v 22z z v >2 2z z v >由以上可知
12.9.1 几何计算 将齿宽中点处的背锥展开，即可画出直径分别为d v1和d v2的两个当量直齿圆 柱齿轮。由图12.28可得 1cos 1cos 1 11tan 1 cos 11tan 1cos 22tan 122tan 222222111122222121122211+==+==+=+=+=+= ====u d d d u u d d d u u u u d d u d d m m v m m v δδδδδδδδ 标准直齿锥齿轮传动的主要几何尺寸见表12.19。
12.9.2 受力分析 直齿锥齿轮的轮齿受力分析模型如下图。忽略摩擦力，假设法向力F n 集中作 用再齿宽节线中点处，则F n 可分解为圆周力F t1，径向力F r1和轴向力F a1三个分力。 δ αδcos tan cos '111t r F F F ==1 111sin tan sin 'δαδt a F F F ==1 m 1t12d T F = 圆周力方向：主反从同；径向力方向：指向各自轮心；轴向力方向：分别指向大端。 且， 负号表示方向相反。 2 12 12t1r a a r t F F F F F F -=-=-=