机械设计 第十章 齿轮传动
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第十章齿轮传动一、选择题10—1 在齿轮传动的设计计算中,对下列参数和尺寸应标准化的有__A、G__;应圆整的有D、E__;没有标准化也不应圆整的有B、C、F、H、I、J。
A斜齿轮的法面模数m n B斜齿轮的端面模数m t C直齿轮中心距aD斜齿轮中心距a E齿宽B F齿厚s G分度圆压力角αH螺旋角βI锥距R J齿顶圆直径d a10—2 材料为20Cr钢的硬齿面齿轮,适宜的热处理方法是______B____。
A整体淬火B渗碳淬火C调质D表面淬火10—3 将材料为45钢的齿轮毛坯加工成为6级精度的硬齿面直齿圆柱齿轮,该齿轮制造工艺顺序应是_______A______为宜。
A滚齿、表面淬火、磨齿B滚齿、磨齿、表面淬火C表面淬火、滚齿、磨齿D滚齿、调质、磨齿10—4为了提高齿轮传动的齿面接触强度应__B__。
A分度圆直径不变增大模数B增大分度圆直径C分度圆直径不变增加齿数D减小齿宽10—5为了提高齿轮齿根弯曲强度应___A_____。
A 增大模数B增大分度圆直径C增加齿数 D 减小齿宽10—6一减速齿轮传动,主动轮1和从动轮2的材料、热处理及齿面硬度均相同,则两轮齿根的弯曲应力_A_。
A F1>F2B F1<F2C F1=F210—7一减速齿轮传动,小齿轮1选用45钢调质,大齿轮2选用45钢正火,它们的齿面接触应力__C__。
A H1>H2B H1<H2C H1=H210—8 一对标准圆柱齿轮传动,若大、小齿轮的材料或热处理方法不同,则工作时,两齿轮间的应力关系属于下列第 C 种。
A H1≠H2,F1≠F2,[H]1=[H]2,[F]1=[F]2B H1=H2,F1=F2,[H]1≠[H]2,[F]1≠[F]2C H1=H2,F1≠F2,[H]1≠[H]2,[F]1≠[F]2D H1≠H2,F1=F2,[H]1≠[H]2,[F]1≠[F]2(H、F、[H]、[F]分别为齿轮的接触应力、弯曲应力、许用接触应力、许用弯曲应力)10—9一对正确啮合的标准渐开线齿轮作减速传动时,若两轮的材料、热处理及齿面硬度均相同且寿命系数K N1=K N2,则两轮的弯曲强度为___A_____。
机械设计第10章机械传动系统及其传动比机械传动系统及其传动比案例导入:在实际的机械工程中,为了满足各种不同的工作需要,仅仅使用一对齿轮是不够的。
本章通过带式输送机、牛头刨床、汽车变速箱和差速器、自动进刀读数装置、滚齿机行星轮系等例子,介绍轮系的概念、分类、传动比的分析计算方法。
第一节定轴轮系的传动比计算在实际应用的机械中,为了满足各种需要,例如需要较大的传动比或作远距离传动等,常采用一系列互相啮合的齿轮来组成传动装置。
这种由一系列齿轮组成的传动装置称为齿轮系统,简称轮系。
一、轮系的分类轮系有两种基本类型:(1)定轴轮系。
如图10-1所示,在轮系运转时各齿轮几何轴线都是固定不变的,这种轮系称为定轴轮系。
(2)行星轮系。
如图10-2所示,在轮系运转时至少有一个齿轮的几何轴线绕另一几何轴线转动,这种轮系称为行星轮系。
图10-1 定轴轮系二、轮系的传动比1.轮系的传动比轮系中,输入轴(轮)与输出轴(轮)的转速或角速度之比,称为轮系的传动比,通常用i表示。
因为角速度或转速是矢量,所以,计算轮系传动比时,不仅要计算它的大小,而且还要确定输出轴(轮)的转动方向。
2.定轴轮系传动比的计算根据轮系传动比的定义,一对圆柱齿轮的传动比为nzi12 1 2 n2z1式中:“±”为输出轮的转动方向符号,图10-2行星轮系第十章机械传动系统及其传动比当输入轮和输出轮的转动方向相同时取“+”号、相反时取“-”号。
如图10-1a) 所示的一对外啮合直齿圆柱齿轮传动,两齿轮旋转方向相反,其传动比规定为负值,表示为:i=n1=n2z2 z1如图10-1b)所示为一对内啮合直齿圆柱齿轮传动,两齿轮的旋转方向相同,其传动比规定为正值,表示为:n1z2 i= =n2z1如图10-3所示的定轴轮系,齿轮1为输入轮,齿轮4为输出轮。
应该注意到齿轮2和2'是固定在同一根轴上的,即有n2=n2′。
此轮系的传图10-3定轴轮系传动比的计算动比i14可写为:nnn ni14 1 123 i12i2 3i***** z2z3z4 312上式表明,定轴轮系的总传动比等于各对啮合齿轮传动比的连乘积,其大小等于各对啮合齿轮中所有从动轮齿数的连乘积与所有主动轮齿数的连乘积之比,即m从1轮到k轮之间所有从动轮齿数n的连乘积i1k 1 1 (10-1) nk从1轮到k轮之间所有从主轮齿数的连乘积式中:m为平行轴外啮合圆柱齿轮的对数,用于确定全部由圆柱齿轮组成的定轴轮系中输出轮的转向。
第10章轮系前面我们己经讨论了一对齿轮传动及蜗杆传动的应用和设计问题,然而实际的现代机械传动,运动形式往往很复杂。
由于主动轴与从动轴的距离较远,或要求较大传动比,或要求在传动过程中实现变速和变向等原因,仅用一对齿轮传动或蜗杆传动往往是不够的, 而是需要采用一系列相互啮合的齿轮组成的传动系统将主动轴的运动传给从动轴。
这种由一系列相互啮合的齿轮(包括蜗杆、蜗轮)组成的传动系统称为齿轮系,简称轮系。
本章重点讨论各种类型齿轮系传动比的计算方法,并简要分析各齿轮系的功能和应用。
10.1 轮系的分类组成轮系的齿轮可以是圆柱齿轮、圆锥齿轮或蜗杆蜗轮。
如果全部齿轮的轴线都互相平行,这样的轮系称为平面轮系;如果轮系中各轮的轴线并不都是相互平行的,则称为空间轮系。
再者,通常根据轮系运动时各个齿轮的轴线在空间的位置是否都是固定的,而将轮系分为两大类:定轴轮系和周转轮系。
10.1.1定轴轮系在传动时所有齿轮的回转轴线固定不变的轮系,称为定轴轮系。
定轴轮系是最基本的轮系,应用很广。
由轴线互相平行的圆柱齿轮组成的定轴齿轮系,称为平面定轴轮系,如图10.1所示。
a)b)图10.1 平面定轴齿轮系包含有圆锥齿轮、螺旋齿轮、蜗杆蜗轮等空间齿轮的定轴轮系,称为空间定轴轮系,如图10.2所示。
图10.2 空间定轴轮系10.1.2 周转轮系轮系在运动过程中,若有一个或一个以上的齿轮除绕自身轴线自转外,其轴线又绕另一个齿轮的固定轴线转动,则称为周转轮系,也叫动轴轮系。
如图10.3所示。
a) 周转轮系结构图b)差动轮系c)行星轮系图10.3周转轮系其中齿轮2的轴线不固定,它一方面绕着自身的几何轴线O2旋转,同时O2轴线,又随构件H绕轴线O H公转。
分析周转轮系的结构组成,可知它由下列几种构件所组成:1.行星轮:当轮系运转时,一方面绕着自己的轴线回转(称自转),另一方面其轴线又绕着另一齿轮的固定轴线回转(称公转)的齿轮称行星轮,如图10.3中的齿轮2。
机械设计教案齿轮传动一、教学目标:1. 了解齿轮传动的基本概念、分类和特点。
2. 掌握齿轮传动的计算方法和工作原理。
3. 能够分析齿轮传动的设计要求和选择合适的齿轮材料。
4. 能够运用齿轮传动的知识解决实际工程问题。
二、教学内容:1. 齿轮传动的基本概念:齿轮、齿廓、齿轮副等。
2. 齿轮传动的分类:圆柱齿轮、圆锥齿轮、蜗杆齿轮等。
3. 齿轮传动的特点:传动平稳、承载能力强、精度要求高等。
4. 齿轮传动的计算方法:齿数、模数、压力角等参数的计算。
5. 齿轮传动的工作原理:齿轮的啮合、传动比、传动效率等。
三、教学方法:1. 采用多媒体教学,展示齿轮传动的相关图片和动画,增强学生的直观感受。
2. 利用公式和实例相结合的方法,讲解齿轮传动的计算方法。
3. 通过实物模型或仿真软件,演示齿轮传动的工作原理。
4. 开展小组讨论,让学生分析实际工程中的齿轮传动应用案例。
四、教学准备:1. 准备相关多媒体教学资料,包括图片、动画和视频。
2. 准备齿轮传动计算公式的讲解示例。
3. 准备实物模型或仿真软件,用于演示齿轮传动的工作原理。
4. 准备实际工程中的齿轮传动应用案例,用于小组讨论。
五、教学过程:1. 引入:介绍齿轮传动在机械工程中的应用,引导学生关注齿轮传动的重要性。
2. 讲解:讲解齿轮传动的基本概念、分类和特点,引导学生理解齿轮传动的基本知识。
3. 计算:讲解齿轮传动的计算方法,示例讲解,让学生掌握齿轮传动计算的关键步骤。
4. 演示:利用实物模型或仿真软件,演示齿轮传动的工作原理,让学生直观地了解齿轮传动的工作过程。
5. 应用:分析实际工程中的齿轮传动应用案例,让学生学会运用齿轮传动的知识解决实际问题。
6. 小组讨论:让学生分组讨论,分享自己的理解和心得,互相学习和交流。
7. 总结:对本节课的内容进行总结,强调重点和难点,提醒学生注意齿轮传动的设计要求和选择合适的齿轮材料。
8. 作业布置:布置相关练习题,让学生巩固所学知识。
第十章齿轮传动本章主要内容⏹齿轮传动类型和特点;⏹齿轮传动的受力分析、计算载荷、各种载荷系数的物理意义及其影响因素;⏹齿轮传动的失效形式及其机理、特点、预防措施;⏹齿轮材料的基本要求、常用的热处理方法及材料的选用原则;⏹直齿圆柱齿轮承载能力计算,斜齿圆柱齿轮和直齿圆锥齿轮承载能力计算特点;⏹齿轮的结构设计;⏹齿轮传动的润滑。
重点难点⏹齿轮传动的受力分析、计算载荷、各种载荷系数的物理意义及其影响因素;⏹齿轮传动的失效形式及其机理、特点、预防措施;⏹直齿圆柱齿轮承载能力计算。
第一节概述一、齿轮传动的特点、类型和基本问题齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一,其应用范围十分广泛,型式多样,传递功率从很小到很大(可高达近十万千瓦)。
1、齿轮传动的主要特点:◆效率高可达99%。
在常用的机械传动中,齿轮传动的效率为最高;◆结构紧凑与带传动、链传动相比,在同样的使用条件下,齿轮传动所需的空间一般较小;◆工作可靠,寿命长与各类传动相比◆传动比稳定无论是平均值还是瞬时值。
这也是齿轮传动获得广泛应用的原因之一;◆成本高,不适于远距离传动与带传动、链传动相比,齿轮的制造及安装精度要求高。
2、齿轮传动的分类按齿轮类型分:直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动人字齿轮传动锥齿轮传动按装置形式分:开式传动、半开式传动、闭式传动。
按使用情况分:动力齿轮─以动力传输为主,常为高速重载或低速重载传动。
传动齿轮─以运动准确为主,一般为轻载高精度传动。
按齿面硬度分:软齿面齿轮(齿面硬度≤350HBS)硬齿面齿轮(齿面硬度>350HBS)3、两个基本问题:(1)传动平稳就是要保证瞬时传动比恒定,从而尽可能减小齿轮啮合中的冲击、振动和噪声。
(2)足够的承载能力就是要在尺寸、质量较小的前提下.保证齿轮的强度、耐磨性等方面的要求。
保证在预定的使用期限内不发生失效。
二、精度选择齿轮精度等级应根据传动的用途,使用条件、传动功率和圆周速度等确定。
表10—8给出了各类机器所用齿轮的精度等级。
第10章 齿轮传动一、选择题1.圆柱齿轮传动,当齿轮直径不变,而减小模数时,可以( )。
A.提高齿轮的弯曲强度B.提高齿面的接触强度C.改善传动的工作平稳性D.增大齿轮传递的转矩【答案】C【解析】根据公式d=mz,齿轮的直径不变,减小模数,齿数将增加,重合度增大,从而改善运动的平稳性,还能降低齿高,减小齿坯尺寸,降低加工时的切削量,有利于节省制造费用。
2.直齿圆柱齿轮与斜齿圆柱齿轮相比,其承载能力和运动平稳性( )。
A.直齿轮好B.斜齿轮好C.二者都一样D.随使用情况而定【答案】B【解析】与直齿圆柱齿轮相比,斜齿圆柱齿轮啮合传动时,齿面接触线是斜直线,每对齿是逐渐进入啮合又逐渐退出啮合,因此传动更平稳,承载能力更大。
3.一对标准直齿圆柱齿轮传动,已知z1=20,z2=60,其齿形系数是( )。
A.Y F1>Y F2B.Y F1=Y F2C.Y F1<Y F2D.无法确定【答案】A【解析】标准直齿圆柱齿轮中,齿数越少,齿形系数越大。
4.齿宽系数φd在( )情况下可取较小值。
A.齿轮在轴上为悬臂布置B.齿轮在轴上非对称布置于两轴承之间C.齿轮对称布置于刚性轴的两轴承之间D.以上三种情况下取值相同【答案】A【解析】根据齿宽系数选取表可看出,当齿轮在轴上为悬臂布置时,可以选择较小的齿宽系数。
5.为了提高齿根抗弯曲强度,可( )。
A.增大模数B.保持分度圆直径不变而增加齿数C.采用负变位齿轮D.保持齿数不变而减小分度圆直径【答案】A【解析】影响齿根弯曲疲劳强度的主要因素是模数,增大模数,弯曲强度提高。
6.为改善或减小齿轮的动载荷系数,可( )。
A.将齿轮加工成鼓形齿B.将两齿轮做成变位齿轮C.将一个齿轮的轮齿齿顶及齿根都进行修缘D.对轮齿进行螺旋角修形【答案】C【解析】修缘之后的轮齿在开始啮合阶段相啮合的轮齿的法节差减小,从而产生的动载荷减小,故可以通过修缘减小动载荷系数。
7.某场运输带由速度1440r/min的电动机通过三套减速装置来驱动,其中a.双级直齿圆柱齿轮减速器b.套筒滚子链传动c.三角带传动。
12.3.23齿轮齿数的选取对传动有何影响?设计时怎么样选定小齿轮的齿数?大齿轮的齿数取得过多会出现什么问题?12.3.33图示直齿圆锥齿轮减速器的两种布置方案,若传递功率相同,传动比相同,试分析哪种方案更为合理?12.4.2一直齿轮传动系统如图所示。
已知主动轮的转速,齿轮1、2和3 的许用应力[σH ]和[σF]。
图示的直齿圆柱齿轮减速器,长期工作,2轮和3轮输出的最大转矩=80,m=5mm,b=30mm,1轮为主动,单向回转。
如轮=60,Z3设计铣床的圆柱齿轮传动。
已知P1=7.5KW, n1=1450r/min,Z1=26,Z小齿轮不对称布置,提示,设计硬齿面,7级精度,材料为40Cr钢高频淬火,55HRC,有一电动机驱动的闭式单级直齿圆柱齿轮传动。
已知主动轴的转速n1=750r/min.230HB1大齿轮为45钢,正火处理190HB2,载荷有轻微冲击,长期工作,双向传动下列各图的斜齿圆柱齿轮,齿轮1为主动轮。
请在各图中补上转向和螺旋线方向,画出各轮所受图示一两级斜齿圆柱齿轮减速箱,I轴是输入轴,Ш轴是输出轴,转向如图所示,已知模数①为使П轴轴承所受轴向力最小,各齿轮旋向?此时П试合理确定图示两级斜齿圆柱齿轮减速器各斜齿圆的螺旋线方向,电动机转向见图。
一由电动机驱动的闭式斜齿圆柱齿轮传动,测的中心距a=200mm,Z124,Z2=105,b1=80mm,b等冲击,单向传动,工作寿命为10年,单班工作,齿轮为不对称布置,求该对齿轮的承载能力。
设计一由电动机驱动的斜齿圆柱齿轮减速器齿轮传动(非对称)。
已知:P=12KW,n12.4.18 图示圆柱—圆锥齿轮减速器,轮题解总传动比i=n1/n=Z2Z4/Z1Z3题解大、小齿轮都选45钢、小齿轮调质,大齿轮正火。
选齿轮精度为8级精度。
第10章齿轮传动(一)教学要求了解齿轮机构的类型和应用,掌握齿廓啮合基本定理、渐开线性质、啮合特性、标准直齿圆柱齿轮的主要参数和尺寸计算,熟悉齿轮正确啮合条件和连续传动条件,能够计算斜齿轮、锥齿轮的几何尺寸,能正确分析齿轮失效原因,确定设计准则、进行强度校核。
(二)教学的重点与难点重点:直齿圆柱齿轮基本参数的确定与几何尺寸、正确啮合条件、连续传动条件的计算、失效形式和计算准则、受力分析和强度计算。
难点:斜齿圆柱齿轮、锥齿轮的当量齿轮概念、受力分析和强度计算。
(三)教学内容10.1 齿轮传动的特点和基本类型10.2 渐开线齿轮的齿廓及传动比10.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸计算10.4 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动10.5 渐开线齿轮的加工方法10.6 渐开线齿廓的根切现象与标准外齿轮的最少齿数10.7 变位齿轮传动10.8 齿轮常见的失效形式与设计准则10.9 齿轮的常用材料及许用应力10.10 渐开线直齿圆柱齿轮传动的强度计算10.11 斜齿圆柱齿轮传动10.12 直齿圆锥齿轮传动10.13 齿轮的结构设计及齿轮传动的润滑和效率【学习内容】本章将介绍渐开线圆柱直齿、斜齿轮以及直齿圆锥齿轮传动的设计计算,内容包括齿轮原理和齿轮强度两个方面,其中将着重讨论圆柱直齿轮的设计计算方法。
齿轮原理部分将介绍渐开线特性、啮合特性、啮合传动等,关于变位齿轮仅介绍传动计算的内容。
齿轮强度部分将介绍齿轮材料的选择、失效形式、设计准则等,从而得出具体的设计计算方法。
10.1 齿轮传动的特点和基本类型10.1.1齿轮传动的特点齿轮传动用来传递任意两轴间的运动和动力,其圆周速度可达到300m/s,传递功率可达105KW,齿轮直径可从不到1mm到150m以上,是现代机械中应用最广的一种机械传动。
齿轮传动与带传动相比主要有以下优点:(1)传递动力大、效率高;(2)寿命长,工作平稳,可靠性高;(3)能保证恒定的传动比,能传递任意夹角两轴间的运动。