齿轮及蜗轮蜗杆的测绘方法

齿轮及蜗轮蜗杆的测绘齿轮和蜗轮蜗杆结构较为复杂，因而此类零件的测绘较一般常见零件更为繁琐，是一项细致的工作。

本章主要讨论我国最常用的标准直齿圆柱齿轮、标准斜齿圆柱齿轮和标准直齿圆锥齿轮以及蜗轮蜗杆的功用与结构、测绘步骤、几何参数的测量和基本参数的确定等内容。

1 齿轮测绘概述1.1 齿轮的功用与结构齿轮是组成机器的重要传动零件，其主要功用是通过平键或花键和轴类零件连接起来形成一体，再和另一个或多个齿轮相啮合，将动力和运动从一根轴上传递到另一根轴上。

齿轮是回转零件，其结构特点是直径一般大于长度，通常由外圆柱面（圆锥面）、内孔、键槽（花键槽）、轮齿、齿槽及阶梯端面等组成，根据结构形式的不同，齿轮上常常还有轮缘、轮毂、腹板、孔板、轮辐等结构。

按结构不同齿轮可分为实心式、腹板式、孔板式、轮辐式等多种型式，如果齿轮和轴做在一起，则形成齿轮轴。

按轮齿齿形和分布形式不同，齿轮又有多种型式，常用的标准齿轮可分为直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、圆锥齿轮等。

1.2 齿轮的测绘步骤齿轮测绘是机械零部件测绘的重要组成部分，测绘前，首先要了解被测齿轮的应用场合、负荷大小、速度高低、润滑方式、材料与热处理工艺和齿面强化工艺等。

因为齿轮是配对使用的，因而配对齿轮要同时测量。

特别是当测绘的齿轮严重损坏时，一些参数无法直接测量得到，需要根据其啮合中心距ａ和齿数ｚ，重新设计齿形及相关参数，从这个意义上讲，齿轮测绘也是齿轮设计。

齿轮测绘主要是根据齿轮及齿轮副实物进行几何要素的测量，如齿数z，齿顶圆直径ｄa，齿根圆直径dｆ、齿全高h、公法线长度W k、中心距a、齿宽ｂ、分度圆弦齿厚s及固定弦齿厚ｓc、齿轮副法向侧隙ｎ及螺旋角β、分锥角δ、锥距R等，经过计算和分析，推测出原设计的基本参数，如模数m、齿形角α、齿顶高系数h a*、顶隙系数C*等，并据此计算出齿轮的几何尺寸，如齿顶圆直径d a、分度圆直径d及齿根圆直径d f等，齿轮的其它部分结构尺寸按一般测绘原则进行，以达到准确地恢复齿轮原设计的目的。

《机械设计基础》实验指导书课程编号：02106220、02106420、02107220、02106520课程名称:机械设计基础（A)、机械设计基础(B）、机械设计基础（C）注：1、实验01和10可合并在一起,分两个单元进行;2、实验03和04应根据学时和专业方向从中选择一个。

实验一机构认识实验一、实验目的1。

初步了解《机械原理》课程所研究的各种常用机构的结构、类型、特点及应用实例。

2.增强学生对机构与机器的感性认识.二、实验内容陈列室展示各种常用机构的模型，通过模型的动态展示，增强学生对机构与机器的感性认识.实验教师只作简单介绍，提出问题，供学生思考，学生通过观察，增加对常用机构的结构、类型、特点的理解，培养对课程理论学习和专业方向的兴趣。

三、实验设备和工具机构陈列室机构展柜和各种机构模型。

四、实验原理(一)对机器的认识：通过实物模型和机构的观察，学生可以认识到:机器是由一个机构或几个机构按照一定运动要求组合而成的。

所以只要掌握各种机构的运动特性,再去研究任何机器的特性就不困难了。

在机械原理中，运动副是以两构件的直接接触形式的可动联接及运动特征来命名的。

如：高副、低副、转动副、移动副等。

(二)平面四杆机构：平面连杆机构中结构最简单，应用最广泛的是四杆机构，四杆机构分成三大类:即铰链四杆机构；单移动副机构；双移动副机构。

1.铰链四杆机构分为：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构，即根据两连架杆为曲柄，或摇杆来确定。

2。

单移动副机构，它是以一个移动副代替铰链四杆机构中的一个转动副演化而成的。

可分为：曲柄滑块机构，曲柄摇块机构、转动导杆机构及摆动导杆机构等.3.双移动副机构是带有两个移动副的四杆机构,把它们倒置也可得到：曲柄移动导杆机构、双滑块机构及双转块机构.（三)凸轮机构：凸轮机构常用于把主动构件的连续运动,转变为从动件严格地按照预定规律的运动。

只要适当设计凸轮廓线，便可以使从动件获得任意的运动规律。

齿轮是应用非常广泛的传动件，用以传递动力和运动，并具有改变转速和转向的作用。

依据两齿合齿轮轴线在空间的相对位置不同，常见的齿轮传动可分为下列三种形式（图9-43）：(1) 圆柱齿轮传动——有于两平行之间的传动。

(2) 圆锥齿轮传动——用于两相之间的传动。

(3) 蜗杆蜗轮传动——用于两交叉之间的传动。

齿轮传动的另一种形式为齿轮齿条传动（图9-44），可用于转动和移动之间的运动转换。

常见的齿轮轮齿是直齿和斜齿。

齿轮又有标准齿和非标准齿之分，具有标准齿的齿轮称为标准齿轮。

本节介绍具有渐开线齿形的标准齿轮的有关知识与规定画法。

一、直齿圆柱齿轮（直齿轮）(一) 直齿圆柱齿轮各部分名称及有关参数（图9-45）1、齿顶圆（直径d1）通过圆柱齿轮齿顶的曲面称为齿顶圆柱面。

齿顶圆柱面与端平面的交线称为齿顶圆。

2、齿根圆（直径d2）通过圆柱齿轮齿根的曲面称为齿根圆柱面。

齿根圆柱面与端平面的交线称为齿根圆。

３.分度圆（直径d）齿轮设计和加工时计算尺寸的基准圆称为分度圆。

它位于齿顶圆和齿根圆之间，是一个约定的假想圆。

４.节圆（直径d）两齿轮合时，位于连心线OO上的两齿廓点P，称为节点。

分别以O O为圆心，OP为半径所作的两个相切的园称为节圆。

正确安装的标准齿轮的d=d。

5.齿高h轮齿在齿顶圆与齿根圆之间的径向距离称为齿高。

齿高h分为齿顶高h，齿根高h两段（h=h+h）:齿根高h齿根圆与分度圆之间的径向距离；吃根高h齿根圆与分度圆之间的径向距离；6.齿数z即轮齿的个数，它是齿轮计算的主要参数之一。

8.模数m由于分度圆周长πd=pz所以 d=p/πz令 p/π=m则 d=mz式中m称为齿轮的模数，它等于齿距与圆周率π的比值。

模数以毫米为单位，为了便于设计和制造，模数的数值已标准化，如图9-12所示。

模数是设计、制造齿轮的重要参数。

由于模数m与齿距p成正比。

而p决定了轮齿的大小，所以m的大小反映了轮齿的大小。

模数大，轮齿大，在其他条件相同的情况下，轮齿的承载能力也就大，反之承载能力就小。

蜗轮蜗杆-齿轮-齿条的计算及参数汇总渐开线齿轮有五个基本参数，它们分别是：名称符号意义标准化数值齿数(teeth number)Z 在齿轮整个圆周上轮齿的总数称为齿数模数(module)m齿距分度圆齿距p与π的比值模数决定了齿轮的大小及齿轮的承载能力。

我国规定标准化模数压力角(特指分度圆压力角)(pressure angle)决定渐开线齿形和齿轮啮合性能的重要参数我国规定标准化压力角为20度齿顶高系数齿顶高计算系数:我国规定标准化齿顶高系数为1顶隙系数顶隙(clearance)计算系数我国规定标准化顶隙系数为0.25标准齿轮：模数、压力角、齿顶高系数、顶隙系数为标准值，且分度圆上的齿厚等于齿槽宽的渐开线齿轮。

我国规定的标准模数系列表第一系列0.10.120.150.20.250.30.40.50.60.81 1.25 1.52 2.534568 10121620253240 50第二系列0.350.70.9 1.75 2.25 2.75(3.25) 3.5(3.75) 4.5 5.5 (6.5)78(11)14182228(30)3645注:选用模数时,应优先采用第一系列,其次是第二系列,括号内的模数尽可能不用.系列（1）渐开线圆柱齿轮模数（GB/T 1357-1987）第一系列0.1 0.12 0.15 0.2 0.25 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 11.25 1.5 22.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50第二系列0.35 0.7 0.9 0.75 2.25 2.75 （3.25）3.5 （3.75） 4.55.5 （6.5）7 9 （11）14 18 22 28 （30）36 45（2）锥齿轮模数（GB/T 12368-1990）0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.125 1.25 1.375 1.5 1.75 2 2.25 2.5 2.75 3 3.25 3.5 3.75 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 8 910 11 12 14 16 18 20 22 25 28 30 32 36 40 45 50注: 1.对于渐开线圆柱斜齿轮是指法向模数。

机械设计---蜗轮蜗杆、斜齿轮、锥齿轮传动机构受力分析例题【例题1】如图所示为一蜗杆—圆柱斜齿轮—直齿圆锥齿轮三级传动。

已知蜗杆1为主动件，且按图示方向转动。

试在图中绘出：
（1）各轴转向。

（2）使II、III轴轴承所受轴向力较小时的斜齿轮轮齿的旋向。

（3）各轮所受诸轴向分力的方向。

【解】
（1）各轴转向如图所示（4分）。

（2）斜齿轮轮齿的旋向如图（2分）。

（3）各轮所受诸轴向分力的方向如图。

（8分）
【解析】
蜗轮蜗杆传动受力分析:
径向力F r:由啮合点指向各自的回转中心。

圆周力F t:主动轮所受圆周力与啮合点切向速度
方向相反(阻力);
从动轮所受圆周力与啮合点切向速度方向相同(动力)。

轴向力F a:主动轮(蜗杆)受力方向用左右手螺旋法则。

从动轮受力方向与F t1相反。

斜齿圆柱齿轮传动受力分析
径向力F r:由啮合点指向各自齿轮的回转中心。

圆周力F t:主动轮所受圆周力与啮合点切向速度方向相反(阻力)。

从动轮所受圆周力与啮合点切向速度方向相同(动力)。

轴向力F a:主动轮受力方向用左右手螺旋法则判定，从动轮受力方向与主动轮相反。

锥齿轮受力分析
径向力F r:由啮合点指向各自的回转中心。

轴向力F a:由啮合点指向各自齿轮的大端(与齿轮转向无关，方常作为隐含条件)。

圆周力F t:主动轮所受圆周力与啮合点切向速度方向相反(阻力)。

从动轮所受圆周力与啮合点切向速度方向相同(动力)。

蜗杆与蜗轮主要参数及几何计算一、蜗杆与蜗轮的主要参数1. 模数：蜗杆和蜗轮的齿轮尺寸参数之一，用来描述蜗轮齿数与蜗杆齿数的比例关系。

模数的单位通常为毫米（mm），常用的模数有0.5、1、1.5、2等。

2.蜗杆传动比（减速比）：蜗杆与蜗轮之间齿轮传动的转速比，一般用i表示。

传动比等于蜗轮的齿数除以蜗杆的齿数，即i=Z2/Z1、蜗杆传动比通常为10至80左右。

3.螺旋线角度：蜗杆的螺旋线与轴线的夹角，通常用θ表示。

螺旋线角度决定了蜗杆的斜度，直接影响到蜗杆与蜗轮传动的效率。

4.蜗杆和蜗轮的材料：由于传动过程中会有相对滑动和高速摩擦，所以蜗杆和蜗轮通常使用耐磨、耐热、耐疲劳的材料，比如高强度合金钢、铜合金等。

5.渐开线角：蜗杆渐开线与垂直于轴线的圆柱面交线的夹角，用α表示。

渐开线角的大小会直接影响到蜗杆与蜗轮的传动效率和噪音。

二、蜗杆与蜗轮的几何计算1.蜗杆的直径计算：蜗杆的直径可以根据承受的转矩和材料的强度来确定。

通常根据公式d=K∛(T/σ)计算，其中d为蜗杆直径，K为一个系数，T为扭矩，σ为所选材料的强度。

2.蜗杆和蜗轮的齿数计算：蜗杆和蜗轮的齿数需要满足传动比和滚动角度等要求。

通常滚动角度为20°时，蜗杆的齿数为4至6；滚动角度为15°时，蜗杆的齿数为6至9、齿数的具体计算可以根据所选的传动比和齿轮的模数来确定。

3. 蜗轮的直径计算：蜗轮的直径需要根据滚动角度和蜗杆直径来确定。

一般来说，蜗轮的直径大于或等于蜗杆的直径。

可以根据公式d2 =d1 + 2mcosα 计算，其中d2为蜗轮的直径，d1为蜗杆的直径，m为模数，α为渐开线角。

4.蜗杆传动比的计算：蜗杆传动比等于蜗轮的齿数除以蜗杆的齿数。

根据所选的传动比和蜗杆的齿数，可以计算出蜗轮的齿数。

以上是蜗杆与蜗轮的主要参数和几何计算的介绍，这些参数和计算方法的正确选择和应用，能够保证蜗杆与蜗轮传动的效率和可靠性。

在实际应用中，还需要考虑到摩擦和磨损等因素，选择适当的润滑方式和材料，以提高传动的效率和寿命。

实验机械传动方案设计及性能测试分析一、实验目的：1．通过测试常见机械传动装置（如带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动等）在传递运动与动力过程中的参数曲线(速度曲线、转矩曲线、传动比曲线、功率曲线及效率曲线等),加深对常见机械传动性能的认识和理解；2．通过测试由常见机械传动组成的不同传动系统的参数曲线，掌握机械传动合理布置的基本要求；3．通过实验认识智能化机械传动性能综合测试实验台的工作原理，掌握计算机辅助实验的新方法, 培养进行设计性实验与创新性实验的能力。

二、实验设备简介：本实验在“机械传动性能综合测试实验台”上进行。

本实验台采用模块化结构，由不同种类的机械传动装置、联轴器、变频电机、加载装置和工控机等模块组成，学生可以根据选择或设计的实验类型、方案和内容，自己动手进行传动连接、安装调试和测试，进行设计性实验、综合性实验或创新性实验。

机械传动性能综合测试实验台各硬件组成部件的结构布局如图1所示。

实验台组成部件的主要技术参数如表1所示。

表1机械传动性能综合测试实验台采用自动控制测试技术设计，所有电机程控起停，转速程控调节，负载程控调节，用扭矩测量卡替代扭矩测量仪，整台设备能够自动进行数据采集处理，自动输出实验结果，是高度智能化的产品。

其控制系统主界面如图2所示。

机械传动性能综合测试实验台的工作原理如图3所示。

图3 实验台的工作原理三、实验原理：运用“机械传动性能综合测试实验台”能完成多类实验项目（表2），教师可根据专业特点和实验教学改革需要指定，也可以让学生自主选择或设计实验类型与实验内容。

无论选择哪类实验, 其基本内容都是通过对某种机械传动装置或传动方案性能参数曲线的测试, 来分析机械传动的性能特点；实验利用实验台的自动控制测试技术，能自动测试出机械传动的性能参数, 如转速n (r/min)、扭矩M (N.m)、功率N(K.w)。

并按照以下关系自动绘制参数曲线：传动比：I=n1/n2扭矩：T=9550 N/n (N.m)传动效率：η=P2/P1= T1 n2/ T2 n1根据参数曲线（图4所示）可以对被测机械传动装置或传动系统的传动性能进行分析。