1、模块一设计单级齿轮减速器中的齿轮传动模块一设计单级齿轮减速器中的齿轮传动模块二设计台式钻床中的普通模块二设计台式钻床中的普通V带传动带传动模块三设计链式输送机中的滚子链传动模块三设计链式输送机中的滚子链传动模块四汽车变速箱的传动设计模块四汽车变速箱的传动设计项目四 常用机械传动 模块一设计单级齿轮减速器中的齿轮传动任务情境1.单级齿轮减速器的机构单级减速器有两条轴系、两条装配线，两轴分别由滚动轴承支承在箱体上，采用过渡配合，有较好的同轴度，从而保证齿轮啮合的稳定性。端盖嵌入箱体内，从而确定了轴和轴上零件的轴向位置。装配时只要修磨调整环的厚度，就可使轴向间隙达到设计要求。2.单级齿轮减速机的工作
2、原理一级圆柱齿轮减速器(如图4-1-1所示)是通过装在箱体内的一对啮合齿轮的转动实现减速运动的。动力由电动机通过皮带轮传送到齿轮轴，然后通过两啮合齿轮(小齿轮带动大齿轮)传送到输出轴，从而实现减速之目的。图4-1-1一级圆柱齿轮减速器任务提出与任务分析1.任务提出如图4-1-2所示，设计带式输送机中的单级直齿圆柱齿轮传动，已知圆柱齿轮传递功率P=7.5 kW，小齿轮转速n1=970 r/min，传动比i=3.6，原动机为电动机，载荷平稳，使用寿命为10年，单班制工作(每年260个工作日)。图4-1-2减速器传动示意图2.任务分析在工程实践中，一级圆柱直齿减速器是一种简单、典型而又常见的齿轮传动
3、。为了合理地设计出减速器齿轮的具体参数，我们必须了解减速器的机构和工作原理，选用恰当的材料，以及掌握齿轮传动的设计计算方法，并进行强度、刚度或稳定性的分析计算，了解齿轮的加工、齿轮传动的润滑和保养等知识。相关知识4.1.1齿轮传动的类型和特点1.齿轮传动的类型根据齿轮机构所传递运动两轴线的相对位置、运动形式及齿轮的几何形状，齿轮机构分以下几种基本类型(如图4-1-3所示)：图4-1-3齿轮的分类2.齿轮传动的特点1)优点(1)传动比恒定，因此传动平稳，冲击、振动和噪音较小。(2)传动效率高、工作可靠且寿命长。齿轮传动的机械效率一般为0.950.99，且能可靠地连续工作几年甚至几十年。(3)可传
4、递空间任意两轴间的运动。齿轮传动可传递两轴平行、相交和交错的运动和动力。(4)结构紧凑、功率和速度范围广。齿轮传动所占的空间位置较小，传递功率可由很小到上百万千瓦，传递的速度可达300 m/s。2)缺点(1)制造、安装精度要求较高。(2)不适于中心距较大的传动。(3)使用维护费用较高。(4)精度低时，噪音、振动较大。4.1.2渐开线齿廓及其啮合特性1.渐开线的形成及其性质1)渐开线的形成如图4-1-4所示，一条直线L(称为发生线)沿着半径为rb的圆周(称为基圆)作纯滚动时，直线上任意点K的轨迹称为该圆的渐开线。图4-1-4渐开线的形成及压力角 2)渐开线的性质(1)发生线沿基圆滚过的长度和基圆
5、上被滚过的弧长相等，即。(2)渐开线上任意一点的法线必切于基圆。(3)渐开线上各点压力角不等，离圆心越远处的压力角越大。基圆上压力角为零。渐开线上任意点K处的压力角是力的作用方向(法线方向)与运动速度方向(垂直向径方向)的夹角K(见图4-1-4)，由几何关系可推出：(4-1-1)式中，rb为基圆半径，rK为K点向径。(4)渐开线的形状取决于基圆半径的大小。基圆半径越大，渐开线越趋平直，如图4-1-5所示。(5)基圆以内无渐开线。图4-1-5渐开线形状与基圆大小的关系 2.渐开线齿廓的啮合特性1)齿廓啮合基本定律两相互啮合的齿廓E1和E2在K点接触，如图4-1-6所示，过K点作两齿廓的公法线nn
6、，它与连心线O1O2的交点C称为节点。以O1、O2为圆心，以O1C(r1)、O2C(r2)为半径所作的圆称为节圆，因两齿轮的节圆在C点处作相对纯滚动，由此可推得(4-1-2)图4-1-6齿廓啮合基本定律2)渐开线齿廓满足瞬时传动比恒定一对齿轮传动，其渐开线齿廓在任意点K接触，如图4-1-7所示，可证明其瞬时传动比恒定。过K点作两齿廓的公法线nn，它与连心线O1O2交于C点。由渐开线特性推知齿廓上各法线切于基圆，齿廓公法线必为两基圆的内公切线N1N2，N1N2与连心线O1O2交于定点C。由N1O1CN2O2C，可推得(4-1-3)图4-1-7渐开线齿廓啮合3.渐开线齿廓的啮合特点1)啮合线为一条
7、不变的直线2)传力方向不变3)中心距可分性4.1.3渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸1.渐开线直齿圆柱齿轮的各部分名称、代号及基本参数1)渐开线直齿圆柱齿轮的各部分名称和代号图4-1-8所示为某标准直齿圆柱齿轮的一部分，齿轮的轮齿均匀地分布在圆柱面上。每个轮齿两侧的齿廓都是由形状相同、方向相反的渐开线曲面组成的。齿轮各部分的名称及代号如图4-1-8所示。图4-1-8齿轮各部分名称2)标准齿轮的基本参数直齿圆柱齿轮的基本参数有齿数z、模数m、压力角、齿顶高系数和顶隙系数共五个。这些基本参数是齿轮各部分几何尺寸计算的依据。(1)齿形参数。模数是决定齿轮尺寸的一个基本参数，我国已规定了标准
8、模数系列。设计齿轮时，应采用我国规定的标准模数系列，如表4-1-1所示。由模数的定义m=p/可知，模数越大，轮齿尺寸越大，反之则越小，如图4-1-9所示。图4-1-9不同模数的轮齿大小(2)齿制参数。齿制参数主要包括齿顶高系数和顶隙系数。齿顶高与模数之比值称为齿顶高系数，用h*a表示。顶隙与模数之比值称为顶隙系数，用c*表示。正常齿制齿轮h*a=1，c*=0.25，有时也采用短齿制，其h*a=0.8，c*=0.3。顶隙的作用是为了避免一齿轮的齿顶与另一齿轮的齿根相抵触，同时也便于储存润滑油。图4-1-10不同压力角时轮齿的形状2.渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数及几何尺寸计算标准直齿轮圆柱齿轮的基
9、本参数及几何计算公式见表4-1-2。3.公法线长度和分度圆弦齿厚齿轮在加工和检验中，常用测量公法线长度和分度圆弦齿厚的方法来保证齿轮的精度。1)公法线长度如图4-1-11所示，当检验直齿轮时，公法线千分尺的两卡脚跨过个齿，两卡脚与齿廓相切于A、B两点，两切点间的距离AB称为公法线(即基圆切线)长度，用K表示，则线段AB的长度就是跨K个齿的公法线长度。图4-1-11公法线长度根据渐开线性质可得WK=(K1)Pb+Sb式中,Pb为基圆齿轮，Sb为基圆齿厚。测量公法线长度只需普通的卡尺或专用的公法线千分尺，测量方法简便，结果准确，在齿轮加工中应用较广。当20时，标准直齿圆柱齿轮的公法线长度为Wm2.
10、9521(K0.5)0.014z(4-1-4)式中:m为模数；z为齿数；K为跨齿数，按下式计算:当计算所得K不是整数时，可四舍五入圆整为整数。此外，W、K也可从机械设计手册中直接查表得出。5.09zK2)分度圆弦齿厚测量公法线长度，对于斜齿圆柱齿轮将受到齿宽条件的限制；对于大模数齿轮，测量也有困难；此外，还不能用于检测锥齿轮和蜗轮。在这种情况下，通常改测齿轮的分度圆弦齿厚。如图4-1-12所示，轮齿两侧齿廓与分度圆的两个交点A、B间的距离，称为分度圆弦齿厚，以 表示。齿顶到分度圆弦AB间的径向距离，称为分度圆弦齿高，以表示。用齿轮游标卡尺测量时，以分度圆齿高为基准来测量分度圆弦齿厚 。标准直齿
11、轮的 、计算公式为(4-1-5)(4-1-6)ssahahsah图4-1-12分度圆弦齿厚4.1.4渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动1.正确啮合条件图4-1-13中的齿轮都是渐开线齿轮，图4-1-13(a)和图4-1-13(b)中的主动轮只能带动从动轮转过一个小角度就卡死不能动了，而图4-1-13(c)中的主动轮可以带动从动轮整周转动，看来并不是任意两个渐开线齿轮都能正确地进行啮合，而是必须满足一定的条件，即正确啮合条件。那么，这个条件是什么？图4-1-13渐开线齿轮的正确啮合从图4-1-13(c)中可以看出：两个渐开线齿轮在啮合过程中，参加啮合的轮齿的工作一侧齿廓的啮合点都在啮合线N1N2上
12、。而在图4-1-13(a)和图4-1-13(b)中，工作一侧齿廓的啮合点H不在啮合线N1N2上，这就是两轮卡死的原因。令K1和K1表示轮1齿廓上的啮合点，K2和K2表示轮2齿廓上的啮合点。从图4-1-13(c)中可以看出K1K 1=K2K2=KK,K1K1是齿轮1的法向齿矩pn1，K2K2是齿轮2的法向齿矩pn2，亦即 pn1=pn2这个式子就是一对相啮合齿轮的轮齿分布要满足的几何条件，称为正确啮合条件。由渐开线性质可知，法向齿距与基圆齿距相等，故上式也可写成 pb1=pb2 (4-1-7)将pb1=m1 cos1和pb2=m2 cos2代入式，得 m1 cos1=m2 cos2 (4-1-8
13、)由于模数m和压力角均已标准化，不能任意选取，所以要满足上式必须使 (4-1-9)结论：一对渐开线齿轮，只要模数和压力角分别相等，就能正确啮合。由相互啮合齿轮的模数相等的条件，可推出一对齿轮的传动比为(4-1-10)2.连续传动条件及重合度1)一对渐开线齿轮的啮合过程齿轮传动是通过其轮齿交替啮合而实现的。如图4-1-14所示为一对轮齿的啮合过程。图4-1-14渐开线齿轮的连续传动2)渐开线齿轮连续传动条件为保证齿轮定传动比传动的连续性，仅具备两轮的基圆齿距相等的条件是不够的，还必须满足B1B2pb。否则，当前一对齿在点B1分离时，后一对齿尚未进入点B2啮合，这样，在前后两对齿交替啮合时将引起冲
14、击，无法保证传动的平稳性。因此，由图4-1-14可知，渐开线齿轮连续传动条件为B2B1B2K，而B2K=pb，故连续传动的条件可用下式表示：通常把实际啮合线段B1B2与基圆齿距pb的比值称为重合度，用表示，即(4-1-11)表示了同时参与啮合齿轮的对数，越大，同时参与啮合齿轮的对数越多，传动越平稳。因此，是衡量齿轮传动质量的指标之一。3.标准中心距如图4-1-15所示为满足正确啮合条件的一对外啮合标准直齿圆柱齿轮，它的中心距是两轮分度圆半径之和，此中心距称为标准中心距：(4-1-12)图4-1-15标准中心距啮合线N1N2与O1O2的交点C是啮合节点，而两轮分度圆也相切于C点，所以分度圆与节圆
15、重合为一个圆。即由于标准齿轮的分度圆齿厚与槽宽相等，因此结论：两个标准齿轮如果按照标准中心距安装，就能满足无齿侧间隙啮合条件，能实现无齿侧间隙啮合传动。对内啮合圆柱齿轮传动，当采用标准安装时，其标准中心距计算公式为(4-1-13)(21212zzmrra4.1.5齿轮常见的失效形式与设计准则1.齿轮常见的失效形式1)轮齿折断轮齿在工作过程中，齿根部受较大的交变弯曲应力，并且齿根圆角及切削刀痕产生应力集中。当齿根弯曲应力超过材料的弯曲疲劳极限时，轮齿在受拉一侧将产生疲劳裂纹，随着裂纹的逐渐扩展，会导致轮齿疲劳折断，如图4-1-16所示。图4-1-16轮齿折断2)齿面点蚀齿轮工作时，在循环变化的接
16、触应力、齿面摩擦力及润滑剂的反复作用下，轮齿表面或次表层出现疲劳裂纹，裂纹逐渐扩展，导致齿面金属剥落形成麻点状凹坑，这种现象称为齿面疲劳点蚀，如图4-1-17所示。图4-1-17齿面点蚀3)齿面磨损由于粗糙齿面的摩擦或有砂粒、金属屑等磨料落入齿面之间，都会引起齿面磨损。磨损引起齿廓变形和齿厚减薄，产生振动和噪声，甚至因轮齿过薄而断裂，如图4-1-18所示。磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。采用闭式齿轮传动、提高齿面硬度、降低齿面粗糙度值、注意保持润滑油清洁等，都有利于减轻齿面磨损。图4-1-18齿面磨损4)齿面胶合高速重载齿轮传动，因齿面间压力大、相对滑动速度大，在啮合处摩擦发热多，产生瞬间高
17、温，使油膜破裂，造成齿面金属直接接触并相互黏着，而后随齿面相对运动，又将黏接金属撕落，使齿面形成条状沟痕，产生齿面热胶合，如图4-1-19所示。图4-1-19齿面胶合5)齿面塑性变形用较软齿面材料制造的齿轮，在承受重载的传动中，由于摩擦力的作用，齿面表层材料沿摩擦力的方向会发生塑性变形，即在主动轮齿面节线处产生凹坑，从动轮齿面节线处产生凸起，如图4-1-20所示。图4-1-20齿面塑性变形2.设计准则轮齿的失效形式很多，它们不大可能同时发生，却又相互联系，相互影响。例如，轮齿表面产生点蚀后，实际接触面积减少将导致磨损的加剧，而过大的磨损又会导致轮齿的折断。可是在一定条件下，必有一种为主要失效形
18、式。4.1.6齿轮材料的选择及热处理1.齿轮材料的基本要求由轮齿的失效分析可知，对齿轮材料的基本要求如下：(1)齿面应有足够的硬度，以抵抗齿面磨损、点蚀、胶合以及塑性变形等。(2)齿芯应有足够的强度和较好的韧性，以抵抗齿根折断和冲击载荷。(3)应有良好的加工工艺性能及热处理性能，使之便于加工且便于提高其力学性能，即齿面要硬、齿芯要韧。最常用的齿轮材料是钢，此外还有铸铁及一些非金属材料等，如图4-1-21所示。图4-1-21齿轮材料2.常用齿轮材料及热处理1)锻钢锻钢因具有强度高、韧性好、便于制造、便于热处理等优点，大多数齿轮都用锻钢制造。按齿面硬度可分为软齿面和硬齿面两类。2)铸钢当齿轮的尺寸
19、较大(大于400600 mm)而不便于锻造时，可用铸造方法制成铸钢齿坯，再进行正火处理以细化晶粒。3)铸铁低速、轻载场合的齿轮可以制成铸铁齿坯。当尺寸大于500 mm时可制成大齿圈或轮辐式齿轮。4)有色金属和非金属材料有色金属(如铜合金、铝合金)用于有特殊要求的齿轮传动。非金属材料的使用日益增多，常用有夹布胶木和尼龙等工程塑料，用于低速、轻载、要求低噪声而对精度要求不高的场合。由于非金属材料的导热性差，故需与金属齿轮配对使用，以利于散热。表4-1-3中列出了齿轮常用材料及其力学性能，供设计时参考。4.1.7直齿圆柱齿轮的受力分析及强度计算1.轮齿的受力分析1)直齿圆柱齿轮受力分析如图4-1-2
20、2所示为直齿圆柱齿轮的受力情况，转矩T1由主动齿轮传给从动齿轮。若忽略齿面间的摩擦力，轮齿间法向力Fn的方向始终沿啮合线。法向力Fn在节点处可分解为两个相互垂直的分力：切于分度圆的圆周力Ft和沿半径方向的径向力Fr。(4-1-14)图4-1-22轮齿受力分析 作用于主、从动轮上的各对力大小相等、方向相反。从动轮所受的圆周力Ft2是驱动力，其方向与主动轮转向相同；主动轮Ft1所受的圆周力是阻力，其方向与主动轮转向相反。径向力Fr1与Fr2分别指向各轮中心(外啮合)，如图4-1-23所示。图4-1-23轮齿的受力方向 2)计算载荷上面求得的各力是用齿轮传递的名义转矩求得的载荷，称为名义载荷。实际上
21、，由于原动机及工作机的性能、齿轮制造及安装误差、齿轮及其支撑件变形等因素的影响，实际作用于齿轮上的载荷要比名义载荷大。因此，在计算齿轮传动的强度时，用载荷系数K对名义载荷进行修正，名义载荷Fn与载荷系数的乘积称为计算载荷Fnc，即 Fnc=KFn (4-1-15)式中,K为考虑了实际传动中各种影响载荷因素的载荷因数，可查表4-1-4取值。2.齿轮强度计算1)齿面接触疲劳强度计算为避免齿面发生点蚀失效，应进行齿面接触疲劳强度计算。(1)计算依据。一对渐开线齿轮啮合传动，齿面接触近似于一对圆柱体接触传力，轮齿在节点工作时往往是一对齿传力，是受力较大的状态，容易发生点蚀，如图4-1-24所示。所以设
22、计时以节点处的接触应力作为计算依据，限制节点处的接触应力H H。图4-1-24齿轮接触强度计算简图(2)接触疲劳强度公式。齿轮齿面的最大应力计算公式可由弹性力学中的赫兹公式推导得出，经一系列简化，渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算公式如下：校核公式为(4-1-16)设计公式为(4-1-17)(4-1-18)图4-1-25接触疲劳寿命因数ZN图4-1-26试验齿轮的接触疲劳极限Hlim2)齿根弯曲疲劳强度计算进行齿根弯曲疲劳强度计算的目的是防止轮齿疲劳折断。(1)计算依据。根据一对轮齿啮合时，力作用于齿顶的条件，限制齿根危险截面拉应力边的弯曲应力FF。(2)齿根弯曲疲劳强度公式。图
23、4-1-27轮齿的弯曲强度校核公式为(4-1-19)设计公式为(4-1-20)(4-1-21)图4-1-28弯曲疲劳寿命因数YN图4-1-29试验齿轮弯曲疲劳极限Flim4.1.8齿轮的结构设计1齿轮轴对于直径很小的钢制齿轮，当为圆柱齿轮时，若齿根与键槽底部的距离 e2.5mt(mt为端面模数)；当为锥齿轮时，若按齿轮小端尺寸计算而得的 e500 mm时，可采用轮辐式结构。这种结构的齿轮常用铸钢或铸铁制造，其各部分尺寸按经验公式确定，如图4-1-35所示。图4-1-35铸造轮辐式圆柱、圆锥齿轮4.1.9标准的齿轮传动设计计算1.主要参数的选择1)传动比ii40，可分为三级或三级以上传动。2)齿
24、轮齿数z一般设计中取z1zmin(zmin是齿轮加工不产生根切现象的最小齿数，其具体内容见本模块拓展知识4)，齿数多则重合度大，传动平稳，且能改善传动质量、减少磨损。若分度圆直径不变，增加齿数使模数减少，可以减少切齿的加工量，节约工时。3)模数模数m直接影响齿根弯曲强度，而对齿面接触强度没有直接影响。用于传递动力的齿轮，一般应使m1.52 mm，以防止过载时轮齿突然折断。4)齿宽系数d齿宽系数d=b/d1，当d1一定时，增大齿宽系数必然加大齿宽，可提高轮齿的承载能力。但齿宽越大，载荷沿齿宽的分布越不均匀，造成偏载反而降低传动能力，因此应合理选择d。2.齿轮精度等级的选择渐开线圆柱齿轮精度按GB
25、/T 10095.12008和GB/T 10095.22008标准执行，此标准为新标准，规定了13个精度等级，其中02级齿轮要求非常高，属于未来发展级；35级称为高精度等级；68级为最常用的中精度等级；9级为较低精度等级；1012级为低精度等级。精度分为三个组：第公差组反映运动精度；第公差组反映运动平稳性；第公差组反映承载能力。允许各公差组选用不同的精度等级，两齿轮一般取相同精度等级。3.齿轮传动设计计算的步骤齿轮传动设计计算的步骤如下：(1)根据给定的工作条件，选取合适的齿轮材料及热处理方法，确定齿轮的接触疲劳许用应力和弯曲疲劳许用应力。(2)根据设计准则进行设计计算，确定齿轮小齿轮的分度圆
26、直径d1或模数m。(3)选择齿轮的主要参数并计算主要几何尺寸。(4)校核齿轮齿根弯曲疲劳强度或齿面接触疲劳强度。(5)确定出齿轮结构尺寸，绘制齿轮工作图。探索与实践设计任务1：如图4-1-2所示，根据已知条件，其设计过程和结果如表4-1-11表示。拓展知识其他齿轮传动1.斜齿圆柱齿轮传动1)斜齿廓曲面的形成及啮合特点如图4-1-36(a)所示，直齿圆柱齿轮的齿廓实际上是由与基圆柱相切作纯滚动的发生面S上一条与基圆柱轴线平行的任意直线KK展成的渐开线曲面。图4-1-36直齿轮齿面形成及接触线图4-1-37斜齿轮齿面形成及接触线图4-1-38轴向力2)斜齿圆柱齿轮啮合传动(1)斜齿圆柱齿轮的主要参
27、数及几何尺寸。图4-1-39斜齿轮沿分度圆柱面展开图4-1-40斜齿轮旋向端面模数mt和法向模数mn有如下关系:(4-1-22)端面压力角t与法向压力角n的关系(见图4-1-41)为 (4-1-23)图4-1-41斜齿轮压力角 (2)平行轴斜齿轮传动的正确啮合条件和重合度。考虑到平行轴斜齿轮传动螺旋角的关系，正确啮合条件应为(4-1-24)图4-1-42斜齿圆柱齿轮的重合度当量齿数zv由下式求得(4-1-25)用仿形法加工时，应按当量齿数选择铣刀号码；强度计算时，可按一对当量直齿轮传动近似计算一对斜齿轮传动；在计算标准斜齿轮不发生根切的齿数时，可按下式求得(4-1-26)图4-1-43斜齿轮的
28、当量齿数(3)斜齿轮圆柱齿轮传动的承载能力计算。各分力大小的计算公式为(4-1-27)图4-1-44斜齿轮的受力分析图4-1-45主、从动斜齿轮各分力的关系 图4-1-46轴向力方向的判断 齿面接触疲劳强度计算。校核公式为 (4-1-28)设计公式为(4-1-29)齿根弯曲疲劳强度计算。校核公式为(4-1-30)设计公式为 (4-1-31)【设计任务2】试设计一单级减速器中的标准斜齿圆柱齿轮传动，已知主动轴由电动机直接驱动，功率P=10 kW，转速n1=970 r/min，传动比i=4.6，工作载荷有中等冲击。单向工作，单班制工作10年，每年按300天计算。设计步骤和结果如表4-1-13所示。
29、2.直齿锥齿轮传动1)圆锥齿轮传动概述圆锥齿轮机构用于相交轴之间的传动，两轴的交角(1+2)由传动要求确定，可为任意值，=90的圆锥齿轮传动应用最广泛，如图4-1-47所示。图4-1-47直齿圆锥齿轮传动设1、2为两轮的锥顶半角，1+2=90，大端分度圆锥直径为r1、r2，齿数分别为z1、z2。两齿轮的传动比为(4-1-32)2)圆锥齿轮啮合传动(1)直齿锥齿轮的基本参数及几何尺寸。图4-1-48锥齿轮传动的几何尺寸(不等间隙)(2)当量齿轮与当量齿数。直齿圆锥齿轮齿廓曲线是一条空间球面渐开线，其形成过程与圆柱齿轮类似。图4-1-49直齿锥齿轮齿面的形成图4-1-50锥齿轮的背锥将展开背锥所形
30、成的扇形齿轮(见图4-1-51)补足成完整的齿轮，即为直齿圆锥齿轮的当量齿轮，当量齿轮的齿数称为当量齿数，即(4-1-33)图4-1-51锥齿轮的当量齿轮由以上可知圆锥齿轮不发生切齿干涉的最小齿数为zmin=zvmincos=17 cos80100)时才进行轮齿弯曲疲劳强度计算。对于开式传动，则按蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度进行设计。蜗轮轮齿弯曲强度的计算方法在此不予讨论。4)蜗杆传动的散热(1)蜗杆传动的热平衡计算。热平衡方程为1000(1)P1=tA(t1t0)由热平衡方程得出润滑油的工作温度t1为(4-1-47)也可以由热平衡方程得出该传动装置所必需的最小散热面积Amin：(2)蜗杆传动机构的
31、散热。蜗杆传动机构的散热目的是保证油的温度在安全范围内，以提高传动能力。图4-1-59蜗轮传动的散热方法4.齿轮轮齿的加工方法及变位齿轮传动简介1)齿轮轮齿的加工方法加工渐开线齿轮的方法分为仿形法和范成法两类。(1)仿形法。仿形法加工是刀具在通过其轴线的平面内，刀刃的形状和被切齿轮齿间形状相同。图4-1-60仿形法切制齿轮(2)范成法。范成法(又称展成法或包络法)是利用一对齿轮无侧隙啮合时两轮的齿廓互为包络线的原理加工齿轮的。图4-1-61范成法加工齿轮图4-1-62标准齿条刀具2)根切现象及最少齿数(1)根切现象。用展成法切削标准齿轮时，如果齿轮的齿数过少，刀具的齿顶线或齿顶圆超过被切齿轮的
32、极限点N时(见图4-1-63)，则刀具的齿顶会将被切齿轮的渐开线齿廓根部的一部分切掉，这种现象称为根切，如图4-1-64所示。图4-1-63根切的产生 图4-1-64齿轮根切现象(2)最小齿数。如图4-1-65所示，为避免根切，要求刀具的齿顶线在N1点之下，而为此应满足下列不等式：(4-1-48)图4-1-65避免根切的条件而在PN1O1中，有 (4-1-49)在PBB中，有 (4-1-50)将式(4-1-49)、(4-1-50)代入式(4-1-48)可得所以，不产生根切的最少齿数为(4-1-51)3)变位齿轮传动简介(1)变位的形成。加工齿轮时，若齿条刀具的中线与轮坯的分度圆相切并作纯滚动，
33、由于刀具中线上的齿厚与齿槽宽相等，则被加工齿轮分度圆上的齿厚与齿槽宽相等，因此被加工出来的齿轮为标准齿轮，如图4-1-66(a)所示。图4-1-66切削变位齿轮(2)变位齿轮的类型及应用特点。根据变位系数之和的不同值，变位齿轮传动可分为三种类型，标准齿轮传动可看做零传动的特例。表4-1-23中列出了变位齿轮的传动类型及特点。5.齿轮传动的润滑与维护1)齿轮传动的润滑(1)齿轮传动的润滑方式。开式及半开式齿轮传动，或速度较低的闭式齿轮传动，通常用人工周期性加油润滑，所用润滑剂为润滑油或润滑脂。通用闭式齿轮传动，其润滑方法根据齿轮圆周速度大小而定。图4-1-67齿轮润滑(2)润滑剂的选择。齿轮传动
34、常用的润滑剂为润滑油或润滑脂。选用时，应根据齿轮的工作情况(转速高低、载荷大小、环境温度等)，在表4-1-24中选择润滑剂的黏度和牌号。2)齿轮传动的维护正常维护是保证齿轮传动正常工作、延长齿轮使用寿命的必要条件。日常维护工作主要有以下内容。(1)安装与跑合。(2)检查齿面接触情况。(3)保证正常润滑。(4)监控运转状态。(5)装防护罩。图4-1-68圆柱齿轮齿面接触斑点技能训练齿轮的加工及参数测量目的要求：(1)掌握常用量具测定渐开线直齿圆柱齿轮基本参数的方法，加深理解齿轮各参数之间的相互关系和渐开线的性质。(2)巩固齿轮各部分尺寸的计算公式及有关参数之间的关系。(3)掌握用范成法加工渐开线
35、齿轮的原理。(4)通过用齿条刀具范成渐开线齿廓的过程，了解齿轮的根切现象及避免根切的方法。操作设备和工具：(1)被测齿轮两个(偶、奇数齿各一个)。(2)游标卡尺和公法线千分尺各一把。(3)齿轮范成仪。(4)计算器、绘图纸一张及圆规、三角板、铅笔、铅笔刀、橡皮等绘图工具。训练内容：(1)待测齿轮两个：齿数为奇数和偶数的齿轮各一个。(2)齿轮范成仪加工齿轮。测量原理：1)测定模数m如图4-1-69所示，当卡脚在被测齿轮上跨k个齿时，其公法线长度为同理，若跨k+1个齿，其公法线长度应为则又因Pb=m cos，若=20,故图4-1-69测定齿轮模数2)测定变位系数x与标准齿轮相比，变位齿轮的齿厚发生了
36、变化，两者之差就是公法线长度的增量，它等于2xm sin。设Wk为被测齿轮跨k个齿的公法线长度，Wk为同样m、z和的标准齿轮跨k个齿的公法线长度，则即3)用范成法加工齿轮范成法的基本原理是一对齿轮或一个齿轮与齿条啮合时，一个齿轮的齿廓是另一个齿轮齿廓的包络线。图4-1-70范成仪实施步骤：1)齿轮参数的测定(1)数出齿数z(奇数、偶数齿轮各作一个，并记下编号)。(2)量取齿顶圆直径da和齿根圆直径df(各量三次，取平均值)。偶数：直接测量，如图4-1-71(a)所示。奇数：间接测量，如图4-1-71(b)所示。da=D+2H1df=D+2H2 图4-1-71齿轮da与df的测量方法(3)由公式
37、k=z/9+0.5，计算出跨齿数k，测量公法线长度Wk、Wk+1(各量三次，取平均值)。(4)确定模数m 并取标准值：(5)计算变位系数x(Wk为平均值，Wk为标准值)：(6)判断是否为变位齿轮。当x0时，为正变位齿轮；当x0为变位齿轮，否则为标准齿轮。(7)把以上测量的数据填入表4-1-25。2)用范成法加工齿轮(1)测量图纸托盘直径(即为轮坯分度圆直径d)。(2)在齿条刀具上量取齿距p(相邻两齿同侧齿廓对应点之间的距离)。(3)计算模数m和齿数z，其中 m=p/(取标准模数)，z=d/m(取整数)。(4)在纸坯上画出四个圆：分度圆d、齿顶圆da、齿根圆df和基圆db。(5)将纸坯装在范成仪
38、上，调整刀具对准刻度上的“0”位置，范成标准齿轮12个齿(如图4-1-72所示)，注意观察有否根切。图4-1-72范式标准齿轮(6)为避免根切，范成正变位齿轮。计算变位量xminm，其中 计算并在轮坯上画出分度圆d、齿顶圆da、齿根圆df、基圆db，其中分度圆d、基圆db与标准齿轮相同。将纸坯装在范成仪上，移动刀具离开轮坯中心，移动量(变位量)为xminm。范成正变位齿轮12个齿(如图4-1-73所示)，注意观察此时有否根切。(7)把实验测量的齿轮参数值填入表4-1-26。图4-1-73范式正变位齿轮归 纳 总 结1 一对齿轮正确啮合的条件。直齿圆柱齿轮：m1=m21=2斜齿圆柱齿轮:2齿轮连
39、续传动的条件:3 基本参数:模数、压力角、齿数、当量齿数、齿顶高系数和顶隙系数。4 齿轮传动的失效形式：轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合和齿面塑性变形。5 齿轮传动的设计准则：6 渐开线齿轮传动的设计计算及设计步骤。7 普通圆柱蜗杆传动的主要参数：(1)中间平面的模数和压力角是标准的。(2)蜗杆头数z1一般取1、2、4，蜗轮齿数一般取z2=2880。(3)蜗杆分度圆直径要按表中数值取标准。蜗杆分度圆直径与模数的比值称为蜗杆直径系数。(4)蜗轮分度圆螺旋角恒等于蜗杆分度圆导程角，且蜗轮、蜗杆螺旋方向相同。8 蜗杆传动正确啮合的条件：9蜗杆传动中蜗轮转动方向的判断:先用左、右手定则判断蜗杆轴
40、向力Fa1的方向，则其反方向即为蜗轮的转动方向。10 渐开线齿轮的加工方法及不产生要根切的最少齿数。加工方法：仿形法和范成法。不产生要根切的最少齿数：当20，ha*1时，zmin17；当20，ha*0.8时，zmin14。模块二设计台式钻床中的普通V带传动任务情境钻床指用钻头在工件上加工孔的机床，通常钻头的旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。钻床结构简单，加工精度相对较低，可钻通孔和盲孔，更换特殊刀具，可扩、锪孔，铰孔或进行攻丝等加工。钻床工作时，电机作动力输出，通过塔式皮带轮，经过变速传递给主轴，主轴带动钻头移动并旋转，完成对孔加工。其结构如图4-2-1所示。图4-2-1钻床结构图任务提出
41、与任务分析1.任务提出设计台式钻床中的V带传动。已知其原动机为Y8014型三相异步电动机，额定功率P=0.55 kW，转速n1=1390 r/min，传动比i12=4，每天工作8 h，系统的安装布置要求传动中心距a500 mm。2.任务分析要设计普通V带的传动，首先要知道V带的结构和标准、带在工作过程中的受力情况和运动速度，才能正确选择V带的型号、根数和基准长度；其次要了解带轮的材料及结构。这样才能设计出满足工作要求的V带传动。相关知识4.2.1带传动概述1.带传动的工作原理和类型带传动一般是由主动带轮、从动带轮、紧套在两轮上的传动带及机架组成的。如图4-2-2所示为摩擦型带传动，工作时原动机
42、驱动主动带轮1转动，由于带与带轮之间摩擦力的作用，使从动带轮2一起转动，从而实现运动动力的传递。图4-2-2带传动的结构根据工作原理不同，带传动可分为摩擦带传动和啮合带传动两类。1)摩擦带传动摩擦带传动是依靠带与带轮之间的摩擦力传递运动的。按带的横截面形状不同可分为以下四种类型。(1)平带传动。(2)V带传动。(3)多楔带传动。(4)圆带传动。图4-2-3带传动的类型2)啮合带传动啮合带传动依靠带轮上的齿与带上的齿或孔啮合传递运动。啮合带传动有两种类型，如图4-2-4所示。图4-2-4啮合带传动2.带传动的特点带传动具有以下特点：(1)带有良好的挠性，能吸收振动，缓和冲击，传动平稳，噪音小。(
43、2)当带传动过载时，带在带轮上打滑，可防止其他机件损坏，从而起到保护作用。(3)带传动允许有较大的中心距，结构简单，制造、安装和维护较方便，且成本低廉。(4)带与带轮之间存在一定的弹性滑动，故不能保证恒定的传动比，传动精度和传动效率较低。(5)由于带传动的传动效率较低，因此带的寿命一般较短，需经常更换。而且带传动不宜在易燃易爆的场合下工作。4.2.2V带的结构和尺寸标准V带按结构特点和用途不同分为普通V带、窄V带、宽V带、汽车V带和大楔角V带等，其中以普通V带和窄V带应用较广，本单元主要讨论普通V带传动。图4-2-5普通V带剖面结构图4-2-6V带的节面和节线普通V带和窄V带的标记由带型、基准
44、长度和标准号组成。例如，A型普通V带，基准长度为2240 mm，其标记为A2240 GB/T 1154419974.2.3V带轮的结构及材料的选择1.V带轮的结构1)V带轮的设计要求对于V带轮设计的主要要求是：质量轻、结构工艺性好；无过大的铸造内应力；质量分布较均匀，转速高时要进行动平衡试验；轮槽工作面粗糙度要合适，以减少带磨损；轮槽尺寸和槽面角保持一定的精度。2)V带轮的结构V带轮的结构一般由轮缘、轮毂、轮辐等部分组成。轮缘是带轮具有轮槽的部分，轮槽尺寸见表4-2-4。轮槽形状和尺寸与相应型号的带截面尺寸相适应，并规定梯形轮槽的槽角j为32、34、36和38共四种，都小于V带两侧面的夹角40
45、。这是由于带在带轮上弯曲时，截面变形将其使夹角变小，为了使胶带能紧贴轮槽两侧。图4-2-7V带轮的结构2.带轮的材料带轮材料常采用铸铁、钢、铝合金或工程塑料，灰铸铁应用最为广泛。当带速v25 m/s时，采用HT150；v=2530 m/s时采用HT200；v35 m/s时可采用铸钢、锻钢或钢板冲压后焊接。传递功率较小时，带轮的材料可采用铝合金或工程塑料。4.2.4V带传动工作能力分析1.V带传动的受力分析为保证带传动正常工作，传动带必须以一定的张紧力套在带轮上。当传动带静止时，带两边承受相等的拉力，称为初拉力F0，如图4-2-8(a)所示。当传动带负载传动时，由于带与带轮接触面之间摩擦力的作用
46、，带两边的拉力不再相等，带上绕入主动轮的一边被拉紧，拉力由F0增大到F1，该边称为紧边，另一边被放松，拉力由F0减小到F2，该边称为松边，如图4-2-8(b)所示。图4-2-8带传动的受力分析如果近似地认为工作前后胶带总长不变，则带的紧边拉力增量应等于松边拉力的减少量，即F1F0F0F2，亦即初拉力(4-2-1)紧边与松边拉力的差值F称为带传动的有效拉力，同时也是带传递的有效圆周力，此力也等于带和带轮整个接触面上的摩擦力的总和Ff，即(4-2-2)带传动所传递的功率为(4-2-3)在一定条件下当摩擦力达到极限值时，带的紧边拉力F1与松边拉力F2之间的关系可用柔韧体摩擦的欧拉公式表示，即(4-2
47、-4)由式(4-2-1)、式(4-2-2)和式(4-2-4)可得到带所能传递的最大有效拉力Fmax为(4-2-5)2.V带传动的应力分析带传动工作时，在带的横截面上存在三种应力：由拉力产生的应力、由离心力产生的离心应力c和由弯曲产生的弯曲应力b。1)由拉力产生的应力紧边拉应力：(4-2-6)松边拉应力：(4-2-7)2)由离心力产生的离心应力c工作时，带绕在带轮上随带轮作圆周运动，产生离心拉力Fc，其计算公式为Fc=qv2(4-2-8)3)由弯曲产生的弯曲应力b带绕过带轮时，由于弯曲变形而产生弯曲应力。由材料力学知其弯曲应力为(4-2-9)上述三种应力在带上的分布情况如图4-2-9所示。由此可
48、知带是在交变应力情况下工作，会产生脱层、撕裂，最后导致疲劳断裂而失效。带的最大拉应力发生在带的紧边与小带轮的接触处，其值为 (4-2-10)为保证带具有足够的疲劳寿命，应满足(4-2-11)图4-2-9带的应力分布图3.带传动的弹性滑动和传动比1)弹性滑动传动带是弹性体，受到拉力后会产生弹性伸长，伸长量随拉力大小的变化而改变。图4-2-10带传动的弹性打滑2)传动比设主动带轮和从动带轮的直径分别为dd1、dd2(mm)；n1、n2为两轮转速(r/min)，则两轮的圆周速度分别为(4-2-12)由于弹性滑动是不可避免的，所示v1v2。传动中由于带的弹性滑动引起的从动轮圆周速度的降低率，可用滑动系
49、数表示，即由此得带传动的传动比为(4-2-13)从动轮转速为(4-2-14)因带传动的滑动率=0.010.02，其值很小，所以在一般传动的计算中可不予考虑。4.2.5普通V带传动的设计计算1.带传动的失效形式和设计准则根据带传动工作能力分析可知，带传动的主要失效形式有：带在带轮上打滑，不能传递动力；带发生疲劳破坏(经历一定应力循环次数后发生拉断、撕裂、脱层)。2.单根V带传递的额定功率在包角=180、特定带长、传动比i=1、工作平稳的条件下，单根V带的基本额定功率P0见表4-2-6。当实际工作条件与确定P0值的特定条件不同时，应对查得的单根V带的基本功率P0值加以修正。修正后即得实际工作条件下
50、单根V带所能传递的功率P0，P0的计算公式为(4-2-15)3.V带传动的设计步骤和方法1)确定设计功率根据传递的功率P、载荷的性质和每天工作的时间等因素来确定设计功率：(4-2-16)2)选择V带的型号根据设计功率Pc和主动轮转速n1由图4-2-11选择V带的型号。当所选择的坐标点在图中两种型号分界线附近时，可先选择两种型号分别计算，然后择优选用。3)确定带轮的基准直径dd1和dd2(1)初选小带轮的基准直径dd1。带轮直径越小，结构越紧凑，但弯曲应力增大，寿命降低，而且带的速度也降低，单根带的基本额定功率减小，所以小带轮的基准直径dd1不宜选得太小，要满足表4-2-5，即dd1dd min
