圓柱齒輪傳動

圓柱齒輪傳動

圓柱齒輪傳動是用於傳遞平行軸間動力和運動的一種齒輪傳動。按輪齒與齒輪軸線的相對關係,圓柱齒輪傳動可分為直齒圓柱齒輪傳動、斜齒圓柱齒輪傳動和人字齒圓柱齒輪傳動3種。圓柱齒輪傳動的傳遞功率和速度適用範圍大,功率可從小於千分之一瓦到10萬千瓦,速度可從極低到 300米/秒。嚙合特點由齒廓曲面形成過程可知,漸開線直齒圓柱齒輪嚙合時,齒廓曲面的接觸線是與軸線平行的直線,在嚙合過程中整個齒寬同時進入和退出嚙合,輪齒上所受的力也是突然加上或卸掉,故傳動平穩性差,衝擊和噪聲大。

正文

用於傳遞平行軸間動力和運動的一種齒輪傳動。圓柱齒輪傳動的傳遞功率和速度適用範圍大,功率可從小於千分之一瓦到10萬千瓦,速度可從極低到 300米/秒。這種傳動工作可靠,壽命長,傳動效率高(可達0.99以上),結構緊湊,運轉維護簡單。但加工某些精度很高的齒輪,需要使用專用的或高精度的工具機和刀具,因而製造工藝複雜,成本高;而低精度齒輪則常發生噪聲和振動,無過載保護作用。

類型按輪齒與齒輪軸線的相對關係,圓柱齒輪傳動可分為直齒圓柱齒輪傳動、斜齒圓柱齒輪傳動和人字齒圓柱齒輪傳動3種。按嚙合形式可分為:外嚙合齒輪傳動,由兩個相嚙合的外齒輪組成,兩輪轉向相反;內嚙合齒輪傳動,由一個內齒輪和一個外齒輪組成,兩輪轉向相同;齒輪齒條嚙合傳動,由一個外齒輪和齒條組成,可將齒輪的轉動變為齒條的直線運動,而且外齒輪的節圓圓周速度等於齒條的移動速度。

齒廓形成如圖1所示,平面

沿半徑為

的基圓柱作純滾動時,其上與基圓柱母線

平行的某一條直線

的軌跡所形成的漸開線曲面即漸開線直齒圓柱齒輪的齒面。若直線

與母線

成一角度

,則所形成的軌跡為一漸開線螺鏇面,即漸開線斜齒圓柱齒輪的齒面,

為基圓柱上的螺鏇角。

圓柱齒輪傳動圓柱齒輪傳動
圓柱齒輪傳動圓柱齒輪傳動

嚙合特點由齒廓曲面形成過程可知,漸開線直齒圓柱齒輪嚙合時,齒廓曲面的接觸線是與軸線平行的直線,在嚙合過程中整個齒寬同時進入和退出嚙合,輪齒上所受的力也是突然加上或卸掉,故傳動平穩性差,衝擊和噪聲大。漸開線斜齒圓柱齒輪嚙合時,齒面的接觸線是逐漸由短變長,以後又逐漸由長變短,直至脫離嚙合,輪齒上所受的力也是逐漸由小到大,再由大到小,同時嚙合的輪齒對數多,故傳動較平穩,衝擊和噪聲小,適用於高速和重載傳動。但斜齒圓柱齒輪傳動時產生軸向分力

(圖2),它由軸和軸承承擔。為減小傳動時的軸向分力

,螺鏇角不宜過大,一般取分度圓柱上的螺鏇角

=8°~15°。人字齒圓柱齒輪的一部分齒寬為右螺鏇齒,另一部分為左螺鏇齒。根據製造方法不同,左、右螺鏇齒中間有帶退刀槽和不帶退刀槽的兩種結構。前者可在普通滾齒機上加工,後者需用專用設備加工。人字齒輪除具有斜齒輪的長處外,由於其兩部分輪齒的左、右螺鏇角大小相等,方向相反,可使軸向力

互相抵消;但是製造稍困難些。人字齒圓柱齒輪傳動常用於傳遞大功率、大轉矩的重型機械中,其螺鏇角可比斜齒輪大些:

=15°~45°,常用30°左右。

一對漸開線標準直齒輪的正確嚙合條件是:兩齒輪分度圓上的壓力角相等,

=

=

;模數相等,

=

=

。斜齒輪除這兩個條件外,還應滿足:外嚙合時兩齒輪分度圓柱上的螺鏇角大小相等,方向相反,

=-

;內嚙合時,螺鏇角大小相等,方向相同,

主要參數和幾何尺寸齒輪的幾何尺寸計算有模數制和徑節制兩種方法,中國使用模數制。

漸開線標準直齒圓柱齒輪的主要參數有:模數

、壓力角

、齒數

、齒頂高係數

奮和徑向間隙係數

。這 5個參數除齒數

外,均制訂有標準。模數

/π,

為周節,齒輪的徑向尺寸都做成模數的倍數,故模數是計算齒輪尺寸的最主要參數。壓力角

通常指齒輪分度圓上的壓力角,中國標準規定

=20°,也允許使用25°壓力角。其他國家也有採用14.5°、15°和22.5°等壓力角。齒輪的齒高取為模數的倍數,在標準齒輪中取齒頂高

=

,齒根高

=

+

=

+

圓柱齒輪傳動圓柱齒輪傳動

。中國標準規定正常齒

奮=1,短齒

奮=0.8;

為徑向間隙,

=

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,其作用是為了避免一齒輪的齒頂與另一齒輪的齒底相碰和用以儲存潤滑油。中國標準規定正常齒

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=0.25,短齒

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=0.3。

漸開線斜齒圓柱齒輪的主要參數與直齒圓柱齒輪基本相同,但斜齒圓柱齒輪加工時,是沿齒向進刀,故法面參數取為標準值。端面參數與法面參數的關係相應為

腳標t、n相應表示端面和法面的參數。斜齒輪的齒數

與法面齒形的當量齒數

的關係為

=

/cos

漸開線外嚙合標準直齒圓柱齒輪的主要尺寸(圖3)為:分度圓直徑

=

;齒頂圓直徑

=

+2

;齒根圓直徑

=

-2

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結構型式齒頂圓直徑較小(

<500毫米)時一般用鍛造齒輪,有實心和輻板式齒輪等型式。齒根圓直逕到鍵槽的距離小於2~2.5

時,應採用軸齒輪結構。齒頂圓直徑較大(

>400~600毫米)時可採用鑄造齒輪、鑲圈齒輪、焊接齒輪,甚至剖切齒輪。剖切齒輪輪輻數和齒數應為雙數,在齒間剖分(圖4)。

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