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斜齿圆柱齿轮传动

一、斜齿圆柱齿轮概述

 
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斜齿圆柱齿轮概述

(一)斜齿圆柱齿轮渐开线齿廓的形成

渐开线的形成依赖发生线沿基圆的滚动。而轮齿是有宽度的,圆柱齿轮的渐开面的形成依赖发生面沿基圆柱滚动。当形成渐开面的线段平行于基圆柱轴线时,形成的直齿圆柱齿轮的齿廓面;而当形成渐开面的线段与基圆柱的轴线有一定夹角时,形成的齿廓面就是斜齿轮的齿廓,这个夹角 就是基圆螺旋角。

(二)斜齿圆柱齿轮特点

(1)在传动中,其轮齿接触线是倾斜的,短-长-短变化,逐渐进入和逐渐脱开啮合,逐渐加载荷或卸载,传动平稳,冲击和噪声小。

斜齿圆柱齿轮啮合接触线变化

(2)重合度大,故承载能力高,运动平稳,适用于高速传动。

(3)不产生根切的最小齿数比直齿轮少,故结构紧凑。

(4)斜齿轮在工作时有轴向力Fa,且螺旋角越大轴向力越大­,可用人字齿轮可克服轴向推力。

二、斜齿圆柱齿轮基本参数

1.斜齿轮分度圆柱螺旋角β

斜齿轮跟直齿轮的一个关键区别是它存在斜齿轮分度圆柱螺旋角。

根据螺旋角的方向把斜齿轮分为左旋和右旋。

螺旋角方向判断

旋向判断方法:

观察者将齿轮轴线呈铅垂方向,若轮齿上端偏在轴线的右方,为右旋;反之为左旋。

一般取β=8°~20°,人字齿β=25°~40°。

2.模 数

斜齿轮的参数有端面参数和法面参数两种。

端面:垂直于齿轮轴线的截面(参数下角标为t)。

法面:垂直于轮齿的截面(法面参数下角标为n)。

斜齿轮的齿面为螺旋渐开面,其法面齿形和端面齿形不一样,参数也不一样。切削加工时,刀具沿齿槽方向运动,故法面内的齿形与刀具的齿形一样,取标准值。

模数有法面模数mn和端面模数mt之分。

法面模数mn为标准值。

两者的关系:

3.压力角

压力角也有法面压力角αn与端面压力角αt之分。

法面压力角αn为标准值,为20°。

法面压力角αn与端面压力角αt的关系:

4.齿顶高系数

无论从法向或从端面来看,轮齿的齿顶高都是相同的。

法面齿顶高系数han*为标准值。

标准齿轮(正常齿):齿顶高系数han*=1

5.顶隙系数

无论从法向或从端面来看,轮齿的顶隙都是相同的。

法面齿顶高系数cn*为标准值。

标准齿轮(正常齿):cn*=0.25

三、正确啮合条件

平行轴斜齿轮的啮合,可以看做端面直齿轮的啮合,所以其正确啮合条件为:

(1)两斜齿轮的法面模数相等。

(2)两斜齿轮的法面压力角相等。

(3)外啮合:两斜齿轮的螺旋角大小相等,方向相反。内啮合:两斜齿轮的螺旋角大小相等,方向相反。

若不满足条件(3),就成为交错轴斜齿轮传动。

四、重合度

斜齿轮传动啮合时,由从动轮前端面齿顶B2点开始啮合,至主动轮后端面齿顶与从动轮后端面齿根接触点B1点退出啮合,实际啮合线长度比直齿轮的啮合线增大了△L
斜齿轮重合度

εα——轴向重合度

εβ——端面重合度

斜齿轮传动的总重合度ε为其端面重合度εα与轴面重合度εβ的两部分之和。

(1)斜齿轮的重合度较直齿轮大了许多,最大可以达到10。

(2)斜齿轮的重合度随着螺旋角β和齿宽b的增大而增大,随端面模数的增大而减小。

五、几何尺寸计算

斜齿轮的几何尺寸是按其端面参数来进行计算的。

分度圆直径

斜齿轮传动的标准中心距为

斜齿轮传动的中心距与螺旋角有关。设计斜齿轮传动时,当一对斜齿轮的模数、齿数确定时,可以通过改变其螺旋角的大小来调整中心距。

通常使其圆整,以便加工。

六、受力分析

 
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斜齿圆柱齿轮的受力分析

为了计算轮齿强度,为将来设计轴和轴承提供受力情况,有必要分析轮齿上的作用力。

(一)各分力的大小

斜齿圆柱齿轮受力分析

 一对轮齿啮合时,如果忽略摩擦力,两个轮齿间有一对相互作用的法向力Fn

法向力Fn可以分别分解为圆周力Fn、径向力Fn和轴向力Fn

圆周力:互为相互作用力。其大小为Ft=2T1d1

轴向力:互为相互作用力。其大小为Fa=Fttanβ

径向力:互为相互作用力。其大小为Fr=Fttanαncosβ

(二)各分力的方向

(1)径向力Fr指向各自的圆心。

(2)主动轮所受Ft1为阻力,与运动方向相反。从动轮所受Ft2为驱动力,与运动方向相同。

(3)轴向力的方向——主动轮左右手定则。左旋(右旋)伸左手(右手),四指沿着轮的转向握住轴线,拇指所指即为主动轮所受Fa1的方向。

想一想
 
测一测