齿轮
公元前300多年,希腊的亚里士多德在《机械问题》中阐述了用青铜或铸铁齿轮传递旋转运动的问题。公元235年,中国的马钧在其创造的指南车里应用了整套的轮系。1674年,丹麦的罗默提出用外摆线作齿廓曲线。1765年,瑞士的L.欧拉建议采用渐开线作齿廓曲线。1899年,拉舍最先实施了变位齿轮的方案。1923年美国的E.怀尔德哈伯提出圆弧齿廓的齿轮,1955年苏联的M.A.诺维科夫对圆弧齿轮进行了深入的研究并使其应用于生产。
齿轮是能互相啮合的有齿的机械零件。
轮齿(齿)──齿轮上的每一个用于啮合的凸起部分。一般说来,这些凸起部分呈辐射状排列。配对齿轮上轮齿互相接触,导致齿轮的持续啮合运转。
齿槽──齿轮上两相邻轮齿之间的空间。
端面──在圆柱齿轮或圆柱蜗杆上垂直于齿轮或蜗杆轴线的平面。
法面──在齿轮上,法面指的是垂直于轮齿齿线的平面。
齿顶圆──齿顶端所在的圆。
齿根圆──槽底所在的圆。
基圆──形成渐开线的发生线在其上作纯滚动的圆。
分度圆──在端面内计算齿轮几何尺寸的基准圆,对于直齿轮,在分度圆上模数和压力角均为标准值。
齿面──轮齿上位于齿顶圆柱面和齿根圆柱面之间的侧表面。
齿廓──齿面被一指定曲面(对圆柱齿轮是平面)所截的截线。
齿线──齿面与分度圆柱面的交线。
端面齿距pt──相邻两同侧端面齿廓之间的分度圆弧长。
模数m──齿距除以圆周率π所得到的商,以毫米计。
径节p──模数的倒数,以英寸计。
齿厚s ──在端面上一个轮齿两侧齿廓之间的分度圆弧长。
槽宽e ──在端面上一个齿槽的两侧齿廓之间的分度圆弧长。
齿顶高hɑ──齿顶圆与分度圆之间的径向距离。
齿根高hf──分度圆与齿根圆之间的径向距离。
全齿高h──齿顶圆与齿根圆之间的径向距离。
齿宽b──轮齿沿轴向的尺寸。
端面压力角 ɑt── 过端面齿廓与分度圆的交点的径向线与过该点的齿廓切线所夹的锐角。
齿轮可按齿形、齿轮外形、齿线形状、轮齿所在的表面和制造方法等分类。
1)齿轮的齿形包括齿廓曲线、压力角、齿高和变位。表为齿轮按齿形的分类。
渐开线齿轮比较容易制造,因此现代使用的齿轮中渐开线齿轮占绝对多数,而摆线齿轮和圆弧齿轮应用较少。在压力角方面,以前有些国家采用过14.5°和15°,但是多数国家已统一规定为20°小压力角齿轮的承载能力较小;而大压力角齿轮,虽然承载能力较高,但在传递转矩相同的情况下轴承的负荷增大,因此大压力角齿轮仅用于特殊情况。齿高已标准化,一般均采用标准齿高。变位齿轮优点较多,已遍及各类机械设备中。
2)齿轮按其外形分为圆柱齿轮、锥齿轮、非圆齿轮、齿条、蜗杆-蜗轮。
3)按齿线形状齿轮分为直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、曲线齿轮。
4)按轮齿所在的表面齿轮分为外齿轮、内齿轮。外齿轮齿顶圆比齿根圆大;而内齿轮齿顶圆比齿根圆小。
5)按制造方法齿轮分为铸造齿轮、切制齿轮、轧制齿轮、烧结齿轮等。
螺旋角:β > 0为左旋,
反之为右旋 齿距:pn = ptcosβ
下标n和t分别表示法向和端面
模数:mn = mtcosβ
齿宽:b=\frac{B}{\cos \beta}
分度圆直径:d = mtz
中心距:a=\frac{m_n(z_1+z_2)}{2\cos \beta}
正确啮合条件:m1 = m2,α1 = α2,β1 = − β2
重合度:\epsilon_\gamma =\epsilon_\alpha +\frac{B\sin \beta}{\pi m_n}
当量齿数:z_v=\frac{z}{\cos ^3 \beta}
材料和热处理对齿轮的承载能力和尺寸、重量有很大的影响。20世纪50年代前多用碳钢,60年代改用合金钢,而70年代多用表面硬化钢。齿面按硬度可区分为软齿面和硬齿面两种。
1)软齿面:齿面硬度HB≤350,在调质或正火热处理之后进行精切齿。这种齿轮承载能力较低,但制造比较容易,跑合性好,用于传动尺寸和重量无严格限制以及小量生产的一般机械中。因为配对的齿轮中小轮负担较重,为使大小齿轮工作寿命大致相等,小轮齿面硬度比大轮的高HB20~50。
2)硬齿面:齿面硬度HB>350。这种齿轮承载能力高,在齿轮精切之后进行淬火、表面淬火或渗碳淬火,一般齿面硬度HRC45~65。但在热处理中,齿轮不可避免地产生变形,因此在热处理之后须进行磨削、研磨或精切,以消除因变形产生的误差,提高齿轮的精度。如果硬齿面齿轮精度不够,其承载能力往往不如软齿面的。经渗氮处理的齿面硬度HV≥600,抗胶合能力较高。由于渗氮时温度较低,齿轮的变形很小,可不再进行机械加工,但渗氮层较薄,适于制造小尺寸的齿轮,但不能承受冲击载荷或磨料磨损。
齿轮的材料和热处理对其承载能力和尺寸、重量等有很大的影响,20世纪70年代后多用表面硬化钢。 我国的齿轮润滑油分二大类,一类是车辆齿轮油,包括手动变速箱齿轮油和后桥齿轮油;另一类是工业齿轮油,其中工业齿轮油又分为工业闭式齿轮油,蜗轮蜗杆油,工业开式齿轮油三种。
齿轮工业主要由三类企业组成:车辆齿轮传动制造企业,工业齿轮传动制造企业与齿轮专用装备制造企业。其中,车辆齿轮一枝独秀,其市场份额达到60%;工业齿轮由工业通用、专用、特种齿轮构成,其市场份额分别为18%、12%、8%;齿轮装备这一块只占市场份额的2%。
主要生产企业: 杭州前进齿轮箱集团有限公司 重庆齿轮箱有限责任公司 浙江恒久机械集团有限公司等。
齿轮工业主要由三类企业组成:车辆齿轮传动制造企业,工业齿轮传动制造企业与齿轮专用装备制造企业。其中,车辆齿轮一枝独秀,其市场份额达到60%;工业齿轮由工业通用、专用、特种齿轮构成,其市场份额分别为18%、12%、8%;齿轮装备这一块只占市场份额的2%。 主要生产企业举例: 杭州前进齿轮箱集团有限公司 重庆齿轮箱有限责任公司 浙江恒久机械集团有限公司 江苏飞船股份有限公司 亚实履带(天津)有限公司 南京高速齿轮制造有限公司 正茂集团有限责任公司 四川齿轮厂 杭州东华链条集团有限公司
齿轮正向重载、高速、高精度和高效率等方向发展,并力求尺寸小、重量轻、寿命长和经济可靠。齿轮理论和制造工艺的发展方向是:
1)进一步研究轮齿损伤的机理,这是建立可靠的强度计算方法的依据,是提高齿轮承载能力,延长齿轮寿命的理论基础;
2)发展以圆弧齿廓为代表的新齿形;
3)研究新型的齿轮材料和制造齿轮的新工艺(包括成型工艺和热处理工艺);
4)对中、小型齿轮采用冷成型加工、精密铸造和粉末冶金等工艺方法,在保证精度的前提下提高生产率和降低成本;
5)考虑齿轮的弹性变形、制造和安装误差以及温度场的分布,进行轮齿修形,以改善齿轮运转的平稳性,并在满载时增大轮齿的接触面积,从而提高齿轮的承载能力;
6)摩擦、润滑理论和润滑技术是基础性工作,研究弹性流体动压润滑理论,推广采用合成润滑油和在油中适当地加入极压添加剂(见润滑剂),这不仅可提高齿面的承载能力,而且也能提高传动效率;
7)改进齿轮传动的结构,例如采用行星传动或把单轮驱动改为多个小轮同时驱动中央大轮的挠性多点啮合传动,以提高齿轮的承载能力
以传动比分类
定传动比 —— 圆形齿轮机构(圆柱、圆锥)
变传动比 —— 非圆齿轮机构(椭圆齿轮)
以轮轴相对位置分类
平面齿轮机构
直齿圆柱齿轮传动
外啮合齿轮传动
内啮合齿轮传动
齿轮齿条传动
斜齿圆柱齿轮传动
人字齿轮传动
空间齿轮机构
圆锥齿轮传动
交错轴斜齿轮传动
蜗轮蜗杆传动
齿轮的工艺:
锥形齿轮
毛坯半制品齿轮
螺旋齿轮
内齿轮
直齿轮
蜗轮蜗杆
[1] 资料网 http://knology.chinaccm.com/phrase-2006011014451500293.html
[2] 齿轮 http://www.pnpv.com/
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