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10.11 斜齿圆柱齿轮传动

10.11.1 斜齿圆柱齿轮齿面的形成及啮合特点

    由于圆柱齿轮是有一定宽度的,因此轮齿的齿廓沿轴线方向形成一曲面。直齿轮轮齿渐开线曲面的形成如图所示。平面与基圆柱相切于母线,当平面沿基圆柱作纯滚动时,其上与母线平行的直线KK在空间所走过的轨迹即为渐开线曲面,平面称为发生面,形成的曲面即为直齿轮的齿廓曲面。

    斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成如图所示,当平面沿基圆柱作纯滚动时,其上与母线成一倾斜角βb的斜直线KK在空间所走过的轨迹为渐开线螺旋面,该螺旋面即为斜齿圆柱齿轮齿廓曲面,βb称为基圆柱上的螺旋角。

    直齿圆柱齿轮啮合时,齿面的接触线均平行于齿轮轴线。因此轮齿是沿整个齿宽同时进入啮合、同时脱离啮合的,载荷沿齿宽突然加上及卸下。因此直齿轮传动的平稳性较差,容易产生冲击和噪声,不适合用于高速和重载的传动中。
    一对平行轴斜齿圆柱齿轮啮合时,斜齿轮的齿廓是逐渐进入啮合、逐渐脱离啮合的。如图所示,斜齿轮齿廓接触线的长度由零逐渐增加,又逐渐缩短,直至脱离接触,载荷也不是突然加上或卸下的,因此斜齿轮传动工作较平稳。

10.11.2 斜齿圆柱齿轮的主要参数和几何尺寸计算

    斜齿轮的轮齿为螺旋形,在垂直于齿轮轴线的端面(下标以t表示)和垂直于齿廓螺旋面的法面(下标以n表示)上有不同的参数。斜齿轮的端面是标准的渐开线,但从斜齿轮的加工和受力角度看,斜齿轮的法面参数为标准值。

1. 螺旋角

2. 模数

3. 压力角

4. 齿顶高系数与顶隙系数

   斜齿轮的齿顶高和齿根高不论从端面还是从法面来看都是相等的,即 

    han*mn=hat*mt  及 cn*mn=ct*mt               han*=1, cn*=0.25

5. 斜齿轮的几何尺寸计算

10.11.3 斜齿轮正确啮合的条件和重合度

1. 正确啮合的条件

    一对外啮合斜齿轮传动的正确啮合条件为: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)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。

2. 斜齿轮传动的重合度

    斜齿轮传动的重合度要比直齿轮大。

10.11.4 斜齿圆柱齿轮的当量齿轮

10.11.5 斜齿圆柱齿轮的强度计算

1.受力分析

    图示为斜齿圆柱齿轮传动中主动轮上的受力分析图。Fn1作用在齿面的法面内,忽略摩擦力的影响,Fn1可分解成3个互相垂直的分力,即圆周力Ft1、径向力Fr1和轴向力Fa1,其值分别为

圆周力  Ft1=2T1/d1

径向力  Fr1=Ft1 tgαn/cosβ

轴向力  Fa1=Ft1 tgβ

    式中T1为主动轮传递的转距,单位为N mm;d1为主动轮分度圆直径,单位为 mm;β为分度圆上的螺旋角;αn为法面压力角。
    圆周力Ft和径向力Fr的方向判断与直齿轮传动相同,轴向力Fa沿齿轮轴线方向,具体指向是根据主动轮的螺旋线旋向和转动方向采用“主动轮左右手法则”来确定:如主动轮是左旋斜齿轮,则用左手,方法是四指弯曲表示主动轮转向,拇指顺着轴线的指向就表示主动轮上的轴向力方向;主动轮是右旋斜齿轮,则用右手。从动轮轴向力方向与主动轮相反。

Ft1=-Ft2;Fr1=-Fr2;Fa1=-Fa2

2. 斜齿圆柱齿轮传动的强度计算

按当量直齿圆柱齿轮来进行的。

(1) 齿面接触疲劳强度计算

(2) 齿根弯曲疲劳强度计算