斜齿圆柱齿轮传动在汽车机械基础中的应用

1.斜齿圆柱齿轮齿面的形成和特点

如图7-19所示，直齿圆柱齿轮的齿廓，实际上是由与基圆柱相切做纯滚动的发生面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7-19 直齿圆柱齿轮齿面的形成

当一对直齿圆柱齿轮啮合时，轮齿的接触线是与轴线平行的直线，如图7-20a所示，轮齿沿整个齿宽突然同时进入啮合和退出啮合，所以容易引起冲击、振动和噪声，传动平稳性差。

图7-20 直齿轮与斜齿轮齿面上的接触线

斜齿轮齿面形成的原理和直齿轮类似，所不同的是形成渐开线齿面的直线KK与基圆轴线偏斜了一角度β_b，KK线展成斜齿轮的齿廓曲面，称为渐开线螺旋面。该曲面与任意一个以轮轴为轴线的圆柱面的交线都是螺旋线。由斜齿轮齿面的形成原理可知，在端平面（垂直于齿轮轴线的平面）上，斜齿轮与直齿轮一样具有准确的渐开线齿形。

斜齿轮啮合传动时，齿面接触线的长度随啮合位置而变化，开始时接触线长度由短变长，然后由长变短，直至脱离啮合，因此提高了啮合的平稳性。

与直齿圆柱齿轮传动相比，平行轴斜齿轮传动具有以下优缺点。

1）平行轴斜齿轮传动中齿廓接触线是斜直线，轮齿是逐渐进入和脱离啮合的，故工作平稳，冲击和噪声小，适用于高速传动。

2）重合度较大，有利于提高承载能力和传动的平稳性。

3）最少齿数小于直齿轮的最小齿数。

主要缺点是传动中存在轴向力F_a（图7-21a）。为克服此缺点，可采用人字齿轮（图7-21b）。

2.斜齿圆柱齿轮的基本参数

斜齿轮存在端面参数和法向参数两种表征齿形的参数，两者之间因为螺旋角β（分度圆上的螺旋角）而存在确定的几何关系。如图7-22所示为斜齿圆柱齿轮分度圆柱面的展开图。其参数分述如下。

图7-21 斜齿齿圆柱轮上的轴向力(www.xing528.com)

图7-22 斜齿圆柱齿轮分度圆柱面展开图

（1）法向模数m_n和端面模数m_tm_n=m_tcosβ

（2）压力角α_n和a_t tanα_n=tanα_tcosβ

（3）齿顶高系数h_an^∗和h_at^∗及顶隙系数c_n^∗和c_t^∗ 无论从法向或从端面来看，轮齿的齿顶高都是相同的，顶隙也是相同的，因此可得

h_at^∗=h_an^∗cosβ

c_t^∗=c_n^∗cosβ

由于切齿刀具齿形为标准齿形，所以斜齿轮的法向基本参数也为标准值，设计、加工和测量斜齿轮时均以法向为基准。

（4）斜齿轮的螺旋角β斜齿圆柱齿轮的各圆柱面的螺旋角不等。各圆柱面上直径越大，其螺旋角也越大，基圆柱螺旋角最小，但不等于零。一般所说的螺旋角均指分度圆的螺旋角，用β表示。螺旋角β越大，轮齿越倾斜，则传动的平稳性越好，但轴向力也越大。一般设计时常取β=8°～20°。近年来为了增大重合度、提高传动平稳性和降低噪声，在螺旋角参数选择上，有大螺旋角化的倾向。对于人字齿轮，因其轴向力可以抵消，常取β=25°～45°，如图7-22所示。但加工较困难，精度较低，一般用于重型机械的齿轮传动。

如图7-23所示，斜齿轮按其齿廓渐开螺旋面的旋向，可以分为右旋和左旋两种，旋向判别方法与螺杆相同。当观察者沿齿轮分度圆柱面的直母线方向看过去，轮齿上远离观察者的任意一个端面齿廓，相对于接近观察者的任意一个端面齿廓，按顺时针方向转过了一个角度时，此轮齿就称为右旋齿。若按逆时针方向转过了一个角度时，此轮齿就称为左旋齿。其判定方法也可用右手法则判别：手心对着自己，四个手指顺齿轮轴线方向摆着。若齿向与右手拇指指向一致，则该齿轮为右旋齿轮，如图7-23a所示，反之，为左旋，如图7-23b所示。

图7-23 斜齿轮的旋向

3.几何尺寸计算

利用表7-1计算标准斜齿圆柱齿轮的几何尺寸。

表7-1 标准斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式