渐开线的形成
如图示,当直线n-n沿圆周作纯滚动时,直线上任意一点K的轨迹AK称为该圆的渐开线。
这个圆称为基圆,其半径用rb表示;
直线n-n称为渐开线的发生线,
θk(=∠AOK)称为渐开线AK段的展角。
渐开线的性质
由渐开线的形成可知,渐开线具有下列性质:
1) 发生线沿基圆滚过的长度,等于基圆上被滚过的弧长,即弦KB=弧AB。
(2)渐开线上任一点的法线必与基圆相切。
(3)发生线与基圆的切点B为渐开线上点K的曲率中心,而线段BK是相应的曲率半径。
由图可知:
渐开线上各点的曲率半径是不同的,离基圆愈远的点其曲率半径愈大;反之,则曲率半径愈小;渐开线在基圆上起始点A处的曲率半径为零。
⑷ 渐开线的形状决定于基圆的大小。
如图示,基圆愈大,渐开线愈平直;当基圆半径趋于无穷大时,渐开线将成为一条垂直于N3K的直线。后面介绍的齿条的齿廓就是这种直线齿廓。
⑸ 基圆内无渐开线。
渐开线齿廓的压力角
如图所示,点K为渐开线上任意一点,其向径用rk表示。若用此渐开线为齿轮的齿廓,当齿轮绕点O转动时,齿廓上点K速度的方向应垂直于直线OK,即沿直线mm。我们把法线BK与点K速度方向线mm之间所夹的锐角称为渐开线齿廓在该点的压力角,用αk表示,其大小等于∠KOB。
由△KOB可得:
上式表明:渐开线上各点的压力角是不同的,离基圆愈远(矢径rk愈大),其压力角愈大;渐开线起始点A的压力角为零。
由图可知:
渐开线上各点的曲率半径是不同的,离基圆愈远的点其曲率半径愈大;反之,则曲率半径愈小;渐开线在基圆上起始点A处的曲率半径为零。
渐开线函数
由图可得:
即:
上式表明:展角θk是压力角αk的函数,称为渐开线函数。
工程上用invαk表示θk,即有
工程中已将不同压力角的渐开线函数计算出来制成表格以备查用,详见表2
如图示,若以渐开线起始点A的矢径OA为极轴,则渐开线上任意一点K的位置可用极坐标描述。联立(a)、(b)两式,可得渐开线的极坐标参数方程式为:
7.2.3渐开线齿廓的啮合特征
1. 啮合线是一条定直线
图示为一对渐开线齿廓g1、g2在任意位置啮合,啮合接触点为点K。过点K作这对齿廓的公法线N1N2,根据渐开线的性质可知,公法线N1N2必同时与两基圆相切,即公法线N1N2为两基圆的一条内公切线。由于两基圆的大小和位置均固定不变,其内公切线只有一条。因此,不论两齿廓在任何位置啮合,它们的接触点一定在这条内公切线上(如图中的点K')。这条内公切线是接触点K的轨迹,称为啮合线,亦即一对渐开线齿廓的啮合线是一条定直线。
2. 能满足定传动比要求
如上所述,无论两齿廓在任何位置啮合,接触点的公法线是一条定直线,而且该直线与连心线O1O2的交点C是固定点。因此,一对渐开线齿廓能实现定传动比传动。因图中△O1N1C和△O2N2C相似,则传动比为:
3. 啮合角恒定不变
两齿廓在任意位置啮合时,接触点的公法线与节圆公切线之间所夹的锐角称为啮合角。因为两渐开线齿廓接触点的公法线始终是定直线,所以其啮合角始终不变,而且在数值上恒等于节圆压力角,用α'表示。在齿轮传动中,两齿廓间正压力的方向是沿其接触点的公法线之间,该方向随啮合角的改变而变化。渐开线齿廓啮合的啮合角不变,故齿廓间正压力的方向也始终不变,这对于齿轮传动的平稳性是十分有利的。 |