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第1篇 圆柱齿轮机构3

第1章 平面齿轮副啮合的基本概念3

1.1 瞬心线及瞬心线机构3

1.2 齿轮副的节曲面5

1.3 齿轮副的齿面6

1.3.1 用包络线法确定共轭齿廓6

1.3.2 用齿廓法线法确定共轭齿廓7

1.3.3 用动瞬心线法确定共轭齿廓9

1.3.4 摆线齿轮的齿廓曲面10

1.3.5 渐开线齿轮的齿廓曲面12

1.4 欧拉-沙瓦里公式及其应用14

第2章 渐开线圆柱齿轮副设计16

2.1 渐开线及其传动特点16

2.1.1 渐开线及其性质16

2.1.2 渐开线方程式17

2.1.3 渐开线齿廓啮合传动的特点17

2.2 渐开线圆柱齿轮的几何要素与啮合传动19

2.2.1 渐开线直齿圆柱齿轮的各部分名称及代号19

2.2.2 渐开线圆柱齿轮的基本参数与基本齿廓20

2.2.3 渐开线标准圆柱齿轮的几何尺寸23

2.2.4 渐开线标准圆柱齿轮的啮合传动25

2.3 渐开线齿轮加工原理及齿厚控制28

2.3.1 渐开线齿轮的加工原理28

2.3.2 变位齿轮的形成31

2.3.3 渐开线齿轮的齿厚计算及控制32

2.4 渐开线圆柱齿轮啮合传动的特性37

2.4.1 连续啮合条件及重合度37

2.4.2 渐开线圆柱齿轮副啮合中的滑动现象和滑动系数41

2.5 渐开线圆柱齿轮加工过程中的干涉44

2.5.1 齿条型刀具加工外齿轮时的根切及避免方法44

2.5.2 插齿刀加工外齿轮时的根切与顶切46

2.5.3 插齿刀加工内齿轮时的干涉49

2.6 渐开线圆柱齿轮啮合时的干涉52

2.6.1 外啮合渐开线齿轮的啮合干涉52

2.6.2 内啮合渐开线齿轮的啮合干涉53

2.7 渐开线圆柱齿轮副的传动设计55

2.7.1 渐开线变位齿轮的啮合传动计算56

2.7.2 变位齿轮传动的分类与比较63

2.7.3 设计举例66

2.8 渐开线齿轮变位系数的选择69

2.8.1 选择变位系数的基本原则70

2.8.2 选择变位系数的限制条件71

2.8.3 外啮合圆柱齿轮变位系数的选择方法76

第3章 圆弧齿轮副设计85

3.1 圆弧齿轮副啮合基本原理及传动特点85

3.1.1 基本原理85

3.1.2 传动比和正确啮合条件87

3.1.3 重合度和接触点数及其对工作性能的影响88

3.2 圆弧齿轮的基本齿廓及模数90

3.2.1 圆弧齿轮的模数90

3.2.2 单圆弧齿轮滚刀齿形91

3.2.3 双圆弧齿轮基本齿廓92

3.3 圆弧齿轮几何尺寸计算及参数选择95

3.3.1 圆弧齿轮的几何尺寸计算95

3.3.2 圆弧齿轮几何参数的选择97

第4章 定轴圆柱齿轮机构设计99

4.1 齿轮传动机构的类型与用途99

4.1.1 齿轮传动机构的类型99

4.1.2 传动比的计算99

4.1.3 圆柱齿轮变速机构101

4.2 通用圆柱齿轮减速器的设计与选用104

4.2.1 圆柱齿轮减速器的类型与特点104

4.2.2 通用圆柱齿轮减速器的基本参数105

4.2.3 通用标准圆柱齿轮减速器及其选用108

4.2.4 减速器的设计110

4.3 专用减速器及其特点111

第5章 行星齿轮机构设计114

5.1 概述114

5.2 行星轮系各构件角速度之间的普遍关系式116

5.3 行星轮系的效率计算118

5.3.1 概述118

5.3.2 常用的啮合功率法119

5.3.3 克列依涅斯啮合功率法132

5.3.4 力矩法求行星轮系效率135

5.4 行星轮系各轮齿数的确定138

5.4.1 满足给定的传动比138

5.4.2 同心条件138

5.4.3 邻接条件139

5.4.4 安装条件139

5.5 行星轮系的运动精度142

5.6 行星轮系的均载装置144

5.6.1 使基本构件“浮动”的方法145

5.6.2 采用弹性元件的均衡方法145

5.6.3 采用杠杆联锁的均衡装置146

5.6.4 使行星轮系成为静定系统146

5.7 行星轮系形式的选择148

5.8 行星齿轮变速箱150

5.8.1 二自由度行星变速箱150

5.8.2 三自由度行星变速箱156

第6章 少齿差行星轮系159

6.1 渐开线少齿差行星轮系159

6.1.1 概述159

6.1.2 渐开线少齿差行星轮系的输出机构及无输出机构的少齿差行星轮系160

6.1.3 内齿轮副干涉及限制条件163

6.1.4 少齿差行星轮系的效率164

6.2 摆线针轮行星轮系164

6.2.1 概述164

6.2.2 摆线齿廓的形成165

6.2.3 摆线针轮行星传动的啮合原理168

6.2.4 摆线轮齿廓不产生“根切”的条件170

6.2.5 有关系数的选择172

6.2.6 摆线轮基本尺寸174

6.2.7 摆线轮齿廓的加工175

6.2.8 RV传动简介176

6.3 谐波齿轮传动178

6.3.1 概述178

6.3.2 结构形式及传动比计算180

6.3.3 谐波齿轮传动的啮合原理183

6.3.4 谐波齿轮传动的效率190

6.4 活齿少齿差行星齿轮传动195

6.4.1 概述195

6.4.2 活齿传动的工作原理196

6.4.3 活齿传动的齿形设计197

6.4.4 活齿传动的其他参数的选择200

第2篇 锥齿轮机构及其设计204

第7章 锥齿轮的几何设计204

7.1 直齿锥齿轮传动204

7.1.1 直齿锥齿轮的齿廓曲面204

7.1.2 直齿锥齿轮的几何计算206

7.2 曲线齿锥齿轮传动210

7.2.1 曲线齿锥齿轮的齿线210

7.2.2 弧齿锥齿轮的几何计算211

7.3 圆柱锥齿轮传动217

7.3.1 插齿刀加工的锥齿轮的齿廓曲面217

7.3.2 圆柱锥齿轮传动的几何计算218

第8章 锥齿轮机构225

8.1 锥齿轮变速机构225

8.1.1 普通锥齿轮行星机构225

8.1.2 少齿差锥齿轮行星减速器228

8.2 锥齿轮差动机构230

8.3 在机器人操作机中采用的圆锥齿轮机构231

8.3.1 圆锥齿轮上下料机构231

8.3.2 机器人的锥齿轮俯仰转动关节232

8.3.3 三自由度锥齿轮关节233

第3篇 蜗杆传动及其设计243

第9章 圆柱蜗杆传动243

9.1 圆柱蜗杆的分类及形成原理243

9.1.1 三种直纹面蜗杆的形成原理243

9.1.2 锥面包络圆柱蜗杆的形成原理245

9.1.3 圆弧齿蜗杆的形成原理246

9.2 圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算246

9.2.1 圆柱蜗杆传动的主要参数246

9.2.2 圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算249

9.3 圆柱蜗杆传动在各种机构中的应用253

9.3.1 蜗杆减速装置253

9.3.2 蜗杆分度驱动机构255

9.3.3 蜗杆运动合成机构255

9.3.4 蜗杆转数计256

第10章 环面蜗杆传动257

10.1 直廓环面蜗杆传动257

10.1.1 直廓环面蜗杆传动的形成原理257

10.1.2 直廓环面蜗杆副的几何计算258

10.2 平面二次包络环面蜗杆传动261

10.2.1 形成原理261

10.2.2 几何尺寸计算262

10.3 超环面行星蜗杆传动266

10.3.1 超环面行星蜗杆传动的原理及特点266

10.3.2 传动的参数设计267

10.3.3 参数确定原则与制造技术270

第4篇 其他齿轮机构设计及应用273

第11章 渐开线螺旋圆柱齿轮机构及其设计273

11.1 渐开线螺旋齿轮的传动原理273

11.2 螺旋齿轮传动特点275

11.2.1 正确啮合条件275

11.2.2 传动比275

11.2.3 螺旋齿轮啮合线276

11.3 螺旋齿轮机构设计278

11.3.1 螺旋齿轮轴交角∑和螺旋角β′、压力角（α？、α？）的关系279

11.3.2 螺旋齿轮的中心距281

11.3.3 螺旋齿轮的重合度和有效齿宽285

11.3.4 螺旋齿轮不产生干涉的条件288

11.3.5 分度圆柱螺旋角的选择289

11.3.6 设计举例291

第12章 变齿厚渐开线齿轮机构及其设计294

12.1 变厚齿轮成形原理及相关计算公式294

12.1.1 变厚齿轮的成形原理294

12.1.2 变厚齿轮尺寸计算公式295

12.2 平行轴外啮合变厚齿轮机构及其设计299

12.2.1 平行轴外啮合变厚齿轮正确啮合条件299

12.2.2 平行轴变厚齿轮传动啮合方程300

12.2.3 平行轴变厚齿轮的中心距a和中心距变动系数y1301

12.2.4 变厚齿轮啮合角α′t1L2R、α′t2L1R和变位系数xt1、xt2302

12.2.5 平行轴变厚齿轮的重合度ε1L2R和ε2L1R302

12.2.6 平行轴外啮合变厚齿轮设计实例303

12.3 平行轴内啮合变厚齿轮机构设计308

12.3.1 内啮合变厚齿轮传动设计计算公式309

12.3.2 平行轴内啮合变厚齿轮设计实例315

12.3.3 平行轴变厚齿轮的创新应用322

12.4 交错轴变厚齿轮机构设计323

12.4.1 交错轴变厚齿轮传动原理及相关公式323

12.4.2 交错轴变厚齿轮机构的设计计算329

12.4.3 交错轴变厚齿轮实现线接触的条件336

第13章 偏心渐开线齿轮机构及其设计341

13.1 偏心渐开线齿轮机构的传动原理及运动分析341

13.2 偏心渐开线齿轮机构的设计345

13.2.1 有关几个角参数的基本关系式345

13.2.2 偏心齿轮机构啮合角的设计计算347

13.2.3 偏心齿轮机构几何中心距的设计计算348

13.2.4 偏心齿轮机构偏心率的设计计算349

13.2.5 偏心齿轮机构瞬心传动比的设计计算351

13.2.6 设计中的几个具体问题351

13.3 直齿偏心渐开线齿轮机构的设计352

13.3.1 设计步骤352

13.3.2 设计计算举例354

13.4 斜齿偏心渐开线齿轮机构的设计356

13.4.1 设计计算公式356

13.4.2 设计举例358

第14章 非圆齿轮机构及其设计361

14.1 概述361

14.1.1 非圆齿轮机构的特点361

14.1.2 非圆齿轮机构在工程中的应用361

14.2 非圆齿轮的节曲线设计365

14.2.1 一对非圆齿轮啮合传动节曲线方程366

14.2.2 非圆齿轮和齿条啮合传动节曲线方程368

14.3 非圆齿轮节曲线的封闭条件369

14.4 非圆齿轮节曲线为外凸形曲线的条件371

14.4.1 按两轮中心距和传动比函数设计保证节曲线外凸形的条件372

14.4.2 按再现函数y=f（x）设计非圆齿轮的节曲线外凸条件373

14.5 非圆齿轮齿廓的渐屈线374

14.5.1 节曲线向径与齿廓法线的夹角λ374

14.5.2 节曲线和齿廓渐屈线对应点间距离l376

14.5.3 齿廓渐屈线方程377

14.6 用齿廓法线法设计非圆齿轮齿廓377

14.6.1 用齿条刀切制轮齿377

14.6.2 用圆插齿刀切制轮齿378

14.6.3 已知节曲线方程应用齿廓法线法求齿廓方程379

14.7 齿廓的过渡曲线380

14.7.1 用齿条刀切制轮齿380

14.7.2 用圆插齿刀切制轮齿383

14.8 非圆齿轮副的啮合线和重合度386

14.8.1 非圆齿轮副的啮合线386

14.8.2 非圆齿轮副的重合度387

14.9 非圆齿轮副的啮合角388

14.9.1 啮合角与传动比的关系388

14.9.2 非圆齿轮机构不产生自锁的条件389

14.10 非圆齿轮的设计实例390

第15章 准椭球齿轮传动的创新设计与应用392

15.1 球面齿轮的应用背景和传动原理392

15.1.1 球面齿轮在机器人柔性手腕中的应用392

15.1.2 球面齿轮的传动原理及存在不足392

15.2 准椭球齿轮节曲面的创新设计393

15.2.1 引言393

15.2.2 准椭球齿轮轮齿的布局394

15.2.3 准椭球齿轮轴回转节曲面母线的设计394

15.2.4 准椭球节曲面∑1和∑2的方程398

15.3 准椭球齿轮共轭齿廓曲面设计400

15.3.1 节曲面∑1上的凸齿齿廓设计400

15.3.2 啮合方程组建模400

15.3.3 凹齿齿廓曲面设计404

15.4 准椭球齿轮的特种加工方法及方法简介406

附录408

附录Ⅰ 渐开线函数408

附录Ⅱ 反渐开线函数408

附录Ⅲ 渐开线齿轮选择变位系数封闭图的计算409

参考文献413