第5章齿轮传动.ppt

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1、齿轮传动齿轮传动概述概述概述概述齿轮传动的失效形式及设计准则齿轮传动的失效形式及设计准则齿轮传动的失效形式及设计准则齿轮传动的失效形式及设计准则齿轮的材料及其选择原则齿轮的材料及其选择原则齿轮的材料及其选择原则齿轮的材料及其选择原则 齿轮传动的计算准则和设计方法齿轮传动的计算准则和设计方法齿轮传动的计算准则和设计方法齿轮传动的计算准则和设计方法标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择齿轮传动的设计参数

2、、许用应力与精度选择标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 标准锥齿轮传动的强度计算标准锥齿轮传动的强度计算标准锥齿轮传动的强度计算标准锥齿轮传动的强度计算 齿轮传动的润滑齿轮传动的润滑齿轮传动的润滑齿轮传动的润滑齿轮的结构设计齿轮的结构设计齿轮的结构设计齿轮的结构设计1 1 概述概述齿轮传动是机械传动中应用最广泛的一种传动型式。齿轮传动是机械传动中应用最广泛的一种传动型式。齿轮传动是机械传动中应用最广泛的一种传动型式。齿轮传动是机械传动中应用最广泛的一种传动型式。而且历史而且历史而且历史而且历史悠久，我国西汉时

3、所用的悠久，我国西汉时所用的悠久，我国西汉时所用的悠久，我国西汉时所用的翻水车翻水车翻水车翻水车，三国时所造的，三国时所造的，三国时所造的，三国时所造的指南针指南针指南针指南针和和和和晋朝时所发明的晋朝时所发明的晋朝时所发明的晋朝时所发明的记里鼓车记里鼓车记里鼓车记里鼓车中都应用了齿轮机构。中都应用了齿轮机构。中都应用了齿轮机构。中都应用了齿轮机构。现代生产和生活中，齿轮的应用更为广泛：机械现代生产和生活中，齿轮的应用更为广泛：机械现代生产和生活中，齿轮的应用更为广泛：机械现代生产和生活中，齿轮的应用更为广泛：机械钟表钟表钟表钟表、大多、大多、大多、大多数数数数机床的传动系统机床的传动系统机床

4、的传动系统机床的传动系统、汽车的变速箱汽车的变速箱汽车的变速箱汽车的变速箱、精密电子仪器设备、精密电子仪器设备、精密电子仪器设备、精密电子仪器设备（光盘驱动器光盘驱动器光盘驱动器光盘驱动器、录音机录音机录音机录音机等）。等）。等）。等）。功能功能功能功能：主要用来传递两轴间的回转运动，还可以实现回转运：主要用来传递两轴间的回转运动，还可以实现回转运：主要用来传递两轴间的回转运动，还可以实现回转运：主要用来传递两轴间的回转运动，还可以实现回转运动和直线运动之间的转换。动和直线运动之间的转换。动和直线运动之间的转换。动和直线运动之间的转换。1.1 1.1 齿轮传动的分类齿轮传动的分类从使用要求分：

5、传动齿轮和动力齿轮；从使用要求分：传动齿轮和动力齿轮；从使用要求分：传动齿轮和动力齿轮；从使用要求分：传动齿轮和动力齿轮；从齿廓曲线来分：渐开线齿轮传动和非渐开线齿轮传动；从齿廓曲线来分：渐开线齿轮传动和非渐开线齿轮传动；从齿廓曲线来分：渐开线齿轮传动和非渐开线齿轮传动；从齿廓曲线来分：渐开线齿轮传动和非渐开线齿轮传动；从轮体外形分：圆柱齿轮传动和圆锥齿轮传动从轮体外形分：圆柱齿轮传动和圆锥齿轮传动从轮体外形分：圆柱齿轮传动和圆锥齿轮传动从轮体外形分：圆柱齿轮传动和圆锥齿轮传动从工作条件分：从工作条件分：从工作条件分：从工作条件分：开式齿轮传动开式齿轮传动开式齿轮传动开式齿轮传动：如水泥搅拌机

6、齿轮、卷扬机齿轮：如水泥搅拌机齿轮、卷扬机齿轮：如水泥搅拌机齿轮、卷扬机齿轮：如水泥搅拌机齿轮、卷扬机齿轮 半开式齿轮传动半开式齿轮传动半开式齿轮传动半开式齿轮传动：闭式齿轮传动闭式齿轮传动闭式齿轮传动闭式齿轮传动：汽车变速箱、机床主轴箱齿轮，减速器齿：汽车变速箱、机床主轴箱齿轮，减速器齿：汽车变速箱、机床主轴箱齿轮，减速器齿：汽车变速箱、机床主轴箱齿轮，减速器齿轮等。轮等。轮等。轮等。内内啮啮合合齿齿轮轮传传动动圆圆锥锥齿齿轮轮传传动动人人字字齿齿轮轮传传动动斜斜齿齿轮轮传传动动矿石球磨机矿石球磨机矿石球磨机矿石球磨机1.2 齿轮传动的特点和应用1 1 1 1、优点优点优点优点效率高：在常用

7、的机械传动中，以齿轮传动的效率为最高，效率高：在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率为最高，效率高：在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率为最高，效率高：在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率为最高，如一级圆柱齿轮传动的效率可达如一级圆柱齿轮传动的效率可达如一级圆柱齿轮传动的效率可达如一级圆柱齿轮传动的效率可达99%99%99%99%；结构紧凑；结构紧凑；结构紧凑；结构紧凑；工作可靠、寿命长；工作可靠、寿命长；工作可靠、寿命长；工作可靠、寿命长；传动比稳定：传动比稳定往往是对传动的一个基本要求。传动比稳定：传动比稳定往往是对传动的一个基本要求。传动比稳定：传动比稳定往往是对传动的一个基本要求。传动比

8、稳定：传动比稳定往往是对传动的一个基本要求。功率和速度适用范围广功率和速度适用范围广功率和速度适用范围广功率和速度适用范围广 。2 2 2 2、缺点缺点缺点缺点制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。大的场合。大的场合。大的场合。2 齿轮传动的失效形式及设计准则齿轮传动从工作条件来说，有开式、闭式之分；就使用情齿轮传动从工作条件来说，有开式、闭式之分；就使用情齿轮传动从工作条件来说，有开式、闭式之分；就使用情齿轮传动从

9、工作条件来说，有开式、闭式之分；就使用情况来说，有低速、高速及轻载、重载之别，再加上齿轮况来说，有低速、高速及轻载、重载之别，再加上齿轮况来说，有低速、高速及轻载、重载之别，再加上齿轮况来说，有低速、高速及轻载、重载之别，再加上齿轮材料的性能及热处理工艺的不同，轮齿有较脆或较韧，材料的性能及热处理工艺的不同，轮齿有较脆或较韧，材料的性能及热处理工艺的不同，轮齿有较脆或较韧，材料的性能及热处理工艺的不同，轮齿有较脆或较韧，齿面有较硬或较软的差别等，因而齿轮传动有不同的失齿面有较硬或较软的差别等，因而齿轮传动有不同的失齿面有较硬或较软的差别等，因而齿轮传动有不同的失齿面有较硬或较软的差别等，因而齿

10、轮传动有不同的失效形式。一般齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，通常效形式。一般齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，通常效形式。一般齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，通常效形式。一般齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，通常有有有有轮齿折断轮齿折断轮齿折断轮齿折断和和和和工作齿面磨损工作齿面磨损工作齿面磨损工作齿面磨损、点蚀点蚀点蚀点蚀、胶合胶合胶合胶合及及及及塑性变形塑性变形塑性变形塑性变形等。等。等。等。1 1 1 1、轮齿折断：疲劳折断、过载折、轮齿折断：疲劳折断、过载折、轮齿折断：疲劳折断、过载折、轮齿折断：疲劳折断、过载折断（或剪断）、局部折断断（或剪断）、局部折断断（或剪断）、局部折断断（或剪断）

11、、局部折断（1 1 1 1）疲劳折断）疲劳折断）疲劳折断）疲劳折断产生原因产生原因产生原因产生原因：齿根处弯曲应力较齿根处弯曲应力较齿根处弯曲应力较齿根处弯曲应力较大；大；大；大；齿根处过渡圆弧处有应齿根处过渡圆弧处有应齿根处过渡圆弧处有应齿根处过渡圆弧处有应力集中，当轮齿重复受载后，力集中，当轮齿重复受载后，力集中，当轮齿重复受载后，力集中，当轮齿重复受载后，齿根处产生疲劳裂纹，并逐步齿根处产生疲劳裂纹，并逐步齿根处产生疲劳裂纹，并逐步齿根处产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿疲劳折断。扩展，致使轮齿疲劳折断。扩展，致使轮齿疲劳折断。扩展，致使轮齿疲劳折断。防止措施防止措施防止措施防止措施：增

12、大齿根圆角半径增大齿根圆角半径增大齿根圆角半径增大齿根圆角半径和和和和，齿面精度，齿面精度，齿面精度，齿面精度，以降低，以降低，以降低，以降低应力集中；应力集中；应力集中；应力集中；采用热处理提高采用热处理提高采用热处理提高采用热处理提高材料的冲击韧性；材料的冲击韧性；材料的冲击韧性；材料的冲击韧性；从设计上，从设计上，从设计上，从设计上，F F F FF F F F 。.轮齿折断轮齿折断（2 2 2 2）过载折断（或剪断）过载折断（或剪断）过载折断（或剪断）过载折断（或剪断）产生原因产生原因产生原因产生原因：突然过载或者强烈冲击；突然过载或者强烈冲击；突然过载或者强烈冲击；突然过载或者强烈冲

13、击；模数太小，齿根厚度太小，材料模数太小，齿根厚度太小，材料模数太小，齿根厚度太小，材料模数太小，齿根厚度太小，材料太脆。太脆。太脆。太脆。防止措施防止措施防止措施防止措施：仔细操作；仔细操作；仔细操作；仔细操作；适当增大模适当增大模适当增大模适当增大模数；数；数；数；采用热处理提高材料的冲击采用热处理提高材料的冲击采用热处理提高材料的冲击采用热处理提高材料的冲击韧性。韧性。韧性。韧性。（3 3 3 3）局部折断）局部折断）局部折断）局部折断在斜齿圆柱齿轮传动中，轮齿工作面上在斜齿圆柱齿轮传动中，轮齿工作面上在斜齿圆柱齿轮传动中，轮齿工作面上在斜齿圆柱齿轮传动中，轮齿工作面上的接触线为一斜线，

14、轮齿受载后，的接触线为一斜线，轮齿受载后，的接触线为一斜线，轮齿受载后，的接触线为一斜线，轮齿受载后，如有载荷集中时，就会发生局部折如有载荷集中时，就会发生局部折如有载荷集中时，就会发生局部折如有载荷集中时，就会发生局部折断。若制造及安装不良或轴的弯曲断。若制造及安装不良或轴的弯曲断。若制造及安装不良或轴的弯曲断。若制造及安装不良或轴的弯曲变形过大，轮齿局部受载过大时，变形过大，轮齿局部受载过大时，变形过大，轮齿局部受载过大时，变形过大，轮齿局部受载过大时，即使是直齿圆柱齿轮，也会发生局即使是直齿圆柱齿轮，也会发生局即使是直齿圆柱齿轮，也会发生局即使是直齿圆柱齿轮，也会发生局部折断。部折断。部

15、折断。部折断。2 2、齿面磨损、齿面磨损磨料磨损：磨料磨损：磨料磨损：磨料磨损：磨料磨损是开式齿轮传动的磨料磨损是开式齿轮传动的磨料磨损是开式齿轮传动的磨料磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。主要失效形式。主要失效形式。主要失效形式。产生原因产生原因产生原因产生原因：砂粒、金属微粒：砂粒、金属微粒：砂粒、金属微粒：砂粒、金属微粒进入啮合齿面，产生磨料进入啮合齿面，产生磨料进入啮合齿面，产生磨料进入啮合齿面，产生磨料磨损。磨损。磨损。磨损。防止或改善措施防止或改善措施防止或改善措施防止或改善措施：增大齿增大齿增大齿增大齿面硬度；面硬度；面硬度；面硬度；采用闭式传动采用闭式传动采用闭式传动采用闭式传

16、动或加防护罩；或加防护罩；或加防护罩；或加防护罩；改善润滑改善润滑改善润滑改善润滑条件。条件。条件。条件。相对滑动速度相对滑动速度齿面磨损齿面磨损3 3 3 3、齿面点蚀、齿面点蚀、齿面点蚀、齿面点蚀在闭式齿轮传动中，常发生点在闭式齿轮传动中，常发生点在闭式齿轮传动中，常发生点在闭式齿轮传动中，常发生点蚀。开式齿轮传动不易发生。蚀。开式齿轮传动不易发生。蚀。开式齿轮传动不易发生。蚀。开式齿轮传动不易发生。点蚀点蚀点蚀点蚀：齿面材料在变化着的接：齿面材料在变化着的接：齿面材料在变化着的接：齿面材料在变化着的接触应力作用下，由于疲劳而触应力作用下，由于疲劳而触应力作用下，由于疲劳而触应力作用下，由

17、于疲劳而产生的麻点状损伤现象。产生的麻点状损伤现象。产生的麻点状损伤现象。产生的麻点状损伤现象。产生原因产生原因产生原因产生原因：齿面接触应力太齿面接触应力太齿面接触应力太齿面接触应力太大；大；大；大；当出现裂纹时，油渗当出现裂纹时，油渗当出现裂纹时，油渗当出现裂纹时，油渗入裂纹产生楔裂作用。入裂纹产生楔裂作用。入裂纹产生楔裂作用。入裂纹产生楔裂作用。防止措施防止措施防止措施防止措施：提高齿面硬度；提高齿面硬度；提高齿面硬度；提高齿面硬度；增大齿廓曲率半径增大齿廓曲率半径增大齿廓曲率半径增大齿廓曲率半径（减（减（减（减小接触应力）；小接触应力）；小接触应力）；小接触应力）；增大油的增大油的增大

18、油的增大油的粘度（有利于油膜的形成，粘度（有利于油膜的形成，粘度（有利于油膜的形成，粘度（有利于油膜的形成，使两齿面隔开，粘度高的油使两齿面隔开，粘度高的油使两齿面隔开，粘度高的油使两齿面隔开，粘度高的油不易渗入裂纹）。不易渗入裂纹）。不易渗入裂纹）。不易渗入裂纹）。齿面点蚀齿面点蚀4 4 4 4、齿面胶合、齿面胶合、齿面胶合、齿面胶合胶合：胶合：胶合：胶合：产生原因产生原因产生原因产生原因：温度过高，引起油：温度过高，引起油：温度过高，引起油：温度过高，引起油膜破裂膜破裂膜破裂膜破裂热胶合：高速重载，齿面间摩热胶合：高速重载，齿面间摩热胶合：高速重载，齿面间摩热胶合：高速重载，齿面间摩擦力，

19、发热量大；擦力，发热量大；擦力，发热量大；擦力，发热量大；冷胶合：低速重载，速度过低，冷胶合：低速重载，速度过低，冷胶合：低速重载，速度过低，冷胶合：低速重载，速度过低，不易产生油膜。不易产生油膜。不易产生油膜。不易产生油膜。防止或改善措施防止或改善措施防止或改善措施防止或改善措施：对于低速对于低速对于低速对于低速重载，可提高油的粘度；重载，可提高油的粘度；重载，可提高油的粘度；重载，可提高油的粘度；对高速重载，可采用抗胶合对高速重载，可采用抗胶合对高速重载，可采用抗胶合对高速重载，可采用抗胶合能力强的油；能力强的油；能力强的油；能力强的油；采用抗胶合采用抗胶合采用抗胶合采用抗胶合能力强的材料

20、及合理配对齿能力强的材料及合理配对齿能力强的材料及合理配对齿能力强的材料及合理配对齿轮；轮；轮；轮；提高齿面硬度。提高齿面硬度。提高齿面硬度。提高齿面硬度。.齿面胶合齿面胶合5 5 5 5、塑性变形、塑性变形、塑性变形、塑性变形塑性变形：塑性变形：塑性变形：塑性变形：产生原因产生原因产生原因产生原因：齿面太软；齿面太软；齿面太软；齿面太软；载荷太大。载荷太大。载荷太大。载荷太大。防止措施防止措施防止措施防止措施：提高齿面硬度；提高齿面硬度；提高齿面硬度；提高齿面硬度；提高油的粘度。提高油的粘度。提高油的粘度。提高油的粘度。塑性变形塑性变形塑性变形塑性变形小结小结小结小结：一对实际啮合齿轮不可能

21、同时产生以上：一对实际啮合齿轮不可能同时产生以上：一对实际啮合齿轮不可能同时产生以上：一对实际啮合齿轮不可能同时产生以上5 5 5 5种失效形式，种失效形式，种失效形式，种失效形式，在具体工作条件下，主要以以上在具体工作条件下，主要以以上在具体工作条件下，主要以以上在具体工作条件下，主要以以上5 5 5 5种失效形式的一种或两种失效形式的一种或两种失效形式的一种或两种失效形式的一种或两种。主要失效形式：种。主要失效形式：种。主要失效形式：种。主要失效形式：开式传动开式传动开式传动开式传动：齿面磨损、轮齿折断；：齿面磨损、轮齿折断；：齿面磨损、轮齿折断；：齿面磨损、轮齿折断；闭式传动闭式传动闭式

22、传动闭式传动：软齿面（：软齿面（：软齿面（：软齿面（HBS350HBS350HBS350HBS350）钢齿，点蚀；）钢齿，点蚀；）钢齿，点蚀；）钢齿，点蚀；硬齿面钢齿或铸铁，轮齿折断。硬齿面钢齿或铸铁，轮齿折断。硬齿面钢齿或铸铁，轮齿折断。硬齿面钢齿或铸铁，轮齿折断。高速重载高速重载高速重载高速重载：胶合：胶合：胶合：胶合 重载软齿重载软齿重载软齿重载软齿：塑性变形：塑性变形：塑性变形：塑性变形设计准则设计准则设计准则设计准则 防止点蚀防止点蚀防止点蚀防止点蚀：接触疲劳强度准则，：接触疲劳强度准则，：接触疲劳强度准则，：接触疲劳强度准则，H H H HH H H H ；防止折断防止折断防止折断

23、防止折断：齿根弯曲疲劳强度准则，：齿根弯曲疲劳强度准则，：齿根弯曲疲劳强度准则，：齿根弯曲疲劳强度准则，F F F FF F F F 。弯曲折断弯曲折断点蚀点蚀胶合胶合磨损磨损塑性变形塑性变形齿轮的失效形式齿轮的失效形式齿轮的失效形式齿轮的失效形式现象与原因？现象与原因？现象与原因？现象与原因？改进措施？改进措施？改进措施？改进措施？。3 3 齿轮的材料及其选择原则齿轮的材料及其选择原则 3.1 3.1 3.1 3.1 常用的齿轮材料及选择原则常用的齿轮材料及选择原则常用的齿轮材料及选择原则常用的齿轮材料及选择原则对齿轮材料性能的对齿轮材料性能的对齿轮材料性能的对齿轮材料性能的基本要求基本要求

24、基本要求基本要求：齿面要硬、齿芯要韧。：齿面要硬、齿芯要韧。：齿面要硬、齿芯要韧。：齿面要硬、齿芯要韧。1 1 1 1、常用材料、常用材料、常用材料、常用材料 （1 1 1 1）钢：）钢：）钢：）钢：45454545、40Cr40Cr40Cr40Cr、40CrNi40CrNi40CrNi40CrNi、ZG310570ZG310570ZG310570ZG310570、ZG340640ZG340640ZG340640ZG340640等。等。等。等。（2 2 2 2）铸铁：）铸铁：）铸铁：）铸铁：HT250HT250HT250HT250、HT300HT300HT300HT300、HT350HT350

25、HT350HT350、QT5005QT5005QT5005QT5005、QT6002QT6002QT6002QT6002 （3 3 3 3）非金属材料：例如夹布塑胶、尼龙等。）非金属材料：例如夹布塑胶、尼龙等。）非金属材料：例如夹布塑胶、尼龙等。）非金属材料：例如夹布塑胶、尼龙等。常用齿轮材料常用齿轮材料常用齿轮材料常用齿轮材料 调质钢调质钢调质钢调质钢45454545 、锻钢锻钢锻钢锻钢 渗碳钢渗碳钢渗碳钢渗碳钢40Cr40Cr40Cr40Cr、钢钢钢钢 氮化钢氮化钢氮化钢氮化钢20CrMnTi20CrMnTi20CrMnTi20CrMnTi 金属金属金属金属 铸钢铸钢铸钢铸钢ZG310-5

26、70ZG310-570ZG310-570ZG310-570 铸铁铸铁铸铁铸铁 HT250HT250HT250HT250、QT500-5QT500-5QT500-5QT500-5 非金属：夹布塑胶、尼龙非金属：夹布塑胶、尼龙非金属：夹布塑胶、尼龙非金属：夹布塑胶、尼龙2 2 2 2、齿轮材料的选择原则、齿轮材料的选择原则、齿轮材料的选择原则、齿轮材料的选择原则 必须满足工作要求；必须满足工作要求；必须满足工作要求；必须满足工作要求；应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造应考虑齿轮尺寸的大小、

27、毛坯成型方法及热处理和制造 工艺；工艺；工艺；工艺；经济性要求。经济性要求。经济性要求。经济性要求。3.2 3.2 3.2 3.2 齿轮热处理齿轮热处理齿轮热处理齿轮热处理 一般齿轮传动：一般齿轮传动：一般齿轮传动：一般齿轮传动：正火和调质正火和调质正火和调质正火和调质 重要齿轮传动（高速、重载、精密传动：重要齿轮传动（高速、重载、精密传动：重要齿轮传动（高速、重载、精密传动：重要齿轮传动（高速、重载、精密传动：表面淬火表面淬火表面淬火表面淬火、渗渗渗渗 碳淬火碳淬火碳淬火碳淬火 为使一对齿轮的承载能力与寿命接近，应保持一对齿面为使一对齿轮的承载能力与寿命接近，应保持一对齿面为使一对齿轮的承载

28、能力与寿命接近，应保持一对齿面为使一对齿轮的承载能力与寿命接近，应保持一对齿面 的硬度差。的硬度差。的硬度差。的硬度差。对软齿面齿轮对软齿面齿轮对软齿面齿轮对软齿面齿轮：HBSHBSHBSHBS1 1 1 1-HBS-HBS-HBS-HBS2 2 2 2=30=30=30=3050505050（小齿轮为（小齿轮为（小齿轮为（小齿轮为HBS1HBS1HBS1HBS1）；）；）；）；对一硬一软对一硬一软对一硬一软对一硬一软（HBS1350HBS1350HBS1350HBS1350，HBS2350HBS2350HBS2350HBS250-HBS250-HBS250-HBS250；对均为硬齿面对均为硬

29、齿面对均为硬齿面对均为硬齿面：两齿面不必有硬度差。：两齿面不必有硬度差。：两齿面不必有硬度差。：两齿面不必有硬度差。4 4 齿轮传动的计算准则和设计方法齿轮传动的计算准则和设计方法4.1 4.1 齿轮传动的计算准则齿轮传动的计算准则1 1 1 1、计算准则、计算准则、计算准则、计算准则 防止点蚀防止点蚀防止点蚀防止点蚀：接触疲劳强度准则，：接触疲劳强度准则，：接触疲劳强度准则，：接触疲劳强度准则，H H H HH H H H ；防止折断防止折断防止折断防止折断：齿根弯曲疲劳强度准则，：齿根弯曲疲劳强度准则，：齿根弯曲疲劳强度准则，：齿根弯曲疲劳强度准则，F F F FF F F F 。2 2

30、2 2、计算特点、计算特点、计算特点、计算特点 （1 1 1 1）闭式软齿面钢齿：以接触疲劳强度准则为主；）闭式软齿面钢齿：以接触疲劳强度准则为主；）闭式软齿面钢齿：以接触疲劳强度准则为主；）闭式软齿面钢齿：以接触疲劳强度准则为主；（2 2 2 2）闭式硬齿面钢齿或铸铁：以弯曲疲劳强度准则为）闭式硬齿面钢齿或铸铁：以弯曲疲劳强度准则为）闭式硬齿面钢齿或铸铁：以弯曲疲劳强度准则为）闭式硬齿面钢齿或铸铁：以弯曲疲劳强度准则为 主；主；主；主；（3 3 3 3）开式传动：以弯曲疲劳强度准则为主，考虑磨损）开式传动：以弯曲疲劳强度准则为主，考虑磨损）开式传动：以弯曲疲劳强度准则为主，考虑磨损）开式传动

31、：以弯曲疲劳强度准则为主，考虑磨损 的影响适当增大模数。（的影响适当增大模数。（的影响适当增大模数。（的影响适当增大模数。（1010101015%15%15%15%）（4 4 4 4）特殊情况（高速重载等）特殊情况（高速重载等）特殊情况（高速重载等）特殊情况（高速重载等）3 3 3 3、计算理论、计算理论、计算理论、计算理论弯曲疲劳强度：弯曲疲劳强度：弯曲疲劳强度：弯曲疲劳强度：悬臂梁理论悬臂梁理论悬臂梁理论悬臂梁理论接触疲劳强度：接触疲劳强度：接触疲劳强度：接触疲劳强度：HertzHertzHertzHertz（赫芝）理论（赫芝）理论（赫芝）理论（赫芝）理论4.2 4.2 齿轮传动的设计方法

32、齿轮传动的设计方法按类比法确定按类比法确定按类比法确定按类比法确定 按限定条件确定按限定条件确定按限定条件确定按限定条件确定 按设计公式确定按设计公式确定按设计公式确定按设计公式确定 5 5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算5.1 5.1 轮齿的受力分析轮齿的受力分析1 1 1 1、目的目的目的目的：为齿轮强度计算及轴、轴承的强度计算提供依据。：为齿轮强度计算及轴、轴承的强度计算提供依据。：为齿轮强度计算及轴、轴承的强度计算提供依据。：为齿轮强度计算及轴、轴承的强度计算提供依据。2 2 2 2、说明说明说明说明：考虑齿面摩擦力比传递力小得多，因此可不计摩擦力；考虑齿

33、面摩擦力比传递力小得多，因此可不计摩擦力；考虑齿面摩擦力比传递力小得多，因此可不计摩擦力；考虑齿面摩擦力比传递力小得多，因此可不计摩擦力；分析力是理想、平稳状态下的作用力（名义作用力）；分析力是理想、平稳状态下的作用力（名义作用力）；分析力是理想、平稳状态下的作用力（名义作用力）；分析力是理想、平稳状态下的作用力（名义作用力）；分析一对轮齿在节点处啮合的受力（因此时传递的力均分析一对轮齿在节点处啮合的受力（因此时传递的力均分析一对轮齿在节点处啮合的受力（因此时传递的力均分析一对轮齿在节点处啮合的受力（因此时传递的力均由这对轮齿承担，受力最大）。由这对轮齿承担，受力最大）。由这对轮齿承担，受力最

34、大）。由这对轮齿承担，受力最大）。3 3 3 3、受力分析、受力分析、受力分析、受力分析（1 1 1 1）大小大小大小大小 F F F Ft t t t=2T=2T=2T=2T1 1 1 1/d/d/d/d1 1 1 1,T,T,T,T1 1 1 1=955x10=955x10=955x10=955x106 6 6 6P P P P1 1 1 1/n/n/n/n1 1 1 1N.mmN.mmN.mmN.mm F F F Fr r r r=F F F Ft t t ttantantantan F F F Fn n n n=F=F=F=Ft t t t/coscoscoscos 式中式中式中式中

35、T T T T1 1 1 1小齿轮传递的转矩；小齿轮传递的转矩；小齿轮传递的转矩；小齿轮传递的转矩；d d d d1 1 1 1小齿小齿小齿小齿轮的分度圆直径；轮的分度圆直径；轮的分度圆直径；轮的分度圆直径；啮合角，对啮合角，对啮合角，对啮合角，对标准齿轮标准齿轮标准齿轮标准齿轮=20=20=20=200 0 0 0。（2 2 2 2）方向方向方向方向F F F Ft t1 1 1 1对主动轮来说是阻力，与啮合点对主动轮来说是阻力，与啮合点对主动轮来说是阻力，与啮合点对主动轮来说是阻力，与啮合点圆周速度方向相反；圆周速度方向相反；圆周速度方向相反；圆周速度方向相反；F F F Ft2t2t2t

36、2对从动轮对从动轮对从动轮对从动轮来说是驱动力。来说是驱动力。来说是驱动力。来说是驱动力。F F F Fr r r r的方向为过啮合点的径向线，指的方向为过啮合点的径向线，指的方向为过啮合点的径向线，指的方向为过啮合点的径向线，指向轮心。向轮心。向轮心。向轮心。5.2 5.2 5.2 5.2 计算载荷计算载荷计算载荷计算载荷以上讨论的是理想、平稳状态下的受力，即以上讨论的是理想、平稳状态下的受力，即以上讨论的是理想、平稳状态下的受力，即以上讨论的是理想、平稳状态下的受力，即公称载荷公称载荷公称载荷公称载荷F F F Fn n n n。在实际传动中，由于原动机及工作机性能的影响，以及在实际传动中

37、，由于原动机及工作机性能的影响，以及在实际传动中，由于原动机及工作机性能的影响，以及在实际传动中，由于原动机及工作机性能的影响，以及齿轮制造误差，会使法向载荷增大。此外，在同时啮合的齿轮制造误差，会使法向载荷增大。此外，在同时啮合的齿轮制造误差，会使法向载荷增大。此外，在同时啮合的齿轮制造误差，会使法向载荷增大。此外，在同时啮合的齿对间，载荷的分配并不是均匀的，即使在一对齿上，载齿对间，载荷的分配并不是均匀的，即使在一对齿上，载齿对间，载荷的分配并不是均匀的，即使在一对齿上，载齿对间，载荷的分配并不是均匀的，即使在一对齿上，载荷也不可能沿接触线均匀分布。因此在计算齿轮传动的强荷也不可能沿接触线

38、均匀分布。因此在计算齿轮传动的强荷也不可能沿接触线均匀分布。因此在计算齿轮传动的强荷也不可能沿接触线均匀分布。因此在计算齿轮传动的强度时，应按度时，应按度时，应按度时，应按计算载荷计算载荷计算载荷计算载荷进行，即进行，即进行，即进行，即式中式中式中式中K K K K载荷系数，包括使用系数载荷系数，包括使用系数载荷系数，包括使用系数载荷系数，包括使用系数K K K KA A A A、动载系数、动载系数、动载系数、动载系数K K K KV V V V、齿间载荷分、齿间载荷分、齿间载荷分、齿间载荷分配系数配系数配系数配系数K K K K及齿向载荷分布系数及齿向载荷分布系数及齿向载荷分布系数及齿向载荷

39、分布系数K K K K，即，即，即，即 1 1 1 1、使用系数、使用系数、使用系数、使用系数K K K KA A A A 使用系数使用系数使用系数使用系数K K K KA A A A是考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加动载荷是考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加动载荷是考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加动载荷是考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加动载荷影响的系数。这种动载荷取决于原动机和从动机械的特影响的系数。这种动载荷取决于原动机和从动机械的特影响的系数。这种动载荷取决于原动机和从动机械的特影响的系数。这种动载荷取决于原动机和从动机械的特性、质量比、联轴器类型以及运行状态等。性、质量比、联轴器类型以及

40、运行状态等。性、质量比、联轴器类型以及运行状态等。性、质量比、联轴器类型以及运行状态等。载荷状况载荷状况载荷状况载荷状况工作机器工作机器工作机器工作机器原动机原动机原动机原动机均匀平稳均匀平稳均匀平稳均匀平稳1.01.01.01.01.11.11.11.11.251.251.251.251.51.51.51.5轻微冲击轻微冲击轻微冲击轻微冲击1.251.251.251.251.351.351.351.351.51.51.51.51.751.751.751.75中等冲击中等冲击中等冲击中等冲击1.51.51.51.51.61.61.61.61.751.751.751.752.02.02.02.0

41、严重冲击严重冲击严重冲击严重冲击1.751.751.751.751.851.851.851.852.02.02.02.02.252.252.252.252 2 2 2、动载系数、动载系数、动载系数、动载系数K K K KV V V V 制造和安装误差，法节不相等，瞬时传动比不准确，产生角制造和安装误差，法节不相等，瞬时传动比不准确，产生角制造和安装误差，法节不相等，瞬时传动比不准确，产生角制造和安装误差，法节不相等，瞬时传动比不准确，产生角加速度。加速度。加速度。加速度。齿轮修缘齿轮修缘齿轮修缘齿轮修缘动载系数与齿轮制造精度、圆周速度有关，当制造精度越低，动载系数与齿轮制造精度、圆周速度有关，

42、当制造精度越低，动载系数与齿轮制造精度、圆周速度有关，当制造精度越低，动载系数与齿轮制造精度、圆周速度有关，当制造精度越低，圆周速度越大，动载系数越大，圆周速度越大，动载系数越大，圆周速度越大，动载系数越大，圆周速度越大，动载系数越大，K K K KV V V V的选取参考下图。的选取参考下图。的选取参考下图。的选取参考下图。3 3 3 3、齿间载荷分配系数、齿间载荷分配系数、齿间载荷分配系数、齿间载荷分配系数K K K K一对相互啮合的斜齿（或直齿）圆柱齿轮，如在啮合区一对相互啮合的斜齿（或直齿）圆柱齿轮，如在啮合区一对相互啮合的斜齿（或直齿）圆柱齿轮，如在啮合区一对相互啮合的斜齿（或直齿）

43、圆柱齿轮，如在啮合区B B B B1 1 1 1B B B B2 2 2 2中中中中有两对（或多对）齿同时工作时，则载荷应分配在这两对有两对（或多对）齿同时工作时，则载荷应分配在这两对有两对（或多对）齿同时工作时，则载荷应分配在这两对有两对（或多对）齿同时工作时，则载荷应分配在这两对（或多对）齿上。（或多对）齿上。（或多对）齿上。（或多对）齿上。两对齿同时啮合的接触线总长两对齿同时啮合的接触线总长两对齿同时啮合的接触线总长两对齿同时啮合的接触线总长L=PPL=PPL=PPL=PP+QQ+QQ+QQ+QQ。但由于齿距误差及。但由于齿距误差及。但由于齿距误差及。但由于齿距误差及弹性变形等原因，总载

44、荷弹性变形等原因，总载荷弹性变形等原因，总载荷弹性变形等原因，总载荷F F F Fn n n n并不是按并不是按并不是按并不是按PPPPPPPP/QQ/QQ/QQ/QQ的比例分配在的比例分配在的比例分配在的比例分配在PPPPPPPP及及及及QQQQQQQQ这两条接触线上。因此，进行强度计算时，应引入这两条接触线上。因此，进行强度计算时，应引入这两条接触线上。因此，进行强度计算时，应引入这两条接触线上。因此，进行强度计算时，应引入齿间载荷分配系数齿间载荷分配系数齿间载荷分配系数齿间载荷分配系数K K K K。4 4 4 4、齿向载荷分布系数、齿向载荷分布系数、齿向载荷分布系数、齿向载荷分布系数K

45、 K K KK K K K是考虑轴、轴承的变形以及轴承相对齿轮的布置不对称引起是考虑轴、轴承的变形以及轴承相对齿轮的布置不对称引起是考虑轴、轴承的变形以及轴承相对齿轮的布置不对称引起是考虑轴、轴承的变形以及轴承相对齿轮的布置不对称引起载荷沿接触线分布不均影响的系数。载荷沿接触线分布不均影响的系数。载荷沿接触线分布不均影响的系数。载荷沿接触线分布不均影响的系数。影响齿向载荷分布的影响齿向载荷分布的影响齿向载荷分布的影响齿向载荷分布的因素因素因素因素：轴、轴承及支座的变形；轴、轴承及支座的变形；轴、轴承及支座的变形；轴、轴承及支座的变形；轴承轴承轴承轴承相对齿轮布置；相对齿轮布置；相对齿轮布置；相

46、对齿轮布置；齿轮的宽度。齿轮的宽度。齿轮的宽度。齿轮的宽度。改善措施改善措施增大轴、轴承、支座的刚度；增大轴、轴承、支座的刚度；增大轴、轴承、支座的刚度；增大轴、轴承、支座的刚度；轴承相对齿轮对称布置，避免悬臂布置，如一定需轴承相对齿轮对称布置，避免悬臂布置，如一定需轴承相对齿轮对称布置，避免悬臂布置，如一定需轴承相对齿轮对称布置，避免悬臂布置，如一定需要悬臂布置，应采取相应措施（应使主动轮要悬臂布置，应采取相应措施（应使主动轮要悬臂布置，应采取相应措施（应使主动轮要悬臂布置，应采取相应措施（应使主动轮1 1 1 1远离远离远离远离扭矩输入端扭矩输入端扭矩输入端扭矩输入端A A A A）；）；

47、）；）；采用鼓形齿；采用鼓形齿；采用鼓形齿；采用鼓形齿；小齿轮的螺旋角修形。小齿轮的螺旋角修形。小齿轮的螺旋角修形。小齿轮的螺旋角修形。齿向载荷分布系数可分为齿向载荷分布系数可分为齿向载荷分布系数可分为齿向载荷分布系数可分为K K K KH H H H和和和和K K K KF F F F，K K K KH H H H为按齿面接为按齿面接为按齿面接为按齿面接触疲劳强度计算时所用的系数，触疲劳强度计算时所用的系数，触疲劳强度计算时所用的系数，触疲劳强度计算时所用的系数，K K K KF F F F为按齿根弯曲为按齿根弯曲为按齿根弯曲为按齿根弯曲疲劳强度计算时所用的系数。疲劳强度计算时所用的系数。疲

48、劳强度计算时所用的系数。疲劳强度计算时所用的系数。1 1 1 1、目的目的目的目的：防止点蚀，：防止点蚀，：防止点蚀，：防止点蚀，H H H HH H H H 2 2 2 2、计算理论及依据计算理论及依据计算理论及依据计算理论及依据1 1 1 1）理论（赫兹理论）赫兹公式：）理论（赫兹理论）赫兹公式：）理论（赫兹理论）赫兹公式：）理论（赫兹理论）赫兹公式：注注注注：“+”+”+”+”表示外啮合，表示外啮合，表示外啮合，表示外啮合，综合曲综合曲综合曲综合曲率半径率半径率半径率半径5.3 5.3 齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算2 2 2 2）计算依据：为计算方便，以节点处的接触应力代替单

49、齿对）计算依据：为计算方便，以节点处的接触应力代替单齿对）计算依据：为计算方便，以节点处的接触应力代替单齿对）计算依据：为计算方便，以节点处的接触应力代替单齿对啮合最低点的接触应力（啮合最低处的接触应力最大）。啮合最低点的接触应力（啮合最低处的接触应力最大）。啮合最低点的接触应力（啮合最低处的接触应力最大）。啮合最低点的接触应力（啮合最低处的接触应力最大）。3 3 3 3、公式建立、公式建立、公式建立、公式建立 节点啮合的节点啮合的节点啮合的节点啮合的综合曲率综合曲率综合曲率综合曲率为为为为轮齿在节点啮合时，有轮齿在节点啮合时，有轮齿在节点啮合时，有轮齿在节点啮合时，有2 2 2 2/1 1

50、1 1=d=d=d=d2 2 2 2/d/d/d/d1 1 1 1=z=z=z=z2 2 2 2/z/z/z/z1 1 1 1=u=u=u=u，则，则，则，则 如图，小齿轮节点如图，小齿轮节点如图，小齿轮节点如图，小齿轮节点C C C C处的曲处的曲处的曲处的曲率半径率半径率半径率半径1 1 1 1=N=N=N=N1 1 1 1C C C C，对于标准，对于标准，对于标准，对于标准齿轮齿轮齿轮齿轮1 1 1 1=d=d=d=d1 1 1 1sinsinsinsin/2/2/2/2，则，则，则，则齿面法向载荷为齿面法向载荷为齿面法向载荷为齿面法向载荷为 ，接触线长度为接触线长度为接触线长度为接触