第8章齿轮机构.ppt

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1、8.18.1齿轮机构的特点、类型及应用实例齿轮机构的特点、类型及应用实例8.28.2渐开线齿轮啮合传动渐开线齿轮啮合传动 8.38.3渐开线直齿圆柱齿轮的轮齿加工方法渐开线直齿圆柱齿轮的轮齿加工方法 8.48.4变位齿轮变位齿轮8.58.5平行轴斜齿圆柱齿轮传动平行轴斜齿圆柱齿轮传动 8.68.6齿轮传动的失效形式与设计准则齿轮传动的失效形式与设计准则 8.78.7齿轮的常用材料及许用应力齿轮的常用材料及许用应力 8.88.8齿轮传动设计齿轮传动设计 第八章第八章 齿轮机构齿轮机构 8.18.1齿轮机构的特点、类型及应用实例齿轮机构的特点、类型及应用实例 8.1.18.1.1齿轮传动特点齿轮传

2、动特点 齿轮传动依靠轮齿齿廓直接接触来传递空齿轮传动依靠轮齿齿廓直接接触来传递空间任意两轴间的运动和动力，与其他传动相间任意两轴间的运动和动力，与其他传动相比，具有工作可靠、使用寿命长、传动比恒比，具有工作可靠、使用寿命长、传动比恒定、效率高（定、效率高（98989999）、结构紧凑，适）、结构紧凑，适用的直径、速度和功率范围广（齿轮直径可用的直径、速度和功率范围广（齿轮直径可从从1mm1mm到到150m150m以上、最大功率可达以上、最大功率可达105kW105kW、圆圆周速度周速度200200300 300 m/sm/s、转速、转速20 000 r/min20 000 r/min）等优点等

3、优点,是现代机械中应用最广的一种机械传是现代机械中应用最广的一种机械传动。主要缺点有：（动。主要缺点有：（1 1）制造和安装精度要求）制造和安装精度要求较高，加工齿轮需要用专用机床和设备，成较高，加工齿轮需要用专用机床和设备，成本较高；（本较高；（2 2）不宜作轴间距离过大的传动。）不宜作轴间距离过大的传动。8.1.2 8.1.2 基本类型基本类型 平行轴相交轴交错轴8.1.2 8.1.2 基本类型基本类型 齿轮传动就装置形式分：齿轮传动就装置形式分：1 1）开式、半开式传动）开式、半开式传动2 2）闭式传动）闭式传动8.2.18.2.1渐开线齿轮的齿廓及啮合特性渐开线齿轮的齿廓及啮合特性 如

4、图所示，一条直线沿一个半径为如图所示，一条直线沿一个半径为rbrb的圆周作纯滚动，该直线上任一点的圆周作纯滚动，该直线上任一点k k的的轨迹称为该圆的渐开线。这个圆称为基圆，该直线称为渐开线的发生线。轨迹称为该圆的渐开线。这个圆称为基圆，该直线称为渐开线的发生线。以直线滚动于基圆上，渐开线由（刀具）上固定点CE所描述以直线滚动于基圆上，渐开线由（刀具）形成的包络线所描述8.2.18.2.1渐开线齿轮的齿廓及啮合特性渐开线齿轮的齿廓及啮合特性 8.2.38.2.3渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸计算渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸计算 一、基本参数一、基本参数1 1、齿数：、

5、齿数：齿轮整个圆周上轮齿的总数齿轮整个圆周上轮齿的总数,用用z z表示。表示。2 2、模数：模数：根据圆的周长和齿距的定义可知根据圆的周长和齿距的定义可知式中,比值pk/含有无理数,这给设计、制造及测量带来不便,为此需在齿轮上取一圆,将该圆pk/的比值规定为标准值,并使该圆上的压力角也为标准值,这个圆即为分度圆。规定分度圆上的齿距p对的比值为标准值(整数或有理数)称为模数,用m表示,即 式中,m的单位为mm。模数是齿轮的一个重要的基本参数,我国已制定了标准模数系列(见表10-1)。因此,分度圆的直径为 分度圆的齿距p为p=s+e=m标准模数系列(GB1357-87)不同模数同轮数的比较同模数不

6、同轮齿的比较3 3、压力角压力角 渐开线上各点的压力角是不同的,通常所说的压力角指分度圆上的压力角,用表示。国家标准规定齿轮分度圆压力角为标准值=20。不同压力角时轮齿的形状4 齿顶高系数齿顶高系数ha=ha*m（ha*=1）5 顶隙系数顶隙系数C=c*m(c*=0.25)hf=(ha*+c*)m全齿高h=ha+hf=(2ha*+c*)m标准齿轮标准齿轮是指模数、压力角、齿顶高系数和顶隙系数均为标准值，且分度圆上的齿厚等于齿槽宽的齿轮。8.2.38.2.3渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸计算渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸计算 序号名称符号计算公式1齿顶高haha=ha*m

7、2齿根高hfhf=(ha*+c*)m=1.25m3齿全高hh=ha+hf=(2ha*+c*)m=2.25m4顶隙cc=c*m=0.25m5分度圆直径dd=mz6基圆直径dbdb=dcos7齿顶圆直径dada=d2ha=m(z2ha*)8齿根圆直径dfdf=d2hf=m(z2ha*2c*)9齿距pp=m10齿厚sS=p/211齿槽宽ee=p/212标准中心距a=1/2(d2d1)=1/2m(z1z2)8.38.3渐开线直齿圆柱齿轮的轮齿加工方法渐开线直齿圆柱齿轮的轮齿加工方法 仿形法是在普通铣床上用轴向剖面仿形法是在普通铣床上用轴向剖面形状与被切齿轮齿槽形状完全相形状与被切齿轮齿槽形状完全相同的

8、铣刀切制齿轮的方法，如图同的铣刀切制齿轮的方法，如图所示。铣完一个齿槽后，分度头所示。铣完一个齿槽后，分度头将齿坯转过将齿坯转过3603600 0/z/z，再铣下一个齿，再铣下一个齿槽，直到铣出所有的齿槽。槽，直到铣出所有的齿槽。仿形仿形法加工方便易行，但精度难以保法加工方便易行，但精度难以保证。证。范成法是利用一对齿轮无侧隙范成法是利用一对齿轮无侧隙啮合时两轮的齿廓互为包络线啮合时两轮的齿廓互为包络线的原理加工齿轮的。加工时刀的原理加工齿轮的。加工时刀具与齿坯的运动就像一对互相具与齿坯的运动就像一对互相啮合的齿轮，最后刀具将齿坯啮合的齿轮，最后刀具将齿坯切出渐开线齿廓。切出渐开线齿廓。8.3

9、8.3渐开线直齿圆柱齿轮的轮齿加工方法渐开线直齿圆柱齿轮的轮齿加工方法 磨齿磨齿一、变位目的1.避免根切2、改善小齿轮的寿命（大传动比时，使小齿轮齿厚增大，大齿轮齿厚减小，使一对齿轮的寿命相当）3、凑中心距外啮合无法安装；8.48.4渐开线直齿圆柱齿轮的轮齿加工方法渐开线直齿圆柱齿轮的轮齿加工方法 二、齿轮的变位1、用改变刀具与轮坯径向相对位置来切制齿轮的方法称径向变位法。变位齿轮xm移距或变位x移距系数或变位系数规定：正变位 零变位负变位切削变位齿轮：分度圆不变，节线变变位齿轮和标准齿轮相比：m、r齿距、rb、不变齿厚、齿顶高、齿根高变化2、最小变位系数（变位齿轮不发生根切的现象的条件）正变

10、位负变位三、变位齿轮的尺寸变化及计算1、分度圆上的齿厚见图：刀具节线的齿槽宽比中线齿槽宽 ，被切齿轮分度圆上的齿厚增加 在IJK中：分度圆的齿厚：2、齿顶高和齿根高 齿根高hf：刀具加工节线到顶 刃线之间的距离 对正变位：x0，hf比标准减小xm 对负变位：x0，hf比标准增加xm 变位齿轮的齿根圆半径：齿顶高：变位齿轮的分度圆与相应标准齿轮的分度圆一样，变位齿轮的齿顶高仅决定于轮坯顶圆的大小。为保证齿全高 由于所以1 1 1 1、曲面形成、曲面形成、曲面形成、曲面形成8.5 8.5 平行轴斜齿圆柱齿轮传动平行轴斜齿圆柱齿轮传动 8.5.1 8.5.1 8.5.1 8.5.1 斜齿轮齿廓曲面的

11、形成斜齿轮齿廓曲面的形成斜齿轮齿廓曲面的形成斜齿轮齿廓曲面的形成 发生面发生面发生面发生面渐渐渐渐开开开开螺螺螺螺旋旋旋旋面面面面基圆柱基圆柱 发生面在基圆柱上作发生面在基圆柱上作相切纯滚动，该面上有一相切纯滚动，该面上有一与轴线成与轴线成 角的斜直线角的斜直线 ，线上各点都展线上各点都展成一条渐开线，这些线的成一条渐开线，这些线的集合即为渐开螺旋面。集合即为渐开螺旋面。2 2、啮合特点：啮合特点：啮合特点：啮合特点：KK21基圆柱基圆柱基圆柱基圆柱啮合面啮合面啮合面啮合面渐渐渐渐开开开开螺螺螺螺旋旋旋旋面面面面齿面接触线齿面接触线1)1)发生面是两个基圆发生面是两个基圆柱的内公切面，又是柱的

12、内公切面，又是传动的啮合面。传动的啮合面。2)2)啮合面上的接触线啮合面上的接触线由短变长，又由长变由短变长，又由长变短，逐渐进入（退出）短，逐渐进入（退出）啮合，啮合时间长，啮合，啮合时间长，传动平稳。传动平稳。左旋左旋右旋右旋3)3)螺旋线的切线与轴螺旋线的切线与轴线所夹的锐角线所夹的锐角 称为称为螺旋角。有左螺旋角。有左.右旋之右旋之分。分。斜齿轮参数斜齿轮参数斜齿轮参数斜齿轮参数tn端面：垂直轴线的面，端面：垂直轴线的面，用用“t t”表示表示;是是 运动面，计算面，运动面，计算面，参数是导出值。参数是导出值。法面：垂直齿向的面法面：垂直齿向的面,用用“n n”表示表示;是是 加工面，

13、参数是加工面，参数是 标准值。标准值。8.5.28.5.28.5.28.5.2斜齿轮的基本参数和几何尺寸计算斜齿轮的基本参数和几何尺寸计算斜齿轮的基本参数和几何尺寸计算斜齿轮的基本参数和几何尺寸计算 1 1 1 1、螺旋角与模数、螺旋角与模数、螺旋角与模数、螺旋角与模数1)1)1)1)、螺旋角螺旋角螺旋角螺旋角L2).2).2).2).模数模数模数模数2 2 2 2、压力角、压力角、压力角、压力角abbca1 1 1 1、齿顶高和齿根高：、齿顶高和齿根高：、齿顶高和齿根高：、齿顶高和齿根高：2 2 2 2、分度圆直径：、分度圆直径：、分度圆直径：、分度圆直径：8.5.28.5.28.5.28.

14、5.2斜齿轮的基本参数和几何尺寸计算斜齿轮的基本参数和几何尺寸计算斜齿轮的基本参数和几何尺寸计算斜齿轮的基本参数和几何尺寸计算 3 3 3 3、中心距：、中心距：、中心距：、中心距：4 4 4 4、变位量与变位系数：、变位量与变位系数：、变位量与变位系数：、变位量与变位系数：注：注：对斜齿轮在端面上可直接用直齿圆柱齿轮对斜齿轮在端面上可直接用直齿圆柱齿轮公式，但须代入端面参数；而斜齿轮的法面参公式，但须代入端面参数；而斜齿轮的法面参数为标准值，故须将法面参数换算到端面上。数为标准值，故须将法面参数换算到端面上。五、斜齿轮传动的重合度：五、斜齿轮传动的重合度：五、斜齿轮传动的重合度：五、斜齿轮传

15、动的重合度：斜齿圆柱齿轮的重合度斜齿圆柱齿轮的重合度：直齿圆柱齿轮的重合度，参数是端面值。直齿圆柱齿轮的重合度，参数是端面值。斜齿圆柱齿轮轴面重合度。斜齿圆柱齿轮轴面重合度。8.5.3 8.5.3 8.5.3 8.5.3 平行轴斜齿轮传动的正确啮合条件和重合度平行轴斜齿轮传动的正确啮合条件和重合度平行轴斜齿轮传动的正确啮合条件和重合度平行轴斜齿轮传动的正确啮合条件和重合度 tn8.5.3 8.5.3 8.5.3 8.5.3 平行轴斜齿轮传动的正确啮合条件和重合度平行轴斜齿轮传动的正确啮合条件和重合度平行轴斜齿轮传动的正确啮合条件和重合度平行轴斜齿轮传动的正确啮合条件和重合度 当量齿轮：当量齿轮

16、：当量齿轮：当量齿轮：与斜齿与斜齿与斜齿与斜齿轮的法面齿形相当的轮的法面齿形相当的轮的法面齿形相当的轮的法面齿形相当的直齿圆柱齿轮称为斜直齿圆柱齿轮称为斜直齿圆柱齿轮称为斜直齿圆柱齿轮称为斜齿轮的当量齿轮。齿轮的当量齿轮。齿轮的当量齿轮。齿轮的当量齿轮。当量齿数：当量齿数：当量齿数：当量齿数：当量当量当量当量齿轮上的齿数称为齿轮上的齿数称为齿轮上的齿数称为齿轮上的齿数称为当量齿数。用当量齿数。用当量齿数。用当量齿数。用 表示。表示。表示。表示。8.5.48.5.48.5.48.5.4斜齿圆柱齿轮的当量齿数斜齿圆柱齿轮的当量齿数斜齿圆柱齿轮的当量齿数斜齿圆柱齿轮的当量齿数 当量齿数的用途：当量齿

17、数的用途：1 1、选刀号；、选刀号；2 2、计算、计算3 3、计算强度。、计算强度。优点：优点：1)1)啮合特性好啮合特性好,传动平稳，冲击、噪音小传动平稳，冲击、噪音小 ；2)2)重合度大，承载能力大；重合度大，承载能力大；3)3)不根切最小齿数少。不根切最小齿数少。缺点：存在轴向力。缺点：存在轴向力。在设计时一般取在设计时一般取齿轮传动的失效形式齿轮传动的失效形式1.1.轮齿折断轮齿折断2.2.齿面点蚀齿面点蚀3.3.齿面胶合齿面胶合4.4.齿面磨损齿面磨损5.5.轮齿轮齿塑性塑性8.68.68.68.6齿轮传动的失效形式与设计准则齿轮传动的失效形式与设计准则齿轮传动的失效形式与设计准则齿

18、轮传动的失效形式与设计准则 F F齿根裂纹起始点齿根裂纹起始点1.1.轮齿折断轮齿折断（1 1）过载断齿：意外超载）过载断齿：意外超载（2 2）疲劳断齿：交变载荷反复作用）疲劳断齿：交变载荷反复作用,（硬齿面齿轮）（硬齿面齿轮）齿根圆角应力集中，产生疲齿根圆角应力集中，产生疲劳裂纹、扩展、断齿劳裂纹、扩展、断齿 8.6.18.6.18.6.18.6.1齿轮常见的失效形式齿轮常见的失效形式齿轮常见的失效形式齿轮常见的失效形式 2.2.齿面点蚀齿面点蚀（软齿面齿轮（软齿面齿轮）点蚀：交变接触应力反复作用点蚀：交变接触应力反复作用,齿面产生微裂纹，齿面产生微裂纹，疲劳扩展、点蚀疲劳扩展、点蚀 8.6

19、.18.6.18.6.18.6.1齿轮常见的失效形式齿轮常见的失效形式齿轮常见的失效形式齿轮常见的失效形式 齿面点蚀齿面点蚀机理机理8.6.18.6.18.6.18.6.1齿轮常见的失效形式齿轮常见的失效形式齿轮常见的失效形式齿轮常见的失效形式 3.3.齿面胶合齿面胶合 (高速重载齿轮高速重载齿轮)齿面齿面胶合胶合：高压、高速，油膜破裂；高压、高速，油膜破裂；啮合局部高温，齿面焊接；啮合局部高温，齿面焊接；相对运动撕裂、涂抹相对运动撕裂、涂抹热胶合热胶合冷胶合冷胶合7-2 7-2 齿轮失效形式、设计准则与材料齿轮失效形式、设计准则与材料4.4.齿面磨损齿面磨损 (开式齿轮开式齿轮)齿面磨损齿面

20、磨损：磨料进入齿面间；磨料进入齿面间；相对运动齿面磨损。相对运动齿面磨损。8.6.18.6.18.6.18.6.1齿轮常见的失效形式齿轮常见的失效形式齿轮常见的失效形式齿轮常见的失效形式 5.5.轮齿塑变轮齿塑变从动齿从动齿节线节线起起脊脊主动齿主动齿节线节线出沟出沟（1 1）齿面塑性齿面塑性：齿面较软，材料沿摩齿面较软，材料沿摩擦力方向流动擦力方向流动8.6.18.6.18.6.18.6.1齿轮常见的失效形式齿轮常见的失效形式齿轮常见的失效形式齿轮常见的失效形式 （2 2）齿体塑变）齿体塑变材料较软，载荷过大，材料较软，载荷过大，轮齿整体塑变移位。轮齿整体塑变移位。8.6.18.6.18.6

21、.18.6.1齿轮常见的失效形式齿轮常见的失效形式齿轮常见的失效形式齿轮常见的失效形式 磨损界限磨损界限胶和界限胶和界限点蚀界限点蚀界限断齿界限断齿界限速度速度极限转矩极限转矩安全区安全区调调质齿轮质齿轮磨损界限磨损界限胶和界限胶和界限点蚀界限点蚀界限断齿界限断齿界限速度速度极限转矩极限转矩安全区安全区齿面硬化齿轮齿面硬化齿轮8.6.18.6.18.6.18.6.1齿轮常见的失效形式齿轮常见的失效形式齿轮常见的失效形式齿轮常见的失效形式 1 1、闭式齿轮传动闭式齿轮传动主要失效形式主要失效形式 软齿面（齿面硬度软齿面（齿面硬度350HBS350HBS），），齿面点蚀齿面点蚀 硬齿面（齿面硬度硬

22、齿面（齿面硬度350HBS350HBS），），断齿、点蚀断齿、点蚀设计准则设计准则 按齿面接触强度设计按齿面接触强度设计 定参数定参数 按齿根弯曲强度校核按齿根弯曲强度校核2 2、开式齿轮传动、开式齿轮传动主要失效形式：齿面磨损和断齿主要失效形式：齿面磨损和断齿设计准则设计准则 ：按齿根弯曲强度设计，：按齿根弯曲强度设计，定参数定参数降低许用齿根弯应力，考虑磨损的影响，取降低许用齿根弯应力，考虑磨损的影响，取8.6.28.6.28.6.28.6.2齿轮传动的设计准则齿轮传动的设计准则齿轮传动的设计准则齿轮传动的设计准则 1.1.基本要求：齿面硬，齿芯韧基本要求：齿面硬，齿芯韧。2.2.常用材料

23、：常用材料：优质碳钢，合金钢，铸钢，铸铁，非金属材料优质碳钢，合金钢，铸钢，铸铁，非金属材料优先采用锻制或轧制钢材。优先采用锻制或轧制钢材。大尺寸齿轮受锻造设备限制或形状复杂时采用大尺寸齿轮受锻造设备限制或形状复杂时采用铸钢。铸钢。开式齿轮可用铸铁开式齿轮可用铸铁高速小功率以传递运动为主的齿轮可用非金属高速小功率以传递运动为主的齿轮可用非金属材料材料8.78.78.78.7齿轮的常用材料及许用应力齿轮的常用材料及许用应力齿轮的常用材料及许用应力齿轮的常用材料及许用应力 3.3.热处理方法热处理方法(1)(1)渗碳淬火渗碳淬火材料：低碳钢、低碳合金钢材料：低碳钢、低碳合金钢 如如2020，20C

24、rMnTi 20CrMnTi 等（含碳等（含碳0.150.25%0.150.25%）特点：齿面硬度特点：齿面硬度5656 62 HRC62 HRC，芯部韧性较高芯部韧性较高 接触强度高，耐磨性好，抗冲击载荷能力强。接触强度高，耐磨性好，抗冲击载荷能力强。应用：对尺寸和重量有严格要求的重要设备中。应用：对尺寸和重量有严格要求的重要设备中。(2)(2)表面淬火表面淬火材料：中碳钢，中碳合金钢材料：中碳钢，中碳合金钢 如如4545，40Cr40Cr等。等。特点：齿面硬度特点：齿面硬度4040 50 HRC50 HRC，芯部未淬硬有较高的韧性；芯部未淬硬有较高的韧性；接触强度高，耐磨性好，能承受一定的

25、冲击载荷。接触强度高，耐磨性好，能承受一定的冲击载荷。8.78.78.78.7齿轮的常用材料及许用应力齿轮的常用材料及许用应力齿轮的常用材料及许用应力齿轮的常用材料及许用应力 (3)(3)调质（淬火调质（淬火+高温回火）高温回火）材料：中碳钢，中碳合金钢材料：中碳钢，中碳合金钢特点：齿面硬度特点：齿面硬度160160 280 HBS 280 HBS 承载能力较低，制造成本低，承载能力较低，制造成本低，应用：对尺寸和重量没有严格限制的一般机械设备中。应用：对尺寸和重量没有严格限制的一般机械设备中。要求：齿面硬度差要求：齿面硬度差=HBS1-HBS2=20=HBS1-HBS2=205050 HBS

26、HBS(4)(4)正火（消除应力）正火（消除应力）材料：中碳钢，铸钢，铸铁材料：中碳钢，铸钢，铸铁 。特点：承载能力低，制造成本低。特点：承载能力低，制造成本低。应用：强度要求不高的中碳钢齿轮，铸钢、铸铁齿轮应用：强度要求不高的中碳钢齿轮，铸钢、铸铁齿轮。8.78.78.78.7齿轮的常用材料及许用应力齿轮的常用材料及许用应力齿轮的常用材料及许用应力齿轮的常用材料及许用应力 1.1.齿轮传动的许用应力齿轮传动的许用应力实验齿轮及试验条件：实验齿轮及试验条件：直齿圆柱齿轮直齿圆柱齿轮m=3m=35mm5mm、=20=20、b=10b=1050mm50mm a=100mm,a=100mm,v=10

27、m/sv=10m/s齿面粗糙度为齿面粗糙度为R Rz z=3m=3m，失效概率为失效概率为1%1%。8.78.78.78.7齿轮的常用材料及许用应力齿轮的常用材料及许用应力齿轮的常用材料及许用应力齿轮的常用材料及许用应力 2.2.接触疲劳强度许用应力接触疲劳强度许用应力 H H：8.78.78.78.7齿轮的常用材料及许用应力齿轮的常用材料及许用应力齿轮的常用材料及许用应力齿轮的常用材料及许用应力 3.3.弯曲疲劳强度许用应力弯曲疲劳强度许用应力 F F：8.78.78.78.7齿轮的常用材料及许用应力齿轮的常用材料及许用应力齿轮的常用材料及许用应力齿轮的常用材料及许用应力 一、名义载荷一、名

28、义载荷小齿轮名义功率kW小齿轮分度圆直径 mm小齿轮名义转矩小齿轮转速 r/min8.88.88.88.8齿轮轮齿受力分析及其强度计算齿轮轮齿受力分析及其强度计算齿轮轮齿受力分析及其强度计算齿轮轮齿受力分析及其强度计算 二、二、轮齿受力分析轮齿受力分析切向力径向力法向力大小大小切向力:径向力:法向力:方向方向关系关系8.88.88.88.8齿轮轮齿受力分析及其强度计算齿轮轮齿受力分析及其强度计算齿轮轮齿受力分析及其强度计算齿轮轮齿受力分析及其强度计算 三、计算载荷三、计算载荷Fnc=KFn 式中K是载荷系数 原动机工作原动机工作特性特性从动机工作特性及其示例从动机工作特性及其示例均匀平稳均匀平

29、稳轻微冲击轻微冲击中等冲击中等冲击严重冲击严重冲击发电机发电机机床主传动机床主传动提升机构提升机构挖掘机挖掘机均匀平稳均匀平稳1.01.01.251.251.51.51.751.75轻微冲击轻微冲击1.101.101.351.351.601.601.851.85中等冲击中等冲击1.251.251.501.501.751.752.002.00或更大或更大严重冲击严重冲击1.501.501.751.752.002.002.252.25或更大或更大载荷系数一、赫兹公式一、赫兹公式8.8.48.8.48.8.48.8.4齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算

30、二、齿面接触强度计算二、齿面接触强度计算1.1.计算模型：计算模型：C C点点-节点当量圆柱体接触代节点当量圆柱体接触代2.2.接触应力：接触应力：三、齿面接触强度计算三、齿面接触强度计算2.2.接触应力：接触应力：表8-12计算模型：悬臂梁（单齿对齿顶受载）计算模型：悬臂梁（单齿对齿顶受载）齿根弯曲强度计算齿根弯曲强度计算8.8.58.8.58.8.58.8.5齿根弯曲疲劳计算齿根弯曲疲劳计算齿根弯曲疲劳计算齿根弯曲疲劳计算 齿根弯曲强度设计式：齿根弯曲强度设计式：1 1 齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算 8.8.68.8.68.8.68.8.6渐开线斜齿圆柱齿轮强度计算渐开线斜齿圆

31、柱齿轮强度计算渐开线斜齿圆柱齿轮强度计算渐开线斜齿圆柱齿轮强度计算 设计公式为 校核公式为2 2 齿根弯曲疲劳强度计算齿根弯曲疲劳强度计算 8.8.68.8.68.8.68.8.6渐开线斜齿圆柱齿轮强度计算渐开线斜齿圆柱齿轮强度计算渐开线斜齿圆柱齿轮强度计算渐开线斜齿圆柱齿轮强度计算 设计公式为 校核公式为8.98.98.98.9齿轮传动设计齿轮传动设计齿轮传动设计齿轮传动设计 8.9.18.9.1齿轮的结构设计齿轮的结构设计8.9.28.9.2齿轮传动的润滑和效率齿轮传动的润滑和效率8.9.38.9.3标准齿轮传动的设计计算标准齿轮传动的设计计算8.9.48.9.4齿轮精度等级的选择齿轮精度

32、等级的选择8.9.58.9.5设计计算的步骤设计计算的步骤1 1、通过强度计算确定出了齿轮的齿数、通过强度计算确定出了齿轮的齿数z z、模数模数m m、齿宽齿宽b b、螺旋角螺旋角b b、分分度圆直径度圆直径d d 等主要尺寸。等主要尺寸。3 3、在综合考虑齿轮几何尺寸，毛坯，材料，加工方法，使用要求及经、在综合考虑齿轮几何尺寸，毛坯，材料，加工方法，使用要求及经济性等各方面因素的基础上，按齿轮的直径大小，选定合适的结构形济性等各方面因素的基础上，按齿轮的直径大小，选定合适的结构形式，再根据推荐的经验数据进行结构尺寸计算。式，再根据推荐的经验数据进行结构尺寸计算。4 4、常见的齿轮结构形式、常

33、见的齿轮结构形式2 2、齿轮的结构设计主要是确定轮缘，轮辐，轮毂等结构形式及尺寸大小。、齿轮的结构设计主要是确定轮缘，轮辐，轮毂等结构形式及尺寸大小。实心式齿轮齿轮轴小尺寸齿轮小尺寸齿轮腹板式结构中型尺寸齿轮中型尺寸齿轮轮辐式结构大尺寸齿轮大尺寸齿轮8.9.18.9.18.9.18.9.1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 开式或半开式传动定期人工加油润滑定期人工加油润滑v10m/s的闭式传动 喷油润滑喷油润滑8.9.28.9.28.9.28.9.2齿轮传动的润滑和效率齿轮传动的润滑和效率齿轮传动的润滑和效率齿轮传动的润滑和效率 常用润滑方式常用润滑方式浸油润滑浸油润滑喷

34、油润滑喷油润滑8.9.28.9.28.9.28.9.2齿轮传动的润滑和效率齿轮传动的润滑和效率齿轮传动的润滑和效率齿轮传动的润滑和效率 4 4齿轮传动效率齿轮传动效率齿轮传动中的功率损失，主要包括齿轮传动中的功率损失，主要包括啮合中的摩擦损失、轴承中的摩擦损失和啮合中的摩擦损失、轴承中的摩擦损失和搅油损失。进行有关齿轮的计算是通常使搅油损失。进行有关齿轮的计算是通常使用的是齿轮传动的平均效率。采用滚动轴用的是齿轮传动的平均效率。采用滚动轴承时，计入三种损失后的平均效率列入表承时，计入三种损失后的平均效率列入表8-158-15。闭式齿轮传动的效率可按下式计算：闭式齿轮传动的效率可按下式计算：=1

35、 1 2 2 3 3 1 1考虑齿轮啮合损失的效率。考虑齿轮啮合损失的效率。2 2考虑搅油损失的效率。考虑搅油损失的效率。3 3轴承的效率。轴承的效率。8.9.28.9.28.9.28.9.2齿轮传动的润滑和效率齿轮传动的润滑和效率齿轮传动的润滑和效率齿轮传动的润滑和效率 1 1、齿数比、齿数比8.9.38.9.38.9.38.9.3标准齿轮传动的设计计算标准齿轮传动的设计计算标准齿轮传动的设计计算标准齿轮传动的设计计算 8.9.38.9.38.9.38.9.3标准齿轮传动的设计计算标准齿轮传动的设计计算标准齿轮传动的设计计算标准齿轮传动的设计计算 4.4.螺旋角螺旋角如果如果太小则的失去斜齿

36、轮传动的优点；太小则的失去斜齿轮传动的优点；如果如果太大则齿轮的轴向力也大，从而增大太大则齿轮的轴向力也大，从而增大了轴承及整个传动的结构尺寸，从经济角度了轴承及整个传动的结构尺寸，从经济角度不可取，且传动效率也下降。不可取，且传动效率也下降。一般情况下高速、大功率传动的场合，一般情况下高速、大功率传动的场合，宜取大些；低速、小功率传动的场合，宜取大些；低速、小功率传动的场合，宜宜取小些。一般在设计时常取取小些。一般在设计时常取=80=80150150，的计算值应精确到分。的计算值应精确到分。8.9.38.9.38.9.38.9.3标准齿轮传动的设计计算标准齿轮传动的设计计算标准齿轮传动的设计

37、计算标准齿轮传动的设计计算 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12高低未未规定公差规定公差机器名称机器名称精度等级精度等级机器名称机器名称精度等级精度等级汽轮机36拖拉机68金属切削机床38通用减速器68航空发动机48锻压机床69轻型汽车58起重机710载重汽车79农业机械811常用设备齿轮的精度等级常用设备齿轮的精度等级6-96-9级级8.9.48.9.48.9.48.9.4齿轮精度等级的选择齿轮精度等级的选择齿轮精度等级的选择齿轮精度等级的选择 选择材料及热处理选择材料及热处理 1确定齿轮传动的精度等级确定齿轮传动的精度等级 2简化设计计算简化设计计算 3计算齿轮的几何尺寸计

38、算齿轮的几何尺寸 4确定齿轮的结构形式确定齿轮的结构形式 5绘制齿轮工作图绘制齿轮工作图 68.8.58.8.58.8.58.8.5设计计算的步骤设计计算的步骤设计计算的步骤设计计算的步骤 【例8-1】试设计两级减速器中的低速级直齿轮传动。已知：用电动机驱动，载荷有中等冲击，齿轮相对于支撑位置不对称，单向运转，传递功率p=10kw，低速级主动轮转速n1=400r/min,传动比i=3.5。解：（1）选择材料，确定许用应力由表8-9，小轮选用45钢，调质，硬度为220HBS；大轮选用45钢，正火，硬度为190HBS。由图8-31（c）和图8-32（c）分别查得Hlim1=555MPa Hlim2

39、=530 MPaFlim1=190MPa Flim2=180 MPa由表8-10查得SH=1.1,SF=1.4，故因硬度小于350HBS，属于软齿面，按接触疲劳强度设计再校核弯曲强度。135.7 MPa 128.5MPa481.8 MPa504.5 MPa（2）按接触疲劳强度设计由式8-24得 取H2=H1=481MPa小轮转矩T1=9.5510610/400=2.38105取齿宽系数d=1，i=u=3.5由于原动机为电动机，中等冲击，选8级精度，由表8-11选K=1.5常数系数Z：对直齿轮Z=3.54ZE，ZE为齿轮材料弹性系数，其值查表8-12得:所以Z=672将以上数据带入式8-24 =96.5mm确定基本参数，计算主要尺寸选择齿数：z1=20,则z2=70确定模数：m=d1/z1=4.83mm,由表8-1取标准模数m=5mm主要尺寸计算d1=m z1=100mmd2=m z2=350mmb=d d1=100mm,取b2=100mm,b1=105mm中心矩a=1/2m(z1+z2)=225mm（MPa）(4)校核弯曲强度 按z1=20,z2=70由图8-37查得YFS1=4.34，YFS2=3.9代入上式得F1=68.8MPaF1 安全F2=61.8MPaF2 安全（5）设计齿轮结构，绘制齿轮工作图（略）。（MPa）本章内容学习结束！本章内容学习结束！谢谢！谢谢！