《齿轮设计》PPT课件.ppt

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1、第十章第十章 齿轮传动齿轮传动10-1 齿轮传动概述齿轮传动概述10-2 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10-3 齿轮的材料及其选择原则齿轮的材料及其选择原则10-4 齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷10-5 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10-6 齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择10-7 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10-8 标准锥齿轮传动的强度计算标准锥齿轮传动的强度计算10-9 齿轮的结构设计齿轮的结构设计10-10 齿轮传动的润滑齿轮传动的润滑10-1 齿

2、轮传动概述齿轮传动概述 传动效率高；传动效率高；结构紧凑；结构紧凑；工作可靠，寿命长；工作可靠，寿命长；传动比稳定；传动比稳定；齿轮的制造及安装精度要求高，价格较贵。齿轮的制造及安装精度要求高，价格较贵。一、齿轮传动的主要特点：一、齿轮传动的主要特点：10-1 齿轮传动概述齿轮传动概述二、齿轮传动的分类二、齿轮传动的分类按齿轮类型分：按齿轮类型分：直齿圆柱齿轮传动直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动锥齿轮传动锥齿轮传动人字齿轮传动（打印机墨盒滚筒）人字齿轮传动（打印机墨盒滚筒）按装置形式分：按装置形式分：按使用情况分：按使用情况分：动力齿轮动力齿轮以动力传输为主，常为高速重载或低速

3、重载传动。以动力传输为主，常为高速重载或低速重载传动。传动齿轮传动齿轮以运动传递为主，一般为轻载高精度传动。以运动传递为主，一般为轻载高精度传动。按齿面硬度分：按齿面硬度分：软齿面齿轮（齿面硬度软齿面齿轮（齿面硬度350HBS350HBS）硬齿面齿轮（齿面硬度硬齿面齿轮（齿面硬度350HBS350HBS）开式传动开式传动适于低速及不重要的场合适于低速及不重要的场合半开式传动半开式传动只有简单防护罩，适用于农业机械、建筑只有简单防护罩，适用于农业机械、建筑 机械及简单机械设备机械及简单机械设备闭式传动闭式传动润滑、密封良好，用于汽车、机床及航空发润滑、密封良好，用于汽车、机床及航空发 动机等的齿

4、轮传动中动机等的齿轮传动中 。第十章第十章 齿轮传动齿轮传动10-1 齿轮传动概述齿轮传动概述10-2 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10-3 齿轮的材料及其选择原则齿轮的材料及其选择原则10-4 齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷10-5 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10-6 齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择10-7 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10-8 标准锥齿轮传动的强度计算标准锥齿轮传动的强度计算10-9 齿轮的结构设计齿轮的结构设计10-10 齿轮传动的

5、润滑齿轮传动的润滑10-2 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一、一、齿轮的主要失效形式齿轮的主要失效形式轮齿折断轮齿折断产生部位：产生部位：齿根的受拉侧齿根的受拉侧一、一、齿轮的主要失效形式齿轮的主要失效形式轮齿折断轮齿折断提高轮齿抗折断能力的措施：提高轮齿抗折断能力的措施：增大轴及支承刚度，使轮齿接触线上受力较为均匀；增大轴及支承刚度，使轮齿接触线上受力较为均匀；增大齿根过渡圆角半径，消除加工刀痕，减小齿根应力集中；增大齿根过渡圆角半径，消除加工刀痕，减小齿根应力集中；采用喷丸、滚压等工艺，对齿根表面层进行强化处理；采用喷丸、滚压等工艺，对齿根表面层进行强化处理；采用

6、合适的热处理，使轮齿芯部具有足够韧性。采用合适的热处理，使轮齿芯部具有足够韧性。弯曲疲劳折断弯曲疲劳折断过载折断过载折断10-2 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一、一、齿轮的主要失效形式齿轮的主要失效形式轮齿折断轮齿折断齿面磨损齿面磨损提高齿面抗磨损能力的措施：提高齿面抗磨损能力的措施：采用闭式齿轮传动，加以合理的润滑；采用闭式齿轮传动，加以合理的润滑；尽量为齿轮传动保持清洁的工作环境；尽量为齿轮传动保持清洁的工作环境；提高齿面材料的硬度。提高齿面材料的硬度。开式齿轮传动开式齿轮传动的主要失效形式。的主要失效形式。灰尘、硬屑磨损断齿10-2 齿轮传动的失效形式及设计准

7、则齿轮传动的失效形式及设计准则一、一、齿轮的主要失效形式齿轮的主要失效形式轮齿折断轮齿折断齿面磨损齿面磨损齿面点蚀齿面点蚀10-2 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一、一、齿轮的主要失效形式齿轮的主要失效形式轮齿折断轮齿折断齿面磨损齿面磨损齿面点蚀齿面点蚀提高齿面抗点蚀能力的措施：提高齿面抗点蚀能力的措施：提高齿面材料的硬度；提高齿面材料的硬度；采用合理的润滑降低接触应力；采用合理的润滑降低接触应力；在合理的限度内增大齿轮直径，从而减小接触应力；在合理的限度内增大齿轮直径，从而减小接触应力；在合理的限度内，采用较高粘度的润滑油。在合理的限度内，采用较高粘度的润滑油。发生

8、于润滑良好的发生于润滑良好的闭式传动中闭式传动中。危险位置：危险位置：首先出现在首先出现在靠近节靠近节线的齿根面上。线的齿根面上。10-2 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一、一、齿轮的主要失效形式齿轮的主要失效形式轮齿折断轮齿折断齿面磨损齿面磨损齿面点蚀齿面点蚀齿面胶合齿面胶合10-2 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 1.提高齿面硬度提高齿面硬度2.加抗胶合添加剂加抗胶合添加剂高速改进措施改进措施:一、一、齿轮的主要失效形式齿轮的主要失效形式轮齿折断轮齿折断齿面磨损齿面磨损齿面点蚀齿面点蚀齿面胶合齿面胶合塑性变形塑性变形10-2 齿轮传动的失

9、效形式及设计准则齿轮传动的失效形式及设计准则 提高齿面硬度，采用高粘度的或有极压添加剂的润滑油均有助于减缓或提高齿面硬度，采用高粘度的或有极压添加剂的润滑油均有助于减缓或防止齿面产生塑性变形。防止齿面产生塑性变形。由于齿轮其它部分（齿圈、轮辐、轮毂等）通常是经验设计的，其尺寸对由于齿轮其它部分（齿圈、轮辐、轮毂等）通常是经验设计的，其尺寸对于强度和刚度而言均较富裕，实践中也极少失效。于强度和刚度而言均较富裕，实践中也极少失效。一、一、齿轮的主要失效形式齿轮的主要失效形式轮齿折断轮齿折断齿面磨损齿面磨损齿面点蚀齿面点蚀齿面胶合齿面胶合塑性变形塑性变形10-2 齿轮传动的失效形式及设计准则齿轮传动

10、的失效形式及设计准则原因改善措施轮齿折断弯曲应力、齿根应力集中疲劳裂纹-扩展-疲劳折断增大轴及支承刚度，使轮齿接触线上受力较为均匀；增大齿根过渡圆角半径，消除加工刀痕，减小齿根应力集中；采用喷丸、滚压等工艺，对齿根表面层进行强化处理；采用合适的热处理，使轮齿芯部具有足够韧性。齿面磨损开式传动-磨料物质进入啮合齿面-齿面磨损采用闭式齿轮传动，加以合理的润滑；尽量为齿轮传动保持清洁的工作环境；提高齿面材料的硬度。齿面点蚀齿面接触应力按脉动循环变化当超过疲劳极限时，表面产生微裂纹、高压油挤压使裂纹扩展、微粒剥落。点蚀首先出现在靠近节线的齿根面上，齿面越硬，抗点蚀能力越强。软齿面闭式齿轮传动常因点蚀而

11、失效。提高齿面材料的硬度；采用合理的润滑降低接触应力；在合理的限度内增大齿轮直径，从而减小接触应力；在合理的限度内，采用较高粘度的润滑油。齿面胶合高速重载传动中，常因啮合区温度升高而引起润滑失效，致使齿面金属直接接触而相互粘连。当齿面向对滑动时，较软的齿面沿滑动方向被撕下而形成沟纹。1.提高齿面硬度2.减小齿面粗糙度3.增加润滑油粘度低速4.加抗胶合添加剂高速塑性变形应力过大-屈服状态-齿面或齿体材料塑性流动，硬度较低或重载提高齿面硬度，采用高粘度的或有极压添加剂的润滑油二、二、齿轮的设计准则齿轮的设计准则对一般工况下的齿轮传动，其对一般工况下的齿轮传动，其设计准则设计准则是：是：保证足够的齿

12、根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断。保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断。保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。对高速重载齿轮传动，除以上两设计准则外，还应按齿面抗胶合能力的对高速重载齿轮传动，除以上两设计准则外，还应按齿面抗胶合能力的准则进行设计。准则进行设计。由实践得知：闭式软齿面齿轮传动，以保证齿面接触疲劳强度为主。由实践得知：闭式软齿面齿轮传动，以保证齿面接触疲劳强度为主。闭式硬齿面或开式齿轮传动，以保证齿根弯曲疲劳强度为主。闭式硬齿面或开式齿轮传动，以保证齿根弯曲疲劳强度为主。10-2 齿轮传动的失效形式及设计准则齿轮传动的

13、失效形式及设计准则闭式传动：闭式传动：按保证按保证齿根弯曲疲劳强度及齿根弯曲疲劳强度及保证保证 齿面接触疲劳强度齿面接触疲劳强度进行计算。进行计算。开式传动：开式传动：按保证按保证齿根弯曲疲劳强度齿根弯曲疲劳强度进行计算。进行计算。考虑考虑磨损磨损的影响适当增大模数。（的影响适当增大模数。（1015%）第十章第十章 齿轮传动齿轮传动10-1 齿轮传动概述齿轮传动概述10-2 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10-3 齿轮的材料及其选择原则齿轮的材料及其选择原则10-4 齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷10-5 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

14、计算10-6 齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择10-7 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10-8 标准锥齿轮传动的强度计算标准锥齿轮传动的强度计算10-9 齿轮的结构设计齿轮的结构设计10-10 齿轮传动的润滑齿轮传动的润滑一、对齿轮材料性能的要求一、对齿轮材料性能的要求 齿轮的齿体应有较高的抗折断能力，齿面应有较强的抗点蚀、抗磨损齿轮的齿体应有较高的抗折断能力，齿面应有较强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力，即要求：和较高的抗胶合能力，即要求：齿面硬、芯部韧齿面硬、芯部韧。二、常用的齿轮材料二、常用的齿轮材料 钢钢：许多钢材

15、经适当的热处理或表面处理，可以成为常用的齿轮材料；：许多钢材经适当的热处理或表面处理，可以成为常用的齿轮材料；铸铁铸铁：常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿轮材料；：常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿轮材料；非金属材料非金属材料：适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。：适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。三、齿轮材料选用的基本原则三、齿轮材料选用的基本原则 q 齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿命、可靠性、经济性等；齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿命、可靠性、经济性等；q 应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺；应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制

16、造工艺；q 钢制钢制软齿面齿轮软齿面齿轮，其配对两轮齿面的，其配对两轮齿面的硬度差应保持在硬度差应保持在3050HBS或更多。或更多。10-3 齿轮的材料及其选择原则齿轮的材料及其选择原则第十章第十章 齿轮传动齿轮传动10-1 齿轮传动概述齿轮传动概述10-2 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10-3 齿轮的材料及其选择原则齿轮的材料及其选择原则10-4 齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷10-5 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10-6 齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择10-7 标准斜齿圆柱齿轮传动

17、的强度计算标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算10-8 标准锥齿轮传动的强度计算标准锥齿轮传动的强度计算10-9 齿轮的结构设计齿轮的结构设计10-10 齿轮传动的润滑齿轮传动的润滑10-4 齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷齿轮传动强度计算中所用的载荷，通常取沿齿面接触线单位长度上所受齿轮传动强度计算中所用的载荷，通常取沿齿面接触线单位长度上所受的载荷，即：的载荷，即：F Fn n 轮齿所受的轮齿所受的公称法向载荷公称法向载荷。实际传动中由于原动机、工作机性能的影响以及制造误差的影响，载荷实际传动中由于原动机、工作机性能的影响以及制造误差的影响，载荷会有所增大，且沿接触线分布不均匀。会有所增大，

18、且沿接触线分布不均匀。接触线单位长度上的接触线单位长度上的最大载荷最大载荷为：为：K载荷系数，其值为：载荷系数，其值为：KKA Kv K K式中：式中：KA 使用系数使用系数Kv 动载系数动载系数K齿间载荷分配系数齿间载荷分配系数K齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数1.使用系数使用系数KA考虑齿轮啮合时考虑齿轮啮合时外部因素外部因素引起的附加动载荷影响的系数。引起的附加动载荷影响的系数。10-4 齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷载荷状态载荷状态 工作机器工作机器 原动机原动机 电动机、均匀运电动机、均匀运转的蒸汽机、燃转的蒸汽机、燃气轮机气轮机 蒸汽机蒸汽机燃气轮机燃气轮机 多缸内多缸内燃机

19、燃机 单缸内单缸内燃机燃机 均匀平稳均匀平稳 发电机、均匀传送的带式输送机或板式输发电机、均匀传送的带式输送机或板式输送机、螺旋输送机、轻型升降机、包装机、机送机、螺旋输送机、轻型升降机、包装机、机床进给机构、通风机、均匀密度材料搅拌机等床进给机构、通风机、均匀密度材料搅拌机等 1.001.101.251.50轻微冲击轻微冲击 不均匀传送的带式输送机或板式输送机、不均匀传送的带式输送机或板式输送机、机床的主传动机构、重型升降机、工业与矿用机床的主传动机构、重型升降机、工业与矿用风机、重型离心机、变密度材料搅拌机等风机、重型离心机、变密度材料搅拌机等 1.251.351.501.75中等冲击中等

20、冲击 橡胶挤压机、橡胶和塑料作间断工作的搅橡胶挤压机、橡胶和塑料作间断工作的搅拌机、轻型球磨机、水工机械、钢坯初轧机、拌机、轻型球磨机、水工机械、钢坯初轧机、提升装置、单缸活塞泵等提升装置、单缸活塞泵等 1.501.601.752.00严重冲击严重冲击 挖掘机、重型球磨机、橡胶糅合机、破碎挖掘机、重型球磨机、橡胶糅合机、破碎机、重型给水机、旋转式钻探装置、压砖机、机、重型给水机、旋转式钻探装置、压砖机、带材冷轧机、压坯机等带材冷轧机、压坯机等 1.751.852.002.25 或或 更大更大注：表中所列注：表中所列KA值仅适用于减速传动，若为增速传动，值仅适用于减速传动，若为增速传动，KA值约

21、为表值的值约为表值的1.1倍。倍。当外部的机械与齿轮装置间与挠性连接时，通常当外部的机械与齿轮装置间与挠性连接时，通常KA值可适当减小。值可适当减小。2.动载系数动载系数Kv 考虑齿轮考虑齿轮啮合刚度变化啮合刚度变化、制造装配误差制造装配误差等引起的附加动载荷影响的系数。等引起的附加动载荷影响的系数。10-4 齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷2.动载系数动载系数Kv 考虑齿轮考虑齿轮啮合刚度变化啮合刚度变化、制造装配误差制造装配误差等引起的附加动载荷影响的系数。等引起的附加动载荷影响的系数。10-4 齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷1.81.61.41.21.001020304050K

22、vv/(m/s)109876十分精密的齿轮装置十分精密的齿轮装置降低降低Kv办法：提高齿轮精度；降低圆周速度；齿顶修缘办法：提高齿轮精度；降低圆周速度；齿顶修缘3.齿间载荷分配系数齿间载荷分配系数K考虑同时考虑同时有多对齿啮合有多对齿啮合时各对轮齿间载荷分配的不均匀时各对轮齿间载荷分配的不均匀10-4 齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷3.齿间载荷分配系数齿间载荷分配系数K考虑同时考虑同时有多对齿啮合有多对齿啮合时各对轮齿间载荷分配的不均匀时各对轮齿间载荷分配的不均匀10-4 齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷KAFt/b100N/mm100N/mm精度等级精度等级组组56785级及更低级

23、及更低经表面硬化的直齿轮经表面硬化的直齿轮KH1.01.11.21.2KF1.2经表面硬化的斜齿轮经表面硬化的斜齿轮KH1.01.11.21.41.4KF未经表面硬化的直齿轮未经表面硬化的直齿轮KH1.01.11.2KF1.2未经表面硬化的斜齿轮未经表面硬化的斜齿轮KH1.01.11.21.4KF4.齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数K考虑同时考虑同时有多对齿啮合有多对齿啮合时各对轮齿间载荷分配的不均匀时各对轮齿间载荷分配的不均匀10-4 齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷鼓形齿对载荷分布不均匀的改变齿轮偏斜造成的载荷分布不均匀b(0.00050.001)b4.齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数

24、K10-4 齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷调调质质齿齿轮轮精度精度等级等级小齿轮相对小齿轮相对支撑的布置支撑的布置KH6对称对称 KH=1.11+0.18d2+0.1510-3b非对称非对称 KH=1.11+0.18(1+0.6d2)d2+0.1510-3b悬臂悬臂 KH=1.11+0.18(1+6.7d2)d2+0.1510-3b7对称对称 KH=1.12+0.18d2+0.2310-3b非对称非对称 KH=1.12+0.18(1+0.6d2)d2+0.2310-3b悬臂悬臂 KH=1.12+0.18(1+6.7d2)d2+0.2310-3b8对称对称 KH=1.15+0.18d2+0

25、.3110-3b非对称非对称 KH=1.15+0.18(1+0.6d2)d2+0.3110-3b悬臂悬臂 KH=1.15+0.18(1+6.7d2)d2+0.3110-3b4.齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数K10-4 齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷硬硬齿齿面面齿齿轮轮精度精度等级等级限制条件限制条件小齿轮相对小齿轮相对支撑的位置支撑的位置KH5KH 1.34对称对称 KH=1.05+0.26d2+0.1010-3b非对称非对称 KH=1.05+0.26(1+0.6d2)d2+0.1010-3b悬臂悬臂 KH=1.05+0.26(1+6.7d2)d2+0.1010-3bKH 1.34对称

26、对称 KH=0.99+0.31d2+0.1210-3b非对称非对称 KH=0.99+0.31(1+0.6d2)d2+0.1210-3b悬臂悬臂 KH=0.99+0.31(1+6.7d2)d2+0.1210-3b6KH 1.34对称对称 KH=1.05+0.26d2+0.1610-3b非对称非对称 KH=1.05+0.26(1+0.6d2)d2+0.1610-3b悬臂悬臂 KH=1.05+0.26(1+6.7d2)d2+0.1610-3bKH 1.34对称对称 KH=1.0+0.31d2+0.1910-3b非对称非对称 KH=1.0+0.31(1+0.6d2)d2+0.1910-3b悬臂悬臂 K

27、H=1.0+0.31(1+6.7d2)d2+0.1910-3b4.齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数K10-4 齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷KH1.031.041.061.081.101.21.31.523456KH1.031.041.061.081.101.21.31.523456KF1.03 1.04 1.061.11.21.31.523412643b/h弯弯曲曲强强度度计计算算的的齿齿向向载载荷荷分分布布系系数数KF 第十章第十章 齿轮传动齿轮传动10-1 齿轮传动概述齿轮传动概述10-2 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10-3 齿轮的材料及其选择原则齿轮

28、的材料及其选择原则10-4 齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷10-5 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10-6 齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择10-7 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10-8 标准锥齿轮传动的强度计算标准锥齿轮传动的强度计算10-9 齿轮的结构设计齿轮的结构设计10-10 齿轮传动的润滑齿轮传动的润滑一、轮齿的受力分析一、轮齿的受力分析10-5 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法向力（合力）法向力（合力）O22（从动）（从动）O1N1N2tt1（主

29、动）（主动）T1c d12d22 FnFnO2O1tt1（主动）（主动）N1N2c d12 Fn圆周力圆周力Ft径向力径向力Fr方向：方向：10-5 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圆周力圆周力Ft主反从同主反从同 径向力径向力Fr指向各自的轮心指向各自的轮心 直齿圆柱齿轮强度计算1 图示直齿圆柱齿轮，轮图示直齿圆柱齿轮，轮1 1主动，转向如图，试在图中标出主动，转向如图，试在图中标出F Ft1 t1 F Ft2 t2 F Fr1 r1 F Fr2r2的方向。的方向。F Ft1t1F Ft2t2F Fr1r1F Fr2r210-5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算标准

30、直齿圆柱齿轮传动的强度计算1212F Fr1r1F Fr2r2F Ft1t1 F Ft2t2二、齿根弯曲疲劳强度计算二、齿根弯曲疲劳强度计算10-5 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二、齿根弯曲疲劳强度计算二、齿根弯曲疲劳强度计算假定载荷仅由一对轮齿承担，按假定载荷仅由一对轮齿承担，按悬臂梁悬臂梁计算。计算。齿顶啮合时，弯矩达最大值齿顶啮合时，弯矩达最大值。rbOFn30 30 hS 危险截面：齿根圆角危险截面：齿根圆角30 30 切线两切点连线处。切线两切点连线处。齿顶受力：齿顶受力：F Fn n，可分解成两个分力：，可分解成两个分力：F2F1FnF1=Fn co

31、sF2=Fn sin产生弯曲应力；产生弯曲应力；压应力，小而忽略。压应力，小而忽略。弯曲力矩：弯曲力矩：M=FhFh=（KFKF1 1)h h=（KFncos)h危险界面的弯曲截面系数：危险界面的弯曲截面系数：62bSW=WMF0=s s弯曲应力：弯曲应力：a acoscos62tbshKF=2cos6nbshKF=a acos)(cos)(62msmhbmKFt=mbYKFFat=YFa10-5 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Y YFaFa为齿形系数，是仅与齿形有关而与模数为齿形系数，是仅与齿形有关而与模数mm无关的系数，其值可根据齿无关的系数，其值可根据齿数查

32、表获得。数查表获得。计入齿根应力校正系数计入齿根应力校正系数Y Ysasa：10-5 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z(zv)17181920212223242526272829YFa2.972.912.852.802.762.722.692.652.622.602.572.552.53YSa1.521.531.541.551.561.571.5751.581.591.5951.601.611.62z(zv)303540455060708090100150200YFa2.522.452.402.352.322.282.242.222.202.182.142.122

33、.06YSa1.6521.651.671.681.701.731.751.771.781.791.831.8651.97注：注：1)基准齿形的参数为基准齿形的参数为=20、ha*=1、c*=0.25、=0.38m(m为齿轮模数为齿轮模数)；2)对内齿轮：当对内齿轮：当=20、ha*=1、c*=0.25、=0.15m时，时，齿形系数齿形系数YFa=2.053；应力校正系数应力校正系数YSa=2.65。Y YFaFa为齿形系数，是仅与齿形有关而与模数为齿形系数，是仅与齿形有关而与模数mm无关的系数，其值可根据齿无关的系数，其值可根据齿数查表获得。数查表获得。计入齿根应力校正系数计入齿根应力校正系数

34、Y Ysasa：10-5 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引入齿宽系数引入齿宽系数:三、齿面接触疲劳强度计算三、齿面接触疲劳强度计算 1.1.圆柱体接触的接触应力圆柱体接触的接触应力10-5 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基本公式基本公式赫兹应力计算公式，即赫兹应力计算公式，即:综合曲率半径综合曲率半径单位长度上的计算载荷单位长度上的计算载荷弹性影响系数，弹性影响系数，MPa1/21.1.圆柱体接触的接触应力圆柱体接触的接触应力10-5 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2.2.齿面接触应力变化规律齿面接触应力

35、变化规律（1 1）齿面接触曲率半径变化规律）齿面接触曲率半径变化规律10-5 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（2 2）齿面综合曲率半径变化规律）齿面综合曲率半径变化规律10-5 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2.2.齿面接触应力变化规律齿面接触应力变化规律（1 1）齿面接触曲率半径变化规律）齿面接触曲率半径变化规律（3 3）齿面接触应力变化规律）齿面接触应力变化规律（2 2）齿面综合曲率半径变化规律）齿面综合曲率半径变化规律2.2.齿面接触应力变化规律齿面接触应力变化规律（1 1）齿面接触曲率半径变化规律）齿面接触曲率半径变化规律10

36、-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3.3.节点啮合时齿面接触强度节点啮合时齿面接触强度O22（从动）（从动）O1N1N2tt1（主动）（主动）T1c r1r2 节圆处齿廓曲率半径：节圆处齿廓曲率半径：c10-5 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标准直齿轮标准直齿轮10-5 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四、齿轮传动的强度计算说明四、齿轮传动的强度计算说明配对齿轮：配对齿轮：应选其中较小应选其中较小的数值代入上的数值代入上面公式计算！面公式计算！1.齿根弯曲疲劳强度计算时齿根弯曲疲劳强度计算时10-5 标准

37、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2.齿面接触疲劳强度计算时齿面接触疲劳强度计算时配对齿轮：配对齿轮：而而3.配对齿轮均为硬齿面时，两轮的材料、热处理方法及硬度均可取成一样，配对齿轮均为硬齿面时，两轮的材料、热处理方法及硬度均可取成一样，设计时可分别按齿根弯曲疲劳强度及齿面接触疲劳强度的设计公式进行计算，设计时可分别按齿根弯曲疲劳强度及齿面接触疲劳强度的设计公式进行计算，并取其中较大者作为设计结果。并取其中较大者作为设计结果。应按其中较小值设计应按其中较小值设计4.计算计算d1（或（或mn）时，）时，Kv、K、K不能预先确定，可试选一载荷系数不能预先确定，可试选一载荷系数

38、Kt，试算出试算出d1t（或（或mnt），再按，再按d1t 查取查取Kv、K、K，计算载荷系数，计算载荷系数K。若算得。若算得的的K值与试选的值与试选的Kt值相差不多，则不必再修改原计算；若二者相差较大，则值相差不多，则不必再修改原计算；若二者相差较大，则按下式修正试算所得结果：按下式修正试算所得结果：10-5 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1、标准齿轮传动的受力分析(会画图、推导公式)法向力（合力）法向力（合力）圆周力圆周力径向力径向力2.齿根弯曲疲劳强度计算时齿根弯曲疲劳强度计算时3.齿面接触疲劳强度计算时齿面接触疲劳强度计算时第十章第十章 齿轮传动齿轮传动1

39、0-1 齿轮传动概述齿轮传动概述10-2 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10-3 齿轮的材料及其选择原则齿轮的材料及其选择原则10-4 齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷10-5 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10-6 齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择10-7 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10-8 标准锥齿轮传动的强度计算标准锥齿轮传动的强度计算10-9 齿轮的结构设计齿轮的结构设计10-10 齿轮传动的润滑齿轮传动的润滑10-6 齿轮传动设计参数、许用应力与精度选

40、择齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择一、齿轮传动设计参数的选择一、齿轮传动设计参数的选择1压力角压力角a的选择的选择2齿数的选择齿数的选择一般情况下，闭式齿轮传动一般情况下，闭式齿轮传动:z1=2040 开式齿轮传动开式齿轮传动:z1=1720 z2=uz1当当d1已按接触疲劳强度确定时，已按接触疲劳强度确定时，z1m重合度重合度e传动平稳传动平稳抗弯曲疲劳强度降低抗弯曲疲劳强度降低齿高齿高h 减小切削量、减小滑动率减小切削量、减小滑动率因此，在保证弯曲疲劳强度的前提下，齿数选得多一些好！因此，在保证弯曲疲劳强度的前提下，齿数选得多一些好！一般情况下取一般情况下取a=2010-6 齿轮传动设

41、计参数、许用应力与精度选择齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择一、齿轮传动设计参数的选择一、齿轮传动设计参数的选择3齿宽系数齿宽系数d的选择的选择d 齿宽齿宽b 有利于提高强度，但有利于提高强度，但d过大将导致过大将导致Kd的选取可参考齿宽系数表：的选取可参考齿宽系数表：实用齿宽：实用齿宽：bd dd d1 1 ，圆整后取，圆整后取b b1 1b+510，b b2 2b bK齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数装置状况装置状况两支承相对小齿轮作对称布置两支承相对小齿轮作对称布置两支承相对小齿轮作不对称布置两支承相对小齿轮作不对称布置小齿轮作悬臂布置小齿轮作悬臂布置d0.91.4(1.21.9)0.

42、71.5(1.11.65)0.40.6说明：说明：1)大、小齿轮皆为硬齿面时，大、小齿轮皆为硬齿面时，d应取表中偏下限的数值；若皆为软齿面或仅大齿轮应取表中偏下限的数值；若皆为软齿面或仅大齿轮 为软齿面时，为软齿面时，d可取表中偏上限的数值；可取表中偏上限的数值；2)括号内的数值用于人字齿轮，此时括号内的数值用于人字齿轮，此时b为人字齿轮的总宽度；为人字齿轮的总宽度；3)金属切削机床的齿轮传动，若传递的功率不大时，金属切削机床的齿轮传动，若传递的功率不大时，d可小到可小到0.2；4)非金属齿轮可取非金属齿轮可取d=0.51.2。二、齿轮传动的许用应力二、齿轮传动的许用应力 式中：式中：KN为寿

43、命系数为寿命系数，是应力循环次数，是应力循环次数N对疲劳极限的影响系数；对疲劳极限的影响系数；n为齿轮的转速，单位为为齿轮的转速，单位为r/min；j为齿轮每转一圈，同一齿面啮合的次数；为齿轮每转一圈，同一齿面啮合的次数；Lh为齿轮的工作寿命，单位为小时。为齿轮的工作寿命，单位为小时。10-6 齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择DCBArmaxsr103N0107N3.0弯弯曲曲疲疲劳劳寿寿命命系系数数11调质钢；球墨铸铁（珠光体、贝氏体）；珠光体可锻铸铁调质钢；球墨铸铁（珠光体、贝氏体）；珠光体可锻铸铁22渗碳淬火的渗碳钢；全齿廓火焰或感应淬火的钢、球墨

44、铸铁渗碳淬火的渗碳钢；全齿廓火焰或感应淬火的钢、球墨铸铁33渗氮的渗氮钢；球墨铸铁（铁素体）；灰铸铁；结构钢渗氮的渗氮钢；球墨铸铁（铁素体）；灰铸铁；结构钢44氮碳共渗的调质钢、渗碳钢氮碳共渗的调质钢、渗碳钢10-6 齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择2.5KFN2.01.81.61.41.21.00.80.712341031041051061071081091010N0N1N0N0N11允许一定点蚀时的结构钢；调质钢；球墨铸铁（珠光体、贝氏体）；允许一定点蚀时的结构钢；调质钢；球墨铸铁（珠光体、贝氏体）；珠光体可锻铸铁；渗碳淬火的渗碳钢珠光体可锻铸铁；渗

45、碳淬火的渗碳钢22结构钢；调质钢；渗碳淬火钢；火焰淬火的钢、球墨铸铁；球墨铸结构钢；调质钢；渗碳淬火钢；火焰淬火的钢、球墨铸铁；球墨铸 铁（珠光体、贝氏体）；珠光体可锻铸铁铁（珠光体、贝氏体）；珠光体可锻铸铁33灰铸铁；球墨铸铁（铁素体）；渗氮的渗氮钢；调质钢、渗碳钢灰铸铁；球墨铸铁（铁素体）；渗氮的渗氮钢；调质钢、渗碳钢44氮碳共渗的调质钢、渗碳钢氮碳共渗的调质钢、渗碳钢10-6 齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择KHN接接触触疲疲劳劳寿寿命命系系数数12341.71.61.51.41.31.21.11.00.80.7N0NCN0N01041051061

46、071081091010NNCNC二、齿轮传动的许用应力二、齿轮传动的许用应力 式中：式中：KN为寿命系数为寿命系数，是应力循环次数，是应力循环次数N对疲劳极限的影响系数；对疲劳极限的影响系数；n为齿轮的转数，单位为为齿轮的转数，单位为r/min；j为齿轮每转一圈，同一齿面啮合的次数；为齿轮每转一圈，同一齿面啮合的次数；Lh为齿轮的工作寿命，单位为小时。为齿轮的工作寿命，单位为小时。弯曲强度计算时：弯曲强度计算时：S=S F=1.251.50；limFE接触强度计算时：接触强度计算时：S=S H=1.0;limHlimlim为齿轮的疲劳极限，为齿轮的疲劳极限，S为安全系数。为安全系数。10-6

47、 齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择10-6 齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择球墨铸铁球墨铸铁黑色可锻铸铁黑色可锻铸铁灰铸铁灰铸铁MEMEMEML=MQMQ=MLMQ=ML100200300HBS0200400600FE/MPa铸铁材料的铸铁材料的FE正火处理的结构钢正火处理的结构钢正火处理的铸钢正火处理的铸钢MEMEML=MQML=MQ1002000200400600FE/MPa正火处理钢的正火处理钢的FEHBS10-6 齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择MEMXMEMQ=ML

48、MQ=MLML100200300HBSFE/MPa调质处理钢的调质处理钢的FE2004006008001000400MQMQMEMEML合金钢调质合金钢调质碳钢调质碳钢调质碳素铸钢调质碳素铸钢调质合金铸钢调质合金铸钢调质12002004006008001000HRC50556065450500600700800HV1FE/MPa渗碳淬火钢渗碳淬火钢表面硬化钢表面硬化钢渗碳淬火钢和表面硬化钢的渗碳淬火钢和表面硬化钢的FEMLMLMQMQMEME保证适当的有效层深保证适当的有效层深芯部硬度芯部硬度30HRC芯部硬度芯部硬度25HRC Jominy淬透性淬透性J12mm时时28HRC芯部硬度芯部硬度

49、25HRC Jominy淬透性淬透性J12mm时时 12 m/sv 12 m/s时，采用油泵喷油润滑。时，采用油泵喷油润滑。浸油润滑浸油润滑采用惰轮的浸油润滑采用惰轮的浸油润滑喷油润滑喷油润滑1)v1)v过高，油被甩走，不能进入啮合区；过高，油被甩走，不能进入啮合区；2)2)搅油过于激烈，使油温升高，降低润滑性能；搅油过于激烈，使油温升高，降低润滑性能；3)3)搅起箱底沉淀的杂质，加剧轮齿的磨损。搅起箱底沉淀的杂质，加剧轮齿的磨损。三、润滑剂的选择三、润滑剂的选择 齿轮传动常用的润滑剂为润滑油或润滑脂。齿轮传动常用的润滑剂为润滑油或润滑脂。选用时，应根据齿轮的工作选用时，应根据齿轮的工作情况（

50、转速高低、载荷大小、环境温度等），选择润滑剂的粘度、牌号。情况（转速高低、载荷大小、环境温度等），选择润滑剂的粘度、牌号。10-10 齿轮传动的润滑齿轮传动的润滑 课堂练习：课堂练习：图示同轴式二级齿轮减速器，轮图示同轴式二级齿轮减速器，轮1 1主动，转动方向如图所示。主动，转动方向如图所示。试在图中：试在图中：标出标出轴轴上两齿轮的上两齿轮的螺旋角旋向，螺旋角旋向，使使轴轴上的上的轴向轴向力相互抵消。力相互抵消。标出各齿轮上的标出各齿轮上的轴向力轴向力F Fa1a1、F Fa2a2、F Fa3a3、F Fa4a4。n n1 1123410-7 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算标准斜齿圆柱齿轮传