机械设计齿轮传动培训资料.pptx

《机械设计齿轮传动培训资料.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计齿轮传动培训资料.pptx（51页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、中国地质大学专用 作者：潘存云教授 第第10章齿轮传动章齿轮传动10-2轮齿的失效形式及设计准则轮齿的失效形式及设计准则 10-3齿轮材料及选用原则齿轮材料及选用原则 10-6齿轮传动的设计参数、许用应力与齿轮传动的设计参数、许用应力与 精度选择精度选择 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 10-8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概述概述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 作用

2、：作用：不仅用来传递运动、而且还要传递动力。不仅用来传递运动、而且还要传递动力。要求：要求：运转平稳、足够的承载能力。运转平稳、足够的承载能力。分分类类开式传动开式传动 有简单防护罩，大齿轮浸入油池，润滑得到改善、适于非重要应用；裸露、灰尘、易磨损，适于低速传动。10-1概述概述 半开式传动半开式传动闭式传动闭式传动全封闭、润滑良好、适于重要应用。按类按类型分型分按装置按装置型式分型式分按使用按使用情况分情况分硬齿面齿轮硬齿面齿轮（齿面硬度350HBS）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人字齿轮传动动力齿轮动力齿轮 传动齿轮传动齿轮

3、 按齿面按齿面硬度分硬度分软齿面齿轮软齿面齿轮（齿面硬度 350HBS）以动力传输为主，常为高速重载或低速重载传动。以运动准确为主，一般为轻载高精度传动。齿轮传动的特点：齿轮传动的特点：传动效率高传动效率高可达可达99；在常用的机械传动中，齿轮传动的效率为最高；结构紧凑结构紧凑;与带传动、链传动相比，在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间一般较小；工作可靠，寿命长；工作可靠，寿命长；与各类传动相比 传动比稳定传动比稳定;无论是平均值还是瞬时值。这也是齿轮传动获得广泛应用的原因之一；制造及安装精度要求高，价格较贵。制造及安装精度要求高，价格较贵。与带传动、链传动相比学习本章的目的学习本章的目的

4、本章学习的根本目的是掌握齿轮传动的设计方法，本章学习的根本目的是掌握齿轮传动的设计方法，也就是要能够根据齿轮工作条件的要求，能设计出传也就是要能够根据齿轮工作条件的要求，能设计出传动可靠的齿轮。动可靠的齿轮。设计齿轮设计齿轮设计确定齿轮的主要参数以及结构形式。设计确定齿轮的主要参数以及结构形式。主要参数有：模数主要参数有：模数m、齿数、齿数z、螺旋角、螺旋角以及压力角以及压力角a a、齿高系数齿高系数h*a、径向间隙系数、径向间隙系数c*。10-2轮齿的失效形式及设计准则轮齿的失效形式及设计准则 轮齿折断轮齿折断潘存云教授研制一般发生在齿根处，严重过载突然断裂、疲劳折断。一、轮齿的失效形式一、

5、轮齿的失效形式 失效形式失效形式潘存云教授研制轮齿折断轮齿折断一般发生在齿根处，疲劳折断、一般发生在齿根处，疲劳折断、严重过载突然断裂、局部折断。严重过载突然断裂、局部折断。1 1）疲劳折断）疲劳折断产生原因产生原因：齿根处弯曲应力较大；齿根处弯曲应力较大；齿根处过渡圆弧处有应力集中，齿根处过渡圆弧处有应力集中，当轮齿重复受载后，齿根处产当轮齿重复受载后，齿根处产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿疲劳折断。使轮齿疲劳折断。防止措施防止措施：增大齿根圆角半径，增大齿根圆角半径，x x ，齿面精度齿面精度，以降低应力集中，以降低应力集中采用热处理提高材料的冲击韧采用热处理提

6、高材料的冲击韧性；性；从设计上，从设计上，F FF F。潘存云教授研制2 2）过载折断（或剪断）过载折断（或剪断）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；模数太小，齿根厚度太小，材模数太小，齿根厚度太小，材料太脆。料太脆。防止措施防止措施：仔细操作；仔细操作；适当增大模数；适当增大模数；采用热处理提高材料的冲击韧采用热处理提高材料的冲击韧性。性。3 3）局部折断）局部折断在斜齿圆柱齿轮传动中，轮齿工作面上的接触线为一斜线，在斜齿圆柱齿轮传动中，轮齿工作面上的接触线为一斜线，在斜齿圆柱齿轮传动中，轮齿工作面上的接触线为一斜线，在斜齿圆柱齿轮传动中，轮齿工作面上的接触线为一斜

7、线，轮齿受载后，如有载荷集中时，就会发生局部折断。若制造轮齿受载后，如有载荷集中时，就会发生局部折断。若制造轮齿受载后，如有载荷集中时，就会发生局部折断。若制造轮齿受载后，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变形过大，轮齿局部受载过大时，即及安装不良或轴的弯曲变形过大，轮齿局部受载过大时，即及安装不良或轴的弯曲变形过大，轮齿局部受载过大时，即及安装不良或轴的弯曲变形过大，轮齿局部受载过大时，即使是直齿圆柱齿轮，也会发生局部折断。使是直齿圆柱齿轮，也会发生局部折断。使是直齿圆柱齿轮，也会发生局部折断。使是直齿圆柱齿轮，也会发生局部折断。局部折断局部折断潘存云教授研制潘存云

8、教授研制齿面接触疲劳齿面接触疲劳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。点蚀首先出现在节线处，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失效。齿面点蚀齿面点蚀10-2轮齿的失效形式及设计准则轮齿的失效形式及设计准则 轮齿折断轮齿折断失效形式失效形式一、轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式 齿面点蚀齿面点蚀在闭式齿轮传动中，常发生点蚀。在闭式齿轮传动中，常发生点蚀。软软齿面闭式齿轮传动常因点蚀而失效。齿面闭式齿轮传动常因点蚀而失效。开式齿轮传动不易发生。开式齿轮传动不易发生。点蚀点蚀：齿面材料在变化着的接触应力：齿面材料在变化着的接触应

9、力作用下，由于疲劳而产生的麻点状作用下，由于疲劳而产生的麻点状损伤现象。损伤现象。产生原因：产生原因：齿面接触应力太大；齿面接触应力太大；当出现裂纹时，油渗入裂纹产生楔当出现裂纹时，油渗入裂纹产生楔裂作用。裂作用。防止措施防止措施：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（减小接触应（减小接触应力）；力）；增大油的粘度（有利于油膜的形成，增大油的粘度（有利于油膜的形成，使两齿面隔开，粘度高的油不易渗使两齿面隔开，粘度高的油不易渗入裂纹）。入裂纹）。潘存云教授研制潘存云教授研制齿面接触疲劳齿面接触疲劳潘存云教授研制齿面点蚀齿面点蚀齿面胶合齿面胶合高速重载传动中，常因啮合区温度

10、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。10-2轮齿的失效形式及设计准则轮齿的失效形式及设计准则 轮齿折断轮齿折断失效形式失效形式一、轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式 齿面胶合齿面胶合胶合：胶合：相啮合齿面的金属，在一定压相啮合齿面的金属，在一定压力下直接接触而相互粘连。当齿面力下直接接触而相互粘连。当齿面相对滑动时，较软的齿面沿滑动方相对滑动时，较软的齿面沿滑动方向被撕下而形成沟纹。向被撕下而形成沟纹。产生原因产生原因：温度过高，引起油膜破裂：温度过高，引起油膜破裂热胶合：高速重载，齿面间摩擦力，热胶合：高速重载，齿面间摩擦

11、力，发热量大；发热量大；冷胶合：低速重载，速度过低，不易冷胶合：低速重载，速度过低，不易产生油膜。产生油膜。防止或改善措施防止或改善措施：对于低速重载，可提高油的粘度对于低速重载，可提高油的粘度对高速重载，可采用抗胶合能力强对高速重载，可采用抗胶合能力强的油；的油；采用抗胶合能力强的材料及合理配采用抗胶合能力强的材料及合理配对齿轮；对齿轮；提高齿面硬度。提高齿面硬度。潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制齿面胶合齿面胶合齿面磨损齿面磨损磨粒磨损磨粒磨损跑合磨损跑合磨损跑合磨损、磨粒磨损。齿面点蚀齿面点蚀10-2轮齿的失效形式及设计准则轮齿的失效形式及设计准则 轮齿折断轮齿折断失效形式失效形

12、式一、轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式 齿面磨损齿面磨损磨料磨损和跑合磨损磨料磨损和跑合磨损磨料磨损是开式齿轮传动的主要失磨料磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。效形式。产生原因产生原因：砂粒、金属微粒进入啮：砂粒、金属微粒进入啮合齿面，产生磨料磨损。合齿面，产生磨料磨损。防止或改善措施防止或改善措施：增大齿面硬度；增大齿面硬度；采用闭式传动或加防护罩；采用闭式传动或加防护罩；改善润滑条件。改善润滑条件。潘存云教授研制潘存云教授研制从动齿从动齿主动齿主动齿从动齿从动齿主动齿主动齿从动齿从动齿主动齿主动齿从动齿从动齿主动齿主动齿潘存云教授研制齿面胶合齿面胶合齿面磨损齿面磨损齿面点蚀齿面点蚀10-2

13、轮齿的失效形式及设计准则轮齿的失效形式及设计准则 轮齿折断轮齿折断失效形式失效形式齿面塑性变形齿面塑性变形一、轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式 潘存云教授研制表面凸出表面凸出表面凹陷表面凹陷塑性变形塑性变形塑性变形：齿面材料因屈服产生塑性变形：齿面材料因屈服产生塑性流动而形成齿面塑性变形塑性流动而形成齿面塑性变形。产生原因产生原因：齿面太软；齿面太软；载荷太大。载荷太大。防止措施防止措施：提高齿面硬度；提高齿面硬度；提高油的粘度。提高油的粘度。潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制表面凸出表面凸出表面凹陷表面凹陷小结小结：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

14、上5 5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5 5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：开式传动开式传动：齿面磨损、轮齿折断；：齿面磨损、轮齿折断；闭式传动闭式传动：软齿面（：软齿面（HBS350HBS350）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。高速重载高速重载：胶合：胶合 重载软齿重载软齿：塑性变形：塑性变形二、齿轮的二、齿轮的设计准则设计准则 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

15、生齿面点蚀保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀由工程实践得知：由工程实践得知：闭式软齿面齿轮传动，以保证齿面接触疲劳强度为主闭式软齿面齿轮传动，以保证齿面接触疲劳强度为主对高速重载齿轮传动，除以上两设计准则外，还应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按齿面抗胶合能力的准则进行设计闭式硬齿面或开式齿轮传动，以保证齿根弯曲疲劳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强度为主1 1 1 1、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，

16、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 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

17、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：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%）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：HertzHertzHert

18、zHertz（赫芝）理论（赫芝）理论（赫芝）理论（赫芝）理论一、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：强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力，即要求：齿面硬、芯部韧。齿面硬、芯部韧。10-3齿轮材料及选用准则齿轮材料及选用准则 常用常用齿齿轮材料轮材料锻钢锻钢 铸钢铸钢 铸铁铸铁常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿轮材料；轮材料；适用于高速、轻载、且要求降低适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。噪声的场合。非金属材料非金属

19、材料 二、常用齿轮材料二、常用齿轮材料 钢材的韧性好，耐冲击，通过热处理和化学处理钢材的韧性好，耐冲击，通过热处理和化学处理可改善材料的机械性能，最适于用来制造齿轮。可改善材料的机械性能，最适于用来制造齿轮。耐磨性及强度较好，常用于大尺寸齿轮。耐磨性及强度较好，常用于大尺寸齿轮。含碳量为含碳量为0.15 0.15%0.6%0.6%的碳素钢或合金。的碳素钢或合金。一般用齿轮用碳素钢，重要齿轮用合金钢。一般用齿轮用碳素钢，重要齿轮用合金钢。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、40CrNi40CrNi40CrN

20、i40CrNi、ZG310570ZG310570ZG310570ZG310570、ZG340ZG340ZG340ZG340640640640640等。等。等。等。（2 2 2 2）铸铁：）铸铁：）铸铁：）铸铁：HT250HT250HT250HT250、HT300HT300HT300HT300、HT350HT350HT350HT350、QT500QT500QT500QT5005 5 5 5、QT600QT600QT600QT6002 2 2 2 （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、

21、尼龙等。热处理方法热处理方法表面淬火表面淬火渗碳淬火渗碳淬火调质调质正火正火渗氮渗氮一般用于中碳钢和中碳合金钢，如一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr等。等。表面淬火后轮齿变形小，可不磨齿，硬度可达表面淬火后轮齿变形小，可不磨齿，硬度可达5256HRC，面硬芯软，能承受一定冲击载荷。，面硬芯软，能承受一定冲击载荷。1.1.表面淬火表面淬火高频淬火、火焰淬火高频淬火、火焰淬火三、齿轮材料的热处理和化学处理三、齿轮材料的热处理和化学处理 2.2.渗碳淬火渗碳淬火渗碳钢为含碳量渗碳钢为含碳量0.15%0.25%的低碳钢和低碳合的低碳钢和低碳合金钢，如金钢，如20、20Cr等。齿面硬度达等。齿

22、面硬度达5662HRC，齿面，齿面接触强度高，耐磨性好，齿芯韧性高。常用于受冲击接触强度高，耐磨性好，齿芯韧性高。常用于受冲击载荷的重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。载荷的重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如4545、40Cr40Cr、35SiMn35SiMn等。调质处理后齿面硬度为：等。调质处理后齿面硬度为：220260HBS 220260HBS。因为硬度不高，故可在热处理后精。因为硬度不高，故可在热处理后精切齿形，且在使用中易于跑合。切齿形，且在使用中易于跑合。3.3.调质调质4.正火正火正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能

23、和正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火切削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。处理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。渗氮是一种化学处理。渗氮后齿面硬度可达渗氮是一种化学处理。渗氮后齿面硬度可达6062HRC。氮化处理温度低，轮齿变形小，适用于难。氮化处理温度低，轮齿变形小，适用于难以磨齿的场合，如内齿轮。材料为：以磨齿的场合，如内齿轮。材料为：38CrMoAlA.5.渗氮渗氮四、齿轮材料选用的基本原则四、齿轮材料选用的基本原则 (1)(1)齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿齿轮材料必须满足工作条

24、件的要求，如强度、寿 命、可靠性、经济性等；命、可靠性、经济性等；(2)(2)应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理 和制造工艺；和制造工艺；(3)(3)正火碳钢，只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击正火碳钢，只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击 下工作的齿轮；调质碳钢可用于在中等冲击载荷下工作的齿轮；调质碳钢可用于在中等冲击载荷 下工作的齿轮；下工作的齿轮；(6)(6)钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保 持在持在3050HBS或更多。或更多。(4)(4)合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工合金钢常用于制

25、作高速、重载并在冲击载荷下工 作的齿轮；作的齿轮；(5)(5)航空齿轮要求尺寸尽可能小，应采用表面硬化处航空齿轮要求尺寸尽可能小，应采用表面硬化处 理的高强度合金钢；理的高强度合金钢；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，齿轮传动计算齿轮传动强度计算中所用的载荷，齿轮传动计算载荷为：载荷为：实际传动中，受到多种因素的影响，会使轮齿上实际传动中，受到多种因素的影响，会使轮齿上的名义法向载荷增大。的名义法向载荷增大。K为载荷系数，其值为：为载荷系数，其值为：KKA Kv K K F Fn n 为轮齿所受的公称法向载荷。为轮齿所受的公称法向载荷。式中式中KA 使

26、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 1、使用系数、使用系数K KA A 使用系数使用系数K KA A是考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加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性、质量比、联轴器类型以及运行从动机械的特性、质量比、联轴器类型以及运行状态等。状态等。（表（表10-210-2）发电机、均匀传送的带式输送机发电机、均匀传送的带式输送机或板式输送机、螺旋输送机、轻或板式输送机、螺旋输送机、轻型升降机、包装机、通风机、均型升降机、

27、包装机、通风机、均匀密度材料搅拌机。匀密度材料搅拌机。不均匀不均匀传送的带式输送机或板式传送的带式输送机或板式输送机、机床的主传动机构、重输送机、机床的主传动机构、重型升降机、工业与矿用风机、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。型离心机、变密度材料搅拌机。橡胶挤压机、橡胶和塑料作间断橡胶挤压机、橡胶和塑料作间断的搅拌机、轻型球磨机、木工机的搅拌机、轻型球磨机、木工机械、钢坯初轧机、提升装置、单械、钢坯初轧机、提升装置、单缸活塞泵等。缸活塞泵等。挖掘机、重型球磨机、橡胶揉合挖掘机、重型球磨机、橡胶揉合机、破碎机、重型给水机、旋转机、破碎机、重型给水机、旋转式钻探装置、压砖机

28、、带材冷轧式钻探装置、压砖机、带材冷轧机、压坯机等。机、压坯机等。载荷载荷状态状态发电机、均匀发电机、均匀运转的蒸汽机、运转的蒸汽机、燃气轮机燃气轮机蒸汽机、蒸汽机、燃气轮机燃气轮机多多 缸缸内燃机内燃机单单 缸缸内燃机内燃机1.0 1.1 1.25 1.501.0 1.1 1.25 1.501.25 1.35 1.5 1.751.25 1.35 1.5 1.751.50 1.60 1.75 2.001.50 1.60 1.75 2.001.75 1.85 2.00 2.25 1.75 1.85 2.00 2.25 或更大或更大工工 作作 机机 器器均匀均匀平稳平稳轻微轻微冲击冲击中等中等冲击

29、冲击严重严重冲击冲击原动机原动机注：表中所列值仅适用于减速传动，若为增速传动，应乘以注：表中所列值仅适用于减速传动，若为增速传动，应乘以1.11.1倍倍当外部的机械与齿轮装置间通过挠性件相连接时，当外部的机械与齿轮装置间通过挠性件相连接时，K KA A可适当减小。可适当减小。表表10-2使用系数使用系数KA 2 2、动载系数、动载系数K KV V 制造和安装误差，基节不相等，瞬时传动比不准确，产生角制造和安装误差，基节不相等，瞬时传动比不准确，产生角加速度。加速度。动载系数与齿轮动载系数与齿轮制造精度制造精度、圆周速度圆周速度有关，当制造精度越低，有关，当制造精度越低，圆周速度越大，动载系数越

30、大，圆周速度越大，动载系数越大，K KV V的选取参考图的选取参考图10-810-8。减小减小K KV V的措施的措施1)1)提高齿轮制造精度提高齿轮制造精度2)2)减小减小v(v(减小齿轮直径减小齿轮直径d)d)3)3)齿顶修缘齿顶修缘注意注意:修缘要适当修缘要适当,过大则重合度下降过大过大则重合度下降过大.一般高速齿轮一般高速齿轮和硬齿面齿轮应进行修缘和硬齿面齿轮应进行修缘,但修缘量与修缘的曲线确定则但修缘量与修缘的曲线确定则比较复杂比较复杂.3 3、齿间载荷分配系数、齿间载荷分配系数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B

31、B1 1B B2 2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（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L=PPL=PP+QQ+QQ。但由于齿距误差及弹。但由于齿距误差及弹性变形等原因，总载荷性变形等原因，总载荷F Fn n并不是按并不是按PPPP/QQ/QQ的比例分配在的比例分配在PPPP及及QQQQ这两条接触线上。因此，进行强度计算时，应引入齿间载这两条接触线上。因此，进行强度计算时，应引入齿间载荷分配系数荷分配系数K K。啮合区内齿间载荷的分配啮合区内齿间载荷的分配 4 4、齿向载荷分

32、布系数、齿向载荷分布系数K 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载是考虑轴、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。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因素因素：轴、轴承及支座的变形；轴、轴承及支座的变形；轴承相对齿轮布置；轴承相对齿轮布置；齿轮的宽度。齿轮的宽度。轴承的不对称配置轴承的不对称配置轮齿所受载荷分布不均轮齿所受载荷分布不均改善改善K K措施措施增大轴、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，如一定需要悬臂布轴承相对齿轮对称布置，避免悬臂布置，如一定需要

33、悬臂布置，应采取相应措施（应使主动轮置，应采取相应措施（应使主动轮1 1远离扭矩输入端远离扭矩输入端A A）；）；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。齿向载荷分布系数分为齿向载荷分布系数分为K KH H和和K KF F，K KH H为按齿面接触疲劳强度为按齿面接触疲劳强度计算时所用的系数，计算时所用的系数，K KF F为按齿根弯曲疲劳强度计算时所用为按齿根弯曲疲劳强度计算时所用的系数。的系数。潘存云教授研制K HK H1.031.031.061.081.101.21.31.5234561.031.031.061.081.101.21.31.5234561.03 1.

34、044 1.06 1.1 1.2 1.3 1.5 2 3 4弯曲疲劳强度计算用的齿向载荷分布系数弯曲疲劳强度计算用的齿向载荷分布系数 K Fb/h=31264K F潘存云教授研制O2O1tt1（主动）（主动）N1N2c d12FnT1圆周力圆周力径向力径向力法向力法向力小齿轮上的转矩小齿轮上的转矩P P传递的功率传递的功率(kwkw)，1 1小齿轮上的角速度，小齿轮上的角速度，n n1 1小齿轮上的转速，小齿轮上的转速，d d1 1小齿轮上的分度圆直径，小齿轮上的分度圆直径，压力角。压力角。各作用力的方向如图各作用力的方向如图潘存云教授研制O22（从动）（从动）O1N1N2tt1（主动）（主动

35、）T1c d12d22 FtFrFnFn为了计算轮齿强度，设计轴和轴承，有必要分析轮齿上的作用力。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 一、一、轮齿受力分析轮齿受力分析 方向方向方向方向F Ft1t1对主动轮来说是阻力，与啮合点圆周速度方向相反；对主动轮来说是阻力，与啮合点圆周速度方向相反；对主动轮来说是阻力，与啮合点圆周速度方向相反；对主动轮来说是阻力，与啮合点圆周速度方向相反；F Ft2t2对从动轮来说是驱动力对从动轮来说是驱动力对从动轮来说是驱动力对从动轮来说是驱动力,与啮合点圆周速度方向相反。与啮合点圆周速度方向相反。与啮合点圆周速度方向相反。与啮合点圆

36、周速度方向相反。F Fr r的方向为过啮合点的径向线，指向轮心。的方向为过啮合点的径向线，指向轮心。的方向为过啮合点的径向线，指向轮心。的方向为过啮合点的径向线，指向轮心。潘存云教授研制rbO30 30 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，按悬臂梁计算。齿顶啮假定载荷仅由一对轮齿承担，按悬臂梁计算。齿顶啮合时，弯矩达最大值。合时，弯矩达最大值。hFnF2F1S分量F2产生压缩应力可忽略不计，弯曲力矩弯曲力矩 M=Fnhcos危险界面的弯曲截面系数危险界面的弯曲截面系数弯曲应力弯曲应力危险截面：危险截面：齿根圆角齿根圆角30 切线两切点连线处。切线两切点连

37、线处。齿顶受力齿顶受力Fn，可分解成两个分力：，可分解成两个分力：F1=Fn cos F2=Fn sin产生弯曲应力产生弯曲应力产生压应力，可忽略产生压应力，可忽略FnABABFF因为因为h h和和S S与模数与模数m相关，相关，轮齿弯曲强度计算公式：轮齿弯曲强度计算公式：故故YFa与模数与模数m无关。无关。弯曲应力弯曲应力对于标准齿轮对于标准齿轮,YFa仅取决于齿数仅取决于齿数z，取值见图，取值见图10-17。YFa 齿形系数齿形系数F0危险截面弯曲应力，考虑齿根处应力集中的影响。危险截面弯曲应力，考虑齿根处应力集中的影响。齿宽系数齿宽系数d=b/d1得设计公式得设计公式 在满足弯曲强度的条

38、件下可适当选取较多的齿数，在满足弯曲强度的条件下可适当选取较多的齿数，以使传动平稳。以使传动平稳。代入代入 d1=m z1潘存云教授研制2齿轮强度计算是根据齿轮可能出现的失效形式来进行的。在一般闭式齿轮传动中，轮齿的失效主要是齿面接触疲劳点蚀和轮齿弯曲疲劳折断。齿面疲劳点蚀与齿面接触应力的大小有关，而齿面的最大接触应力可近似用赫兹公式进行计算。三、齿面接触疲劳强度计算三、齿面接触疲劳强度计算赫兹公式赫兹公式“+”用于外啮合，用于外啮合，“-”用于内啮合用于内啮合 实验表明：齿根部分靠近节点处最容易发生点蚀，故取节点处的应力作为计算依据。节圆处齿廓曲率半径节圆处齿廓曲率半径齿数比齿数比 u=z2

39、/z1=d2/d1=2/1 1O22（从动）（从动）O1N1N2tt1（主动）（主动）T1c d12d22 C1潘存云教授研制弹性影响系数弹性影响系数表表10-5弹性影响系数弹性影响系数ZE (Ma)1/2弹性模量弹性模量E/MPa齿轮材料齿轮材料配对齿轮材料配对齿轮材料灰铸铁灰铸铁 球墨铸铁球墨铸铁 铸钢铸钢 锻锻 钢钢 夹布塑料夹布塑料 1.18104 17.3104 20.2104 20.6104 0.785104 锻锻 钢钢 162.0 181.4 188.9 189.8 56.4 铸铸 钢钢 161.4 180.5 188.0 球墨铸铁球墨铸铁 156.6 173.9 灰铸铁灰铸铁

40、143.7 注：表中所列夹布塑料的泊松比注：表中所列夹布塑料的泊松比为为0.5，其余材料的，其余材料的均为均为0.3齿宽系数齿宽系数d=b/d1区域系数区域系数齿面接触疲劳强度校核公式齿面接触疲劳强度校核公式 得设计公式得设计公式注意：注意：因两个齿轮的因两个齿轮的H1=H2，故按此强度准则设计齿，故按此强度准则设计齿轮传动时，公式中应代入轮传动时，公式中应代入H 1和和H 2中较小者。中较小者。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 a的选择的选择2齿数的选择齿数的选择一般，闭式齿轮传动一般，闭式齿轮传动 z1=20403齿宽系数齿宽系数f fd的选择的选择当

41、d1已按接触疲劳强度确定时，z1m重合度重合度e 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 切削量切削量、滑动率、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！f fd 齿宽齿宽b 强度强度，但，但f fd过大将导致过大将导致K一般情况下取一般情况下取 a a=20 fd的选取可参考齿宽系数表 10-6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 开式齿轮传动开式齿轮传动 z1=1720 z2=uz14齿宽齿宽b大齿轮：大齿轮：b=f fd d d1,小齿轮：小齿轮：b1=b+(510)mm说明：说明：1)大小齿轮皆为硬齿面时

42、，大小齿轮皆为硬齿面时，f fd应取小值，否则取大值；应取小值，否则取大值；2)括号内的数值用于人字齿轮；括号内的数值用于人字齿轮；3）机床中的齿轮，若传递功率不大时，）机床中的齿轮，若传递功率不大时，f fd可小到可小到0.2 4)非金属齿轮可取：非金属齿轮可取：f fd=0.51.2表表10-7圆柱齿轮的齿宽系数表圆柱齿轮的齿宽系数表f fd=b/d1 装置状况装置状况两支撑相对小两支撑相对小齿轮对称布置齿轮对称布置两支撑相对小齿两支撑相对小齿轮非作对称布置轮非作对称布置悬臂布置悬臂布置f fd 0.91.4(1.21.9)0.71.5(1.11.65)0.40.6二、齿轮传动的许用应力二

43、、齿轮传动的许用应力 许用应力许用应力limlim 疲劳极限疲劳极限,由实验确定由实验确定,S 疲劳强度安全系数。疲劳强度安全系数。K N寿命系数，可查图求得。寿命系数，可查图求得。潘存云教授研制弯曲疲劳寿命系数弯曲疲劳寿命系数KN3.02.52.01.81.61.41.21.00.80.7103 104 105 106 107 108 109 1010NKFN潘存云教授研制调质钢、珠光体、贝氏体球铁、可锻铸铁调质钢、珠光体、贝氏体球铁、可锻铸铁N0渗碳淬火钢、表面淬火钢渗碳淬火钢、表面淬火钢N0氮化钢、铁素体球铁、结构钢、灰铸铁氮化钢、铁素体球铁、结构钢、灰铸铁N0氮碳共渗调质钢氮碳共渗调质

44、钢N0三、三、齿轮传动的精度等级齿轮传动的精度等级制造和安装齿轮传动装置时，不可避免会产生齿形误差、齿距误差、齿向误差、两轴线不平行误差等。.误差的影响：误差的影响：1.1.转角与理论不一致，影响运动的不准确性；转角与理论不一致，影响运动的不准确性；2.2.瞬时传动比不恒定，出现速度波动，引起震动、瞬时传动比不恒定，出现速度波动，引起震动、冲击和噪音影响运动平稳性；冲击和噪音影响运动平稳性；3.3.齿向误差导致轮齿上的载荷分布不均匀，使轮齿提齿向误差导致轮齿上的载荷分布不均匀，使轮齿提 前损坏，影响载荷分布的不均匀性。前损坏，影响载荷分布的不均匀性。国标给齿轮副规定了国标给齿轮副规定了1313

45、个精度等级。其中个精度等级。其中0 0级最高，级最高，1212级最低，级最低，常用的为常用的为6 69级精度级精度。按照误差的特性及它们对传动性能的主要影响，将按照误差的特性及它们对传动性能的主要影响，将齿轮的各项公差分成三组，分别反映传递运动的齿轮的各项公差分成三组，分别反映传递运动的准确性准确性，传动的传动的平稳性平稳性和载荷分布的和载荷分布的均匀性均匀性。精度选择是以传动的精度选择是以传动的用途，使用条件，传递功率，用途，使用条件，传递功率，圆周速度圆周速度等为依据来确定。等为依据来确定。10-9齿轮的结构设计齿轮的结构设计 由强度计算只能确定齿轮的主要参数，如由强度计算只能确定齿轮的主

46、要参数，如齿数齿数z、模、模数数m、齿宽、齿宽B、螺旋角、螺旋角b b、分度圆直径、分度圆直径d d 等。等。方法：方法：经验设计为主经验设计为主 即在综合考虑齿轮几何尺寸，毛坯，材料，加工方即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，选定合适的结构形式，再根据推荐的经轮的直径大小，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。验数据进行结构尺寸计算。齿轮结构设计的内容：齿轮结构设计的内容：主要是确定轮缘，轮辐，轮毂等结构形式及尺寸大小。主要是确定轮缘，轮辐，轮毂等结构形式及尺

47、寸大小。其它尺寸由结构设计确定一、概述一、概述潘存云教授研制直径较小的钢质齿轮，当齿根直径较小的钢质齿轮，当齿根圆直径与轴径接近时，可以将齿轮圆直径与轴径接近时，可以将齿轮与轴做成一体，称为与轴做成一体，称为齿轮轴齿轮轴。否则。否则可能引起可能引起轮缘断裂。轮缘断裂。1.齿轮轴齿轮轴 二、常见的结构形式二、常见的结构形式潘存云教授研制潘存云教授研制锥齿轮轴锥齿轮轴 潘存云教授研制圆柱齿轮轴圆柱齿轮轴 2.实心齿轮实心齿轮 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制3.腹板式齿轮腹板式齿轮潘存云教授研制dd0bdsdhda斜度斜度1:10lhc潘存云教授研制适用于中型适用于中型尺寸的齿轮。尺寸的

48、齿轮。潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制dd0Rbdsdhdalh斜度斜度1:10 3.腹板式齿轮腹板式齿轮潘存云教授研制潘存云教授研制bdsdhda斜度斜度1:20clhh1eeh2s4.轮辐式齿轮轮辐式齿轮这种结构适用于大型尺寸的齿轮。这种结构适用于大型尺寸的齿轮。油池润滑油池润滑采用惰轮的油池润滑采用惰轮的油池润滑喷油润滑喷油润滑10-10齿轮传动的润滑和效率齿轮传动的润滑和效率润滑方式：润滑方式：开式及半闭式或低速开式及半闭式或低速齿轮传动常采用人工齿轮传动常采用人工定期润滑。可用润滑油或润滑脂。定期润滑。可用润滑油或润滑脂。闭式闭式齿轮齿轮传动的润滑方式由圆周速度传动的润滑方

49、式由圆周速度v确定。确定。当当v 12 m/s时，采用油池润滑。时，采用油池润滑。当当v 12 m/s时，采用油泵喷油润滑。时，采用油泵喷油润滑。润滑的目的：润滑的目的：齿轮传动时，齿面间产生摩擦和磨损，增加能量消耗。齿轮传动时，齿面间产生摩擦和磨损，增加能量消耗。润滑的目的：润滑的目的：减少摩擦磨损、散热和防锈蚀。减少摩擦磨损、散热和防锈蚀。齿轮传动时，相啮合的齿面间有相对滑动，因此就会产生摩擦和磨损，增加动力消耗，降低传动效率。高速齿轮传动采用喷油润滑的理由：高速齿轮传动采用喷油润滑的理由：(1)(1)v 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

50、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。润滑剂的选择：润滑剂的选择：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。表10-8谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.