齿轮传动机械设计.pptx

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1、会计学1齿轮传动机械设计齿轮传动机械设计2一、作用：一、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。二、要求：二、要求：运转平稳、足够的承载能力。运转平稳、足够的承载能力。三三分分类类开式传动开式传动 10-1 概述 半开式传动半开式传动闭式传动闭式传动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软齿面齿轮（齿面硬度软齿面齿轮（齿面硬度 350HBS350HBS）直齿圆柱齿轮传动直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传斜齿圆柱齿轮传动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 按齿面按齿面硬度分硬度分硬齿面齿轮（

2、齿面硬度硬齿面齿轮（齿面硬度350HBS350HBS）3四、齿轮传动的特点：传动效率高可达99；结构紧凑;工作可靠，寿命长；传动比稳定;制造及安装精度要求高，价格较贵。传动距离不宜过大。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，能设计出传动可靠的齿轮。设计齿轮-设计确定齿轮的主要参数以及结构形式。主要参数有：模数m、齿数z、螺旋角以及压力角a。410-2 齿轮传动的失效形式及设计准则 轮齿折断一、轮齿的失效形式 失效形式闭式硬齿面、脆性材料齿轮传动的主要破坏形式5原因：疲劳折断 轮齿受多次重复弯曲应力作用，齿根一侧产生疲劳裂纹。齿根弯曲应力最大FF 齿根应

3、力集中(形状突变、刀痕等)，加速裂纹扩展折断t齿双侧受载(1主动)t齿单侧受载123发生部位:齿根6 过载折断后果：传动失效 受冲击载荷或短时过载作用，突然折断，尤其见于脆性材料（淬火钢、铸钢）齿轮。7现象：局部折断整体折断8直齿轮齿宽b较小时，载荷易均布整体折断齿宽b较大时，易偏载斜齿轮：接触线倾斜载荷集中在齿一端局部折断提高轮齿抗折断能力的措施：1）增大齿根过渡圆角半径，消除加工刀痕，减小齿根应力集中；2）增大轴及支承的刚性，使轮齿接触线上受载较为均匀；3）采用合适的热处理，使轮齿芯部材料具有足够的韧性；4）采用喷丸、滚压等工艺，对齿根表层进行强化处理。9齿面点蚀轮齿折断失效形式一、轮齿的

4、失效形式 齿面点蚀闭式软齿面齿轮传动的主要破坏形式。发生部位：一般首先出现在靠近节线的齿根面上。10原因：HH脉动循环应力1）齿面受多次交变应力作用，产生接触疲劳裂纹；4）润滑油进入裂缝，形成封闭高压油腔，楔挤作用使裂纹扩展。油粘度越小，裂纹扩展越快.2）节线处常为单齿啮合，接触应力大；3）节线处为纯滚动，靠近节线附近相对滑动速度小，油膜不易形成，摩擦力大，易产生裂纹。11提高轮齿抗点蚀能力的措施：1）限制齿面接触应力；2）提高齿面硬度，减小齿面表面粗糙度值；3）采用粘度高的润滑油。12齿面点蚀齿面胶合轮齿折断失效形式一、轮齿的失效形式 高速重载、低速重载闭式传动的主要破坏形式。现象：齿面沿滑

5、动方向粘焊、撕脱，形成沟痕。13原因：高速重载v,t,油,油膜破坏,表面金属直接接触，融焊相对运动撕裂、沟痕。-热胶合。低速重载P、v，不易形成油膜冷胶合。后果：引起强烈的磨损和发热，传动不平稳，导致齿轮报废。措施：1.提高齿面硬度2.减小齿面粗糙度3.增加润滑油粘度4.加抗胶合添加剂14齿面胶合齿面磨损措施：1.减小齿面粗糙度2.改善润滑条件，清洁环境-磨粒磨损跑合磨损、磨粒磨损。齿面点蚀轮齿折断失效形式一、轮齿的失效形式 3.提高齿面硬度开式齿轮传动易发生磨粒磨损。15从动齿主动齿从动齿主动齿从动齿主动齿从动齿主动齿齿面胶合齿面磨损齿面点蚀轮齿折断失效形式塑性变形一、轮齿的失效形式 表面凸

6、出表面凹低速重载软齿面闭式传动的主要破坏形式。主动轮1：齿面相对滑动速度方向vs指向节线，所以Ff背离节线，塑变后在齿面节线处产生凹槽。滚压塑变16措施：1.提高齿面硬度2.改善润滑条件（高粘度）3.减小齿面粗糙度锤击塑变：伴有过大冲击产生的塑变17折断:疲劳折断过载折断全齿折断(齿根)(直齿)局部折断(斜齿受载不均)H反复裂纹扩展麻点状脱落靠近节线的齿根表面 齿面胶合:齿面磨粒磨损:磨粒磨损齿形破坏齿面塑性变形:齿面沿摩擦力方向塑性变形 主凹、从凸齿面点蚀:齿面失效 *闭式传动 *开式传动 *闭式高速重载传动软齿面硬齿面齿面点蚀轮齿折断齿面磨粒磨损齿面胶合*低速重载软齿面齿面塑性变形各种场合

7、的主要失效形式小结：润滑失效表面粘连沿运动方向撕裂18二、齿轮的设计准则 保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断。保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。由工程实践得知（常用的计算方法）：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。硬齿面(折断):以齿面接触疲劳强度设计为主(先求d1)再校核齿根弯曲疲劳强度以齿根弯曲疲劳强度设计为主(先求m)再校核齿面接触疲劳强度按弯曲疲劳强度设计(求m)考虑磨损将 m适当增大软齿面(点蚀):开式传动:(磨损)闭式传动大功率齿轮传动散热计算19一、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

8、抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力，即要求：齿面硬、芯部韧。10-3 齿轮材料及选用准则 常用齿轮材料锻钢 铸钢 铸铁常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿轮材料；适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。非金属材料 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。含碳量为(0.150.6)%的碳素钢或合金钢。一般用齿轮用碳素钢，重要齿轮用合金钢。20软齿面齿轮加工工艺：锻坯加工毛坯热处理（正火、调质 HB160300）切齿 精度7、8、9级。硬齿面齿轮加工工艺：锻坯加工毛坯切齿热处理（表面淬火、渗碳、氮化、氰

9、化）磨齿（表面淬火、渗碳）.若氮化、氰化：变形小，不磨齿.专用磨床，成本高，精度可达4、5、6级。21表10-1 常用齿轮材料及其机械性能 材料牌号 热处理方法 强度极限 屈服极限 硬度(HBS)B/MPa S/MPa 齿芯部 齿面HT250 250 170241 HT300 300 187255 HT350 350 197269 QT500-5 500 147241 QT600-2 600 229302 ZG310-570 常化 580 320 156217 ZG340-640 650 350 169229 45 580 290 162217 45 217255 4050HRC 40Cr 2

10、41286 4855HRC 调质后表面淬火22续表10-1 常用齿轮材料及其机械性能 材料牌号 热处理方法 强度极限 屈服极限 硬度(HBS)B/MPa S/MPa 齿芯部 齿面ZG340640 700 380 241269 45 650 360 217255 30CrMnSi 1100 900 310360 35SiMn 750 450 217269 38SiMnMo 700 550 217269 40Cr 700 500 241286 20Cr 650 400 300 20CrMnTi 1100 850 300 12Cr2Ni4 1100 850 320 35CrAlA 950 750 2

11、55321 85HV 渗碳后淬火调质20Cr2Ni4 1200 1100 350 38CrMnAlA 1000 850 255321 85HV 夹布胶木 100 2535 调质后氮化(氮化层0.30.5)23热处理方法表面淬火渗碳淬火调质正火渗氮 一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr等。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。1.表面淬火-高频淬火、火焰淬火三、齿轮材料的热处理和化学处理 2.渗碳淬火 渗碳钢为含碳量0.150.25%的低碳钢和低碳合金钢，如20、20Cr等。齿面硬度达5662HRC，齿面接触强度高，耐磨性好，齿芯韧性高。常

12、用于受冲击载荷的重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。24 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、35SiMn等。调质处理后齿面硬度为：220260HBS。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。3.调质4.正火 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6062HRC。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：38CrMoAlA.5.渗氮25总结：特点及应用 调质、正火处理后的硬度低，HBS 350，属软齿面，工艺简单、用于

13、一般传动。当大小齿轮都是软齿面时，因小轮齿根薄，弯曲强度低，故在选材和热处理时，小轮比大轮硬度高:3050HBS 表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高，属硬齿面。其承载能力高，但一般需要磨齿。常用于结构紧凑的场合。26四、齿轮材料选用的基本原则 1)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；2)应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和 制造工艺；3)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；6)钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保 持在3050HBS或更多。4)合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷

14、下工 作的齿轮；5)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；4 齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷n n了便于分析计算，通常取沿齿面接触线单了便于分析计算，通常取沿齿面接触线单位长度上所受的载荷进行计算。沿齿面接位长度上所受的载荷进行计算。沿齿面接触线单位长度上的平均载荷触线单位长度上的平均载荷p(单位为单位为N/mm)为为 式中：Fn-作用于齿面接触线上的法向载荷，N；L-沿齿面的接触线长，mm。n n在计算齿轮传动强度时，应按接触线单位在计算齿轮传动强度时，应按接触线单位长度上的最大载荷，即计算载荷长度上的最大载荷，即计算载荷pca(单位为单位为N/mm)进行计算。

15、即进行计算。即 n n式中式中K为载荷系数。为载荷系数。实际情况：外部影响：原动机、工作机影响内部影响：制造、安装误差；受载变形(齿轮、轴等)实际情况实际情况：外部影响：原动机、工作机影响外部影响：原动机、工作机影响内部影响：制造、安装误差；受载变形内部影响：制造、安装误差；受载变形(齿轮、轴等齿轮、轴等)使用系数使用系数动载系数动载系数齿间载荷分配系数齿间载荷分配系数齿向载荷分配系数齿向载荷分配系数1、使用系数KA 考虑原动机、工作机、联轴器等外部因素引起的动载荷而引入的系数。（P193 表10-2）这种动载荷取决于原动机和工作机的特性，质量比，联轴器类型以及运行状态等。使用系数 工作机的工

16、作机的工作机的工作机的工作特性工作特性工作特性工作特性原动机工作特性及其示例原动机工作特性及其示例原动机工作特性及其示例原动机工作特性及其示例工作机器工作机器工作机器工作机器电动机、电动机、电动机、电动机、匀速转动匀速转动匀速转动匀速转动的汽轮机的汽轮机的汽轮机的汽轮机蒸汽机，蒸汽机，蒸汽机，蒸汽机，燃气轮机燃气轮机燃气轮机燃气轮机液压装置液压装置液压装置液压装置多缸内燃多缸内燃多缸内燃多缸内燃机机机机 单缸内燃单缸内燃单缸内燃单缸内燃机机机机均匀平稳均匀平稳均匀平稳均匀平稳发电发电发电发电机机机机,均匀传均匀传均匀传均匀传送的带式送的带式送的带式送的带式输送机或输送机或输送机或输送机或板式输

17、送板式输送板式输送板式输送机机机机,螺旋输螺旋输螺旋输螺旋输送机送机送机送机,轻微轻微轻微轻微升降机升降机升降机升降机,包包包包装机装机装机装机,机床机床机床机床进给机构进给机构进给机构进给机构,通风机通风机通风机通风机,均均均均匀密度材匀密度材匀密度材匀密度材料搅拌机料搅拌机料搅拌机料搅拌机等等等等 1.001.001.101.101.251.251.501.502、动载系数Kv 考虑齿轮啮合过程中因啮合误差和运转速度引起的内部附加动载荷系数。齿形误差、轮齿变形等造成基节误差 Kv=f(精度,v)具体影响因素：1）基节误差：制造误差、弹性变形引起。齿轮正确啮合条件：pb1=pb2。如果：pb

18、2pb1 提前进入啮合从动轮修缘。滞后退出啮合主动轮修缘。如果：pb2pb1 iconst2 const 冲击、振动、噪音 2）齿形误差3）轮齿变形精度Kv4）v、齿轮质量动载荷（不同精度齿轮限制vmax ）降低Kv的措施：1）齿轮精度2）限制v3）修缘齿（齿顶修削）3、齿间载荷分配系数K考虑同时啮合的各对轮齿间载荷分配不均匀的系数。齿轮连续传动条件：1时而单齿对，时而双齿对啮合。两对齿同时啮合的接触线总长L=PP+QQ。但由于齿距误差及弹性变形等原因，总载荷Fn并不是按 PP/QQ的比例分配在PP及QQ这两条接触线上。K取决于轮齿刚度、pb误差、修缘量等。KH用于HKF 用于F齿间载荷分配系

19、数KH、KFKAFt/b100N/mm100N/m 精度等级精度等级组组56785级及级及更低更低经表面硬经表面硬化的斜齿化的斜齿轮轮KH1.01.11.21.41.4KF未经表面未经表面硬化的斜硬化的斜齿轮齿轮KH1.01.11.21.44、齿向载荷分布系数K影响齿向载荷分布的因素有：a.轴系刚度及齿轮布置形式；b.齿轮精度；d.齿面硬度及跑合效果等。c.齿轮齿宽；对称布置非对称布置悬臂布置将轮齿做成鼓形齿，可以改善齿向载荷分布。一、轮齿的受力分析一、轮齿的受力分析啮合传动中，啮合传动中，直轮齿的受力分析直轮齿的受力分析圆周力：圆周力：径向力：径向力：法向力：法向力：为为小轮小轮的名义转矩（

20、的名义转矩（NmmNmm）。）。式中：式中：为为小轮小轮的分度圆直径（的分度圆直径（mmmm）。）。主动轮主动轮 的方向与其的方向与其v v相反；相反；从动轮从动轮 的方向与其的方向与其v v相同。相同。径向力径向力 F Fr r 的方向指向各自的轮心（外齿轮）。的方向指向各自的轮心（外齿轮）。1.1.直齿圆柱齿轮直齿圆柱齿轮 用集中用集中作用于分度圆上齿宽中点作用于分度圆上齿宽中点处的法向处的法向力力 代替轮齿所受的分布力，将代替轮齿所受的分布力，将 分解，分解，得：得：10-5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 d12FFF2.标准斜齿圆柱齿轮传动轮齿上的作用力1T1圆周力：径向力：轴向力：

21、轮齿所受总法向力Fn可分解为三个分力:FrFtFt长方体底面长方体对角面即轮齿法面F=Ft /cos Fr=F tgn nFrFnFnFnPFaFa1 主动21 主动21 主动2啮合传动中，轮齿的受力分析将 Fn 分解切向力：径向力：轴向力：（105）斜齿轮受力轴向力Fx的方向：用“主动轮左右手法则”判断。二级受力分析例题：设两级斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如图所示，试问：（1）低速级斜齿轮的螺旋线方向应如何选择才能使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反？（2）低速级螺旋角应取何值才能使中间轴的轴向力互相抵消。1）低速轴小齿轮左旋，大齿轮右旋，中间轴上两齿轮旋向相同才能使轴向力相反。（2）2=816

22、041dm12p圆周力：径向力：轴向力：轮齿所受总法向力Fn可分解为三个分力:1T1FtFaFrFFnFtFFrFasin1=cos2cos1=sin2当1+2=90 时，有：Ft1=Fa2Fa1=Ft2于是有：Fn 3.圆锥齿轮的轮齿受力分析 例题：如图所示为一圆锥斜齿圆柱齿级减速器。已知输入端的转向（如图所示）。试在图中标出：(1)各轮的转向；(2)欲使轴上所受的轴向力能相互抵消一部分，试确定斜齿轮3和4的旋向；(3)标出各齿轮在啮合点处所受的轴向力Fa、径向力Fr和圆周力Ft的方向；Fa2Fa354rbO30 30 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

23、啮合时，即载荷作用在齿顶，忽略压应力。hFnF2F1S弯曲力矩：M=KFnhcos危险截面的弯曲截面系数：弯曲应力：危险截面：齿根圆角30 切线两切点连线处。齿顶受力：Fn，可分解成两个分力：F1=Fn cos F2=Fn sin-产生弯曲应力；-产生压应力，可忽略FnABBAFc55h和S与模数m相关，轮齿弯曲强度计算公式：故YFa与模数m无关。弯曲应力：对于标准齿轮,YFa仅取决于齿数Z，取值见下页表。YFa 齿形系数F0-理论弯曲应力，考虑齿根处应力集中的影响：5610-5 齿形系数YFa以及应力校正系数YSaYFa 2.97 2.91 2.85 2.8 2.76 2.72 2.69 2

24、.65 2.62 2.60 2.57 2.55 2.53YSa 1.52 1.53 1.54 1.55 1.56 1.57 1.575 1.58 1.59 1.595 1.60 1.61 1.62YFa 2.52 2.45 2.40 2.35 2.32 2.28 2.24 2.22 2.2 2.18 2.14 2.12 2.06YSa 1.625 1.65 1.67 1.68 1.70 1.73 1.75 1.77 1.78 1.79 1.83 1.865 1.97Z(Zv)17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 Z(Zv)30 35 40 45 50 6

25、0 70 80 90 100 150 200 注：1)基准齿形的参数为=20、h*a=1、C*=0.25、=0.38m (m-模数)2)对内齿轮：当=20、h*a=1、C*=0.25、=0.15m 时，齿形系数：YFa=2.053;应力校正系数：YSa=2.65573.73.63.53.43.33.23.13.02.92.82.72.62.52.42.32.22.12.01.91.81.73.73.63.53.43.33.23.13.02.92.82.72.62.52.42.32.22.12.01.91.81.711 12 13 14 15 16 18 20 25 30 40 50 100 4

26、00齿形系数YF计算根切极限实际根切极限标准齿轮58注意：计算时取：较大者，计算结果应圆整,且m 1.5一般YF1 YF2，YS1 YS2，F1 F2引入齿宽系数：d=b/d1得设计公式：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。代入：d1=m z159三、齿面接触疲劳强度计算赫兹公式：“+”用于外啮合，“-”用于内啮合 节圆处齿廓曲率半径：齿数比:u=z2/z1=d2/d1=2/1 1O22（从动）O1N1N2tt1（主动）T1c d12d22 P1260-弹性影响系数节点处，载荷由一对轮齿来承担：将ZE和Fn代入赫兹公式表10-6 弹性影响系数ZE (MPa)1/2弹性模量

27、EMPa齿轮材料配对齿轮材料灰铸铁 球墨铸铁 铸钢 锻 钢 夹布塑料 11.8104 17.3104 20.2104 20.6104 0.785104 锻 钢 162.0 181.4 188.9 189.8 56.4 铸 钢 161.4 180.5 188.0 -球墨铸铁 156.6 173.9 -灰铸铁 143.7 -注：表中所列夹布塑料的泊松比为0.5，其余材料的均为0.361代入赫兹公式得：引入齿宽系数：d=b/d1-区域系数齿面接触疲劳强度校核公式：得设计公式：标准齿轮：ZH=2.52、模数m不能成为衡量齿轮接触强度的依据。说明：1、因两个齿轮的H1=H2，故按此强度准则设计齿轮传动时

28、，公式中应代入H 1和H 2中较小者。62 用设计公式初步计算齿轮分度圆直径d1(或模数mn)时，因载荷系数中的KV、K、K不能预先确定，故可先试选一载荷系数Kt。算出d1t(或 mnt）后，用d1t再查取KV、K、K从而计算K。若K与Kt接近，则不必修改原设计。否则，按下式修正原设计。3、弯曲强度设计公式：接触强度设计公式：63 4、齿轮传动设计时，按主要失效形式进行强度计算，确定主要尺寸，然后按其它失效形式进行必要的校核。（1）软齿面闭式齿轮传动：按接触强度进行设计，按弯曲强度校核：（2）硬齿面闭式齿轮传动：按弯曲强度进行设计，按接触强度校核:（3）开式齿轮传动：按弯曲强度设计，再视具体需

29、要将所求得的模数适当增大。其失效形式为磨损，点蚀形成之前齿面已磨掉。64一、齿轮传动设计参数的选择 1压力角a的选择2齿数的选择一般，闭式齿轮传动:z1=20403齿宽系数fd的选择a不变，z1m重合度e传动平稳抗弯曲疲劳强度降低齿高h 切削量节约费用、滑动 率，磨损fd 齿宽b 强度，但fd过大将导致K一般情况下取 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 开式齿轮传动:z1=1720 z2=uz14齿宽b 大齿轮：b=fd d1,小齿轮：b1=b+(510)mm65说明：1)大小齿轮皆为硬齿面时，fd应取小值，否则取大值；2)括号内的数值用于人

30、字齿轮；3）机床中的齿轮，若传递功率不大时，fd可小到0.2 4)非金属齿轮可取：fd=0.51.2表10-7 圆柱齿轮的齿宽系数表fd=b/d1 装置状况两支撑相对小齿轮对称布置两支撑相对小齿轮作非对称布置悬臂布置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 许用应力：lim-疲劳极限(FE、Hlim ),由实验确定,S-疲劳强度安全系数，SH=1,SF=1.25-1.5K N-寿命系数(KFN、KHN)，可查图求得。66弯曲疲劳寿命系数KFN调质钢、珠光体、贝氏体球铁、可锻铸铁渗碳淬火钢、表面淬火钢氮化钢、铁素体球铁、结构钢、灰铸铁氮碳

31、共渗调质钢6768氮化及氮碳共渗调质钢的FE灰铸铁的接触疲劳极限铸铁材料的接触疲劳极限69正火处理的结构钢和铸钢的接触疲劳极限调质处理钢的接触疲劳极限70渗碳淬火钢和表面淬火钢的接触疲劳极限渗氮及氮碳共渗调质钢的Hlim 71三、齿轮传动的精度等级误差的影响：1.转角与理论不一致，影响运动的不准确性；2.瞬时传动比不恒定，出现速度波动，引起振动、冲击和噪音影响运动平稳性；3.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。国标GB10095-88给齿轮副规定了12个精度等级。其中1级最高，12级最低，常用的为69级精度。按照误差的特性及它们对传动性能的主要影响，将

32、齿轮的各项公差分成三组，分别反映传递运动的准确性，传动的平稳性和载荷分布的均匀性。精度选择是以传动的用途，使用条件，传递功率，圆周速度等为依据来确定。727-6-6-XX 8-7-7-XX 6-5-5-XX 7-6-6-XX 圆柱齿轮传动 0 20 40 60 80 100 4003002001000Pca(N/mm)v(m/s)圆锥齿轮传动 0 20 40 60 80 100 4003002001000Pca(N/mm)v(m/s)机器名称 精度等级 机器名称 精度等级 汽轮机 36 拖拉机 68 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 7

33、10 载重汽车 79 农机 811 注：主传动齿轮或重要齿轮传动，选靠上限；辅助齿轮传动或一般齿轮传动，居中或靠下限选择。表10-8 各类机器所用齿轮传动的精度等级范围73四、直齿圆柱齿轮设计的步骤（总结）选择齿轮的材料、精度等级和热处理选择齿数，选齿宽系数fd初选载荷系数(如Kt=1.2)按接触强度确定直径d1计算得mH=d1/z1按弯曲强度确定模数mF确定模数mt=maxmH,mF计算确定载荷系数K=KAKvKK修正计算模数m模数标准化计算主要尺寸：d1=mz1 d2=mz2 计 算 齿 宽：b=fd d1确定齿宽：b2=int(b)b1=b2+(510)mm开 始74说明：齿轮传动设计时

34、，按主要失效形式进行强度计算，确定主要尺寸，然后按其它失效形式进行必要的校核。（1）软齿面闭式齿轮传动：按接触强度进行设计，按弯曲强度校核：（2）硬齿面闭式齿轮传动：按弯曲强度进行设计，按接触强度校核:（3）开式齿轮传动：按弯曲强度设计。其失效形式为磨损，点蚀形成之前齿面已磨掉。75d12FFF10-7 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算一、轮齿上的作用力1T1圆周力：径向力：轴向力：轮齿所受总法向力Fn可分解为三个分力:FrFtFt长方体底面长方体对角面即轮齿法面F=Ft /cos Fr=F tgn nFrFnFnFnPFaFa761 主动21 主动21 主动2啮合传动中，轮齿的受力分析将 Fn

35、 分解切向力：径向力：轴向力：（105）斜齿轮受力轴向力Fx的方向：用“主动轮左右手法则”判断。二级受力分析例题：设两级斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如图所示，试问：（1）低速级斜齿轮的螺旋线方向应如何选择才能使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反？（2）低速级螺旋角应取何值才能使中间轴的轴向力互相抵消。1）低速轴小齿轮左旋，大齿轮右旋，中间轴上两齿轮旋向相同才能使轴向力相反。（2）2=8160479trb1ra1r1r2rb2ra2O2O1 由于Fatan，为了不使轴承承受的轴向力过大，螺旋角不宜选得过大，常在 之间选择。二、计算载荷 pbtpbtL-为参与啮合接触线长度之和。近似计算公式：代入得：

36、-端面重合度,可查图10-26=820bpbtbpa载荷系数K：KKA Kv K K 单位长度上的载荷：80表10-2 使用系数KA 载荷系数K：KKA Kv K K 811.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0 10 20 30 40 50 m/s 十分精密的齿轮装置10 8 7 6 Kv 9 表10-3 齿间载荷分配系数K 精度等级II组 5 6 7 8 5级及更低KAFt/b 100N/mm 1.23 H 2，应取H=1.23 H 2，H 2为较软齿面的许用接触应力。3)齿顶面比齿根面具有较高的接触疲劳强度。1)斜齿轮的接触线是倾斜的；2)小齿轮比大齿轮的接触疲劳强度要高;近似公式：H

37、=（H 1+H 2）/289dm是平均分度圆直径 强度计算时，是以锥齿轮齿宽中点处的当量齿轮作为计算时的依据。11-8 直齿圆锥齿轮传动（=90）对轴交角为90的直齿锥齿轮传动：一、设计参数大端参数为标准值，锥距：当量齿轮的锥距：Rm=R-0.5b 令fR=b/R为齿宽系数，设计中常取:fR=0.250.35Rd1d2bb/212R-0.5bdm2dm190Rd1d2bb/212R-0.5bdm2dm112ao1o2当量齿轮分度圆直径：o1o2当量齿轮的齿数：当量齿轮的齿数比：为了保证不根切，应有：Zv17 平均模数：911dm12p圆周力：径向力：轴向力：轮齿所受总法向力Fn可分解为三个分力

38、:1T1FtFaFrFFnFtFFrFasin1=cos2cos1=sin2当1+2=90 时，有：Ft1=Fa2Fa1=Ft2于是有：Fn 二、轮齿受力分析 92例题：如图所示为一圆锥斜齿圆柱齿级减速器。已知输入端的转向（如图所示）。试在图中标出：(1)各轮的转向；(2)欲使轴上所受的轴向力能相互抵消一部分，试确定斜齿轮3和4的旋向；(3)标出各齿轮在啮合点处所受的轴向力Fa、径向力Fr和圆周力Ft的方向；Fa2Fa393三、齿根弯曲疲劳强度计算 一对直齿圆锥齿轮传动与其当量齿轮的强度近似相等。可直接套用直齿轮的计算公式，代入当量齿轮参数。载荷系数K的计算：KKA Kv K K （1）KA：

39、同前 表10-2 使用系数KA 说明：94-轴承系数（2）动载系数Kv按比直齿轮低一级精度选取。（4）齿向载荷分配系数：KF KH 1.5 KHbe飞机、车辆 1.00 1.10 1.25 工业、船舶 1.00 1.25 1.50两者都是两端支承 一个两端支承一个悬臂 都是悬臂 应用 小轮和大轮的支承 表10-9 轴承系数KHbe 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0 10 20 30 40 50 m/s 十分精密的齿轮装置10 8 7 6 Kv 9 8（3）齿间载荷分配系数K：K F KH 195代入 由 得：代入得设计公式：又 得校核公式：96四、齿面接触疲劳强度计算 综合曲率为：校

40、核计算公式：设计计算公式：计算所得模数m,应圆整为标准值。锥齿轮模数（GB12368-90）mm 1 1.125 1.25 1.375 1.5 1.75 2 2.25 2.5 2.75 3 3.25 3.5 3.75 4 4.5 5 6 6.5 7 8 9 10例10-59710-9 齿轮的结构设计 1、由强度计算只能确定齿轮的主要参数：如齿数z、模数m、齿宽b、螺旋角、分度圆直径d 等。方法：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，再根据推荐的经验数据进行结构尺寸计算。2、齿轮结构设计的内容主要

41、是确定轮缘，轮辐，轮毂等结构形式及尺寸大小。一、概述98 直径较小的钢质齿轮，当齿根圆直径与轴径接近时，可以将齿轮与轴做成一体，称为齿轮轴。否则可能引起轮缘断裂。1.齿轮轴 二、常见的结构形式e圆柱齿轮：e 2 mt e圆锥齿轮：e 12 m/s时，采用油泵喷油润滑。一、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。润滑的目的：减少摩擦磨损、散热和防锈蚀。1、开式及半闭式或低速齿轮传动常采用人工定期润滑。可用润滑油或润滑脂。106高速齿轮传动采用喷油润滑的理由：1)v过高，油被甩走，不能进入啮合区；2)搅油过于激烈，使油温升高，降低润滑性能；3)搅起箱底沉淀的杂质，加剧轮齿的磨损

42、。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。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。107表10-11 齿轮传动常用的润滑剂 108续表10-11 齿轮传动常用的润滑剂 109四、齿轮传动的损耗表10-12 齿轮传动的平均效率圆柱齿轮圆锥齿轮传动装置6级或7级精度的闭式传动8级精度的闭式传动开式传动0.980.970.970.960.930.95啮合中的摩擦损耗；搅动润滑油的油阻损耗；轴承中的摩擦损耗。110作业：10-1、10-6、111本章内容：1.基本要求掌握不同条件下齿轮传动的轮齿损伤与失效形式的特点、失效部位、失效机理、防

43、止或减轻失效的措施，以及针对不同失效形式的设计计算准则。掌握选用齿轮材料的基本要求，软齿面与硬齿面的常用材料及热处理方法，合理地选用齿轮的配对材料及热处理方法。2.重点难点 重点是掌握在不同工况下齿轮传动的失效形式；各类齿轮传动的受力分析；圆柱齿轮强度计算中的重要基本概念；难点是齿轮传动的受力分析及方向判断。影响齿轮强度的因素分析及主要参数的选择。主目录熟练掌握齿轮传动的受力分析方法。对于直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮和直齿锥齿轮所受各分力的大小与方向，一定要会计算和正确判断（包括在图上正确表示），否则会使轴与轴承的受力分析出错，后果是严重的。理解齿轮计算中要用计算载荷而不用名义载荷的道理，了解载荷系数（KA、Kv、K、K ）的物理意义及其影响因素，采取哪些措施可减小载荷系数。掌握直齿圆柱齿轮的齿面接触疲劳强度计算和齿根弯曲疲劳强度计算的理论依据，以及力学模型、应力的类型与变化特性；掌握推导公式的思路、公式中各参数的意义及应用公式的注意事项。对斜齿圆柱齿轮及直齿锥齿轮的强度计算，应根据它们的传动特点，转化为当量直齿圆柱齿轮后再进行强度计算，但需注意它们的计算与直齿圆柱齿轮计算的异同点。