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1、第 十 章 齿 轮 传 动 10-1概述 10-2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 10-4 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 10-6 齿轮传动的设计参数、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 10-8 标准锥齿轮传动的强度计算 10-9 变位齿轮传动的强度计算 10-10齿轮的结构设计 10-11齿轮传动的润滑 10-12圆弧齿圆柱齿轮传动简介 第十章 齿轮传动 第 十 章 齿 轮 传 动 10-1概述 一、齿轮传动的主要特点： 二、齿轮传动的分类 三、本章的学习目的 第 十 章 齿 轮 传 动 一、齿轮传动
2、的主要特点 ： 传动效率高 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 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； 与各类传动相比，齿轮传动工作可靠，寿命长； 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； 与带传动、链传动相比，齿轮的制造及安装精度 要求高，价格较贵。 齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，其 应用范围十分广泛，型式多样，传递功率从很小到 很大（可高达数万千瓦）。主要特点： 第 十 章 齿 轮 传 动 二、齿轮传动的分类 按齿轮类型分：直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动 锥齿轮传动 人字齿轮传
3、动 按装置形式分：开式传动、半开式传动、闭式传动。 按使用情况分： 动力齿轮以动力传输为主，常为高速重载或低 速重载传动。 传动齿轮以运动准确为主，一般为轻载高精度 传动。 按齿面硬度分：软齿面齿轮（齿面硬度350HBS ） 硬齿面齿轮（齿面硬度350HBS ） 第 十 章 齿 轮 传 动 三、本章的学习目的 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。 设计齿轮是指设计确定齿轮的主要参数以及结构 形式。 对于圆柱齿轮而言，其主要参数有：模数m、齿 数z、螺旋角以及压力角a、 齿高系数h*a、径向 间隙系数c*等。 第 十 章 齿
4、 轮 传 动 10-2齿轮传动的失效形式及设计准则 一、失效形式 二、设计准则 第 十 章 齿 轮 传 动 一、失效形式 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。所以齿轮传动的失效主要是指轮 齿的失效，其失效形式是多种多样的。常见的失效形 式有 1、轮齿折断 2、齿面磨损 3、齿面点蚀 4、齿面胶合 5、塑性变形 第 十 章 齿 轮 传 动 1、轮齿折断 过载折断 弯曲疲劳折断 折断原因： 齿根弯曲应力大； 齿根应力集中 措施： 增大齿根圆角半径，消除加工刀痕； 增大支撑刚度，是轮齿受力均匀 采用合适的热处理方法使齿芯材料
5、具有足够的韧性 正变位，增大模数； 强化处理：喷丸、滚压处理 第 十 章 齿 轮 传 动 2、齿面磨损 砂粒、金属屑 措施：加强润滑；开式改闭式传动 第 十 章 齿 轮 传 动 3、齿面点蚀 轮齿在节圆附近一对齿受力（单啮 区） 载荷大；滑动速度低形成 油膜条件差； 接触疲劳产生的小裂纹- 扩展-脱落-凹坑 点蚀发生的位置：首先出现在靠 近节线的齿根面上 措施： 提高材料的硬度； 加强润滑，提高油的粘度 开式传动一般不发生点蚀失效 第 十 章 齿 轮 传 动 4、齿面胶合 高速重载；散热不 良； 滑动速度大； 齿面粘连后撕脱 措施： 减小模数，降低齿高； 抗胶合能力强的润滑油； 材料的硬度及配
6、对 第 十 章 齿 轮 传 动 5、塑性变形 措施：材料的选择及硬度 第 十 章 齿 轮 传 动 轮齿的失效形式总结 弯曲折断 磨损 塑性变形 现象与原因？ 改进措施？ 胶合 点蚀 。 。 。 。 。 。 。 第 十 章 齿 轮 传 动 二 齿轮的设计准则 对一般工况下的齿轮传动，其设计准则是： 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。 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。 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。 对
7、开式齿轮传动，目前仅按齿根弯曲疲劳强度进 行设计，视具体情况适当增大模数。（15%） 第 十 章 齿 轮 传 动 10-3 齿轮的材料及其选择原则 一、对齿轮材料性能的要求 二、常用的齿轮材料 三、齿轮材料选用的基本原则 第 十 章 齿 轮 传 动 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、抗磨损和较高的抗胶 合能力，即要求：齿面硬、芯部韧。 第 十 章 齿 轮 传 动 二、常用的齿轮材料 1、钢：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； 2、铸铁：常作为低速、轻载、不太重要的 场合的齿轮材料； 3、非金属材料：适用于高速、轻载、且要
8、 求降低噪声的场合。 第 十 章 齿 轮 传 动 1、钢 1） 锻钢 经热处理后切齿的齿轮所用的锻钢。对强度、速度 及精度要求不高的齿轮其精度一般为8级，精切 时可达7级。软齿面（硬度 350HBS） 需进行精加工的齿轮所用的锻钢。高速、重载及精 密机器（如精密机床、航空发动机）所用的主要 齿轮传动。一般先切齿，再作表面硬化处理，最 后进行精加工，精度可达5级或4级。硬齿面（硬 度 350HBS） 2）铸钢 耐磨性和强度均较好，常用于尺寸较大的齿轮。 第 十 章 齿 轮 传 动 三、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
9、寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造 工艺； 3、正火碳钢，不论毛坯的制作方法如何，只能用于制作 载荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮。不承受大的冲击载 荷；调质碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作的齿轮 ； 4、合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的 齿轮； 5、飞行器中的齿轮，要求尺寸小，应用表面硬化的高强 度合金钢； 6、金属制的软齿面齿轮，配对两轮齿面硬度差应保持为 3050HBS或更多。 第 十 章 齿 轮 传 动 10-4 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的载荷，即： Fn 为轮齿所受的公称法向载荷。 实际传动中由于原动机、工作机性
10、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。 接触线单位长度上的最大载荷为： K为载荷系数，其值为：KKA Kv K K 第 十 章 齿 轮 传 动 载荷系数K 式中：KA 使用系数 Kv 动载系数 K齿间载荷分配系数 K齿向载荷分布系数 第 十 章 齿 轮 传 动 KA 使用系数 用以考虑齿轮系统外部原因引起的动力过 载。由表10-2选取。 第 十 章 齿 轮 传 动 Kv 动载系数 用以考虑由齿轮副本身的啮合误差引起的 内部动力过载。由图10-8查取。 第 十 章 齿 轮 传 动 K齿向载荷分布系数 考虑沿齿宽方向载荷分布不均匀影响的系数。由 表10-4（接触强度
11、）图10-13（弯曲强度）查取。 第 十 章 齿 轮 传 动 10-5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 一、轮齿的受力分析 二、齿根弯曲疲劳强度计算 三、齿面接触疲劳强度计算 四、齿轮传动的强度计算说明 第 十 章 齿 轮 传 动 K齿间载荷分配系数 考虑同时啮合的各对轮齿间载荷分配不均匀的影 响系数。由表10-3查取。 第 十 章 齿 轮 传 动 一、轮齿的受力分析 以节点 P 处的啮合力为分析对 象，并不计啮合轮齿间的摩擦力 ，可得： 主动轮上与转向相反 ； 从动轮上与转向相同 指向各 自轮心 沿公法 线方向 第 十 章 齿 轮 传 动 二、齿根弯曲疲劳强度计算 中等精度齿轮传动的弯曲疲劳
12、强度计算的 力学模型如下图所示。 根据该力学模型可得齿根理论弯曲 应力 取h=Khm S=Ksm，接触线长度L即为齿宽b，得： 第 十 章 齿 轮 传 动 二、齿根弯曲疲劳强度计算 计入齿根应力校正系数Ysa后，强度条件式为： 引入齿宽系数，可得： YFa为齿形系数，是仅与齿形有关而与模数m无 关的系数，取决于齿数和变位系数。P197表10-5 令 ： 校核式 设计式 第 十 章 齿 轮 传 动 三、齿面接触疲劳强度计算 1、基本公式 赫兹应力计算公 式，即: 2、在节点啮合时，接触应力较大，故以节点为接 触应力计算点。 3、齿面接触疲劳强度 的校核式： 4、齿面接触疲劳强度 的设计式： 节点
13、处的综合曲率半径为： 上述式中：u齿数比，u=z2/z1； ZE 弹性影响系数；ZH 区域系数； 第 十 章 齿 轮 传 动 ZE 弹性影响系数（P198表10-6） 第 十 章 齿 轮 传 动 ZH 区域系数 第 十 章 齿 轮 传 动 四、齿轮传动的强度计算说明 1、弯曲强度计算中，因大、小齿轮的F 、YFa 、YSa 值不同，故按此强度 准则设计齿轮传动 时，公式中应代 和 中较小 者。 2、接触强度计算中，因两对齿轮的H1= H2 ， 故按此强度准则设计齿轮 传动时，公式中应 代H 1和H 2中较小者。 第 十 章 齿 轮 传 动 四、齿轮传动的强度计算说明 3、用设计公式初步计算齿轮
14、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Kt 。若K与 Kt接近，则不必修改原 设计。否则，按下式修正原设计。 第 十 章 齿 轮 传 动 10-6 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 二、齿轮传动的许用应力 三、齿轮精度的选择 第 十 章 齿 轮 传 动 一、齿轮传动设计参数的选择 1压力角a的选择 一般情况下取a =20 2齿数的选择：当d1已按接触疲劳强度确定时， 一般情况下，闭式齿轮传动: z1=2040 开式齿轮传动: z1=
15、1720 z2=uz1 3齿宽系数d的选择 b1=b2+(510)mm z1 m 重合度e 传动平稳 抗弯曲疲劳强度降低 齿高h 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！ d 齿宽b 有利于提高强度，但d过 大将导致K fd的选取可参考齿宽系数表 第 十 章 齿 轮 传 动 二、齿轮传动的许用应力 1、许用应力计算公式： 齿轮国家标准规定的许用应力是用齿轮试件 进行运转试验获得的持久极限应力,失效概率为 1%。试件的参数为m=3-5mm,a=20 齿宽 b=10-50mm, v=10m/s，齿根圆角粗糙度参数值 平均为10mm。设计时应根据实际情况进行修正 。 第
