CH齿轮传动设计课件

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1、多媒体CAI课件设计基础 第一章第第11章章 齿轮传动齿轮传动计计划学划学时时：6h 制作人：制作人：马马兆允兆允基本要求及重点、难点基本要求及重点、难点11.9 齿轮的失效形式齿轮的失效形式11.10 齿轮的材料及选择原则齿轮的材料及选择原则11.4 齿轮传动精度及其选择齿轮传动精度及其选择11.11 直齿轮的受力分析直齿轮的受力分析11.12 标准斜齿圆柱齿轮传动标准斜齿圆柱齿轮传动11.13 标准直齿圆锥齿轮传动标准直齿圆锥齿轮传动11.14 齿轮的结构设计齿轮的结构设计 11.15 齿轮传动的润滑和效率齿轮传动的润滑和效率 多媒体CAI课件设计基础 第一章基本要求基本要求:1）掌握）掌

2、握齿轮传动齿轮传动的分的分类类及及应应用。用。 2）掌握）掌握齿轮齿轮的失效形式。的失效形式。3）了解）了解齿轮齿轮的材料及的材料及传动传动精度。精度。4）掌握直）掌握直齿圆齿圆柱柱齿轮齿轮的受力分析。的受力分析。5）了解）了解齿轮传动齿轮传动的的强强度度问题问题。6）了解）了解齿轮结齿轮结构及其构及其传动传动的的润润滑。滑。重点：重点：1）齿轮传动齿轮传动的分的分类类及及应应用。用。2）齿轮齿轮的失效形式。的失效形式。3）直）直齿圆齿圆柱柱齿轮齿轮的受力分析的受力分析。难点：难点：1 1）齿轮的失效形式。）齿轮的失效形式。2）直齿圆柱齿轮的受力分析。）直齿圆柱齿轮的受力分析。 作业作业:多媒

3、体CAI课件设计基础 第一章 齿轮传动是机械传动中最主要的一类传动之一，它齿轮传动是机械传动中最主要的一类传动之一，它不仅用来传递运动，而且还要传递动力。不仅用来传递运动，而且还要传递动力。 齿轮传动应满足：齿轮传动应满足：运转平稳、准确，无冲击、振动、运转平稳、准确，无冲击、振动、噪音，这就需要设计合理的齿廓（满足齿廓啮合基本定律、噪音，这就需要设计合理的齿廓（满足齿廓啮合基本定律、正确传动条件、连续传动条件）和适选加工精度；同时，正确传动条件、连续传动条件）和适选加工精度；同时，还必须具有足够的承载能力。还必须具有足够的承载能力。 齿轮传动的主要特点有：齿轮传动的主要特点有：效率高（一级可

4、达效率高（一级可达99%99%）、）、结构紧凑、工作可靠、寿命长及传动比稳定的优点；尽管结构紧凑、工作可靠、寿命长及传动比稳定的优点；尽管其制造及安装精度要求高、价格较贵，且不适于传动距离其制造及安装精度要求高、价格较贵，且不适于传动距离过大的场合，但丝毫不影响它的使用，因此它的型式很多，过大的场合，但丝毫不影响它的使用，因此它的型式很多，应用广泛。应用广泛。 多媒体CAI课件设计基础 第一章11.1 齿轮传动的分类齿轮传动的分类 1按工作条件分按工作条件分 闭式传动闭式传动 齿轮密封在刚性的箱体内。它润滑齿轮密封在刚性的箱体内。它润滑条件最好，多用于重要场合的传动。条件最好，多用于重要场合的

5、传动。 开式传动开式传动 传动没有防尘罩或机壳，齿轮完全传动没有防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外。这种传动不仅外界杂物极易侵入，而且润滑不良，暴露在外。这种传动不仅外界杂物极易侵入，而且润滑不良，工作条件不好，齿轮易磨损。只宜用于低速传动。工作条件不好，齿轮易磨损。只宜用于低速传动。 半开式传动半开式传动 介于前两者之间，大多是齿轮侵介于前两者之间，大多是齿轮侵入油池，上面装护罩。入油池，上面装护罩。 多媒体CAI课件设计基础 第一章2按节圆上线速度的高低分按节圆上线速度的高低分 低速传动低速传动 3 m/ /s 的的传动传动。 中速中速传动传动 3 m/ /s 15 m/ /s 的的传动传动。

6、 高速高速传动传动 15 m/ /s 的的传动传动。 3按传递功率的大小分按传递功率的大小分 轻载传动轻载传动 P P 20 kW 的的传动传动。 中中载载传动传动 20 kW P P 50 kW 的的传动传动。 重重载载传动传动 P P 50 kW 的的传动传动。 4按齿轮齿面硬度的软硬分按齿轮齿面硬度的软硬分 软齿软齿面面传动传动 HBSHBS 350 或或HRCHRC 38 的的传动传动。 硬硬齿齿面面传动传动 HBSHBS 350 或或HRCHRC 38 的的传动传动。 多媒体CAI课件设计基础 第一章11.9 齿轮的失效形式及设计准则齿轮的失效形式及设计准则 齿轮传动的失效主要是轮齿

7、的失效。齿轮传动的失效主要是轮齿的失效。 11.9.1 齿轮传动的失效形式齿轮传动的失效形式 1过载折断过载折断 轮齿因短时意外的严重过载而引起的突然折断。轮齿因短时意外的严重过载而引起的突然折断。这这主主要要发发生于脆性材料（如淬火生于脆性材料（如淬火钢钢或或铸铁铸铁）。）。 多媒体CAI课件设计基础 第一章2疲疲劳劳折断折断 轮齿轮齿像一个像一个悬悬臂梁，在臂梁，在载载荷的多次重复作用下，弯荷的多次重复作用下，弯曲曲应应力超力超过过弯曲疲弯曲疲劳劳极限极限时时，齿齿根部分将根部分将产产生疲生疲劳劳裂裂纹纹，然后逐然后逐渐扩渐扩展，最展，最终终将引起将引起轮齿轮齿折断折断。若若轮齿单侧轮齿单

8、侧工作，工作，其其应应力按脉力按脉动动循循环变环变化。若化。若轮齿轮齿双双侧侧工作工作时时，则则弯曲弯曲应应力按力按对对称循称循环变环变化。化。 3提高提高齿轮齿轮抗折断能力的措施抗折断能力的措施 用增大用增大齿齿根根过过度度圆圆角半径及消除加工刀痕的方法来减小角半径及消除加工刀痕的方法来减小齿齿根根应应力集中；力集中； 增大增大轴轴及支承的及支承的刚刚性，使性，使轮齿轮齿接触接触线线上受上受载较为载较为均匀；均匀； 采用合理的采用合理的热处热处理方法使理方法使齿齿芯材料具有足芯材料具有足够够的的韧韧性；性； 采用采用喷喷丸、丸、滚压滚压等工等工艺艺措施措施对齿对齿根表根表层进层进行行强强化化

9、处处理。理。 多媒体CAI课件设计基础 第一章齿面失效齿面失效 1齿面磨损齿面磨损 当啮合齿面间落入磨料性物质（如砂粒、铁屑等）时，当啮合齿面间落入磨料性物质（如砂粒、铁屑等）时，轮齿工作表面被逐渐磨损，使齿轮失去原有的渐开线曲面形轮齿工作表面被逐渐磨损，使齿轮失去原有的渐开线曲面形状，同时轮齿变薄而导致传动失效。状，同时轮齿变薄而导致传动失效。 齿面磨损是开式齿轮传动的主要失效形式之一。齿面磨损是开式齿轮传动的主要失效形式之一。 改用闭式传动是避免齿面磨损最有效的办法。改用闭式传动是避免齿面磨损最有效的办法。 多媒体CAI课件设计基础 第一章2齿面点蚀齿面点蚀 齿面材料在变接触应力（脉动循环

10、）作用下，由于疲劳齿面材料在变接触应力（脉动循环）作用下，由于疲劳而产生的剥蚀损伤现象称为齿面点蚀，又称疲劳磨损。而产生的剥蚀损伤现象称为齿面点蚀，又称疲劳磨损。 齿面上最初出现的点蚀仅为针尖大小的麻点，后逐渐扩齿面上最初出现的点蚀仅为针尖大小的麻点，后逐渐扩散，甚至数点联成一片，最后形成了明显的齿面损伤。散，甚至数点联成一片，最后形成了明显的齿面损伤。 多媒体CAI课件设计基础 第一章 当齿轮在靠近节线处啮合时，由于相对滑动速度低，形当齿轮在靠近节线处啮合时，由于相对滑动速度低，形成油膜条件差，摩擦力较大，特别是直齿轮传动，通常这时成油膜条件差，摩擦力较大，特别是直齿轮传动，通常这时只有一对

11、齿啮合，轮齿受力也最大，因此，点蚀首先出现在只有一对齿啮合，轮齿受力也最大，因此，点蚀首先出现在靠近靠近节线的齿根面节线的齿根面上。上。 齿面抗点蚀能力主要与齿面硬度有关，齿面硬度越高，齿面抗点蚀能力主要与齿面硬度有关，齿面硬度越高，抗点蚀能力越强。抗点蚀能力越强。 齿面点蚀是闭式软齿传动的主要失效形式，在开式齿轮齿面点蚀是闭式软齿传动的主要失效形式，在开式齿轮传动中，由于齿面磨损较快，点蚀还来不及出现或扩展即被传动中，由于齿面磨损较快，点蚀还来不及出现或扩展即被磨掉，所以看不到点蚀出现。磨掉，所以看不到点蚀出现。 多媒体CAI课件设计基础 第一章3齿面胶合齿面胶合 在高速重载传动中，常因啮合

12、区温度升高而引起润滑失在高速重载传动中，常因啮合区温度升高而引起润滑失效，致使两齿面金属直接接触并发生粘着，当两齿面相对运效，致使两齿面金属直接接触并发生粘着，当两齿面相对运动时，较软的齿面沿滑动方向被撕下而形成沟纹。在低速重动时，较软的齿面沿滑动方向被撕下而形成沟纹。在低速重载传动中，由于齿面间的润滑油膜不易形成也可能产生胶合载传动中，由于齿面间的润滑油膜不易形成也可能产生胶合破坏。破坏。 提高齿面硬度和减小粗糙度值能增强抗胶合能力。对于提高齿面硬度和减小粗糙度值能增强抗胶合能力。对于低速传动采用粘度较大的润滑油；对于高速传动采用含抗胶低速传动采用粘度较大的润滑油；对于高速传动采用含抗胶合添

13、加剂的润滑油也很有效。合添加剂的润滑油也很有效。 多媒体CAI课件设计基础 第一章4齿面塑性变形齿面塑性变形 在重载下，较软的齿面上可能沿摩擦力方向产生局部在重载下，较软的齿面上可能沿摩擦力方向产生局部的塑性变形，使齿轮失去正确的齿廓。这种损坏常出现在的塑性变形，使齿轮失去正确的齿廓。这种损坏常出现在过载严重和启动频繁的传动中。过载严重和启动频繁的传动中。 提高齿面硬度、采用粘度较高的润滑油是减小齿面塑提高齿面硬度、采用粘度较高的润滑油是减小齿面塑性变形的有效方法。性变形的有效方法。 主动轮上的塑性变形主动轮上的塑性变形 从动轮上的塑性变形从动轮上的塑性变形 多媒体CAI课件设计基础 第一章1

14、1.9.2 齿轮传动的设计准则齿轮传动的设计准则 1.闭式齿轮传动闭式齿轮传动2.开式齿轮传动开式齿轮传动软齿面软齿面硬齿面硬齿面齿面点蚀齿面点蚀齿根折断齿根折断齿面磨损齿面磨损多媒体CAI课件设计基础 第一章11.10 齿轮的材料及选择原则齿轮的材料及选择原则 表表16.1 16.1 常用的常用的齿轮齿轮材料材料 设计齿轮传动时，应使齿面具有较高的抗磨损、抗点蚀、设计齿轮传动时，应使齿面具有较高的抗磨损、抗点蚀、抗胶合、抗塑性变形及抗折断的能力。抗胶合、抗塑性变形及抗折断的能力。 基本要求基本要求：齿齿面要硬，面要硬，齿齿芯要芯要韧韧。 1对对齿轮齿轮材料性能的基本要求材料性能的基本要求2常

15、用的常用的齿轮齿轮材料材料 常用的常用的齿轮齿轮材料是各种牌号的材料是各种牌号的优质优质碳素碳素钢钢、合金、合金结结构构钢钢、铸铁铸铁和和铸钢铸钢等。等。多媒体CAI课件设计基础 第一章多媒体CAI课件设计基础 第一章3齿轮材料的选择原则齿轮材料的选择原则 闭式软齿面齿轮传动常用的材料有闭式软齿面齿轮传动常用的材料有3535，4545，40Gr40Gr和和35SiMn35SiMn经调质或正火处理。由于小齿轮轮齿工作次数较多，经调质或正火处理。由于小齿轮轮齿工作次数较多，可使其齿面硬度比大齿轮的高出可使其齿面硬度比大齿轮的高出2550 HBS。此类材料的特。此类材料的特点是制造方便，多用于对强度

16、、速度和精度要求不高的一般点是制造方便，多用于对强度、速度和精度要求不高的一般机械传动中。机械传动中。 闭闭式式硬硬齿齿面面齿齿轮轮传传动动常常用用的的材材料料有有20，20Gr，20GrMnTi表表面面渗渗碳碳淬淬火火和和45，40Gr表表面面淬淬火火或或整整体体淬淬火火，一一般般齿齿面面硬硬度度为为4565 HRC。此此类类材材料料的的特特点点是是制制造造较较复复杂杂，精度要求高，多用于高速、重载及精密机械中。精度要求高，多用于高速、重载及精密机械中。 当齿轮尺寸较大当齿轮尺寸较大（如直径大于如直径大于400600 mm）而轮坯而轮坯不易锻造时，可采用铸钢；开式低速传动可采用灰口铸铁；不易

17、锻造时，可采用铸钢；开式低速传动可采用灰口铸铁；球墨铸铁有时可代替铸钢。球墨铸铁有时可代替铸钢。 多媒体CAI课件设计基础 第一章11.11 直齿圆柱齿轮传动的强度计算直齿圆柱齿轮传动的强度计算11.11.1轮齿的受力分析及计算载荷轮齿的受力分析及计算载荷1.轮齿轮齿上的作用力上的作用力 为计算齿轮的强度，设计轴和轴承，必须对轮齿上的作用力进行分析。为计算齿轮的强度，设计轴和轴承，必须对轮齿上的作用力进行分析。 多媒体CAI课件设计基础 第一章 一对标准直齿圆柱齿轮按标准中心距安装，其齿廓在节一对标准直齿圆柱齿轮按标准中心距安装，其齿廓在节点点C接触，当忽略啮合面间的摩擦力时，可将沿啮合线作用

18、接触，当忽略啮合面间的摩擦力时，可将沿啮合线作用在齿面上的法向力在齿面上的法向力F Fn n分解为两个相互垂直的分力：圆周力分解为两个相互垂直的分力：圆周力F Ft t与径向力与径向力F Fr r。 1 1）力力的大小的大小多媒体CAI课件设计基础 第一章 2 2）力力的方向的方向 圆周力圆周力F Ft t的方向在主动轮上与运动方向相反，在从动轮上的方向在主动轮上与运动方向相反，在从动轮上与运动方向相同；径向力与运动方向相同；径向力F Fr r的方向分别指向各自的轮心。的方向分别指向各自的轮心。 多媒体CAI课件设计基础 第一章2 2计算载荷计算载荷 名义载荷名义载荷沿啮合线作用在齿面上的法向

19、力沿啮合线作用在齿面上的法向力F Fn n，理论上理论上F Fn n应沿齿宽均匀分布。应沿齿宽均匀分布。 计算载荷计算载荷由于轴和轴承的变形、传动装置的制造和安由于轴和轴承的变形、传动装置的制造和安装误差等原因，载荷分布并不均匀，而出现载荷集中现象。装误差等原因，载荷分布并不均匀，而出现载荷集中现象。轴和轴承的刚度越小、齿宽越宽，载荷集中越严重。齿轮制轴和轴承的刚度越小、齿宽越宽，载荷集中越严重。齿轮制造误差及轮齿变形等原因，还会引起附加动载荷。精度越低、造误差及轮齿变形等原因，还会引起附加动载荷。精度越低、圆周速度越高，附加动载荷就越大。加之各种原动机和工作圆周速度越高，附加动载荷就越大。加

20、之各种原动机和工作机的特性不同，也会使载荷实际大小发生变化。因此，计算机的特性不同，也会使载荷实际大小发生变化。因此，计算齿轮强度时，通常用计算载荷齿轮强度时，通常用计算载荷F Fcaca=KF Fn n代替名义载荷，以考代替名义载荷，以考虑载荷集中和附加动载荷的影响。虑载荷集中和附加动载荷的影响。K为为载荷系数载荷系数. . 原原 动动 机机工工 作作 机机 的的 载载 荷荷 特特 性性均均 匀匀中等冲击中等冲击大的冲击大的冲击电电 动动 机机 1 1.21.2 1.61.6 1.8多缸内燃机多缸内燃机1.2 1.61.6 1.81.9 2.1单缸内燃机单缸内燃机1.6 1.81.8 2.0

21、2.2 2.4多媒体CAI课件设计基础 第一章11.11.2 直齿圆柱齿轮传动的强度计算直齿圆柱齿轮传动的强度计算1.1.轮齿弯曲强度计算轮齿弯曲强度计算 在一般齿轮传动中，其主要失效形式是齿面接触疲劳点在一般齿轮传动中，其主要失效形式是齿面接触疲劳点蚀和轮齿弯曲疲劳折断。本章只介绍这两种强度计算。蚀和轮齿弯曲疲劳折断。本章只介绍这两种强度计算。 力学模型力学模型将轮齿看成宽度为将轮齿看成宽度为b b的悬臂梁的悬臂梁。 假设条件：假设条件： 对低精对低精度（度（7，8，9级）级）的齿轮，认为法的齿轮，认为法向力向力F Fn n全部作用全部作用在一个轮齿的齿在一个轮齿的齿顶。顶。 多媒体CAI课

22、件设计基础 第一章 齿根处的危险截面用齿根处的危险截面用3030切线法确定，即作与轮齿对切线法确定，即作与轮齿对称中心线成称中心线成3030夹角并与齿轮圆角相切的斜线，而认为两切点夹角并与齿轮圆角相切的斜线，而认为两切点连线是危险截面位置。连线是危险截面位置。 危险截面上的破坏应力等于危险点的弯曲应力，忽略危险截面上的破坏应力等于危险点的弯曲应力，忽略压应力和剪应力。压应力和剪应力。 多媒体CAI课件设计基础 第一章齿根危险截面的弯矩齿根危险截面的弯矩 危险截面的弯曲截面系数危险截面的弯曲截面系数 危险截面的弯曲应力危险截面的弯曲应力 多媒体CAI课件设计基础 第一章齿形系数齿形系数 因因hF

23、和和SF均与模数均与模数成正比，故对标准齿轮，成正比，故对标准齿轮，值仅取决于齿数的大小值仅取决于齿数的大小而与模数无关。而与模数无关。多媒体CAI课件设计基础 第一章轮齿弯曲强度的验算公式轮齿弯曲强度的验算公式 齿宽系数齿宽系数 弯曲强度的设计公式弯曲强度的设计公式 推荐值：推荐值：轻型减速器可取轻型减速器可取0.20.4；中型减速器可取中型减速器可取0.40.6；重型减速器可取重型减速器可取0.8；特殊情况下可取特殊情况下可取11.2。 所设计出的模数应圆整成标准值，对于传递动力的齿轮，所设计出的模数应圆整成标准值，对于传递动力的齿轮，其模数不宜小于其模数不宜小于1.5 mm。 多媒体CA

24、I课件设计基础 第一章 由于齿数的增加会使重合度增加，使传动更平稳，因此由于齿数的增加会使重合度增加，使传动更平稳，因此在满足弯曲强度的条件下，可适当的选取较多的齿数。在满足弯曲强度的条件下，可适当的选取较多的齿数。 许用弯曲应力许用弯曲应力 试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限，按书中图试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限，按书中图10.810.8查取。该图为齿轮在单侧工作时测得的，对查取。该图为齿轮在单侧工作时测得的，对于长期双侧工作的齿轮传动，齿根弯曲应力为对于长期双侧工作的齿轮传动，齿根弯曲应力为对称循环变应力，应将图中数据乘以称循环变应力，应将图中数据乘以0.7。 SF 轮齿弯曲疲劳安全系数轮齿弯曲疲劳

25、安全系数 安全系数安全系数软齿软齿面面硬硬齿齿面面重要重要传动传动、渗碳淬、渗碳淬火火齿轮齿轮或或铸铸造造齿轮齿轮 SF1.31.41.41.61.62.2 SH1.01.11.11.21.3多媒体CAI课件设计基础 第一章2. 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算 齿面疲劳点蚀与齿面接触应力的大小有关，而齿面最大接触齿面疲劳点蚀与齿面接触应力的大小有关，而齿面最大接触应力可按两接触圆柱体近似的用弹性力学的赫兹公式。应力可按两接触圆柱体近似的用弹性力学的赫兹公式。 式中正号用于外啮合式中正号用于外啮合, ,负号用于内啮合；负号用于内啮合；F Fn n为接为接触面

26、上的法向压力；触面上的法向压力；b b为初为初始接触线长度；始接触线长度； 1和和 2分别分别为两个零件初始接触线处为两个零件初始接触线处的曲率半径；的曲率半径； 1和和 2分别分别为两零件材料的泊松比；为两零件材料的泊松比；E E1和和E E2分别为两零件材料的分别为两零件材料的弹性模量。弹性模量。 多媒体CAI课件设计基础 第一章综合曲率的变化规律综合曲率的变化规律多媒体CAI课件设计基础 第一章综合曲率半径对接触应力的影响综合曲率半径对接触应力的影响多媒体CAI课件设计基础 第一章 实验表明，齿根部分靠近节线处最易发生点蚀，可取节实验表明，齿根部分靠近节线处最易发生点蚀，可取节点处的接触

27、应力为计算依据。点处的接触应力为计算依据。 标准齿轮传动节点处的齿廓曲率半径标准齿轮传动节点处的齿廓曲率半径 齿轮在节点处的综合曲率齿轮在节点处的综合曲率 在节点处一般只有一对齿啮合，即载荷由一对齿在节点处一般只有一对齿啮合，即载荷由一对齿承担承担 多媒体CAI课件设计基础 第一章 一对钢制标准齿轮啮合，可查得：一对钢制标准齿轮啮合，可查得： 引入载荷系数引入载荷系数K K 一对钢制标准齿轮传动的齿面接触强度的验算公式一对钢制标准齿轮传动的齿面接触强度的验算公式 齿面接触强度设计公式齿面接触强度设计公式 多媒体CAI课件设计基础 第一章结论结论 当一对齿轮的材料、传动比及齿宽系数一定时，由齿面

28、当一对齿轮的材料、传动比及齿宽系数一定时，由齿面接触强度决定的承载能力仅与中心距或齿轮分度圆直径有关，接触强度决定的承载能力仅与中心距或齿轮分度圆直径有关，而与模数没有直接关系。而与模数没有直接关系。 注意问题注意问题 1 1）对于一对相互啮合的齿轮，在接触线处的接触应力）对于一对相互啮合的齿轮，在接触线处的接触应力是相等的，即是相等的，即 因此强度条件取决于许用接触应力因此强度条件取决于许用接触应力 2 2）若配对齿轮材料为钢对铸铁或铸铁对铸铁，则应将）若配对齿轮材料为钢对铸铁或铸铁对铸铁，则应将公式中的系数公式中的系数335335分别改为分别改为285285和和250250。 多媒体CAI

29、课件设计基础 第一章 3 3）许用接触应力）许用接触应力 4 4）齿轮传动设计时，应首先按主要失效形式进行强度计）齿轮传动设计时，应首先按主要失效形式进行强度计算，确定其主要尺寸，然后对其他失效形式进行必要的校核。算，确定其主要尺寸，然后对其他失效形式进行必要的校核。闭式软齿面传动常因齿面点蚀而失效，故通常先按齿面接触强度设计公式确定传闭式软齿面传动常因齿面点蚀而失效，故通常先按齿面接触强度设计公式确定传动尺寸，然后验算轮齿弯曲强度。闭式硬齿面齿轮传动抗点蚀能力较强，故可先动尺寸，然后验算轮齿弯曲强度。闭式硬齿面齿轮传动抗点蚀能力较强，故可先按弯曲强度设计公式确定模数等尺寸，然后验算齿面接触强

30、度。开式齿轮传动的按弯曲强度设计公式确定模数等尺寸，然后验算齿面接触强度。开式齿轮传动的主要失效形式是磨损，一般不出现点蚀。鉴于目前对磨损尚无成熟的计算方法，主要失效形式是磨损，一般不出现点蚀。鉴于目前对磨损尚无成熟的计算方法，故对开式齿轮传动通常只进行弯曲强度计算，考虑到磨损对齿厚的影响，应适当故对开式齿轮传动通常只进行弯曲强度计算，考虑到磨损对齿厚的影响，应适当降低开式传动的许用弯曲应力降低开式传动的许用弯曲应力（如将闭式传动的许用弯曲应力乘以如将闭式传动的许用弯曲应力乘以0.70.8），以，以使计算的模数值适当增大。使计算的模数值适当增大。 安全系数安全系数软齿软齿面面硬硬齿齿面面重要重

31、要传动传动、渗碳淬、渗碳淬火火齿轮齿轮或或铸铸造造齿轮齿轮 SF1.31.41.41.61.62.2 SH1.01.11.11.21.3多媒体CAI课件设计基础 第一章11.12 标准斜齿圆柱齿轮传动标准斜齿圆柱齿轮传动 11.12.5 轮齿上的作用力轮齿上的作用力 在忽略摩擦力时法向力可分解为在忽略摩擦力时法向力可分解为圆周力、径向力和轴向力圆周力、径向力和轴向力。 1 1力的大小力的大小 多媒体CAI课件设计基础 第一章力的方向力的方向 1 1）圆周力的方向在主动轮上与运动方向相反，在从动）圆周力的方向在主动轮上与运动方向相反，在从动轮上与运动方向相同；轮上与运动方向相同； 2 2）径向力

32、的方向对两轮都是指向各自的轮心；）径向力的方向对两轮都是指向各自的轮心； 3 3）轴向力的方向需根据螺旋线方向和轮齿工作面而定。）轴向力的方向需根据螺旋线方向和轮齿工作面而定。当主动轮的螺旋线方向为右当主动轮的螺旋线方向为右( (左左) )旋时也可用右旋时也可用右( (左左) )手螺旋定手螺旋定则判断，即伸出右则判断，即伸出右( (左左) )手，四指代表主动轮的转动方向，则手，四指代表主动轮的转动方向，则拇指的指向代表该轮的轴向力的方向，从动轮的轴向力方向拇指的指向代表该轮的轴向力的方向，从动轮的轴向力方向与主动轮的轴向力方向相反，互为作用与反作用力。与主动轮的轴向力方向相反，互为作用与反作用

33、力。 多媒体CAI课件设计基础 第一章 斜齿圆柱齿轮的受力分析（受力方向）（受力方向） 圆周力：主动轮与转向相反；从动轮与转向相同。圆周力：主动轮与转向相反；从动轮与转向相同。 径向力：指向圆心。径向力：指向圆心。 轴向力：可用左、右手判断。轴向力：可用左、右手判断。多媒体CAI课件设计基础 第一章 受力分析受力分析（受力方向）受力方向） 圆周力：主动轮与转向相反；从动轮与转向相同。圆周力：主动轮与转向相反；从动轮与转向相同。 径向力：指向圆心。径向力：指向圆心。 轴向力：可用左、右手判断。轴向力：可用左、右手判断。nnFr1Fr1Fr2Fr2Ft2Ft2Ft1Ft1Fa1Fa1Fa2Fa1多

34、媒体CAI课件设计基础 第一章斜齿圆柱齿轮传动的受力分析斜齿圆柱齿轮传动的受力分析( (螺旋角选择）螺旋角选择） n n多媒体CAI课件设计基础 第一章2 斜齿圆柱齿轮的斜齿圆柱齿轮的强度计算强度计算 斜齿圆柱齿轮传动的强度计算利用其当量齿轮直接套斜齿圆柱齿轮传动的强度计算利用其当量齿轮直接套用直齿圆柱齿轮的强度计算公式进行的。但是由于斜齿轮用直齿圆柱齿轮的强度计算公式进行的。但是由于斜齿轮存在螺旋角，使得其重合度较大，接触线较长，当量齿轮存在螺旋角，使得其重合度较大，接触线较长，当量齿轮的分度圆半径也较大，因此斜齿轮的弯曲应力和接触应力的分度圆半径也较大，因此斜齿轮的弯曲应力和接触应力比直齿

35、轮有所降低。比直齿轮有所降低。 1 1一对钢制标准斜齿轮传动的弯曲强度条件一对钢制标准斜齿轮传动的弯曲强度条件 验算公式验算公式 设计公式设计公式 引入齿宽系数引入齿宽系数 多媒体CAI课件设计基础 第一章弯曲疲劳强度计算时应注意的问题弯曲疲劳强度计算时应注意的问题 2 2斜齿轮的齿面接触强度斜齿轮的齿面接触强度 验算公式验算公式 设计公式设计公式 引入齿宽系数引入齿宽系数 表表11.1211.12多媒体CAI课件设计基础 第一章接触疲劳强度计算时应注意的问题接触疲劳强度计算时应注意的问题 1 1）当配对齿轮材料改变时，上两式系数应加以修正。）当配对齿轮材料改变时，上两式系数应加以修正。钢对铸

36、铁应将钢对铸铁应将305乘以乘以(285/ /335)；铸铁对铸铁应将；铸铁对铸铁应将305305乘乘以以(250/ /335) 。 2 2）求出中心距后，应圆整成）求出中心距后，应圆整成0，2，5，8结尾的整数结尾的整数值，然后按下式调整螺旋角值，然后按下式调整螺旋角 3 3）斜齿轮传动齿面的接触疲劳强度应同时取决于大、）斜齿轮传动齿面的接触疲劳强度应同时取决于大、小齿轮，实用中斜齿轮传动的许用接触应力可取为小齿轮，实用中斜齿轮传动的许用接触应力可取为 当当 应取应取 较软齿面的许用接触应力。较软齿面的许用接触应力。 多媒体CAI课件设计基础 第一章11.13 标准直齿圆锥齿轮传动标准直齿圆

37、锥齿轮传动 11.13.4 轮齿上的作用力轮齿上的作用力 两轴正交的直齿圆锥齿轮传动，两轴正交的直齿圆锥齿轮传动，当忽略摩擦力时，法向力可分解为三当忽略摩擦力时，法向力可分解为三个分力：个分力： 1 1力的大小力的大小 多媒体CAI课件设计基础 第一章力的方向力的方向 1 1）圆周力的方向在主动轮上与运动方向相反，在从动）圆周力的方向在主动轮上与运动方向相反，在从动轮上与运动方向相同；轮上与运动方向相同； 2 2）径向力的方向对两）径向力的方向对两轮都是垂直指向各自齿轮轮都是垂直指向各自齿轮的轴线；的轴线； 3 3）轴向力的方向对）轴向力的方向对两齿轮均指向各自齿轮的两齿轮均指向各自齿轮的大端

38、；大端； 4 4）小齿轮上的径向力）小齿轮上的径向力和轴向力分别与大齿轮上的和轴向力分别与大齿轮上的轴向力和径向力为作用与反轴向力和径向力为作用与反作用力。作用力。 多媒体CAI课件设计基础 第一章2 直齿圆锥齿轮的直齿圆锥齿轮的强度计算强度计算 1 1直齿圆锥齿轮传动的弯曲强度条件直齿圆锥齿轮传动的弯曲强度条件 直齿圆锥齿轮传动的强度计算可依据其齿宽中点的当直齿圆锥齿轮传动的强度计算可依据其齿宽中点的当量齿轮，套用直齿圆柱齿轮的强度计算公式得到。量齿轮，套用直齿圆柱齿轮的强度计算公式得到。 验算公式验算公式 设计公式设计公式 引入齿宽系数引入齿宽系数 多媒体CAI课件设计基础 第一章2 2一

39、对钢制直齿圆锥齿的齿面接触强度条件一对钢制直齿圆锥齿的齿面接触强度条件 验算公式验算公式 设计公式设计公式 引入齿宽系数引入齿宽系数 若配对齿轮材料为钢对铸铁或铸铁对铸铁，则应将公若配对齿轮材料为钢对铸铁或铸铁对铸铁，则应将公式中的系数式中的系数335分别改为分别改为285和和250。 多媒体CAI课件设计基础 第一章11.14 齿轮的结构设计齿轮的结构设计 对于直径较小的钢制齿轮，当齿根圆直径与轴径接近对于直径较小的钢制齿轮，当齿根圆直径与轴径接近时，可将齿轮和轴做成一体，称为齿轮轴。如果齿轮的直时，可将齿轮和轴做成一体，称为齿轮轴。如果齿轮的直径比轴的直径大得多，则应把齿轮和轴分开制造。径

40、比轴的直径大得多，则应把齿轮和轴分开制造。 齿轮轴齿轮轴 钢制圆柱齿轮钢制圆柱齿轮 钢制圆锥齿轮钢制圆锥齿轮 多媒体CAI课件设计基础 第一章实心结构齿轮实心结构齿轮腹板式或孔板式结构齿轮腹板式或孔板式结构齿轮轮辐式结构齿轮轮辐式结构齿轮多媒体CAI课件设计基础 第一章组合结构齿轮组合结构齿轮 对于尺寸很大的齿轮，为节约贵重钢对于尺寸很大的齿轮，为节约贵重钢材，常采用齿圈套装于轮芯上的组合结构。齿圈用较好的材，常采用齿圈套装于轮芯上的组合结构。齿圈用较好的钢，轮芯用铸铁或铸刚，两者用过盈联接，在配合接缝上钢，轮芯用铸铁或铸刚，两者用过盈联接，在配合接缝上加装加装48紧定螺钉。紧定螺钉。 单件生

41、产的大齿轮，可采用焊接结构单件生产的大齿轮，可采用焊接结构多媒体CAI课件设计基础 第一章11.15 齿轮传动的润滑和效率齿轮传动的润滑和效率 11.15.1 润滑润滑 开式齿轮传动通常采用人工定期加油润滑。可采用润滑开式齿轮传动通常采用人工定期加油润滑。可采用润滑油或润滑脂。油或润滑脂。 闭式齿轮传动的润滑方式根据齿轮的圆周速度的大小而闭式齿轮传动的润滑方式根据齿轮的圆周速度的大小而定。当定。当12 m/ /s时多采用油池润滑，大齿轮浸入油池一定的时多采用油池润滑，大齿轮浸入油池一定的深度，齿轮运转时就把润滑油带到啮合区，同时也甩到箱壁深度，齿轮运转时就把润滑油带到啮合区，同时也甩到箱壁上，

42、借以散热。当上，借以散热。当 较大时，浸入深度约为一个齿高；当速较大时，浸入深度约为一个齿高；当速度度 较小较小(0.50.8 m/ /s)时，可达到齿轮半径的时，可达到齿轮半径的1/61/6。 多媒体CAI课件设计基础 第一章 在多级齿轮传动中，当几个大齿轮直径不相等时，可借在多级齿轮传动中，当几个大齿轮直径不相等时，可借带油轮将油带到未浸入油池内的齿齿轮的齿面上。带油轮将油带到未浸入油池内的齿齿轮的齿面上。 当当 12 m/ /s时，不宜采用油池润滑，这是因为：时，不宜采用油池润滑，这是因为： 圆周圆周速度过高，齿轮上的油大多被甩出去却不能到达啮合区；速度过高，齿轮上的油大多被甩出去却不能

43、到达啮合区； 搅油过于激烈，使油的温升增加，并降低其润滑性能；搅油过于激烈，使油的温升增加，并降低其润滑性能； 会搅起箱底沉淀的杂质，加剧齿轮的磨损。故此时最好采用会搅起箱底沉淀的杂质，加剧齿轮的磨损。故此时最好采用喷油润滑，用油泵将润滑油直接喷到啮合区。喷油润滑，用油泵将润滑油直接喷到啮合区。 多媒体CAI课件设计基础 第一章 润滑油的粘度可按齿轮传动润滑油粘度荐用值表选取。润滑油的粘度可按齿轮传动润滑油粘度荐用值表选取。润滑油的运动粘度确定之后，即可参考机械设计手册查出所润滑油的运动粘度确定之后，即可参考机械设计手册查出所需润滑油的牌号。需润滑油的牌号。 齿轮齿轮材料材料强度强度极限极限

44、MPa 圆周速度圆周速度 / (m/s) 25运动粘度运动粘度/ cSt/ cSt（4040 C C）塑塑料料、铸铸铁、青铜铁、青铜 3502201501008055 钢钢 4501 000 5003502201501008055 1 0001 250 50050035022015010080渗渗碳碳或或表表面淬火钢面淬火钢 1 2501 580 900500500350220150100齿轮传动润滑油粘度荐用值表齿轮传动润滑油粘度荐用值表多媒体CAI课件设计基础 第一章11.15.2 效率效率 齿轮传动的功率损耗主要包括：齿轮传动的功率损耗主要包括： 啮合中的摩擦损耗；啮合中的摩擦损耗； 搅

45、动润滑油的搅油损耗；搅动润滑油的搅油损耗； 支承轴承中的摩擦损耗。计支承轴承中的摩擦损耗。计入上述损耗后，如果齿轮采用滚动轴承支承，那么齿轮传动入上述损耗后，如果齿轮采用滚动轴承支承，那么齿轮传动的平均效率见下表。的平均效率见下表。 传动装置传动装置6 6级或级或7 7级精度级精度的闭式传动的闭式传动8 8级精度级精度的闭式传动的闭式传动开式传动开式传动圆柱齿轮圆柱齿轮圆锥齿轮圆锥齿轮 0.98 0.97 0.97 0.96 0.95 0.93多媒体CAI课件设计基础 第一章11.16.2 齿轮传动的精度及其选择齿轮传动的精度及其选择 精度等精度等级级圆圆周速度周速度 / / (m/s)应应

46、用用直直齿轮齿轮斜斜齿轮齿轮锥齿轮锥齿轮6 6 级级1515252599 高高速速重重载载的的齿齿轮轮传传动动，如如飞飞机机、汽汽车车和机床中的重要和机床中的重要齿轮齿轮；分度机构的；分度机构的齿轮齿轮7 7 级级1010171766 高高速速中中载载或或中中速速重重载载的的齿齿轮轮传传动动，如如标标准系列减速器、汽准系列减速器、汽车车和机床中的和机床中的齿轮齿轮8 8 级级55101033 机械制造中机械制造中对对精度无特殊要求的精度无特殊要求的齿轮齿轮9 9 级级33 3.5 3.5 2.52.5 低速及低速及对对精度要求低的精度要求低的传动传动 在在齿轮齿轮精度精度标标准（准（GB100

47、095GB1000958888和和GB11365GB113658989）中，）中，规规定定了了1212个精度等个精度等级级，按精度高低依次，按精度高低依次为为1 11212级级，常用的是，常用的是6 69 9级级。根据根据对对运运动动准确性、准确性、传动传动平平稳稳性和性和载载荷分布均匀性的要求不同，荷分布均匀性的要求不同，将将齿轮齿轮的各的各项项公差分公差分为为第第、第、第和第和第3 3个公差个公差组组。 考考虑虑到到齿轮齿轮制造制造误误差以及工作差以及工作时轮齿变时轮齿变形和受形和受热热膨膨胀胀，同，同时为时为了便于了便于润润滑，需要有一定的滑，需要有一定的齿侧间齿侧间隙，隙，标标准中准中还规还规定了定了CS共共1414种种齿齿厚偏差。厚偏差。