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1、齿轮传动设计资料 第10章齿轮传动设计10.1 概述 10.1.1 特点 载荷、速度适用性范围很广； 效率高、结构紧凑； 工作可靠，寿命长； 传动比稳定，准确； 制造费用相对较高， 10.1.2 按工作条件分类 分：闭式、开式、半开式传动；载荷：仪表齿轮到上万kw齿轮 尺寸：d=1mm 到 d100 m 特例：小 d=6mm, =1500，齿节距=20 =0.02 mm； 巨型齿轮 d=152.3 m 超高速、高载荷：v =300 m/s, =25000马力，即：18375kw。 （设计、制造正确、合理、按要求使用、维护可达1020年） （理论上瞬时、平均传动比为定值，这取决于制造精度带链先天
2、不足） 制造水平，设备，批量国内、外，省内、外。 10.2 齿轮传动的失效形式及计算准则 10.2.1轮齿的失效形式 1.轮齿折断 ：疲劳折断、过载折断 形式：整体折断、局部折断 2.齿面点蚀 (1)接蚀应力的概念 点、线接触物体在弹性挤压变形区的应力H (2)点蚀形成机理 H 复作用表面萌生裂纹向下扩展 H 表层（应力）裂纹返向表面微粒材料脱落且表面形成麻点； 后果：振动平稳性、噪音，但仍可工作。 接触面对应点的H相等， H 非均布有一最大值 H 为表层应力 瞬时高温油膜破裂-接蚀峰峰高温熔焊-撕裂- 产生条状沟疮； 后果：无法工作比点蚀严重 4.齿面磨损 后果：齿厚断齿， 齿面为非渐开线曲
3、面平稳性 5.齿面塑性变形 （软齿面在重载时，在摩擦力作用下材料沿齿受摩擦 力方向流动） 10.2.2 不同场合下的主要失效形式及计算准则 闭式传动： 点蚀 : HH 断点 : FF 一般功力传动的计算准则胶合:条件计算（高速、重载时发生）； 开式传动磨损后断齿 计算准则：以FF条件计算模数 考虑磨损、适当加大m-条件性计算五种常见失效形式，并不是同时发生，不同工作场合下以某种或几种形式为主； 10.3齿轮材料及热处理 基本要求：齿面硬、齿芯韧 对于应用齿轮较多的工业部门，如：航天、汽车、拖 拉机、机床等，大都制定行业的齿轮材料规范，甚至 还有行业齿轮设计规范，现仅对通用机械中的一般动 力传动
4、的齿轮材料作简要介绍。 10.3.1常用材料及热处理 10.3.2选用要点 使用条件与要求 固定作业、载荷较平稳软齿面 结构紧凑硬齿面 冲击、过载严重：渗碳、淬火； 工艺性 软齿面优于硬齿面 软齿面：一般小齿轮硬度应比大齿轮高3050HB 环保或可持续发展： 10.4圆柱齿轮的计算载荷 10.4.1名义载荷 T=9.55106P/n (N.mm) F t =2T/d 10.4.2计算载荷 （与带、链相同，实际载荷大于名义载荷，不过影响因素更 多，考虑更仔细，精确） F nc =K F n 或F tc =K F t K=K A K v K K (用 4个系数考虑四个方面的影响 因素) 1K A
5、使用系数，表10-2； 2K v 动载系数，图10-8； （机械原理：要保证齿轮传动的瞬时传动比为定值，啮合处 的齿廓公法线与两回转中心连线的交点应为定点；但实际应用中存在） 基节误差、齿形误差、轮齿变形： 齿廓公法线位置波动节点波动a c 附加载荷 3. K 齿间载荷分配系数，表10-3 制造误差 轮齿变形 多齿对啮合时载荷分配不均； 4. K 齿向载荷分布系数，表10-4、图10-13 安装、制造误差 轴（弯、扭）支承系统变形 载荷沿齿宽分布不均。 10.5 标准直齿圆柱齿轮的强度计算10.5.1轮齿的受力分析 10.5.2齿面接触疲劳强度计算 （ H H 计算 式） 1 H 的计算依据赫
6、芝公式 ）（1E ca H Z p ?= 两圆柱体接触应力计算式； p ca 齿面压力 两圆柱体接触的当量曲率半径， Z E 弹性影响系数（与材料E,有关）表 10-6 （问题：圆定曲率、轮齿渐开线变曲率。） 2 轮齿的H 计算式 （瞬时状态、啮合系数为两圆柱体接蚀，公式可用） 计算点 失效分析统计 节点附近为单点对啮合 以节点为计算点 计算式 u u bd KT Z Z H E H 1 22 11?= Z H 节点区域系数 ，（标准齿轮=2.5） 3 设计式 （H H 式中未知参数：b, d 1） 引入: d =b/ d 1 齿宽系数 213 1) (12H H E d Z Z u u KT
7、 d ? 10.5.3 齿根弯曲疲劳强度计算 1 力学模型：（中等精度齿轮） 视齿体为悬臂梁； 基本式：F=M/w 引入Ysa应力修正系数，（剪切应力，压力）表10-5；2.计算式 危险截面：30切线法； 计算点：受拉侧 校核式： 2 1 1 F Sa Fa F Y Y m bd KT = Y F a齿形系数，表10-5； 设计式 2 2 1 1 3 F Sa Fa d Y Y z KT m ? 10.5.4 齿轮传动的许用应力 1. 疲劳极限的测试条件 1） 齿轮副试件、失效概率1% 2） m=35 mm 、 =20 、b=1050 mm 、 P202 2. 许用应力 S K N lim = ?=5.125.12 .11F H S S S K N 寿命系数，图10-18、19 lim 疲劳极限（应力），图1020、21