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1、齿轮传动承载计算本讲稿第一页，共十一页一齿轮传动的计算类型1）设计计算已知：齿轮传递的功率、主动齿轮的转速和传动比（或从动轮的转速）、原动机和工作机的种类及工作特性。设计要求：选定齿轮材料、确定齿轮传动的主要参数、几何尺寸、齿轮结构尺寸和精度等级、绘制齿轮零件工作图。2）校核计算已知：齿轮传动的功率、主动齿轮的转速和传动比（或从动轮的转速）、其它主要参数和尺寸及齿轮材料、原动机和工作机的种类及工作特性。校核齿轮传动是否工作安全。本讲稿第二页，共十一页二齿轮传动的设计准则二齿轮传动的设计准则齿轮传动的设计准则与传动方式和齿面硬度有关1）闭式齿轮传动）闭式齿轮传动软齿面（指齿面硬度HBS350），
2、应按齿齿面面接接触触疲疲劳劳强强度度设设计计齿轮尺寸，而后校核齿齿根根弯弯曲曲疲疲劳劳强强度度；硬齿面（指齿面硬度HBS350），应按齿齿根根弯弯曲曲疲疲劳劳强强度度设计齿轮尺寸，而后校核齿面接触疲劳强度齿面接触疲劳强度。2）开开式式齿齿轮轮传传动动由于开式齿轮传动，磨损是其主要失效形式，考虑到磨损后，轮齿变薄，所以不论软、硬齿面，都可按齿根弯曲疲劳强度设计尺寸，并考虑磨损的影响，将设计出的模数加大10%20%。校核时，也只进行齿根弯曲疲劳强度校核计算。什么叫齿面接触疲劳强度齿面接触疲劳强度？齿根弯曲疲劳强度？齿根弯曲疲劳强度？本讲稿第三页，共十一页三、轮齿的受力分析三、轮齿的受力分析四、轮齿
3、的计算载荷四、轮齿的计算载荷本讲稿第四页，共十一页三、齿根弯曲疲劳强度计算三、齿根弯曲疲劳强度计算齿根弯曲疲劳强度计算的目的齿根弯曲疲劳强度计算的目的，是为了防止轮齿根部的折断。轮齿的疲劳折断，主要与齿根的弯曲应力大小有关。把轮齿看成是一根宽度为b的悬臂梁。考虑制造误差的影响，假定全部法向力Fn由一对轮齿承担。当法向力Fn作用在齿顶时，轮齿根部产生的弯曲应力最大。齿根危险剖面按300切线法确定，即作与轮齿对称中心线成300夹角并与齿根圆角相切的斜线，两切点的连线就是危险剖面位置。危险剖面处的齿厚为sF。本讲稿第五页，共十一页齿根危险截面处的最大计算弯曲应力应小于或等于轮齿材料的许用应力。即FF
4、材料力学的弯曲应力公式得：F=FncosaFhF/bSF2/6列出齿根弯曲疲劳强度计算的设计式和校核式。列出齿根弯曲疲劳强度计算的设计式和校核式。本讲稿第六页，共十一页四、齿面接触疲劳强度计算四、齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算的目的齿面接触疲劳强度计算的目的，是为了防止齿面点蚀失效。是为了防止齿面点蚀失效。齿面的疲劳点蚀，主要与齿面接触应力大小有关。齿面的疲劳点蚀，主要与齿面接触应力大小有关。直齿圆柱齿轮在节点处为一对轮齿参与啮合，轮齿承受载荷直齿圆柱齿轮在节点处为一对轮齿参与啮合，轮齿承受载荷最大，润滑条件不良，因而点蚀最容易发生在节线附近，说最大，润滑条件不良，因而点蚀最容易发生
5、在节线附近，说明节线处的接触应力最大如图明节线处的接触应力最大如图9.11.39.11.3所示。因此，防止齿面所示。因此，防止齿面点蚀的强度条件为：节点处的计算接触应力应点蚀的强度条件为：节点处的计算接触应力应小于或等于小于或等于齿齿轮材料的许用接触应力。轮材料的许用接触应力。即即HH 本讲稿第七页，共十一页齿面节线处的最大齿面节线处的最大接触应力，可由弹接触应力，可由弹性力学的赫兹应力性力学的赫兹应力公式计算公式计算。最终列出齿根弯曲疲最终列出齿根弯曲疲劳强度计算的设计式劳强度计算的设计式和校核式。和校核式。本讲稿第八页，共十一页五、齿轮传动参数的选择五、齿轮传动参数的选择1齿齿数数和和模模
6、数数当当齿齿轮轮分分度度圆圆直直径径确确定定后后，增增加加齿齿数数，相相应应减减小小模模数数，可可增增大大重重合合度度，有有利利于于传传动动平平稳稳，并并可可节节省省加加工工工工时时和和材材料料。对对于于软软齿齿面面闭闭式式传传动动，在在满满足足轮轮齿齿弯弯曲曲强强度度条条件件下下，可可适适 当当 增增 加加 齿齿 数数，减减 小小 模模 数数。一一 般般z z1 1=2040=2040，模模 数数 可可 按按m=（0.0070.020.0070.02）a a选选取取；传传递递动动力力的的齿齿轮轮，模模数数m2mm2mm，硬硬齿齿面常取面常取z z1 1=1720=1720。2齿齿宽宽b和和齿
7、齿宽宽系系数数a增增大大齿齿宽宽能能减减小小齿齿轮轮径径向向尺尺寸寸，可可降降低低齿齿轮轮的的圆圆周周速速度度，且且使使齿齿轮轮传传动动结结构构紧紧凑凑。但但宽宽度度过过大大，载载荷荷沿沿齿齿宽宽分分布布愈愈不不均均匀匀，载载荷荷集集中中越越严严重重。因因此此必必须须考考虑虑各各方方面面的的影影响响因素，合理地选择齿宽系数。因素，合理地选择齿宽系数。对对于于标标准准圆圆柱柱齿齿轮轮减减速速器器，a的的标标准准值值为为：0.20.2、0.250.25、0.30.3、0.40.4、0.50.5、0.60.6、0.80.8、1.01.0等等。一一般般轻轻型型减减速速器器可可取取a=0.20.4；中中
8、型型减减速器取速器取a=0.40.6；重型减速器取；重型减速器取a=0.8；3、本讲稿第九页，共十一页传传动动比比i减减速速传传动动,i=,i=1 1/2 2=z=z2 2/z/z1 111。但但传传动动比比不不宜宜过过大大，一一般般直直齿齿圆圆柱柱齿齿轮轮传传动动i5i5；斜斜齿齿圆圆柱柱齿齿轮轮传传动动i8i8。当当i8i8时时，可可采采用用多多级级传动。传动。4、许用弯曲应力和许用接触应力许用弯曲应力和许用接触应力六、齿轮的结构设计及润滑密封六、齿轮的结构设计及润滑密封齿轮的结构和尺寸，既要满足强度和刚度要求，又要满足工艺要求。齿轮的结构和尺寸，既要满足强度和刚度要求，又要满足工艺要求。
9、通常是通常是根据经验和规范确定根据经验和规范确定。常用的齿轮结构。常用的齿轮结构有：有：（1）齿轮轴齿轮轴-齿轮的齿顶圆直径齿轮的齿顶圆直径da小于轴孔直径的小于轴孔直径的2倍，或齿根圆与倍，或齿根圆与键槽底部的距离键槽底部的距离（22.5）mn（mn为法面模数）都应将齿轮与轴为法面模数）都应将齿轮与轴制成一体，称为齿轮轴。制成一体，称为齿轮轴。；（2）锻造齿轮锻造齿轮-齿顶圆直径齿顶圆直径da200mm时，锻造成实体型式；齿顶圆直时，锻造成实体型式；齿顶圆直径径da400-500mm400-500mm时时，不宜，不宜锻锻造，常造，常用用铸钢铸钢或或铸铸造造铸铸造。当造。当40400mmd0mm 5005001000mm1000mm时，只能采用时，只能采用图图9.11.79.11.7（b b）所示的）所示的轮辐轮辐式式结结构；当构；当齿轮齿轮的的齿顶圆齿顶圆直径直径d da a 10001000mmmm，齿轮宽度大于，齿轮宽度大于200mm200mm时，应采用时，应采用如如图图9.11.79.11.7（c c）所示的）所示的轮辐轮辐式式铸造结构铸造结构 润滑与密封问题润滑与密封问题本讲稿第十一页，共十一页