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1、第8章 齿轮传动8-9 齿轮传动的失效形式及设计准则8-10.1 圆柱齿轮传动的强度计算8-10.2 圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算8-10.3 圆柱齿轮传动的齿根弯曲疲劳强度计算8-11 锥齿轮传动8-12 齿轮的结构8-10.4 圆柱齿轮传动的静强度计算9-2齿轮传动的失效形式及设计准则8-9 齿轮传动的失效形式及设计准则一、失效形式轮齿折断齿面点蚀齿面胶合1.齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，常见的失效形式有：分为：疲劳折断过载折断：属于静强度破坏。多发生在轮齿的节线附近靠近齿根的一侧。是在重载条件下产生的粘着磨损现象。齿面磨粒磨损使轮齿变薄，最后导致轮齿折断。塑性变形是重载软齿面，在
2、摩擦力作用下引起的材料塑性流动。冷胶和热胶合分为注：由于磨损的形成比点蚀的形成快，故开式传动中见不到点蚀现象。普通闭式传动的主要失效形式为：轮齿的疲劳折断和点蚀普通开式传动的主要失效形式为：轮齿的疲劳折断和磨粒磨损设计准则设计准则对一般工况下的对一般工况下的普通齿轮传动普通齿轮传动，其设计准则为：，其设计准则为：为防止轮齿的疲劳折断，需计算为防止轮齿的疲劳折断，需计算齿根弯曲疲劳强度齿根弯曲疲劳强度。为防止齿面点蚀，需计算为防止齿面点蚀，需计算齿面接触疲劳强度齿面接触疲劳强度。注：对注：对高速重载高速重载传动，还应按传动，还应按齿面抗胶合能力齿面抗胶合能力进行计算。进行计算。2 2、设计准则、
3、设计准则1 1）闭式传动闭式传动硬齿面硬齿面：按按齿根弯曲疲劳强度齿根弯曲疲劳强度进行设计计算（确定齿轮的进行设计计算（确定齿轮的参数和尺寸），然后校核参数和尺寸），然后校核齿面接触疲劳强度齿面接触疲劳强度软齿面软齿面：按按齿面接触疲劳强度齿面接触疲劳强度进行设计计算（确定齿轮的进行设计计算（确定齿轮的参数和尺寸），然后校核参数和尺寸），然后校核齿根弯曲疲劳强度。齿根弯曲疲劳强度。2 2）开式传动：开式传动：只计算齿根弯曲疲劳强度只计算齿根弯曲疲劳强度，适当加大模数（，适当加大模数（预留磨损量预留磨损量）。）。齿轮传动的失效形式及设计准则9-3 齿轮的材料及其选择二.齿轮的材料及其选择对齿轮材
4、料性能的要求：齿面硬、芯部韧。1、常用的齿轮材料 钢：铸铁：（见表87）用于低速、轻载、不太重要的场合；非金属材料：如尼龙、塑料等。适用于高速、轻载、且要求降低噪 音的场合。常用材料最常用；碳钢合金钢（见表87）2、常用的热处理方法齿轮的毛坯：锻造铸造：适用于形状复杂、尺寸大的齿轮。：适用于中、小尺寸的齿轮。调质、正火：得软齿面，强度低，工艺简单。齿轮的材料及其选择原则23、齿轮材料选用的基本原则 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；应考虑齿轮的尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺；硬齿面齿轮传动，两轮的齿面硬度可大致相同，或小轮硬度略高。整体淬火、表面淬火、渗
5、碳淬火、渗氮等：得硬齿面，强度高。淬火后需磨齿，工艺复杂。适用于中碳钢适用于低碳钢不需磨齿齿轮的材料及其选择钢制软齿面（HBS ）齿轮，小轮的齿面硬度应比大齿轮高2050HBS。9-4 圆柱齿轮的载荷计算一、轮齿的受力分析啮合传动中，直轮齿的受力分析切向力：径向力：法向力：为小轮的名义转矩（Nmm）。式中：为小轮的分度圆直径（mm）。主动轮 的方向与其转向相反；从动轮 的方向与其转向相同。径向力 Fr 的方向指向各自的轮心（外齿轮）。1.直齿圆柱齿轮传动的受力分析（828）8-10 圆柱齿轮传动的强度计算 用集中作用于分度圆上齿宽中点处的法向力 代替轮齿所受的分布力，将 分解，得：2.斜齿圆柱
6、齿轮传动的受力分析1 主动2圆柱齿轮的载荷计算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：轴向力：（829）斜齿轮受力轴向力Fa的方向：用“主动轮左右手法则”判断。二级受力分析径向力：3计算载荷单位名义载荷Fu：以T1或Ft带入（828）（829）求出Fn的名义 值，且Fn沿接触线总长 均匀分布，则：Fu 斜齿圆柱齿轮:端面重合度当bnpx n 时 在 范围内变动接触线总长度变化系数0.91(斜齿轮)0.971.0(人字齿)接触线总长:直齿圆柱齿轮：b+:外啮合-：内啮合:斜齿轮单位计算载荷:直齿轮单位计算载荷对于直齿轮，上式中k=1,以代替n,则有动载荷系数kV:由
7、于制造误差,传动不平稳引起载荷冲击,采用动载荷系数kV进行补偿,图8-39载荷集中系数k:由于实际载荷分布不均匀,采用载荷集中系数k进行补偿，图8-389-5直齿轮接触强度计算1接触应力计算接触应力计算:计算点：节点力学模型：将一对轮齿的啮合简化为两个圆柱体接触的模型。目的：防止“点蚀”。强度条件：校核式：CN2N1二.齿面接触疲劳强度计算 齿数比u=Z2/Z1ZE 弹性系数,钢制齿轮 ZE=271ZH 节点啮合系数 标准直齿轮取1.76 标准斜齿轮取1.76cos重合度系数 ,直齿轮取1.直齿轮接触强度计算23）影响接触强度的尺寸是：d（或 a）和 b，而与模数 m 无关。KHL寿命系数注意
8、：1）“”用于外啮合；“”用于内啮合。2），应按 较小者计算接触强度。许用接触应力 Hlimb 对应循环基数NH0的齿面接触疲劳极限，见表810 安全系数SH=4）采用正变位、斜齿轮可提高齿轮的强度。直齿圆柱齿轮接触疲劳强度计算小轮分度圆直径小轮分度圆直径=84 钢制直齿轮 74 钢制斜齿轮1.1 正火,调质,整体淬火1.2表面淬火,渗碳,渗氮1.载荷稳定时当当 NHNH0 KHL=1 2.载荷不稳定时60HVHHLNNK=循环基数NH0,图8-41查应力循环次数NH=60nt60HHHLNNK=当量应力循环次数 齿宽系数表8-9直齿轮接触强度计算3主要参数的选择2齿数的选择当d1=mz1已按
9、接触疲劳强度确定时，z1m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，齿数多一些好！闭式软齿面:z1=20 40 闭式硬齿面和开式传动:z1=17 201齿宽系数 d=b/d1d 齿宽 b 有利于提高强度，但 d 过大将导致 K见表89。直齿圆柱齿轮接触疲劳强度计算9-6直齿轮弯曲强度计算1三.齿根弯曲疲劳强度计算目的：目的：防止疲劳断齿。防止疲劳断齿。强度条件：强度条件：F将轮齿简化为悬臂梁。按30切线法确定齿根危险截面。按在齿顶啮合计算齿根应力,忽略切应力、压应力。1.直齿轮校核式：30 30FnF1F2sl危危险险截截面面（843）
10、FdVFYmdTKKsb2112=齿形系数由图8-44查2.斜齿轮校核式:bebsYYYmdTKKFdVFn2112=（844）重合度系数Y=1/(K)螺旋角系数Y=1-/140当42时Y=0.73.模数计算由于齿宽系数 和 d1=m z1，可得设计式：（845）2）影响齿根弯曲强度的尺寸是：m 和 b。3）采用正变位、斜齿轮可提高齿轮的强度。注意：1），应按 较小者计算齿根弯曲强度。4）动力传动，一般 m1.52mm。齿根弯曲疲劳强度=1.4 直齿1.22 斜齿直齿轮弯曲强度计算34、许用弯曲应力 Flimb 齿根弯曲疲劳极限应力，见表811安全系数SF=1.72.2，铸铁,高温腐蚀环境取大
11、值KFC齿轮双面受载时的影响系数 KFC=（846）齿根弯曲疲劳强度1 单面受载20.70.5 双面受载KFL寿命系数当HBS350,但2当HBS350 但1.6对于所有钢制齿轮循环基数NFo=4*106NFV=当量应力循环次数60nt 稳定载荷正 火,调 质,表 面 强 化K=6淬火钢K=9 不稳定载荷1).按弯曲强度计算模数时由于:两齿轮的齿数不同,应力循环次数不同，计算或验算模数时取 较大者 材料不同,或 热处理不同,较小者 弯曲许用应力不同,9-7直齿轮的静强度计算圆柱齿轮传动的强度计算5.特别注意2).对于开式传动:主要计算弯曲疲劳强度,润滑好的要进行接触强度计算.3).对于闭式传动 齿面硬度:HB350的进行弯曲疲劳强度计算,验算接触疲劳强度