齿轮传动设计素材.pptx

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1、齿轮传动设计素材齿轮传动设计素材2023/4/242第五章第五章 齿轮传动设计齿轮传动设计1.齿轮传动的特点、应用、齿廓啮合基本定律、齿轮传动的特点、应用、齿廓啮合基本定律、渐开线渐开线的形成和性质的形成和性质2.直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮几何尺寸计算直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮几何尺寸计算 3.不同工况下齿轮传动的失效形式和计算准则不同工况下齿轮传动的失效形式和计算准则4.直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮的受力分析、设直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮的受力分析、设计原理及强度计算计原理及强度计算重重 点点 内内 容容第1页/共87页3 35-1 概述概述齿轮传动齿轮传动的特点的特点1.效率高；效率高；2.

2、传动比稳定；传动比稳定；3.工作可靠，寿命长；工作可靠，寿命长；4.适用的速度和功率范围广；适用的速度和功率范围广；5.可实现任意轴之间的传动可实现任意轴之间的传动；6.制造成本高制造成本高；7.精度低时噪声大精度低时噪声大；8.不宜于远距离传动不宜于远距离传动。第2页/共87页4 4分类分类1.按轴线的按轴线的相对位置相对位置：平行轴齿轮传：平行轴齿轮传动、相交轴齿轮传动、交错轴齿轮传动、相交轴齿轮传动、交错轴齿轮传动。动。2.按按齿线形状齿线形状：直齿圆柱齿轮、斜齿：直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、人字齿轮传动。圆柱齿轮、人字齿轮传动。3.按啮合位置：外啮合、内啮合；按啮合位置：外啮合、内啮合

3、；4.按齿廓曲线形状：按齿廓曲线形状：渐开线渐开线、摆线、摆线、圆弧齿轮；圆弧齿轮；5.按是否封闭：开式、闭式传动。按是否封闭：开式、闭式传动。第3页/共87页5 5齿轮传动的主要类型齿轮传动的主要类型齿轮传动的主要类型齿轮传动的主要类型外外啮啮合合直直齿齿内内啮啮合合直直齿齿齿齿轮轮齿齿条条外外啮啮合合斜斜齿齿外外啮啮合合人人字字齿齿蜗蜗杆杆传传动动交交错错轴轴斜斜齿齿轮轮直直齿齿锥锥齿齿轮轮斜斜齿齿锥锥齿齿轮轮曲曲齿齿锥锥齿齿轮轮第4页/共87页6 6直直齿齿圆圆柱柱齿齿轮轮机机构构1）外啮合齿 轮传动2）内啮合齿 轮传动3）齿轮齿条 啮合第5页/共87页7 7 平面齿轮机构1.直齿圆柱

4、齿轮传动3.人字齿轮 传动2.斜齿圆柱 齿轮传动第6页/共87页8 8 空间齿轮机构传递两相交传递两相交.交错轴之间的运动。交错轴之间的运动。1.锥齿轮传动：传递任意两相交轴间运动。锥齿轮传动：传递任意两相交轴间运动。轮齿分布轮齿分布形式有：形式有：1）直齿）直齿2）斜齿）斜齿3）曲齿）曲齿第7页/共87页9 92.交错轴斜齿轮传动 (螺旋齿轮传动)：传递空间任意交错两轴间的运动。3.蜗轮蜗杆传动：传递空间交错两轴间的运动。第8页/共87页1010基本基本要求要求1.必要的工作平稳性；必要的工作平稳性；2.足够的强度。足够的强度。5-2 齿廓啮合基本定律齿廓啮合基本定律平稳性平稳性要求要求瞬时

5、传动比瞬时传动比(角速度之比角速度之比)恒定恒定。齿廓啮合基本定律就是研究当齿廓啮合基本定律就是研究当齿廓形状齿廓形状符符合什么条件时，才能满足这一基本要求。合什么条件时，才能满足这一基本要求。第9页/共87页1111渐开线渐开线渐开线曲面渐开线曲面直齿轮廓曲面直齿轮廓曲面第10页/共87页1212O1O2r2r1vK1vK2K1K2KCN1N2nnw2w1忽略摩擦力忽略摩擦力第11页/共87页1313 为了使两齿轮的传动比为一常数，齿廓的为了使两齿轮的传动比为一常数，齿廓的形状必须能实现不论齿廓在任何位置接触，形状必须能实现不论齿廓在任何位置接触，过过接触点所作的两齿廓的公法线必须与连心线交

6、接触点所作的两齿廓的公法线必须与连心线交于一定点于一定点C。齿廓啮合基本定律齿廓啮合基本定律2.节圆：过节点所作的两相切的圆。节圆：过节点所作的两相切的圆。1.节点：公法线节点：公法线nn与连心线与连心线O1O2的交点的交点C。3.共轭齿廓：凡能满足齿廓啮合基本定律的一对共轭齿廓：凡能满足齿廓啮合基本定律的一对齿轮的齿廓。齿轮的齿廓。第12页/共87页1414一、渐开线的形成及其性质一、渐开线的形成及其性质5-3 渐开线及渐开线齿廓渐开线及渐开线齿廓1.渐开线：一条渐开线：一条动直线动直线绕半绕半径为径为rb的圆作纯滚动，此直的圆作纯滚动，此直线上任一点线上任一点K的轨迹的轨迹AK。2.基圆基

7、圆O3.发生线发生线BKABKFnrbOvK4.展角：展角：渐开线所对应的中渐开线所对应的中心角心角 k第13页/共87页1515要素:基圆,发生线。oA A基圆K KB B渐渐开开线线发生线发生线基圆半径渐开线展角第14页/共87页1717渐开线的性质渐开线的性质1)发生线发生线沿基圆滚过的长沿基圆滚过的长度等于基圆上被滚过的度等于基圆上被滚过的弧长，即弧长，即2)渐开线上任一点的渐开线上任一点的法线法线法线法线必必与基圆相切与基圆相切与基圆相切与基圆相切。3)渐开线的渐开线的形状形状形状形状决定于基决定于基圆的大小。圆的大小。4)基圆以内无渐开线基圆以内无渐开线。ABKFnrbOvK第16

8、页/共87页1818渐开线的性质渐开线的性质压力角：渐开线任一点压力角：渐开线任一点法向压力法向压力Fn的方向线，的方向线，与该点速度方向夹的角与该点速度方向夹的角度度 k5)渐开线上各点的压力渐开线上各点的压力角不相等角不相等。6)同一基圆生成的两条同一基圆生成的两条反向渐开线间的切线线反向渐开线间的切线线段处处相等。段处处相等。ABKFnrbOvKrk第17页/共87页1919渐开线特性渐开线特性oA基圆KB渐渐开开线线发生线发生线1）2)渐开线上任一点的渐开线上任一点的 法线切于基圆。法线切于基圆。3)B点是渐开线在点是渐开线在K点的曲率中心，点的曲率中心，BK是渐开线在是渐开线在K点的

9、曲点的曲 率半径。率半径。4)基圆大小决定渐开线形状基圆大小决定渐开线形状(直线是渐直线是渐 开线的特例）。开线的特例）。5)基圆以内无渐开线。基圆以内无渐开线。第18页/共87页2020渐开线渐开线压力角压力角oA基圆基圆KB渐渐开开线线发生线发生线FV Vk k压力角压力角:齿廓上齿廓上K点受力方向点受力方向（法线方向）与该点（法线方向）与该点速度方向之间所夹锐速度方向之间所夹锐角。用角。用 表示。表示。第19页/共87页2121二、渐开线齿廓都二、渐开线齿廓都能能满足齿廓啮合基本定律满足齿廓啮合基本定律O1O2r2r1KCN1N2ntw2w1rb2rb1t过过K点所得点所得N1N2公法线

10、公法线一定即与基圆一定即与基圆O1相切，相切，也与基圆也与基圆O2相切。相切。定定圆圆O1和定圆和定圆O2在同在同一方向上只有一条公一方向上只有一条公切线。切线。第20页/共87页2222O1O2r2r1KCN1N2ntw2w1rb2rb1t三、渐开线齿廓啮合的其他特性三、渐开线齿廓啮合的其他特性1.中心距的中心距的可分性：可分性：实际中实际中心距与设计中心距稍微有所偏心距与设计中心距稍微有所偏差，瞬时传动比保持不变。差，瞬时传动比保持不变。2.啮合线和啮合角啮合线和啮合角理论啮合线段理论啮合线段：N1N2啮合角啮合角：两节圆的公两节圆的公切线切线tt与啮合线与啮合线N1N2间的夹间的夹角。等

11、于节圆上的压力角。角。等于节圆上的压力角。第21页/共87页2323d db bd da ad ddfb bp pk kp ps sk ke ee ek ks sh hh hf fh ha aO O5-4 标准直齿圆柱齿轮各部分名称标准直齿圆柱齿轮各部分名称及几何尺寸计算及几何尺寸计算一、直齿圆柱齿轮一、直齿圆柱齿轮各部分名称及代号各部分名称及代号1.齿顶圆齿顶圆da2.齿根圆齿根圆df3.基圆基圆db4.分度圆分度圆d:分度圆分度圆柱面与端面交线柱面与端面交线标准齿轮标准齿轮s=e第22页/共87页24245.端面齿厚端面齿厚sk:6.端面齿槽宽端面齿槽宽ek：7.端面齿距端面齿距pkpk=

12、sk+ekp=s+e=2s=2e任意圆周上轮齿两侧任意圆周上轮齿两侧齿廓间的弧长齿廓间的弧长(s)任意圆周上齿槽两侧任意圆周上齿槽两侧齿廓间的弧长齿廓间的弧长(e)任意圆周上两个相邻任意圆周上两个相邻而同侧的端面齿廓之而同侧的端面齿廓之间的弧长间的弧长(p)第23页/共87页25258.齿宽齿宽b:有齿部分沿分度圆柱面的轴线方向度量的宽度有齿部分沿分度圆柱面的轴线方向度量的宽度9.齿顶高齿顶高ha：齿顶圆与：齿顶圆与分度圆之间的分度圆之间的径向距离径向距离10.齿根高齿根高hf：齿跟圆：齿跟圆与分度圆之间的与分度圆之间的径向距离径向距离11.全齿高全齿高h：齿跟圆与齿跟圆与齿顶圆之间的齿顶圆之

13、间的径向距离径向距离12.齿面齿面：位于齿顶曲位于齿顶曲面和齿根曲面之间的轮面和齿根曲面之间的轮齿侧面齿侧面13.齿数齿数z：齿轮上轮：齿轮上轮齿的数目齿的数目第24页/共87页2626二、直齿圆柱齿轮的基本参数二、直齿圆柱齿轮的基本参数1.模数模数:齿距除以圆周率的整理后的商齿距除以圆周率的整理后的商，2.分度圆上压力角分度圆上压力角3、齿顶高系数、齿顶高系数 和顶隙系数和顶隙系数 外啮合标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算见表外啮合标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算见表5-2。分度圆：具有标准模数、标准压力角的圆。分度圆：具有标准模数、标准压力角的圆。标准齿轮：模数、压力角、齿顶高系数及顶隙系数均标

14、准齿轮：模数、压力角、齿顶高系数及顶隙系数均为标准值，且分度圆上的齿厚等于齿槽宽的齿轮。为标准值，且分度圆上的齿厚等于齿槽宽的齿轮。顶隙顶隙c=c*m：齿轮的齿根圆柱面与配对齿轮的齿顶圆：齿轮的齿根圆柱面与配对齿轮的齿顶圆柱面之间在连心线上的距离。柱面之间在连心线上的距离。第25页/共87页2023/4/24275-5 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动 第26页/共87页2828一、齿轮传动的正确啮合条件一、齿轮传动的正确啮合条件法节法节:相邻两齿同侧齿廓的法线距离相邻两齿同侧齿廓的法线距离齿轮副的正确啮合条件为齿轮副的正确啮合条件为法节与端面基圆齿距法节与端面

15、基圆齿距(基节基节)相等相等发生线沿基圆滚过的长度等于基发生线沿基圆滚过的长度等于基圆上被滚过的弧长圆上被滚过的弧长第27页/共87页2929传动比可写成传动比可写成模数和压力角已经标准化模数和压力角已经标准化第28页/共87页3030二、齿轮传动的连续条件和重合度二、齿轮传动的连续条件和重合度连续条件：实际啮合线段长度应大于等于基圆齿距连续条件：实际啮合线段长度应大于等于基圆齿距(3)终止啮合点终止啮合点脱离点脱离点(2)中间啮合点中间啮合点(1)起始啮合点起始啮合点第29页/共87页2023/4/2431连续条件：实际啮合线段长度应大于等于基圆齿距连续条件：实际啮合线段长度应大于等于基圆齿

16、距第30页/共87页3232AN2BN1abO1O2端面重合度端面重合度端面作用弧：一个端面齿端面作用弧：一个端面齿廓从开始啮合到啮合结束廓从开始啮合到啮合结束所转过的分度圆弧长所转过的分度圆弧长端面作用角端面作用角 ：端面作用：端面作用弧对应的圆心角弧对应的圆心角：斜齿轮的分度圆螺旋角：斜齿轮的分度圆螺旋角 第31页/共87页3333三、齿轮传动的无侧隙啮合条件及标准中心距三、齿轮传动的无侧隙啮合条件及标准中心距 1、齿、齿侧侧间间隙隙：齿轮传动时，一齿轮节圆上的齿槽宽：齿轮传动时，一齿轮节圆上的齿槽宽与另一齿轮节圆上的齿厚之差。与另一齿轮节圆上的齿厚之差。侧隙的作用：补偿制造、安装误差、热

17、变形，且可存侧隙的作用：补偿制造、安装误差、热变形，且可存储润滑油。储润滑油。设计齿轮和计算名义尺寸时，按无侧隙啮合来计算。设计齿轮和计算名义尺寸时，按无侧隙啮合来计算。2、标准中心距标准中心距：安装齿轮时，使分度圆与节圆重合：安装齿轮时，使分度圆与节圆重合的一对标准齿轮的中心距。的一对标准齿轮的中心距。第32页/共87页34344、顶隙、顶隙为防止齿轮工作时，一轮齿的齿顶圆与另一轮齿的齿为防止齿轮工作时，一轮齿的齿顶圆与另一轮齿的齿根圆碰撞，同时为了便于储油润滑，需留有顶隙。根圆碰撞，同时为了便于储油润滑，需留有顶隙。此时的啮合角此时的啮合角等于分度圆上的压力角等于分度圆上的压力角第33页/

18、共87页3535过接触点所作的两齿廓的公法线必须与连心线过接触点所作的两齿廓的公法线必须与连心线交于一定点交于一定点C。1、齿廓啮合基本定律、齿廓啮合基本定律2、齿轮传动的正确啮合条件、齿轮传动的正确啮合条件两个齿轮的模数和压力角相等两个齿轮的模数和压力角相等。3、齿轮传动的连续条件、齿轮传动的连续条件端面重合度大于端面重合度大于1。第34页/共87页3636思考题思考题标准齿轮中分度圆上压力角标准齿轮中分度圆上压力角与节圆上啮合角的关系？与节圆上啮合角的关系？第35页/共87页37375-7 齿轮传动的失效形式及计算准则齿轮传动的失效形式及计算准则1、齿轮传动的主要失效形式、齿轮传动的主要失

19、效形式?2、轮齿折断轮齿折断原因，提高抗折断主要措施？原因，提高抗折断主要措施？3、齿面点蚀，避免措施？齿面点蚀，避免措施？4、齿面齿面磨粒磨损，避免措施？磨粒磨损，避免措施？5、齿面胶合，避免措施？齿面胶合，避免措施？6、齿面、齿面塑性变形原因，避免措施？塑性变形原因，避免措施？7、工程中实际的计算准则有那些、工程中实际的计算准则有那些？8、闭式传动软齿面、硬齿面的计算准则、闭式传动软齿面、硬齿面的计算准则？9、开式传动计算准则、开式传动计算准则？第36页/共87页38381、常用齿轮材料、常用齿轮材料?2、常用齿轮热处理措施？、常用齿轮热处理措施？3、调质处理作用？调质处理作用？4、正火处

20、理的作用？正火处理的作用？5、表面淬火作用？、表面淬火作用？6、渗碳淬火的作用、渗碳淬火的作用？7、表面淬火的作用、表面淬火的作用？8、齿轮的配合原则、齿轮的配合原则？5-8齿轮材料及热处理齿轮材料及热处理 第37页/共87页39395-7 齿轮传动的失效形式及计算准则齿轮传动的失效形式及计算准则一、齿轮传动的主要失效形式一、齿轮传动的主要失效形式 轮齿的失效分为轮齿的失效分为轮齿折断轮齿折断、疲劳点蚀、磨、疲劳点蚀、磨损、胶合和塑性变形。损、胶合和塑性变形。1、轮齿折断轮齿折断：疲劳折断和过载折断：疲劳折断和过载折断 当作用于轮齿上的工作应力超过了齿轮材料的当作用于轮齿上的工作应力超过了齿轮

21、材料的疲劳极限疲劳极限，在齿根圆角处将产生疲劳裂纹，裂纹，在齿根圆角处将产生疲劳裂纹，裂纹不断扩展，造成弯曲疲劳折断。不断扩展，造成弯曲疲劳折断。发生发生闭式硬齿面闭式硬齿面（硬度（硬度 ）齿轮传动中。）齿轮传动中。第38页/共87页40402.齿面点蚀齿面点蚀 轮齿受力后，在齿面接触处将产生循环轮齿受力后，在齿面接触处将产生循环的接触应力（赫兹应力），而使轮齿的表面的接触应力（赫兹应力），而使轮齿的表面或次表面层出现不规则的细线状疲劳裂纹，或次表面层出现不规则的细线状疲劳裂纹，疲劳裂纹扩展，使齿面金属片状剥落形成麻疲劳裂纹扩展，使齿面金属片状剥落形成麻点状的点状的凹坑凹坑。发生发生闭式软齿面

22、闭式软齿面（硬度（硬度 ）齿轮传动中。）齿轮传动中。第39页/共87页4141避免避免措施措施：（1）提高齿面硬度和润滑油的粘度；）提高齿面硬度和润滑油的粘度；（2）采用正变位；）采用正变位；（3）降低表面粗糙度。）降低表面粗糙度。3.齿面齿面磨粒磨损磨粒磨损 齿轮啮合过程中，落在工作齿面间的外部齿轮啮合过程中，落在工作齿面间的外部颗粒，起着磨粒作用，引起磨粒磨损。颗粒，起着磨粒作用，引起磨粒磨损。避免避免措施措施：（1）改善润滑和密封条件；）改善润滑和密封条件；（2）提高齿轮表面质量；）提高齿轮表面质量；（3）注意装配时的清洁度；）注意装配时的清洁度；（4）合理提高齿面硬度及合理的硬度匹配等

23、）合理提高齿面硬度及合理的硬度匹配等 第40页/共87页42424、齿面胶合齿面胶合 在高速重载齿轮传动中，由于相对运动速度在高速重载齿轮传动中，由于相对运动速度高，齿面压力大，容易导致润滑油被挤出，使高，齿面压力大，容易导致润滑油被挤出，使齿面油膜破裂，在啮合处产生很大的摩擦热，齿面油膜破裂，在啮合处产生很大的摩擦热，局部局部温升温升过高，使两齿面接触点处金属过高，使两齿面接触点处金属熔焊熔焊而而粘着粘着的现象称为胶合。的现象称为胶合。避免措施避免措施：（1）减小模数，降低齿高，以减小齿面的相）减小模数，降低齿高，以减小齿面的相对滑动速度；对滑动速度；（2）降低齿面压力，采用良好的润滑方式及

24、）降低齿面压力，采用良好的润滑方式及润滑剂以降低摩擦系数；润滑剂以降低摩擦系数；第41页/共87页4343（3）提高接触强精度，采用变位和修形；）提高接触强精度，采用变位和修形；（4）提高齿面硬度和降低表面粗糙度值等。）提高齿面硬度和降低表面粗糙度值等。5、齿面、齿面塑性变形塑性变形 若齿轮材料若齿轮材料较软较软，在过大的应力作用下，在过大的应力作用下，轮齿材料因屈服产生轮齿材料因屈服产生塑性流动塑性流动而形成齿面或齿而形成齿面或齿体的塑性变形。体的塑性变形。避免措施避免措施：（1）提高齿面硬度；）提高齿面硬度；（2）采用粘度较高、油性较好或带减摩）采用粘度较高、油性较好或带减摩添加剂的润滑油

25、。添加剂的润滑油。第42页/共87页4444二、齿轮传动的二、齿轮传动的计算准则计算准则1、对于、对于闭式闭式齿轮传动，当一对或一个齿轮轮齿齿轮传动，当一对或一个齿轮轮齿为为软齿面软齿面（），轮齿的主要损伤形式），轮齿的主要损伤形式是齿面是齿面疲劳点蚀疲劳点蚀，故应按，故应按接触疲劳强度接触疲劳强度的的设计设计公式确定主要尺寸，然后公式确定主要尺寸，然后校核弯曲强度校核弯曲强度。当一对齿轮均为当一对齿轮均为硬齿面硬齿面（）时，）时，轮齿的主要失效形式是轮齿的主要失效形式是轮齿折断轮齿折断，则应按，则应按弯曲弯曲疲劳强度疲劳强度的的设计设计公式确定模数，然后公式确定模数，然后校核接触校核接触疲劳

26、强度疲劳强度。第43页/共87页45452、开式开式齿轮传动，其主要失效形式是齿轮传动，其主要失效形式是齿面磨损齿面磨损，但磨损后引起折断，而磨损目前尚无可靠的计但磨损后引起折断，而磨损目前尚无可靠的计算方法，故目前算方法，故目前多按弯曲强度设计多按弯曲强度设计，用，用适当降适当降低许用弯曲应力低许用弯曲应力的方法考虑磨损的影响。的方法考虑磨损的影响。5-8齿轮材料及热处理齿轮材料及热处理 一、齿轮材料一、齿轮材料材料的材料的基本要求基本要求：齿面具有足够的：齿面具有足够的硬度硬度和和耐磨耐磨性性，轮齿具有足够的，轮齿具有足够的抗弯曲强度抗弯曲强度及及冲击韧性冲击韧性，易于加工达到所需要的易于

27、加工达到所需要的精度精度；对于高速齿轮，；对于高速齿轮，还应有较好的还应有较好的抗胶合能力抗胶合能力。第44页/共87页4646 通过通过热处理热处理可以改善材料的力学性能，提可以改善材料的力学性能，提高高齿面硬度齿面硬度，发挥材料的潜力。，发挥材料的潜力。提高齿面硬度，既可以提高齿面硬度，既可以提高接触强度提高接触强度，又可，又可提高提高抗磨粒磨损抗磨粒磨损及及抗塑性变形抗塑性变形的能力。的能力。常用材料为各种钢、铸铁或非金属材料。常常用材料为各种钢、铸铁或非金属材料。常用齿轮材料及热处理后的机械性能见表用齿轮材料及热处理后的机械性能见表5-3。第45页/共87页4747二、齿轮的热处理方法

28、二、齿轮的热处理方法1、调质调质 中碳钢和中碳合金钢中碳钢和中碳合金钢，经过调质处理后，其，经过调质处理后，其机械强度、韧性等综合性能较好，齿面硬度一机械强度、韧性等综合性能较好，齿面硬度一般为般为220260HBS。因硬度不高，故可在热处。因硬度不高，故可在热处理后精切齿形，以消除热处理变形。理后精切齿形，以消除热处理变形。2、正火正火 中碳钢正火后可使材料晶粒细化，增大机中碳钢正火后可使材料晶粒细化，增大机械强度和韧性，消除内应力，改善切削性能。械强度和韧性，消除内应力，改善切削性能。3、表面淬火表面淬火第46页/共87页4848 对于对于中碳钢和中碳合金钢中碳钢和中碳合金钢进行表面淬火，

29、齿进行表面淬火，齿面硬度可达面硬度可达50HRC左右，而芯部仍有较高的韧左右，而芯部仍有较高的韧性，故接触强度高，耐磨性好，可承受一定的冲性，故接触强度高，耐磨性好，可承受一定的冲击载荷，适用于无剧烈冲击的齿轮传动。击载荷，适用于无剧烈冲击的齿轮传动。4、渗碳淬火渗碳淬火对于含碳量对于含碳量0.15%0.25%的的低碳钢和低碳合金钢低碳钢和低碳合金钢，渗碳淬火后齿面硬度可达渗碳淬火后齿面硬度可达5662HRC，而芯部仍，而芯部仍有较高的韧性，故齿面接触强度高，耐磨性好，有较高的韧性，故齿面接触强度高，耐磨性好，常用于常用于受冲击载荷的重要齿轮受冲击载荷的重要齿轮。变形大，需进行。变形大，需进行

30、磨齿磨齿或用硬质合金滚刀滚刮。或用硬质合金滚刀滚刮。第47页/共87页49495、表面、表面渗氮渗氮化学热处理化学热处理 轮齿变形小，齿面硬度比渗碳齿轮高，适用轮齿变形小，齿面硬度比渗碳齿轮高，适用于于尺寸较大的外齿轮或难于磨齿的内齿轮尺寸较大的外齿轮或难于磨齿的内齿轮。硬化层深度很小，故其承载能力稍低于渗碳硬化层深度很小，故其承载能力稍低于渗碳齿轮，且不适用于有冲击载荷或有磨粒磨损的场齿轮，且不适用于有冲击载荷或有磨粒磨损的场合。合。注意注意：软齿面软齿面可通过可通过调质调质和和正火正火获得；获得；小齿轮小齿轮材料好些材料好些或或齿面硬度稍高齿面硬度稍高(3050HBS)第48页/共87页5

31、0505-9 直齿圆柱齿轮传动的直齿圆柱齿轮传动的 受力分析和计算载荷受力分析和计算载荷一、轮齿的受力分析一、轮齿的受力分析目的目的 计算齿轮的强度计算齿轮的强度 设计轴和轴承设计轴和轴承假设假设1.忽略摩擦力；忽略摩擦力；2.轮齿为悬臂梁；轮齿为悬臂梁；3.一对轮齿承载；一对轮齿承载；4.作用力为集中力。作用力为集中力。第49页/共87页5151若若T1为齿轮传递的名义转矩为齿轮传递的名义转矩作用在轮齿上的总压力作用在轮齿上的总压力总是垂直于齿面总是垂直于齿面FnFrFtd1T11P第50页/共87页5252Fn2Fn1Ft2Ft1Fr2Fr1O1O2CT2T1d1/2d2/2ttnnvc

32、与节圆相切。标准与节圆相切。标准安装的标准齿轮，节圆安装的标准齿轮，节圆与分度圆重合。与分度圆重合。在主动轮上与节点在主动轮上与节点速度方向相反，在从动速度方向相反，在从动轮上与节点的速度方向轮上与节点的速度方向相同。相同。第51页/共87页5353二、计算载荷二、计算载荷 速度波动速度波动名义载荷名义载荷计算载荷计算载荷理想载荷理想载荷名义载荷名义载荷=载荷系数载荷系数K=1.31.7实际载荷实际载荷 原动机与工作机原动机与工作机 制造安装误差、弹性变形制造安装误差、弹性变形Fnc=K.Fn第52页/共87页5454 载荷系数载荷系数 k 的选取原则的选取原则1.原动机为电动机、汽轮机、燃气

33、轮机；工作机原动机为电动机、汽轮机、燃气轮机；工作机载荷载荷平稳平稳；齿轮；齿轮对称布置对称布置时，应取时，应取小小值；值；2.齿轮制造齿轮制造精度高精度高，可以减小内部动载荷，应取，可以减小内部动载荷，应取小小值；值；3.斜齿轮斜齿轮传动平稳，应取传动平稳，应取小小值；值；4.原动机为原动机为单缸内燃机单缸内燃机时动载荷大，应提高时动载荷大，应提高20%左右；左右；5.齿轮齿轮速度高速度高，易产生振动、冲击与噪声，应取，易产生振动、冲击与噪声，应取大大值；值；6.开式开式传动，磨损严重，应取传动，磨损严重，应取大大值。值。第53页/共87页5555轮齿折断轮齿折断齿面点蚀齿面点蚀齿面磨损齿面

34、磨损齿面胶合齿面胶合失效形式失效形式塑性变形塑性变形闭式硬齿闭式硬齿闭式软齿闭式软齿开式齿轮开式齿轮重载传动重载传动材料较软材料较软 内容回顾内容回顾第54页/共87页5656内容总结内容总结受力分析受力分析计算载荷计算载荷目的目的假设假设大小大小方向方向名义载荷与计名义载荷与计算载荷的关系算载荷的关系载荷系数载荷系数取值原则取值原则第55页/共87页5757FnFrFtd1T11P 内容回顾内容回顾Ft1与啮合点处的速与啮合点处的速度相反，度相反，Ft2与啮合与啮合点处的速度相同。点处的速度相同。第56页/共87页5858计算模型：计算模型：轮齿近似地看成一个悬臂梁。轮齿近似地看成一个悬臂梁

35、。受力点：受力点：最不利情况，最不利情况，集中作用在齿顶。集中作用在齿顶。危险截面：危险截面：用用 切线法确定。切线法确定。5-10 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一、轮齿弯曲疲劳强度计算一、轮齿弯曲疲劳强度计算齿形系数齿形系数:第57页/共87页5959齿根弯曲强度齿根弯曲强度校核公式校核公式(霍菲尔霍菲尔30切线法切线法)。(5-20)弯曲应力弯曲应力YFS 复合齿形系数，决定于齿数复合齿形系数，决定于齿数z(zv)、变位系数、变位系数x，与模数无关，与模数无关，YFa载荷作用于齿顶齿形系数。载荷作用于齿顶齿形系数。重合度系数，重合度系数，查查图图5-26。引引入入齿

36、齿根根应应力力修修正正系系数数 ，重重合合度度系系数数 ,齿齿根根弯弯曲应力计算公式曲应力计算公式:第58页/共87页6060注意注意：(1)模数模数m反映轮齿的大小对抗弯能力的大小；反映轮齿的大小对抗弯能力的大小；(2)比值大的齿根弯曲疲劳强度较弱；比值大的齿根弯曲疲劳强度较弱；(4)不论计算不论计算F1还是还是F2，都用，都用T1、z1、b(b2)引入引入齿宽系数齿宽系数则得则得设计公式设计公式：(5-22)(3)将将 带入带入5-22式式第59页/共87页6161二、齿面接触强度计算二、齿面接触强度计算齿面接触疲劳强度的齿面接触疲劳强度的校核公式校核公式(赫兹公式赫兹公式)：(5-27)

37、ZE弹性系数，表征弹性模量弹性系数，表征弹性模量E和泊松比和泊松比 对对赫兹应力的影响。赫兹应力的影响。查查表表5-4。_ 重合度系数，取重合度系数，取齿数多时，取较小值，反之取较大值。齿数多时，取较小值，反之取较大值。第60页/共87页6262设计公式设计公式：(5-28)(5-27)(1)接触强度的大小取决于接触强度的大小取决于d1 或中心距或中心距a。(2)设计时取较小的设计时取较小的HP代入，一般为代入，一般为HP2。(3)两个齿轮往往需要分别校核两个齿轮往往需要分别校核。第61页/共87页6363计算准则计算准则闭硬闭硬:按弯曲强度设计，校核接触强度按弯曲强度设计，校核接触强度闭软闭

38、软:按接触强度设计，校核弯曲强度按接触强度设计，校核弯曲强度开式开式:按弯曲强度设计，降低许用应力按弯曲强度设计，降低许用应力第62页/共87页6464三、许用应力三、许用应力 1、许用弯曲应力、许用弯曲应力FP(5-29)Flim:试验齿轮齿根的弯曲疲劳极限应力，试验齿轮齿根的弯曲疲劳极限应力，查图查图5-29；YST:试验齿轮的试验齿轮的应力修正系数应力修正系数；YST=2。YN:弯曲疲劳强度计算的弯曲疲劳强度计算的寿命系数寿命系数，一般，一般 YN=1；要求；要求有限寿命时，有限寿命时，查图查图5-30。YX:尺寸系数尺寸系数，一般，一般YX=1，当，当mn5mm时，查时，查图图5-31

39、；SFmin:弯曲强度的弯曲强度的最小安全系数最小安全系数，一般，一般1.31.5；重要；重要传动取传动取1.63.0。第63页/共87页65652、许用接触应力、许用接触应力HP(5-30)Hlim:试验齿轮接触疲劳极限应力，试验齿轮接触疲劳极限应力，查图查图5-32；ZN:接触疲劳强度计算的接触疲劳强度计算的寿命系数寿命系数，一般，一般 ZN=1；要；要求有限寿命时，求有限寿命时，查图查图5-33。SHmin:接触强度的接触强度的最小安全系数最小安全系数，一般，一般1.01.2；重要；重要传动取传动取1.31.6。ZW:工作硬化系数。当两个齿轮均为硬或软齿面时工作硬化系数。当两个齿轮均为硬

40、或软齿面时 ZW=1；否则大齿轮查；否则大齿轮查图图5-34，小齿轮忽略。，小齿轮忽略。第64页/共87页6666 四、设计参数的选择四、设计参数的选择1、精度等级、精度等级GB10095-88规定有规定有12个精度等级。一般按工作机的要个精度等级。一般按工作机的要求和齿轮的圆周速度确定精度等级，求和齿轮的圆周速度确定精度等级，见表见表5-5。2、齿数和模数、齿数和模数(1)对于对于软齿面软齿面的的闭式传动闭式传动，在满足轮齿弯曲强度条，在满足轮齿弯曲强度条件下，推荐选取件下，推荐选取z1=2440。(2)对于对于传递动力传递动力的齿轮，为防止意外断齿，一般的齿轮，为防止意外断齿，一般应使应使

41、m1.52mm。(3)硬齿面硬齿面的闭式传动和开式传动中，应取较大的模的闭式传动和开式传动中，应取较大的模数，推荐数，推荐z117(1724)。第65页/共87页67673、齿宽系数、齿宽系数推荐值：推荐值：(1)软软齿面，齿轮齿面，齿轮对称布置对称布置时，时，非对称非对称布置时，布置时，(2)悬臂悬臂布置或布置或开式开式传动时，传动时，(3)为为硬齿面硬齿面时，上述值应降低时，上述值应降低50%。4、齿数比、齿数比u(1)一般对于直齿圆柱齿轮，一般对于直齿圆柱齿轮，u5；(2)斜齿圆柱齿轮斜齿圆柱齿轮u67。(3)当传动比大时，可采用两级或多级传动。当传动比大时，可采用两级或多级传动。(4)

42、开式或手动传动，必要时单级传动可取到开式或手动传动，必要时单级传动可取到812。5-8,5-12 第66页/共87页68685-11斜齿圆柱齿轮传动的设计特点斜齿圆柱齿轮传动的设计特点一、齿廓曲面的形成及啮合特点一、齿廓曲面的形成及啮合特点1、齿廓曲面的形成齿廓曲面的形成：一条与母线成：一条与母线成b角的动直线的空角的动直线的空间轨迹，为斜齿轮的齿廓曲面。间轨迹，为斜齿轮的齿廓曲面。第67页/共87页69692、啮合特点啮合特点：逐渐进入和退出；同时啮合的：逐渐进入和退出；同时啮合的轮齿的对数多，重合度大、传动平稳；承载能轮齿的对数多，重合度大、传动平稳；承载能力大；允许的速度较高。力大；允许

43、的速度较高。二、斜齿圆柱齿轮的基本参数和尺寸计算二、斜齿圆柱齿轮的基本参数和尺寸计算1、螺旋角、螺旋角(分度圆柱面，重要参数分度圆柱面，重要参数)与重合度与重合度 一般机械一般机械,最大可达最大可达3、正确啮合条件正确啮合条件：模数、压力角、螺旋角相等模数、压力角、螺旋角相等。第68页/共87页70702、端面参数和法向平面参数：、端面参数和法向平面参数：bpnpt斜齿圆柱齿轮分度圆柱面展开图斜齿圆柱齿轮分度圆柱面展开图(a)端面齿距和法向齿距端面齿距和法向齿距第69页/共87页7171(b)端面压力角和法向压力角端面压力角和法向压力角ABDB1A1tn斜齿轮压力角斜齿轮压力角第70页/共87

44、页7272dCCnn三、斜齿圆柱齿轮三、斜齿圆柱齿轮的当量齿轮和当量的当量齿轮和当量齿数齿数1、当量齿轮当量齿轮：第71页/共87页7373C1、当量齿轮当量齿轮：以以 为半径，以法向模数、标准压力角作出假为半径，以法向模数、标准压力角作出假想的直齿圆柱齿轮。想的直齿圆柱齿轮。第72页/共87页74742、当量齿数当量齿数：当量齿轮的齿数。：当量齿轮的齿数。(5-34)避免根切的最小齿数为：避免根切的最小齿数为：(5-35)四、斜齿圆柱齿轮的受力分析和强度计算四、斜齿圆柱齿轮的受力分析和强度计算 1、受力分析、受力分析 忽略齿面间的摩擦力，作用于齿面上的法向力忽略齿面间的摩擦力，作用于齿面上的

45、法向力Fn可可分解为三个相互垂直的分力。分解为三个相互垂直的分力。第73页/共87页75751、受力分析、受力分析 d1F 1 1T1P nFnFt FaFr第74页/共87页7676作用在主动轮和从动轮上各力分别等值反向：作用在主动轮和从动轮上各力分别等值反向：(1)圆周力对主动轮，与旋转方向相反，对从动轮，圆周力对主动轮，与旋转方向相反，对从动轮，与旋转方向相同。与旋转方向相同。(2)径向力分别指向各自轮心。径向力分别指向各自轮心。(3)轴向力轴向力 “主动轮主动轮左、右手定则左、右手定则”来判断。来判断。将齿轮沿着轴线将齿轮沿着轴线放置，如果齿轮左偏则为左旋，右偏则为右旋放置，如果齿轮左

46、偏则为左旋，右偏则为右旋。先确定传动中的主动轮的回转方向和它的轮齿的螺先确定传动中的主动轮的回转方向和它的轮齿的螺旋线方向。旋线方向。第75页/共87页77772、轮齿弯曲疲劳强度计算、轮齿弯曲疲劳强度计算 按法面当量直齿轮计算，斜齿轮齿根弯曲疲劳强按法面当量直齿轮计算，斜齿轮齿根弯曲疲劳强度的校核公式：度的校核公式：(5-37)设计公式为设计公式为(5-38)Y：重合度与螺旋角系数，从：重合度与螺旋角系数，从图图5-41查查。(1)不论计算不论计算F1还是还是F2，都用，都用T1、z1、b(b2)当量齿数当量齿数取大值取大值第76页/共87页78783、齿面接触疲劳强度计算、齿面接触疲劳强度

47、计算 斜齿轮齿面接触疲劳强度的斜齿轮齿面接触疲劳强度的校核公式校核公式(=815)(5-40)设计公式为设计公式为(5-41)与圆柱齿轮相同与圆柱齿轮相同许用应力的确定同圆柱齿轮许用应力的确定同圆柱齿轮第77页/共87页79795-13 齿轮的结构设计齿轮的结构设计一、圆柱齿轮的结构一、圆柱齿轮的结构1.齿轮轴齿轮轴直径很小的钢齿轮直径很小的钢齿轮刚性大，刚性大，精度高精度高，浪费材料。浪费材料。xb)齿轮齿轮 a)齿轮轴齿轮轴 第78页/共87页80802.实心式齿轮实心式齿轮减少加工工时，减少热处理。减少加工工时，减少热处理。单件或小批生产单件或小批生产da100mm的齿轮，可采用轧制钢制

48、造毛坯。的齿轮，可采用轧制钢制造毛坯。实心式齿轮实心式齿轮第79页/共87页81813.腹板式锻造大齿轮腹板式锻造大齿轮Cd0dD0D1D2dal0rBD1D2lD0d0CC1n1nr减轻重量，节约材料。减轻重量，节约材料。第80页/共87页82821:20BdD2D1da0CC1lrSeRH15.焊接齿轮焊接齿轮对于对于单件单件或小批或小批生生产的大型产的大型齿轮齿轮da1000mm，B240mmda=4001000mmB200mm4.轮辐式铸造大齿轮轮辐式铸造大齿轮第81页/共87页8383二、锥齿轮的结构二、锥齿轮的结构1.齿轮轴齿轮轴2.实心式锥齿轮实心式锥齿轮3.腹板式锻造锥齿轮腹板

49、式锻造锥齿轮m：大端模数：大端模数第82页/共87页84845-14 齿轮传动的润滑齿轮传动的润滑目的：减小摩擦发热、减轻磨损、降低噪声、散热和目的：减小摩擦发热、减轻磨损、降低噪声、散热和防锈等作用。防锈等作用。一、齿轮传动的润滑方式一、齿轮传动的润滑方式润滑方式润滑方式:齿轮齿轮圆周速度圆周速度的大小和的大小和工况工况要求决定。要求决定。对于对于开式及半开式开式及半开式齿轮传动，因为速度较低，通常采齿轮传动，因为速度较低，通常采用用人工定期润滑人工定期润滑或润滑脂进行润滑。或润滑脂进行润滑。对于对于闭式齿轮闭式齿轮，当齿轮的圆周速度，当齿轮的圆周速度v=10m/s，应采用喷油润滑，即一定的

50、压力将油喷，应采用喷油润滑，即一定的压力将油喷射到轮齿的啮合面上进行润滑并散热。射到轮齿的啮合面上进行润滑并散热。二、齿轮润滑油的选择二、齿轮润滑油的选择齿轮润滑油的选择，由齿轮的类型、工况、载荷、齿轮润滑油的选择，由齿轮的类型、工况、载荷、速度和温升等条件决定。参考速度和温升等条件决定。参考表表5-8进行选择。进行选择。计算计算准则准则闭硬闭硬:按按弯曲弯曲强度设计，校核强度设计，校核接触接触强度强度闭软闭软:按按接触接触强度设计，校核强度设计，校核弯曲弯曲强度强度开式开式:按按弯曲弯曲强度设计，降低许用应力强度设计，降低许用应力齿轮疲劳强度总结齿轮疲劳强度总结第84页/共87页人有了知识，