机械设计第10章齿轮传动ppt课件

1、中国地质大学公用 潘存云教授 第第10章齿轮传动章齿轮传动10-2轮齿的失效方式及设计准那么轮齿的失效方式及设计准那么 10-3齿轮资料及选用原那么齿轮资料及选用原那么 10-6齿轮传动的设计参数、许用应力与齿轮传动的设计参数、许用应力与 精度选择精度选择 10-4齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷 10-5规范直齿圆柱齿轮传动的强度计算规范直齿圆柱齿轮传动的强度计算 10-8规范锥齿轮传动的强度计算规范锥齿轮传动的强度计算 10-9齿轮的构造设计齿轮的构造设计 10-10齿轮传动的光滑齿轮传动的光滑 10-1概述概述10-7规范斜齿圆柱齿轮传动的强度计算规范斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 中国

2、地质大学公用 潘存云教授 作用：作用： 不仅用来传送运动、而且还要传送动力。不仅用来传送运动、而且还要传送动力。要求：要求： 运转平稳、足够的承载才干。运转平稳、足够的承载才干。分分类类开式传动开式传动 有简单防护罩，大齿轮浸入油池，光滑得到改善、适于非重要运用；裸露、灰尘、易磨损，适于低速传动。10-110-1概述概述 半开式传动半开式传动闭式传动闭式传动全封锁、光滑良好、适于重要运用。按类按类型分型分按安装按安装型式分型式分按运按运用情用情况分况分硬齿面齿轮齿面硬度硬齿面齿轮齿面硬度350HBS 直齿圆柱齿轮传动直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传斜齿圆柱齿轮传锥齿轮传动锥齿轮传动人字齿轮传动人

3、字齿轮传动动力齿轮动力齿轮 传动齿轮传动齿轮 按齿面按齿面硬度分硬度分软齿面齿轮齿面硬度软齿面齿轮齿面硬度350HBS 以动力传输为主，常为高速重载或低速重载传动。以运动准确为主，普通为轻载高精度传动。中国地质大学公用 潘存云教授 齿轮传动的特点：齿轮传动的特点： 传动效率高传动效率高可达可达99；在常用的机械传动中，齿轮传动的效率为最高；在常用的机械传动中，齿轮传动的效率为最高； 构造紧凑构造紧凑; ;与带传动、链传动相比，在同样的运用与带传动、链传动相比，在同样的运用条件下，齿轮传动所需的空间普通较小；条件下，齿轮传动所需的空间普通较小； 任务可靠，寿命长；与各类传动相比任务可靠，寿命长；

4、与各类传动相比 传动比稳定传动比稳定; ;无论是平均值还是瞬时值。这也是无论是平均值还是瞬时值。这也是齿轮传动获得广泛运用的缘由之一；齿轮传动获得广泛运用的缘由之一； 制造及安装精度要求高，价钱较贵。与带传动、链传动相比制造及安装精度要求高，价钱较贵。与带传动、链传动相比学习本章的目的学习本章的目的 本章学习的根本目的是掌握齿轮传动的设计方法，本章学习的根本目的是掌握齿轮传动的设计方法，也就是要可以根据齿轮任务条件的要求，能设计出传也就是要可以根据齿轮任务条件的要求，能设计出传动可靠的齿轮。动可靠的齿轮。设计齿轮设计齿轮设计确定齿轮的主要参数以及构造方式。设计确定齿轮的主要参数以及构造方式。主

5、要参数有：模数主要参数有：模数m、齿数、齿数z、螺旋角、螺旋角以及压力角以及压力角a、 齿高系数齿高系数h*a、径向间隙系数、径向间隙系数c*。中国地质大学公用 潘存云教授 10-210-2轮齿的失效方式及设计准那么轮齿的失效方式及设计准那么 轮齿折断轮齿折断潘存云教授研制普通发生在齿根处，严重过载忽然断裂、疲劳折断。一、轮齿的失效方式一、轮齿的失效方式 失效方式失效方式潘存云教授研制轮齿折断轮齿折断普通发生在齿根处，疲劳折普通发生在齿根处，疲劳折断、严重过载忽然断裂、断、严重过载忽然断裂、部分折断。部分折断。1 1疲劳折断疲劳折断产生缘由：产生缘由：齿根处弯曲应力较大；齿根处弯曲应力较大；齿

6、根处过渡圆弧处有应力齿根处过渡圆弧处有应力集中，当轮齿反复受载后集中，当轮齿反复受载后，齿根处产生疲劳裂纹，齿根处产生疲劳裂纹，并逐渐扩展，致使轮齿疲并逐渐扩展，致使轮齿疲劳折断。劳折断。防止措施：防止措施：增大齿根圆角半径，增大齿根圆角半径，x x ，齿面精度，齿面精度，以降低应，以降低应力集中力集中采用热处置提高资料的冲采用热处置提高资料的冲击韧性；击韧性；从设计上，从设计上， FF FF。潘存云教授研制2 2过载折断或剪断过载折断或剪断产生缘由：产生缘由：忽然过载或者剧烈冲击；忽然过载或者剧烈冲击；模数太小，齿根厚度太小，资模数太小，齿根厚度太小，资料太脆。料太脆。防止措施：防止措施：仔

7、细操作；仔细操作；适当增大模数；适当增大模数；采用热处置提高资料的冲击韧采用热处置提高资料的冲击韧性。性。3 3部分折断部分折断部分折断部分折断中国地质大学公用 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制齿面接触疲劳齿面接触疲劳齿面接触应力按脉动循环变化当超越疲劳极限时，外表产生微裂纹、高压油挤压使裂纹扩展、微粒剥落。点蚀首先出如今节线处，齿面越硬，抗点蚀才干越强。软齿面闭式齿轮传动常因点蚀而失效。齿面点蚀齿面点蚀10-210-2轮齿的失效方式及设计准那么轮齿的失效方式及设计准那么 轮齿折断轮齿折断失效方式失效方式一、轮齿的失效方式一、轮齿的失效方式 齿面点蚀齿面点蚀在闭式齿轮传动中，常发生点蚀

8、在闭式齿轮传动中，常发生点蚀。软齿面闭式齿轮传动常因点。软齿面闭式齿轮传动常因点蚀而失效。蚀而失效。开式齿轮传动不易发生。开式齿轮传动不易发生。点蚀：齿面资料在变化着的接触点蚀：齿面资料在变化着的接触应力作用下，由于疲劳而产生应力作用下，由于疲劳而产生的麻点状损伤景象。的麻点状损伤景象。产生缘由：产生缘由：齿面接触应力太大；齿面接触应力太大；当出现裂纹时，油渗入裂纹产当出现裂纹时，油渗入裂纹产生楔裂作用。生楔裂作用。防止措施：防止措施：提高齿面硬度；提高齿面硬度；增大齿廓曲率半径增大齿廓曲率半径减小接减小接触应力；触应力；增大油的粘度有利于油膜的增大油的粘度有利于油膜的构成，使两齿面隔开，粘度

9、高构成，使两齿面隔开，粘度高的油不易渗入裂纹。的油不易渗入裂纹。潘存云教授研制潘存云教授研制齿面接触疲劳齿面接触疲劳中国地质大学公用 潘存云教授 潘存云教授研制齿面点蚀齿面点蚀齿面胶合齿面胶合高速重载传动中，常因啮合区温度升高而引起光滑失效，致使齿面金属直接接触而相互粘连。当齿面向对滑动时，较软的齿面沿滑动方向被撕下而构成沟纹。10-210-2轮齿的失效方式及设计准那么轮齿的失效方式及设计准那么 轮齿折断轮齿折断失效方式失效方式一、轮齿的失效方式一、轮齿的失效方式 齿面胶合齿面胶合胶合：相啮合齿面的金属，在胶合：相啮合齿面的金属，在一定压力下直接接触而相互一定压力下直接接触而相互粘连。当齿面相

10、对滑动时，粘连。当齿面相对滑动时，较软的齿面沿滑动方向被撕较软的齿面沿滑动方向被撕下而构成沟纹。下而构成沟纹。产生缘由：温度过高，引起油产生缘由：温度过高，引起油膜破裂膜破裂热胶合：高速重载，齿面间摩热胶合：高速重载，齿面间摩擦力，发热量大；擦力，发热量大；冷胶合：低速重载，速度过低冷胶合：低速重载，速度过低，不易产生油膜。，不易产生油膜。防止或改善措施：防止或改善措施：对于低速重载，可提高油的对于低速重载，可提高油的粘度粘度对高速重载，可采用抗胶合对高速重载，可采用抗胶合才干强的油；才干强的油；采用抗胶合才干强的资料及采用抗胶合才干强的资料及合理配对齿轮；合理配对齿轮；提高齿面硬度。提高齿面

11、硬度。潘存云教授研制中国地质大学公用 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制齿面胶合齿面胶合齿面磨损齿面磨损磨粒磨损磨粒磨损跑合磨损跑合磨损跑合磨损、磨粒磨损。齿面点蚀齿面点蚀10-210-2轮齿的失效方式及设计准那么轮齿的失效方式及设计准那么 轮齿折断轮齿折断失效方式失效方式一、轮齿的失效方式一、轮齿的失效方式 齿面磨损齿面磨损磨料磨损和跑合磨损磨料磨损和跑合磨损磨料磨损是开式齿轮传动的主磨料磨损是开式齿轮传动的主要失效方式。要失效方式。产生缘由：砂粒、金属微粒进产生缘由：砂粒、金属微粒进入啮合齿面，产生磨料磨损入啮合齿面，产生磨料磨损。防止或改善措施：防止或改善措施：增大齿面硬度；增大齿

12、面硬度；采用闭式传动或加防护罩；采用闭式传动或加防护罩；改善光滑条件。改善光滑条件。潘存云教授研制中国地质大学公用 潘存云教授 潘存云教授研制从动齿从动齿自动齿自动齿从动齿从动齿自动齿自动齿从动齿从动齿自动齿自动齿从动齿从动齿自动齿自动齿潘存云教授研制齿面胶合齿面胶合齿面磨损齿面磨损齿面点蚀齿面点蚀10-210-2轮齿的失效方式及设计准那么轮齿的失效方式及设计准那么 轮齿折断轮齿折断失效方式失效方式齿面塑性变形齿面塑性变形一、轮齿的失效方式一、轮齿的失效方式 潘存云教授研制外表凸出外表凸出外表凹陷外表凹陷塑性变形塑性变形塑性变形：齿面资料因屈服塑性变形：齿面资料因屈服产生塑性流动而构成齿面产生

13、塑性流动而构成齿面塑性变形。塑性变形。产生缘由：产生缘由：齿面太软；齿面太软；载荷太大。载荷太大。防止措施：防止措施：提高齿面硬度；提高齿面硬度；提高油的粘度。提高油的粘度。潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制外表凸出外表凸出外表凹陷外表凹陷小结：一对实践啮合齿轮不能够同时产生以上小结：一对实践啮合齿轮不能够同时产生以上5 5种失效方式种失效方式，在详细任务条件下，主要以以上，在详细任务条件下，主要以以上5 5种失效方式的一种或种失效方式的一种或两种。主要失效方式：两种。主要失效方式： 开式传动：齿面磨损、轮齿折断；开式传动：齿面磨损、轮齿折断； 闭式传动：软齿面闭式传动：软齿面HBS3

14、50HBS350钢齿，点蚀；钢齿，点蚀； 硬齿面钢齿或铸铁，轮齿折断。硬齿面钢齿或铸铁，轮齿折断。 高速重载：胶合高速重载：胶合 重载软齿：塑性变形重载软齿：塑性变形中国地质大学公用 潘存云教授 二、齿轮的设计准那么二、齿轮的设计准那么 保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀由工程实际得知：由工程实际得知：闭式软齿面齿轮传动，以保证齿面接触疲劳强度为主闭式软齿面齿轮传动，以保证齿面接触疲劳强度为主对高速重载齿轮传动，除以上两设计准那么外，还应 按齿面抗胶合才干的准那么进展设计闭式硬齿面或开式齿轮传动，以保证齿根弯曲疲劳强度为主弯曲疲劳强度：悬臂

15、梁实际弯曲疲劳强度：悬臂梁实际接触疲劳强度：接触疲劳强度：HertzHertz赫芝实际赫芝实际中国地质大学公用 潘存云教授 一、对齿轮资料性能的要求一、对齿轮资料性能的要求 齿轮的齿体应有较高的抗折断才干，齿面应有较齿轮的齿体应有较高的抗折断才干，齿面应有较强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合才干，即要求：强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合才干，即要求：齿面硬、芯部韧。齿面硬、芯部韧。 10-310-3齿轮资料及选用准那么齿轮资料及选用准那么 常用齿常用齿轮资料轮资料锻钢锻钢 铸钢铸钢 铸铁铸铁常作为低速、轻载、不太重要的场所的齿常作为低速、轻载、不太重要的场所的齿轮资料；轮资料；适用于高速、轻载、

16、且要求降低适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场所。噪声的场所。 非金属资料非金属资料 二、常用齿轮资料二、常用齿轮资料 钢材的韧性好，耐冲击，经过热处置和化学处置钢材的韧性好，耐冲击，经过热处置和化学处置可改善资料的机械性能，最适于用来制造齿轮。可改善资料的机械性能，最适于用来制造齿轮。 耐磨性及强度较好，常用于大尺寸齿轮。耐磨性及强度较好，常用于大尺寸齿轮。含碳量为含碳量为0.15 % 0.6%0.15 % 0.6%的碳素钢或合金。的碳素钢或合金。普通用齿轮用碳素钢，重要齿轮用合金钢。普通用齿轮用碳素钢，重要齿轮用合金钢。中国地质大学公用 潘存云教授 潘存云教授研制表表10-110-1常用齿

17、轮资料及其机械性能常用齿轮资料及其机械性能 资料牌号资料牌号 热处置方法热处置方法 强度极限强度极限 屈服极限屈服极限 硬度硬度 HBS HBSB / MPa S / MPa B / MPa S / MPa 齿芯部齿芯部 齿面齿面HT250 250 170241 HT300 300 187255 HT350 350 197269 QT500-5 500 147241 QT600-2 600 229302 ZG310-570 常化常化 580 320 156217 ZG340-640 650 350 169229 45 580 290 162217 45 217255 4050HRC 40Cr

18、241286 4855HRC 调质后外调质后外表淬火表淬火中国地质大学公用 潘存云教授 潘存云教授研制续表续表10-110-1常用齿轮资料及其机械性常用齿轮资料及其机械性能能 资料牌号资料牌号 热处置方法热处置方法 强度极限强度极限 屈服极限屈服极限 硬度硬度 HBS HBSB / MPa S / MPa B / MPa S / MPa 齿芯部齿芯部 齿面齿面ZG340640 700 380 241269 45 650 360 217255 30CrMnSi 1100 900 310360 35SiMn 750 450 217269 38SiMnMo 700 550 217269 40Cr 7

19、00 500 241286 20Cr 650 400 300 20CrMnTi 1100 850 300 12Cr2Ni4 1100 850 320 35CrAlA 950 750 255321 85HV 渗碳后淬火渗碳后淬火调质调质20Cr2Ni4 1200 1100 350 38CrMnAlA 1000 850 255321 85HV 夹布胶木夹布胶木 100 2535 调质后氮化调质后氮化( (氮氮化层化层0.30.5)0.30.5)中国地质大学公用 潘存云教授 热处置方法热处置方法外表淬火外表淬火渗碳淬火渗碳淬火调质调质正火正火渗氮渗氮普通用于中碳钢和中碳合金钢，如普通用于中碳钢和中碳

20、合金钢，如45、40Cr等。等。外表淬火后轮齿变形小，可不磨齿，硬度可达外表淬火后轮齿变形小，可不磨齿，硬度可达5256HRC，面硬芯软，能接受一定冲击载荷。，面硬芯软，能接受一定冲击载荷。1.1.外表淬火外表淬火高频淬火、火焰淬火高频淬火、火焰淬火三、齿轮资料的热处置和化学处置三、齿轮资料的热处置和化学处置 2. 2. 渗碳淬火渗碳淬火渗碳钢为含碳量渗碳钢为含碳量0.15 % 0.25%的低碳钢和低碳的低碳钢和低碳合金钢，如合金钢，如20、20Cr等。齿面硬度达等。齿面硬度达5662HRC，齿，齿面接触强度高，耐磨性好，齿芯韧性高。常用于受冲面接触强度高，耐磨性好，齿芯韧性高。常用于受冲击载

21、荷的重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。击载荷的重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。中国地质大学公用 潘存云教授 调质普通用于中碳钢和中碳合金钢，如调质普通用于中碳钢和中碳合金钢，如4545、40Cr40Cr、35SiMn35SiMn等。调质处置后齿面硬度为：等。调质处置后齿面硬度为：220260HBS 220260HBS 。由于硬度不高，故可在热处置后精。由于硬度不高，故可在热处置后精切齿形，且在运用中易于跑合。切齿形，且在运用中易于跑合。3.3.调质调质4. 正火正火正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火切

22、削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处置。大直径的齿轮可用铸钢正火处置。处置。大直径的齿轮可用铸钢正火处置。渗氮是一种化学处置。渗氮后齿面硬度可达渗氮是一种化学处置。渗氮后齿面硬度可达6062HRC。氮化处置温度低，轮齿变形小，适用于难。氮化处置温度低，轮齿变形小，适用于难以磨齿的场所，如内齿轮。资料为：以磨齿的场所，如内齿轮。资料为：38CrMoAlA.5. 渗氮渗氮中国地质大学公用 潘存云教授 特点及运用：特点及运用：调质、正火处置后的硬度低，调质、正火处置后的硬度低，HBS 350HBS 350，属软，属软齿面，工艺简单、用于普通传动。当大小齿轮都是软齿面，工艺简单、用于普通传动

23、。当大小齿轮都是软齿面时，因小轮齿根薄，弯曲强度低，故在选材和热齿面时，因小轮齿根薄，弯曲强度低，故在选材和热处置时，小轮比大轮硬度高处置时，小轮比大轮硬度高: 2050HBS: 2050HBS外表淬火、渗碳淬火、渗氮处置后齿面硬度高，外表淬火、渗碳淬火、渗氮处置后齿面硬度高，属硬齿面。其承载才干高，但普通需求磨齿。常用于属硬齿面。其承载才干高，但普通需求磨齿。常用于构造紧凑的场所。构造紧凑的场所。中国地质大学公用 潘存云教授 四、齿轮资料选用的根本原那么四、齿轮资料选用的根本原那么 (1)(1)齿轮资料必需满足任务条件的要求，如强度、寿齿轮资料必需满足任务条件的要求，如强度、寿 命、可靠性、

24、经济性等；命、可靠性、经济性等； (2)(2)应思索齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处置应思索齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处置 和制造工艺；和制造工艺； (3)(3)正火碳钢，只能用于制造在载荷平稳或轻度冲击正火碳钢，只能用于制造在载荷平稳或轻度冲击 下任务的齿轮；调质碳钢可用于在中等冲击载荷下任务的齿轮；调质碳钢可用于在中等冲击载荷 下任务的齿轮；下任务的齿轮； (6)(6)钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保 持在持在3050HBS3050HBS或更多。或更多。 (4)(4)合金钢常用于制造高速、重载并在冲击载荷下工合金钢常用于制造高速、重载

25、并在冲击载荷下工 作的齿轮；作的齿轮； (5)(5)航空齿轮要求尺寸尽能够小，应采用外表硬化处航空齿轮要求尺寸尽能够小，应采用外表硬化处 理的高强度合金钢；理的高强度合金钢； 中国地质大学公用 潘存云教授 10-410-4齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷 齿轮传动强度计算中所用的载荷，通常取沿齿面齿轮传动强度计算中所用的载荷，通常取沿齿面接触线单位长度上所受的载荷，即：接触线单位长度上所受的载荷，即：实践传动中由于原动机、任务机性能的影响以及实践传动中由于原动机、任务机性能的影响以及制造误差的影响，载荷会有所增大，且沿接触线分布制造误差的影响，载荷会有所增大，且沿接触线分布不均匀。不均匀。

26、接触线单位长度上的最大载荷为接触线单位长度上的最大载荷为 LKFKppncaK为载荷系数，其值为：为载荷系数，其值为：KKA Kv K K LFpnFn Fn 为轮齿所受的公称法向载荷。为轮齿所受的公称法向载荷。式中式中KA 运用系数运用系数Kv 动载系数动载系数K齿间载荷分配系数齿间载荷分配系数K齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数1 1、运用系数、运用系数KA KA 运用系数运用系数KAKA是思索齿轮啮合时外部要素引起的附是思索齿轮啮合时外部要素引起的附加动载荷影响的系数。这种动载荷取决于原动加动载荷影响的系数。这种动载荷取决于原动机和从动机械的特性、质量比、联轴器类型以机和从动机械的特性、质

27、量比、联轴器类型以及运转形状等。及运转形状等。 表表10-210-2 中国地质大学公用 潘存云教授 发电机、均匀传送的带式保送机发电机、均匀传送的带式保送机或板式保送机、螺旋保送机、轻或板式保送机、螺旋保送机、轻型升降机、包装机、通风机、均型升降机、包装机、通风机、均匀密度资料搅拌机。匀密度资料搅拌机。不均匀传送的带式保送机或板式不均匀传送的带式保送机或板式保送机、机床的主传动机构、重保送机、机床的主传动机构、重型升降机、工业与矿用风机、重型升降机、工业与矿用风机、重型离心机、变密度资料搅拌机。型离心机、变密度资料搅拌机。橡胶挤压机、橡胶和塑料作延续橡胶挤压机、橡胶和塑料作延续的搅拌机、轻型球

28、磨机、木工机的搅拌机、轻型球磨机、木工机械、钢坯初轧机、提升安装、单械、钢坯初轧机、提升安装、单缸活塞泵等。缸活塞泵等。发掘机、重型球磨机、橡胶揉合发掘机、重型球磨机、橡胶揉合机、破碎机、重型给水机、旋转机、破碎机、重型给水机、旋转式钻探安装、压砖机、带材冷轧式钻探安装、压砖机、带材冷轧机、压坯机等。机、压坯机等。载荷载荷形状形状发电机、均匀发电机、均匀运转的蒸汽机、运转的蒸汽机、燃气轮机燃气轮机蒸汽机、蒸汽机、燃气轮机燃气轮机多多 缸缸内燃机内燃机单单 缸缸内燃机内燃机1.0 1.1 1.25 1.501.0 1.1 1.25 1.501.25 1.35 1.5 1.751.25 1.35

29、1.5 1.751.50 1.60 1.75 2.001.50 1.60 1.75 2.001.75 1.85 2.00 2.251.75 1.85 2.00 2.25 或更大或更大工工 作作 机机 器器均匀均匀平稳平稳细微细微冲击冲击中等中等冲击冲击严重严重冲击冲击原动机原动机注：表中所列值仅适用于减速传动，假设为增速传动，应乘以注：表中所列值仅适用于减速传动，假设为增速传动，应乘以1.11.1倍倍当外部的机械与齿轮安装间经过挠性件相衔接时，当外部的机械与齿轮安装间经过挠性件相衔接时，KAKA可适当减小。可适当减小。表表10-2运用系数运用系数KA 2 2、动载系数、动载系数KV KV 制造

30、和安装误差，基节不相等，瞬时传动比不准确制造和安装误差，基节不相等，瞬时传动比不准确，产生角加速度。，产生角加速度。动载系数与齿轮制造精度、圆周速度有关，当制造动载系数与齿轮制造精度、圆周速度有关，当制造精度越低，圆周速度越大，动载系数越大，精度越低，圆周速度越大，动载系数越大，KVKV的的选取参考表选取参考表10-310-3。减小减小KVKV的措施的措施1) 1)提高齿轮制造精度提高齿轮制造精度2)2)减小减小v(v(减小齿轮直径减小齿轮直径d)d)3)3)齿顶修缘齿顶修缘留意留意: :修缘要适当修缘要适当, ,过大那么重合度下降过大过大那么重合度下降过大. .普通高普通高速齿轮和硬齿面齿轮

31、应进展修缘速齿轮和硬齿面齿轮应进展修缘, ,但修缘量与修缘但修缘量与修缘的曲线确定那么比较复杂的曲线确定那么比较复杂. .中国地质大学公用 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制动动载载系系数数Kv 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0 10 20 30 40 50 m/s Kv 潘存云教授研制非常精细的齿轮安装非常精细的齿轮安装10 8 7 6 9 表表10-3 齿间载荷分配系数齿间载荷分配系数K 精度等级精度等级II组组 5 6 7 8 5级及更低级及更低KAFl/b 100N/mm 1.34K H 1.34限制限制条件条件K H对称对称非对称非对称悬臂悬臂中国地质大学公用 潘存云

32、教授 潘存云教授研制K HK H1.031.031.061.081.101.21.31.5234561.031.031.061.081.101.21.31.5234561.03 1.044 1.06 1.1 1.2 1.3 1.5 2 3 4弯曲疲劳强度计算用的齿向载荷分布系数弯曲疲劳强度计算用的齿向载荷分布系数 K Fb/h=31264K F中国地质大学公用 潘存云教授 潘存云教授研制O2O1tt1自动自动N1N2c d12FnT111t2=dTFcos/=tnFFtan=tr2r1FFF圆周力圆周力径向力径向力法向力法向力小齿轮上的转矩小齿轮上的转矩mmN1055.9=10=16161nP

33、PTPP传送的功率传送的功率(kw)(kw)，11小齿轮上的角速度，小齿轮上的角速度，n1n1小齿轮上的转速，小齿轮上的转速， d1d1小齿轮上的分度圆直径，小齿轮上的分度圆直径，压力角。各作用力的方向如图各作用力的方向如图潘存云教授研制O22从动从动O1N1N2tt1自动自动T1c d12d22 FtFrFnFn为了计算轮齿强度，设计轴和轴承，有必要分析轮齿上的作用力。10-510-5规范直齿圆柱齿轮传动的强度计算规范直齿圆柱齿轮传动的强度计算 一、轮齿受力分析一、轮齿受力分析 中国地质大学公用 潘存云教授 潘存云教授研制rbO30 30 二、齿根弯曲疲劳强度计算二、齿根弯曲疲劳强度计算 假

34、定载荷仅由一对轮齿承当，按悬臂梁计算。齿顶啮假定载荷仅由一对轮齿承当，按悬臂梁计算。齿顶啮合时，弯矩达最大值。合时，弯矩达最大值。hFnF2F1S分量F2产生紧缩应力可忽略不计，弯曲力矩弯曲力矩 M=KFnhcos危险界面的弯曲截面系数危险界面的弯曲截面系数62bSW WMF0弯曲应力弯曲应力coscos62tbshKF2ncos6bshKF危险截面：齿根圆角危险截面：齿根圆角30 切线两切点连线处。切线两切点连线处。齿顶受力齿顶受力Fn，可分解成两个分力：，可分解成两个分力：F1 = Fn cos F2 = Fn sin产生弯曲应力产生弯曲应力产生压应力，可忽略产生压应力，可忽略FnABAB

35、FF中国地质大学公用 潘存云教授 MPa2=2=F12SaFa111zbmYYKTbmdYKTFF由于由于h h和和S S与模数与模数m m相关，相关，1SaFa1SaF0F2bmdYYKTY 轮齿弯曲强度计算公式：轮齿弯曲强度计算公式：故故YFa与模数与模数m无关。无关。弯曲应力弯曲应力cos)(cos)(62tmsmhbmKFmbdYKT1Fa12WMF0coscos62tbshKF对于规范齿轮对于规范齿轮, YFa仅取决于齿数仅取决于齿数z，取值见下页图。，取值见下页图。 cos)(cos)(62msmhYFa 齿形系数齿形系数F0实际弯曲应力，思索齿根处应力集中的影响：实际弯曲应力，思

36、索齿根处应力集中的影响：中国地质大学公用 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制表表10-5齿形系数齿形系数YFa以及应力校正系数以及应力校正系数YSaYFa 2.97 2.91 2.85 2.8 2.76 2.72 2.69 2.65 2.62 2.60 2.57 2.55 2.53YSa 1.52 1.53 1.54 1.55 1.56 1.57 1.575 1.58 1.59 1.595 1.60 1.61 1.62YFa 2.52 2.45 2.40 2.35 2.32 2.28 2.24 2.22 2.2 2.18 2.14 2.12 2.0YSa 1.52 1.53 1.54 1

37、.55 1.56 1.57 1.575 1.58 1.59 1.595 1.60 1.61 1.62z(zv) 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 z(zv) 30 35 40 45 50 60 70 80 90 100 150 200 注：注：(1)基准齿形的参数为基准齿形的参数为 =20 、h*a=1、C*=0.25 、 =0.38m (m-模数模数) (2)对内齿轮：当对内齿轮：当 =20 、h*a=1、C*=0.25 、 =0.15m 时，时， 齿形系数：齿形系数：YFa =2.053 ; 应力校正系数：应力校正系数：YSa =2.65。中国地

38、质大学公用 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制3.73.63.53.43.33.23.13.02.92.82.72.62.52.42.32.22.12.01.91.81.73.73.63.53.43.33.23.13.02.92.82.72.62.52.42.32.22.12.01.91.81.711 12 13 14 15 16 18 20 25 30 40 50 100 400齿形系数齿形系数YF计算根切极限计算根切极限实践根切极限实践根切极限规范齿轮规范齿轮中国地质大学公用 潘存云教授 留意：计算时取留意：计算时取 较大者，计算结果应圆整较大者，计算结果应圆整, 且且m 1.5普通

39、普通YF1 YF2， F1 F2 引入齿宽系数引入齿宽系数d=b/d1mm23F21dSaFa1zYYKTm得设计公式得设计公式11FFY22FFY 在满足弯曲强度的条件下可适中选取较多的齿数，在满足弯曲强度的条件下可适中选取较多的齿数，以使传动平稳。以使传动平稳。MPa2=F12SaFa1FzbmYYKT代入代入 d1 = m z111111FSaFatFbmYYYKF22222FSaFatFbmYYYKF32112FSaFadYYYzKTm111FSaFaYY222FSaFaYY中国地质大学公用 潘存云教授 潘存云教授研制2齿轮强度计算是根据齿轮能够出现的失效方式来进展的。在普通闭式齿轮传

40、动中，轮齿的失效主要是齿面接触疲劳点蚀和轮齿弯曲疲劳折断。齿面疲劳点蚀与齿面接触应力的大小有关，而齿面的最大接触应力可近似用赫兹公式进展计算。三、齿面接触疲劳强度计算三、齿面接触疲劳强度计算22212121nH1+111=EELF2sin111dCN2sin222dCN赫兹公式赫兹公式“+用于外啮合，用于外啮合，“-用于内啮合用于内啮合 实验阐明：齿根部分接近节点处最容易发生点蚀，故取节点处的应力作为计算根据。节圆处齿廓曲率半径节圆处齿廓曲率半径齿数比齿数比 u= z2 /z1 = d2 /d1 = 2 /1 1211221)(11sin)(22112dddd 1sin211duuO22从动从

41、动O1N1N2tt1自动自动T1c d12d22 C1中国地质大学公用 潘存云教授 潘存云教授研制222121E1111EEZ令弹性影响系数弹性影响系数costnFF 节点处，载荷由一对轮齿来承当节点处，载荷由一对轮齿来承当cos211dT将ZE和Fn代入赫兹公式表表10-6弹性影响系数弹性影响系数ZE (Ma)1/2弹性模量弹性模量E/MPa齿轮资料齿轮资料配对齿轮资料配对齿轮资料灰铸铁灰铸铁 球墨铸铁球墨铸铁 铸钢铸钢 锻锻 钢钢 夹布塑料夹布塑料 1.18104 17.3104 20.2104 20.6104 0.785104 锻锻 钢钢 162.0 181.4 188.9 189.8

42、56.4 铸铸 钢钢 161.4 180.5 188.0 球墨铸铁球墨铸铁 156.6 173.9 灰铸铁灰铸铁 143.7 注：表中所列夹布塑料的泊松比注：表中所列夹布塑料的泊松比为为0.5，其他资料的，其他资料的均为均为0.3中国地质大学公用 潘存云教授 代入赫兹公式得代入赫兹公式得E111H1sin2cos2ZuudbdKT引入齿宽系数引入齿宽系数d=b/d1sincos2HZ令区域系数区域系数齿面接触疲劳强度校核公式齿面接触疲劳强度校核公式 125 . 2=H211EHuubdKTZ得设计公式得设计公式32HEd11132. 2ZuuKTd规范齿轮规范齿轮ZE=2.5模数模数m不能成为

43、衡量齿轮接触强度的根据。不能成为衡量齿轮接触强度的根据。留意：因两个齿轮的留意：因两个齿轮的H1= H2 ，故按此强度准那么设，故按此强度准那么设计齿轮传动时，公式中应代入计齿轮传动时，公式中应代入H 1和和H 2中较小者。中较小者。 32111uuTAdHdd中国地质大学公用 潘存云教授 用设计公式初步计算齿轮分度圆直径用设计公式初步计算齿轮分度圆直径d1(或模数或模数m)时，因载荷系数中的时，因载荷系数中的KV、K、K不能预先确定，故不能预先确定，故可先试选一载荷系数可先试选一载荷系数Kt。算出。算出d1t(或或 mnt后，用后，用d1t再查取再查取KV、K、K从而计算从而计算Kt 。假设

44、。假设K与与Kt接近，接近，那么不用修正原设计。否那么，按下式修正原设计。那么不用修正原设计。否那么，按下式修正原设计。3tt 11KKdd 3tntnKKmm 32HEd11132. 2ZuuKTd弯曲强度设计公式弯曲强度设计公式mmzYYKTm3F21dSaFa12接触强度设计公式接触强度设计公式中国地质大学公用 潘存云教授 齿轮传动设计时，按主要失效方式进展强度计算，齿轮传动设计时，按主要失效方式进展强度计算，确定主要尺寸，然后按其它失效方式进展必要的校核。确定主要尺寸，然后按其它失效方式进展必要的校核。 软齿面闭式齿轮传动：软齿面闭式齿轮传动：按接触强度进展设计，按弯曲强度校核按接触强

45、度进展设计，按弯曲强度校核硬齿面闭式齿轮传动硬齿面闭式齿轮传动按弯曲强度进展设计，按接触强度校核按弯曲强度进展设计，按接触强度校核开式齿轮传动，按弯曲强度设计。开式齿轮传动，按弯曲强度设计。其失效方式为磨损，点蚀构成之前齿面已磨掉。mm132.232HEd11ZuuKTdMPa2=F12SaFa1FzbmYYKTmm23F21dSaFa1zYYKTmMPa125 . 2=H211EHuubdKTZmm23F21dSaFa1zYYKTm中国地质大学公用 潘存云教授 一、齿轮传动设计参数的选择一、齿轮传动设计参数的选择 1压力角压力角a的选择的选择2齿数的选择齿数的选择普通，闭式齿轮传动普通，闭式

46、齿轮传动 z1=20403齿宽系数齿宽系数fd的选择的选择当d1已按接触疲劳强度确定时，z1m重合度重合度e传动平稳传动平稳抗弯曲疲劳强度降低抗弯曲疲劳强度降低齿高齿高h 切削量切削量 、滑动率、滑动率因此，在保证弯曲疲劳强度的前提下，齿数选得多一些好！d d 齿宽齿宽b b 强度强度 ，但，但dd过大将导致过大将导致K K普通情况下取普通情况下取 a =20 d的选取可参考齿宽系数表 10-610-6齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择 开式齿轮传动开式齿轮传动 z1=1720 z2=uz14齿宽齿宽b大齿轮：大齿轮：b= fd d1 ,大齿轮：大齿轮

47、：b1=b+(510) mm中国地质大学公用 潘存云教授 阐明：阐明：1)大小齿轮皆为硬齿面时，大小齿轮皆为硬齿面时， fd应取小值，否那么取大值；应取小值，否那么取大值； 2)括号内的数值用于人字齿轮；括号内的数值用于人字齿轮； 3机床中的齿轮，假设传送功率不大时，机床中的齿轮，假设传送功率不大时， fd可小到可小到0.2 4)非金属齿轮可取：非金属齿轮可取： fd =0.51.2表表10-7圆柱齿轮的齿宽系数表圆柱齿轮的齿宽系数表fd =b/d1 安装情况安装情况两支撑相对小两支撑相对小齿轮对称布置齿轮对称布置两支撑相对小齿两支撑相对小齿轮非作对称布置轮非作对称布置悬臂布置悬臂布置d 0.

48、91.4 (1.21.9) 0.71.5 d 0.91.4 (1.21.9) 0.71.5 (1.11.65) 0.40.6(1.11.65) 0.40.6二、齿轮传动的许用应力二、齿轮传动的许用应力 MPalimNSK许用接触应力许用接触应力lim lim 接触疲劳极限接触疲劳极限, , 由实验确定由实验确定, , S 疲劳强度平安系数，查表疲劳强度平安系数，查表10-4 确定。确定。K N寿命系数，可查图求得。寿命系数，可查图求得。中国地质大学公用 潘存云教授 表表10-8平安系数平安系数SH和和SFSHSF平安系数平安系数软齿面软齿面HBS 350硬齿面硬齿面HBS 350重要的传动、渗

49、重要的传动、渗碳淬火齿轮或铸碳淬火齿轮或铸造齿轮造齿轮1.01.11.31.41.11.21.41.61.62.21.3中国地质大学公用 潘存云教授 潘存云教授研制弯曲疲劳寿命系数弯曲疲劳寿命系数KN3.02.52.01.81.61.41.21.00.80.7103 104 105 106 107 108 109 1010NKFN潘存云教授研制调质钢、珠光体、贝氏体球铁、可锻铸铁调质钢、珠光体、贝氏体球铁、可锻铸铁N0渗碳淬火钢、外表淬火钢渗碳淬火钢、外表淬火钢N0氮化钢、铁素体球铁、构造钢、灰铸铁氮化钢、铁素体球铁、构造钢、灰铸铁N0氮碳共渗调质钢氮碳共渗调质钢N0中国地质大学公用 潘存云教

50、授 潘存云教授研制6004000200100 200 300 HBSFlim /MPa球墨铸铁球墨铸铁黑色可锻铸铁黑色可锻铸铁灰铸铁灰铸铁MEMEMQMLMQ=MLMEMQ=ML铸铁资料的铸铁资料的Flim潘存云教授研制6004000200Flim /MPa100 200 HBS正火钢的正火钢的FlimMEMEML=MQlML=MQl正火处置的铸钢正火处置的铸钢正火处置的构造钢正火处置的构造钢潘存云教授研制调质钢的调质钢的Flim合金调质钢合金调质钢碳钢调质碳钢调质合金铸钢调质合金铸钢调质碳素铸钢调质碳素铸钢调质100 200 300 400 HBS600400200Flim /MPa8001

51、000MLMEMQMLMEMQMQ=MLMQ=ML潘存云教授研制Flim/MPa渗碳淬火钢及外表硬化钢的渗碳淬火钢及外表硬化钢的Flim60040020080010001200450 500 600 700 800 HVI50 55 60 65 HRCMEMQMLMEMQML渗碳淬火钢渗碳淬火钢 外表硬化钢外表硬化钢中国地质大学公用 潘存云教授 潘存云教授研制灰铸灰铸铁的铁的接触接触疲劳疲劳极限极限应力应力HlimHlim /MPa500400200600700100 200 300 HBS300MEMQ=ML潘存云教授研制铸铁铸铁资料资料的接的接触疲触疲劳极劳极限应限应力力HlimHlim

52、/MPa500400600700100 200 300 HBS300MEMQ=MLMEMQ=ML球墨铸铁球墨铸铁黑色可锻铸铁黑色可锻铸铁 潘存云教授研制氮化氮化及氮及氮碳共碳共渗调渗调质钢质钢的的FlimFlim /MPa60040020080010001200300 400 500 600 700 800 900 HVI30 35 40 45 50 55 60 65 HRC调质、气体氮化处置的氮化钢调质、气体氮化处置的氮化钢 不含铝不含铝调质、气体氮化处置的调质钢调质、气体氮化处置的调质钢调质或正火、碳氮共渗处置的调质钢调质或正火、碳氮共渗处置的调质钢MEMQMLMEMQMLME=MQML中

53、国地质大学公用 潘存云教授 潘存云教授研制正火处置的构造钢和铸钢正火处置的构造钢和铸钢的接触疲劳极限应力的接触疲劳极限应力HlimHlim /MPa500400600200100 150 200 250 HBS300正火处置的构造刚正火处置的构造刚正火处置的铸刚正火处置的铸刚MEMEML=MQML=MQ潘存云教授研制调质处置钢的接触疲调质处置钢的接触疲劳极限应力劳极限应力Hlim合金调质刚合金调质刚碳钢调质碳钢调质合金铸刚调质合金铸刚调质碳钢铸钢调质碳钢铸钢调质MEMEMQ=MLML=MQMXMEMQMLMEMLMQ50040060025030070080090010001100Hlim /M

54、Pa100 200 300 400 HBS中国地质大学公用 潘存云教授 潘存云教授研制渗氮及氮碳共渗调质钢的渗氮及氮碳共渗调质钢的接触疲劳极限应力接触疲劳极限应力Hlim120013006001500140070080090010001100Hlim /MPa潘存云教授研制300 400 500 600 700 800 900HVI35 35 40 45 50 55 60 65 HRCMQMQ调质调质-气体渗氮处置的渗氮钢气体渗氮处置的渗氮钢调质或正火调质或正火-氮碳共渗处置的调质钢氮碳共渗处置的调质钢调质调质-气体渗氮处置的调质钢气体渗氮处置的调质钢ME=MQME=MQMQMQMEMEMLM

55、LMLMLMLMLMEME潘存云教授研制潘存云教授研制400 500 600 700 800 HVI12001300160015001400170080090010001100Hlim /MPaMQMQMEMEMLMLMQMQMEMEMLML渗碳合金钢渗碳合金钢火焰或感应淬火钢火焰或感应淬火钢渗碳淬火钢和外表淬火钢渗碳淬火钢和外表淬火钢的接触疲劳极限应力的接触疲劳极限应力Hlim中国地质大学公用 潘存云教授 三、三、 齿轮传动的精度等级齿轮传动的精度等级制造和安装齿轮传动安装时，不可防止会产生齿形误差、齿距误差、齿向误差、两轴线不平行误差等。.误差的影响：误差的影响：1.1.转角与实际不一致，

56、影响运动的不准确性；转角与实际不一致，影响运动的不准确性；2.2.瞬时传动比不恒定，出现速度动摇，引起震动、瞬时传动比不恒定，出现速度动摇，引起震动、 冲击和噪音影响运动平稳性；冲击和噪音影响运动平稳性；3.3.齿向误差导致轮齿上的载荷分布不均匀，使轮齿提齿向误差导致轮齿上的载荷分布不均匀，使轮齿提 前损坏，影响载荷分布的不均匀性。前损坏，影响载荷分布的不均匀性。 国标国标GB-10095-88GB-10095-88给齿轮副规定了给齿轮副规定了1212个精度等级。个精度等级。其中其中1 1级最高，级最高，1212级最低，常用的为级最低，常用的为6969级精度。级精度。按照误差的特性及它们对传动

57、性能的主要影响，按照误差的特性及它们对传动性能的主要影响，将齿轮的各项公差分成三组，分别反映传送运动的准将齿轮的各项公差分成三组，分别反映传送运动的准确性，传动的平稳性和载荷分布的均匀性。确性，传动的平稳性和载荷分布的均匀性。精度选择是以传动的用途，运用条件，传送功率，精度选择是以传动的用途，运用条件，传送功率，圆周速度等为根据来确定。圆周速度等为根据来确定。中国地质大学公用 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制7-6-6-XX 8-7-7-XX 6-5-5-XX 7-6-6-XX 圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动 0 20 40 60 80 100 4003002001000Pca /(N/mm

58、)v/(m/s)锥齿轮传动锥齿轮传动 0 20 40 60 80 100 4003002001000Pca /(N/mm)v/(m/s)机器称号机器称号 精度等级精度等级 机器称号机器称号 精度等级精度等级 汽轮机汽轮机 36 迁延机迁延机 68 切削机床切削机床 38 通用减速器通用减速器 68 航空发动机航空发动机 48 锻压机床锻压机床 69 轻型汽车轻型汽车 58 起重机起重机 710 载重汽车载重汽车 79 农机农机 811 注：主传动齿轮或重要齿轮传动，选靠上限；注：主传动齿轮或重要齿轮传动，选靠上限； 辅助齿轮传动或普通辅助齿轮传动或普通齿轮传动，居中或靠下限选择。齿轮传动，居中

59、或靠下限选择。表表10-9各类机器所用齿轮传动的精度等级范围各类机器所用齿轮传动的精度等级范围中国地质大学公用 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制四、直齿圆柱齿轮设计的步骤四、直齿圆柱齿轮设计的步骤 选择齿轮的资料和热处置选择齿轮的资料和热处置选择齿数，选齿宽系数选择齿数，选齿宽系数fd初选载荷系数初选载荷系数(如如Kt=1.2)按接触强度确定直径按接触强度确定直径d1计算得计算得mH=d1/z1按弯曲强度确定模数按弯曲强度确定模数mF确定模数确定模数mt=maxmH ,mF计算确定载荷系数计算确定载荷系数K= KAKvKK修正计算模数修正计算模数3/ttKKmm m模数规范化模数规范化

60、计算主要尺寸：计算主要尺寸：d1=mz1 d2=mz2 计计 算算 齿齿 宽：宽： b=fd d1确定齿宽：确定齿宽：B2=int(b) B1= B2+(35)mm开开 始始中国地质大学公用 潘存云教授 齿轮传动设计时，按主要失效方式进展强度计算，确齿轮传动设计时，按主要失效方式进展强度计算，确定主要尺寸，然后按其它失效方式进展必要的校核。定主要尺寸，然后按其它失效方式进展必要的校核。软齿面闭式齿轮传动：软齿面闭式齿轮传动：按接触强度进展设计，按弯曲强度校核按接触强度进展设计，按弯曲强度校核硬齿面闭式齿轮传动：硬齿面闭式齿轮传动：按弯曲强度进展设计，按接触强度校核按弯曲强度进展设计，按接触强度