清华机械设计第24章齿轮传动肖丽英

1、第第2.42.4章齿轮传动章齿轮传动齿轮传动的特点齿轮传动的特点2.4.12.4.1齿轮传动的名义载荷齿轮传动的名义载荷 和计算载荷和计算载荷2.4.22.4.2齿轮传动的失效形式和设计准则齿轮传动的失效形式和设计准则2.4.32.4.3齿轮材料及热处理齿轮材料及热处理 2.4.42.4.4齿轮传动的精度选择齿轮传动的精度选择2.4.52.4.5齿轮传动的疲劳强度计算齿轮传动的疲劳强度计算J.0 .0接触强度接触强度J.1 .1直齿圆柱齿轮的强度计算直齿圆柱齿轮的强度计算J.2 .2斜齿圆柱齿轮的强度计算斜齿圆柱齿轮的强度计算J.3 .3锥齿圆柱齿轮的计算锥齿圆柱齿轮的计算齿轮传动的特点齿轮传

2、动的特点齿轮传动的特点齿轮传动的特点J啮合传动，啮合传动，效率高效率高; ; 结构紧凑结构紧凑; ;效率高：单级效率高：单级最高可达最高可达99%;99%;传递功率大，可达几十千瓦。传递功率大，可达几十千瓦。J结构紧凑。结构紧凑。J传动比稳定、准确；传动比稳定、准确；工作可靠，寿命长。工作可靠，寿命长。J传动比稳定，单级最大传动比为传动比稳定，单级最大传动比为8 8。J加工精度较高，安装也较复杂，造价较高。加工精度较高，安装也较复杂，造价较高。J仅适用于近距离传动。仅适用于近距离传动。齿轮传动的分类：按照润滑方式分：J开式传动：无防尘罩或机壳，齿轮完全暴露无防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外，适用

3、于低速传动在外，适用于低速传动J闭式传动：安装在箱体内，润滑条件好，适安装在箱体内，润滑条件好，适用于重要的传动场合。用于重要的传动场合。J半开式：有简单的防护装置，有时大齿轮浸有简单的防护装置，有时大齿轮浸油润滑油润滑按照齿轮齿面硬度分：J软齿面：HBW350,调质或正火J硬齿面： HBW350，淬火等齿轮传动的特点齿轮传动的特点2.4.12.4.1齿轮传动的受力分析齿轮传动的受力分析齿轮传动受力分析的目的齿轮传动受力分析的目的1 1名义载荷和计算载荷名义载荷和计算载荷2 2直齿轮的受力分析直齿轮的受力分析3 3斜齿轮的受力分析斜齿轮的受力分析4 4锥齿轮的受力分析锥齿轮的受力分析2.4.1

4、2.4.1齿轮传动的受力分析齿轮传动的受力分析齿轮传动受力分析的目的齿轮传动受力分析的目的J计算齿轮的强度；设计轴及选择轴承的依据计算齿轮的强度；设计轴及选择轴承的依据齿轮传动中轮齿受力的类型J工作力工作力：法向力法向力FnFnJ附加动载荷附加动载荷J外部动载荷：外部动载荷：由原动机及工作机引起的由原动机及工作机引起的J内部动载荷：内部动载荷：齿轮的制造、安装误差及工作变形等J摩擦力摩擦力：传动时产生的轮齿间的相对滑动引起传动时产生的轮齿间的相对滑动引起摩擦，一般较小且有润滑，一般可忽略不计。摩擦，一般较小且有润滑，一般可忽略不计。1 1、齿轮传动的名义载荷和计算载荷、齿轮传动的名义载荷和计算

5、载荷mmNnPT.1055. 91161mmNKTTca.1计算载荷：使用系数使用系数P58,P58,表表2-152-15动载系数，动载系数，P58,P58,图图2-232-23齿间载荷分布系数齿间载荷分布系数P58P58表表2-162-16齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数P59P59表表2-172-17名义载荷：转距名义载荷：转距KKKKKvA载荷系数：使用系数使用系数K KA A：P58P58表表2-152-15与工作机、原动机有关载荷状况载荷状况工作机器工作机器原动机原动机 均匀平稳均匀平稳发动机等发动机等1.01.01.11.11.251.251.51.5轻微冲击轻微冲击机床主传动机床

6、主传动1.21.25 51.351.351.51.51.751.75中等冲击中等冲击木工机械等木工机械等1.51.51.61.61.751.752.02.0严重冲击严重冲击破等碎机破等碎机1.71.75 51.851.852.02.02.252.251 1、齿轮传动的名义载荷和计算载荷、齿轮传动的名义载荷和计算载荷动载荷系数动载荷系数K Kv v，P58,P58,图图2 22323J制造和安装误差，法节不相等，瞬时传动比制造和安装误差，法节不相等，瞬时传动比不准确，产生角加速度不准确，产生角加速度J减小动载荷的方法：齿轮修缘减小动载荷的方法：齿轮修缘1 1、齿轮传动的名义载荷和计算载荷、齿轮传

7、动的名义载荷和计算载荷1 1、齿轮传动的名义载荷和计算载荷、齿轮传动的名义载荷和计算载荷)232(图动载系数：vK与齿轮精度、速度有关1 1、齿轮传动的名义载荷和计算载荷、齿轮传动的名义载荷和计算载荷鼓形两对以上轮齿啮合时，载荷分配不均两对以上轮齿啮合时，载荷分配不均制造和安装精度制造和安装精度表面硬化及精度表面硬化及精度p58p58（表（表2-16)2-16)K齿间载荷分配系数：. 3K齿向载荷分布系数：. 4轮齿载荷沿接触线分布不均匀轮齿载荷沿接触线分布不均匀轴上位置；轴及支承刚度；轴上位置；轴及支承刚度；P59P59表表2-17 K2-17 K 2. 2. 齿轮传动的啮合力的计算齿轮传动

8、的啮合力的计算受力分析的几点假设J齿轮传递的扭矩恒定，没有冲击和振动。齿轮传递的扭矩恒定，没有冲击和振动。J全部载荷由一对轮齿承担，把沿齿宽方向的全部载荷由一对轮齿承担，把沿齿宽方向的分布载荷简化为齿宽中点上的集中应力。分布载荷简化为齿宽中点上的集中应力。J工作时，主动轮的齿根拨动从动轮齿顶开始，工作时，主动轮的齿根拨动从动轮齿顶开始，到主动轮齿顶离开从动轮的齿根结束。到主动轮齿顶离开从动轮的齿根结束。直齿轮的受力分析直齿轮的受力分析受力大小受力大小力的方向力的方向21cosntnFFF法向力21112ttFdTF切向力211rtrFtgFF径向力其中：其中：T1T1小齿轮的扭矩，小齿轮的扭矩

9、，N N mm;mm;d1d1小齿轮的节圆直径，小齿轮的节圆直径，mmmm； 压力角，对标准齿轮，压力角，对标准齿轮， =20=20。Ftd1CFnFrFtFrb斜齿圆柱齿轮受力分析斜齿圆柱齿轮受力分析11/2dTFtcos/tFF cos/ntnrtgFtgFF tgFFta)cos/(cos)cos/(coscos/bttntnnFFFFF F受力大小受力大小主动斜齿圆柱齿轮的受力分析斜齿圆柱齿轮的受力分析圆周力：主动轮与转向相反；从动轮与转向相同圆周力：主动轮与转向相反；从动轮与转向相同径向力：指向圆心径向力：指向圆心轴向力：可用左、右手判断轴向力：可用左、右手判断。Fa1Fa1Fa2F

10、a2力的方向力的方向nn斜齿圆柱齿轮的受力分析斜齿圆柱齿轮的受力分析斜齿圆柱齿轮的受力分析斜齿圆柱齿轮的受力分析哪个方案中间轴的受力小？哪个方案中间轴的受力小？锥齿轮的受力分析锥齿轮的受力分析112mtdTF 211cosatrFtgFF211sinrtaFtgFF受力大小受力大小n1锥齿轮的受力分析锥齿轮的受力分析力的方向力的方向J径向力：径向力：指向圆心指向圆心J轴向力：轴向力：小端指向大端小端指向大端J圆周力：圆周力：主动轮与转向相反；从动轮与转向主动轮与转向相反；从动轮与转向相同相同圆锥齿轮传动设计参数圆锥齿轮传动设计参数)35. 025. 0(取齿宽系数RbR)5 . 01 (Rmd

11、d)5 . 01 (Rmmm21)2()2(212221udddRcoszzv211212tancotddzzumzd )5 .01 (Rbddm2.4.22.4.2齿轮传动的失效形式和设计准则齿轮传动的失效形式和设计准则J齿轮工作情况J轮齿的失效形式J设计准则齿轮工作情况齿轮工作情况J按齿轮的润滑、密封形式按齿轮的润滑、密封形式J齿轮的工作情况齿轮的工作情况按齿轮的润滑、密封形式主动被动2.4.22.4.2齿轮传动的失效形式和设计准则齿轮传动的失效形式和设计准则轮齿的失效形式轮齿的失效形式主要是轮齿的失效，其它部分（轮毂、轮辐）很少失效。J1 1、轮齿折断、轮齿折断J2 2、齿面点蚀、齿面点

12、蚀J3 3、齿面磨损、齿面磨损J4 4、齿面胶合、齿面胶合J5 5、齿面塑性变形、齿面塑性变形J小结小结2.4.22.4.2齿轮传动的失效形式和设计准则齿轮传动的失效形式和设计准则Ld ad wd 轮缘轮缘轮辐轮辐轮毂轮毂1.轮齿折断采取措施采取措施材料及热处理材料及热处理增大模数增大模数增大齿根圆角半径增大齿根圆角半径消除刀痕：喷丸、滚压处理；消除刀痕：喷丸、滚压处理；增大轴及支承刚度。增大轴及支承刚度。原因原因齿根弯曲应力大；齿根弯曲应力大；齿根应力集中齿根应力集中Fn折断发生在齿根处折断发生在齿根处轮齿的失效形式轮齿的失效形式.轮齿折断轮齿折断2 2、齿面点蚀、齿面点蚀采取措施采取措施：

13、 提高材料的硬度；提高材料的硬度； 加强润滑，提高油的粘加强润滑，提高油的粘度度 形成原因形成原因轮齿在节圆附近一对齿轮齿在节圆附近一对齿受力，载荷大；滑动速受力，载荷大；滑动速度低形成油膜条件差；度低形成油膜条件差；接触疲劳产生麻点接触疲劳产生麻点 。轮齿的失效形式轮齿的失效形式轮齿的失效形式轮齿的失效形式齿面点蚀齿面点蚀齿面点蚀相对滑动速度相对滑动速度主动被动轮齿的失效形式轮齿的失效形式主动被动相对滚动方向相对滑动方向轮齿的失效形式轮齿的失效形式3 3、齿面磨损、齿面磨损J原因：相对滑动原因：相对滑动 J措施：加强润滑；开式改闭式传动措施：加强润滑；开式改闭式传动主动被动轮齿的失效形式轮齿

14、的失效形式齿面磨损齿面磨损4.4.齿面胶合齿面胶合J原因：原因：J高速重载；散热不良；高速重载；散热不良；J滑动速度大；齿面粘连后撕脱滑动速度大；齿面粘连后撕脱J采取措施：采取措施：J减小模数，降低齿高；减小模数，降低齿高；J抗胶合能力强的润滑油；抗胶合能力强的润滑油；J材料的硬度及配对材料的硬度及配对轮齿的失效形式轮齿的失效形式齿面胶合5.5.齿面塑性变形齿面塑性变形原因：重载，齿面软重载，齿面软措施：提高材料的硬度，减小接触应力，提高材料的硬度，减小接触应力，改善润滑改善润滑被动相对滑动方向主动轮齿的失效形式轮齿的失效形式塑性变形轮齿的失效形式轮齿的失效形式齿面塑性变形齿面塑性变形被动相对

15、滑动方向主动主动被动弯曲折断弯曲折断点蚀点蚀胶合胶合磨损磨损塑性变形塑性变形轮齿的失效形式轮齿的失效形式现象与原因现象与原因？改进措施改进措施？。轮齿的失效形式轮齿的失效形式引起传动失效的影响因素工作情况工作情况：速度、载荷的大小等：速度、载荷的大小等防护情况防护情况：开式、半开式、闭式：开式、半开式、闭式材料及热处理：材料及热处理：失效形式失效形式轮齿的失效轮齿的失效轮齿的折断轮齿的折断静载荷折断静载荷折断尖峰或冲击载荷尖峰或冲击载荷疲劳折断疲劳折断变化的载荷变化的载荷齿面的失效齿面的失效接触疲劳点蚀接触疲劳点蚀（收敛性、扩展性）（收敛性、扩展性）齿面磨损齿面磨损磨粒磨损为主磨粒磨损为主齿面

16、胶合齿面胶合重载高速，由于瞬时温升引起的重载高速，由于瞬时温升引起的齿面塑性流动齿面塑性流动低速重载、频繁起动或过载传动低速重载、频繁起动或过载传动设计准则闭式传动闭式传动：J按保证齿根弯曲疲劳强度和齿面接触按保证齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度进行计算。疲劳强度进行计算。开式传动：开式传动：J按保证齿根弯曲疲劳强度进行计算，按保证齿根弯曲疲劳强度进行计算，考虑磨损的影响适当增大模数。考虑磨损的影响适当增大模数。（101015%15%）必要时进行：抗胶合能力计算必要时进行：抗胶合能力计算2.4.32.4.3齿轮的材料热处理齿轮的材料热处理基本要求：齿面要硬，齿芯要韧。基本要求：齿面要硬，齿芯

17、要韧。J1.1.功能要求：功率、可靠度、质量、功能要求：功率、可靠度、质量、环境环境J2.2.工艺要求：毛坯选择；热处理方式工艺要求：毛坯选择；热处理方式J3.3.硬度选择：硬度选择：* *软齿面硬度软齿面硬度 350HBW350HBW； * *软齿面齿轮软齿面齿轮HBWHBW1 1-HBW-HBW2 2 30305050 * * 常用材料常用材料 ：表表2-19P64-652-19P64-65 常用齿轮材料常用齿轮材料2.4.32.4.3齿轮的材料及热处理齿轮的材料及热处理 调质钢调质钢45 45 、 锻钢锻钢 合金钢合金钢40Cr 40Cr 钢钢 渗碳钢渗碳钢20CrMnTi 20CrMnTi 金属金属 铸钢铸钢 ZG310-570ZG310-570 铸铁铸铁 HT250HT250、QT500-5QT500-5 非金属非金属 夹布塑胶夹布塑胶, , 尼龙尼龙: : 适用于载荷小、高速及精度适用于载荷小、高速及精度要求不高的场合，但一般考虑散热条件，不成对使用。要求不高的场合，但一般考虑散热条件，不成对使用。da400500mm 的齿轮da400500mmP64P64表表