机械设计第十章齿轮传动课件

1、马自达转子发动机Outlines1) 齿轮失效形式及其设计准则;2) 轮齿受力分析（直齿、斜齿、锥齿）;3) 接触疲劳强度设计和弯曲疲劳强度 设计（直齿、斜齿、锥齿轮）;10.1 概述齿轮传动的优缺点 优点: 高效率、可靠性好，定比传动，结构紧凑。 缺点: 成本高、不适合传递相距较远的两根轴的运动。2. 齿轮类型根据工况分 闭式齿轮 开式齿轮 半开式齿轮2) 根据齿面硬度分 软齿面( 350HBS) 硬齿面( 350HBS)典型机械零件设计思路分析失效现象分析失效机理（原因、后果、措施）提出设计准则建立简化力学模型强度计算主要参数尺寸结构设计10.2 齿轮失效形式和设计准则失效形式 1) 轮齿

2、折断 静载折断、疲劳折断闭式硬齿面齿轮的主要失效形式。 2) 点蚀 pitting 闭式软齿面齿轮的主要失效形式。3) 胶合gluing 4) 磨料磨损abrasive wear 开式齿轮的主要失效形式。5) 塑性变形2. 设计准则闭式齿轮: 接触疲劳强度 弯曲疲劳强度开式齿轮: 弯曲疲劳强度，模数增加1015%。3. 齿轮材料 (表10.1)forged steel 锻钢 carbon steel 碳钢 alloy steel 合金钢 quench淬火, temper回火、调质(Q&T) normalize正火 casehardening 表面硬化处理 carburizing 渗碳处理 ni

3、triding 渗氮处理Heat-treating 热处理齿面硬、芯部韧。2) Cast Steel 铸钢3) Cast Iron 铸铁 gray cast iron 灰铸铁 nodular iron球墨铸铁4) Non-metal 非金属 闭式软齿面齿轮：HBS1=HBS2+3050HBS10.10 齿轮的结构设计1) 齿轮轴 (e 2mt)2) 实体式 (da200500mm)4) 轮辐式 (da 4001000mm)齿轮轴 实体式轮辐式齿轮轴孔板式10.11 齿轮传动的润滑 1) 油浴润滑 (v 12m/s) 油嘴10.5 直齿轮设计FnFn1. 轮齿受力法向力Normal Force

4、Fn 径向力Radial Force Fr圆周力Tangential Force Ft 小齿轮大齿轮方向:Fr指向轮心Ft主反从同T1名义扭矩，N.mmd1小齿轮分度圆直径压力角大小:z1=12z2=36n1=960 r/min 一对模数为2mm的标准齿轮如下图所示，齿轮1转速为 960r/min，传递功率25 kW. 齿轮2驱动传输带，试画出它们所受的圆周力和径向力，并计算其大小。Fr2Fr1Ft2Ft1解： Where Fca calculated load 计算载荷 Fn nominal load 名义法向载荷 K load factor 载荷系数2. 计算载荷 K=KAKVKKwher

5、e KA application factor 使用系数 KVdynamic factor 动载系数 Kload partition factor 齿间载荷分配系数 Kload distribution factor 齿向载荷分布系数 KA 使用系数KA 考虑载荷变化、振动、 冲击、 速度变化等外部因素引起的对齿轮的附加载荷。 表10-2KV 动载系数Kv 考虑制造和装配误差以及齿轮的变形造成齿轮法节不等，从而产生动载荷或冲击。 图10-8基圆齿距 轮齿修形pb1pb2K 齿间载荷分配系数K 考虑不同轮齿所受载荷的不均匀性。 表10-3 K 齿向载荷分布系数K 考虑由于安装或轴的弯曲变形所造成

6、的轮齿沿齿宽方向受载的不均匀性。 表10-4图10.9 轮齿所受的不均匀载荷鼓形齿3.齿面接触疲劳强度计算设计准则: HHWhere H接触应力 H许用接触应力Fn: normal force 法向力L: contact length of cylinders 圆柱接触线长度 1, 2: Poissons ratio 泊松比E1，E2：elastic modulus 弹性模量1, 2: radius of curvature 曲率半径ZEelastic coefficient 弹性影响系数， 表 10-5令Ze接触疲劳强度计算的重合度系数标准安装令ZHzone factor 区域系数，图10-

7、20 标准直齿轮 ZH=2.5接触疲劳强度公式校核公式: 设计公式:d齿宽系数校核公式: 设计公式:接触疲劳强度公式1、接触强度计算公式中， 3、在其它参数相同的条件下，接触疲劳强度与d1或中心距a成正比，即与mz乘积成正比，而与模数m无关。 说明:2、相同条件下，零件产生的接触应力H大，接触疲劳 强度弱，反之则强；零件许用接触应力H大，接触 疲劳强度强，反之则弱；1.在齿轮传动中，当传动比及中心距一定时，提高齿 面接触疲劳强度的措施可以是 （ ）。 A增大模数 B增加齿数 C提高齿面硬度 2.为了有效的提高齿面接触强度，可 。 A.保持分度圆直径不变而增大模数 B.增加分度圆直径 C.保持分

8、度圆直径不变而增加齿数 D.减少分度圆直径CB4.轮齿弯曲疲劳强度计算设计准则: FFWhere F弯曲应力 F许用弯曲应力FnFncosSh300300FnhSFncosbYFatooth form factor 齿形系数, 图 10-17Ysa应力修正系数, 图10-18Ye弯曲疲劳强度计算的重合度系数校核公式: 设计公式:弯曲疲劳强度公式1、按照弯曲强度设计大小齿轮其它参数均相同只有 不同，应将 和 中较大者代入 计算。4、在其它参数相同的条件下，弯曲疲劳强度与m成 正比。说明:3、相同条件下，零件产生的弯曲应力F大，弯曲疲劳 强度弱，反之则强；零件许用弯曲应力F大，弯曲 疲劳强度强，反

9、之则弱；2、弯曲强度校核，要求 1.为了提高轮齿的弯曲疲劳强度，下列措施中 （ ）措施是无效的。 A.提高材料的许用弯曲应力 B.不改变分度圆直径增加齿数 C.提高齿轮硬度 D.不改变分度圆直径减少齿数 2.一对圆柱齿轮传动，经校核得知满足接触强度， 而不满足弯曲度时，可以采取（ ） A保持中心距不变增大模数 B增大齿数 C增大中心距BA 一对直齿轮参数如下表所示，试比较它们的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度，哪一个较强？哪一个较弱？齿轮mzbYFaYSaFH 1317602.971.52390500 2345502.351.683704705.许用应力和设计参数(1) 许用应力:lim疲劳极限：

10、Hlim 和FlimKN寿命系数： KHN和KFNS安全系数: SH和SF(2) 许用弯曲应力:Flimendurance limit for bending strength 弯曲疲劳极限KFNlife factor for bending strength 寿命系数SFfactor of safety for bending strength 安全系数YSTstress correction factor 应力修正系数， YST=2.0(2) 疲劳极限 Hlim, Flim 图10-25 and 图10-24(3) 寿命系数 KHN, KFN Fig.10-23 ，Fig.10-22 N=

11、60njLh N工作应力应力循环次数 n 齿轮转速 j齿轮每转一圈，同一齿面啮合次数 Lh设计寿命123(主动)j=1j=1j=1j=1j=2j=1123(主动)(4) 设计参数选择压力角 一般机械齿轮: =200; 航空齿轮: =250;2) 齿数z, 模数 m 闭式齿轮 : z1=2040; 开式齿轮: z1=1720; z2=uz1; 3) 齿宽系数 表 10-7 b2=b, b1=b+(510)mm4) 齿轮传动的精度等级及其选择 P205, 表 10-6讨论：P236, 10-2t齿双侧受载(1主动)t齿单侧受载(2主动）123Left hand helix 左旋Right hand

12、 helix右旋10.6 斜齿轮设计关键词:当量齿轮当量齿数 法向力 Fn : 径向力 Fr 圆周力 Ft 轴向力 Fa 1. 斜齿轮受力分析小齿轮 左右手法则 Ft1= -Ft2 Fr1= -Fr2 Fa1= -Fa2Where 螺旋角, =80200 b基圆螺旋角 n n=200 t端面压力角 一对斜齿轮具有模数2mm, 法向压力角 200, 齿数32, 螺旋角为150，小齿轮转速为750 r/min,传递功率20kW, 试画出齿轮所受的径向力、圆周力和轴向力，并计算其大小。n1Ft1Ft2Fr2Fr1Fa1Fa2解：校核公式:2. 斜齿轮接触疲劳强度设计公式:令，区域系数 图10-30校

13、核公式: 3. 斜齿轮弯曲疲劳强度设计公式:10.7 锥齿轮设计大端dm2d2d1dm121OOv2Kd1分度圆直径dm 平均分度圆直径dv 当量齿轮分度圆直径1. 几何参数dm2d2d1dm121OOv2Ov1K1. 几何参数d1分度圆直径dm 平均分度圆直径dv 当量齿轮分度圆直径dm2d2d1dm121OOv1K分度圆锥Fr1Fa1法向力 Fn:径向力 Fr圆周力 Ft轴向力 Fa (指向大端)Ft1F2. 锥齿轮受力分析Ft1= -Ft2 Fr1= -Fa2 Fa1= -Fr2大小 一锥齿轮和斜齿轮组成的减速器, 为了使轴II上的轴向力抵消一部分, 试画出齿轮所受的圆周力、径向力和轴向力，并确定斜齿轮的旋向。Fr1Fa2Fr2Fa1Fa4Fa3Fr4Fr3Ft2Ft1Ft4Ft33. 锥齿轮接触疲劳强度校核公式:设计公式:ZE弹性影响系数, 表10.3ZH区域系数, ZH=2.5 K=KAKvKKKA使用情况系数, 表 10-2Kv动载系数, 图10-8K 齿间载荷分配系数, K=1;K齿向载荷分布系数, 表10-9KH= KF=1.5 KHbe4. 锥齿轮弯曲疲劳强度校核公式:设计公式:YFa, Ysa根据 , 从 图10-17和图10-18查取。Homework 2P216: 10.1, 10.4Fig.10.14Fi