机械设计第6章齿轮传动

机械设计第六章齿轮传动第6章齿轮传动§6-1概述齿轮传动的特点：功率、速度范围广效率高;结构紧凑;

工作寿命长;传动比准确开式传动：润滑差，常用于低精度、低速传动；闭式传动：齿轮置于封闭严密的箱体内，精度高。润滑及防护条件好。§6-2齿轮传动的失效方式、和设计准则

一、失效形式

1.轮齿折断齿根弯曲应力大；齿根应力集中措施：增大齿根圆角半径；正变位，和增大模数；强化处理：喷丸、滚压处理；.轮齿折断实物

2、齿面点蚀

提高材料的硬度；加强润滑，提高油的粘度

轮齿在节圆附近一对齿受力载荷大；滑动速度低形成油膜条件差；接触疲劳产生的小裂纹-扩展-脱落-凹坑。

3、磨损砂粒、金属屑、非金属物等磨料性物质

磨损在齿顶和齿根部磨损较严重措施：改善密封、加强润滑；开式改闭式传动齿顶磨损4.齿面胶合高速重载；散热不良；滑动速度大；齿面粘连后撕脱措施：减小模数，降低齿高；抗胶合能力强的润滑油；材料的硬度及配对.齿面胶合

5、齿面塑性变形措施：材料的选择及硬度相对滑动速度塑性变形磨损、塑性变形主动轮塑性变形弯曲折断点蚀胶合磨损塑性变形齿轮的5种失效形式现象与原因？改进措施？。。。。。。。。。。二、齿轮传动设计准则闭式传动：按保证齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度进行计算。软齿面（≤350HBS）：主要失效形式，疲劳点蚀；其次，疲劳折断、磨损等。计算准则：先按齿面接触疲劳强度进行设计，按齿根弯曲疲劳强度校核。硬齿面（＞350HBS）：主要失效形式，疲劳折断；其次，疲劳点蚀、磨损等。计算准则：先按齿根弯曲疲劳强度进行设计，按齿面接触疲劳强度校核。开式传动：主要失效形式，磨损，疲劳折断；没有疲劳点蚀。按保证齿根弯曲疲劳强度进行条件计算，考虑磨损的影响适当增大模数。将设计的模数放大（10～15%）后再圆整为标准值。必要时进行：散热能力计算；抗胶合能力计算6.3齿轮常用材料、热处理和许用应力对齿轮材料的基本要求：齿面要硬，齿芯要韧。经济性：毛坯选择（圆钢锭，锻钢，铸钢）工艺要求：热处理方式（正火，调质，淬火等）硬度选择：软—软；软—硬；硬—硬

(软—软)

软齿面硬度

350HBS；软齿面齿轮HBS1-HBS2

30～50(软—硬)

用于大传动比齿轮传动

(硬—硬)

齿面硬度>350HBS,用途广泛

一、齿轮的常用材料和热处理常用齿轮材料（P106表6-1）钢45

、40Cr、20CrMnTi

铸钢ZG310-570

铸铁HT250、

HT300、QT500-7

有色金属：铜合金、铝合金

非金属：夹布塑胶、尼龙1）接触许用应力二、许用应力2）弯曲许用应力σHlim-实验接触疲劳极限σFlim-实验弯曲疲劳极限

KHN-接触强度计算的寿命系数

KFN-弯曲强度计算的寿命系数

YST-应力修正系数，YST=2SHlim、SFlim-接触强度和弯曲强度计算的最小安全系数图6.8齿面接触疲劳极限图6.9齿面弯曲疲劳极限例如：合金钢调质，硬度260HBS，∴σFlmin=295MPa最小安全系数SH、SF安全系数静强度疲劳强度SH1.01.31.0~1.21.3~1.5SF1.41.81.4~1.51.6~3.6名义载荷：6.4齿轮传动的计算载荷和载荷系数系数K=KAKVKβKα----KA载荷状况工作机器原动机电机……内燃机…均匀平稳…1.01.11.251.5轻微冲击…1.251.351.51.75中等冲击…1.51.61.752.0严重冲击…1.751.852.02.25工作机、原动机系数K=KAKVKβKα----KV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

齿轮修缘系数K=KAKVKβKα----KV齿轮精度、速度图6-12鼓形齿系数K=KAKVKβKα----Kβ轮齿载荷沿接触线分布不均匀轴上位置；轴及支承刚度；制造和安装精度。图6-11系数K=KAKVKβKα----Kα

两对以上齿轮啮合时，载荷分配不均

表面硬度：硬度愈高，载荷分配愈不均精度等级：精度低，载荷分配不均严重例如：b/d1=1.13号线所以Kβ=1.1756.5直齿圆柱齿轮传动强度计算

1、轮齿的受力分析图6-142、齿面接触疲劳强度计算

计算齿轮节点处的接触应力赫兹应力公式：直齿圆柱齿轮齿面接触疲劳强度计算公式ZE—弹性系数表6-3；u—齿数比z2/z1

3、齿根弯曲疲劳强度计算建立力学模型：假设全部载荷作用于齿顶；不计径向分力产生的压应力；用30°切线法确定危险截面。开式齿轮m增大10—15%；不小于1.51.应力、许用应力、强度的关系两齿轮弯曲应力是否相同？许用应力呢？2.弯曲强度计算的载荷系数K的选择弯曲强度计算说明系数K=KAKVKβ其中KVKβ未知先设Kt=1.2---1.4初步计算出：mt1.两轮接触应力比较2.预选载荷系数Kt接触强度计算说明系数K=KAKVKβKα其中KVKβKα未知先设Kt=1.2---1.4初步计算出：d1t

一、设计参数的选择

1.齿数比u压力角a压力角

齿厚曲率半径

弯曲强度接触强度2.小轮齿数z1，和模数m（按标准选取）z1大，

重叠系数大，传动平稳；模数小，节约材料及加工量；但抗弯曲差；齿高减小，降低滑动速度VS，抗胶合能力强。

开式传动

：z1=17～20；闭式传动：z1=20～404、齿轮传动的参数选择和传动精度

3.齿宽系数

齿愈宽，直径和中心距愈小但载荷分布愈不均（表6.5）

b1=b2+(5-10)mm悬臂布置φd取小值对称布置φd取大值分析中间齿轮接触应力和弯曲应力的特点？轮齿双向受力轮齿单向受力轮齿单向受力齿轮精度（1～１２级）

7—6—6GMGB10095—88

齿厚下偏差第Ⅱ公差组精度（平稳性精度）第Ⅲ公差组精度（接触精度）精度等级选择，参考相关手册齿厚上偏差7FLGB10095—88第Ⅰ公差组精度（运动精度）第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ公差组精度

二、齿轮精度的选择50特点：齿逐渐进入啮合，传动平稳；接触线较长，承载能力高.几何尺寸：6.6斜齿圆柱齿轮传动的强度计算511、受力分析

αn52

斜齿圆柱齿轮的受力分析（受力方向）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。轴向力：可用主动轮左、右手定则判断。53

受力分析（受力方向）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。轴向力：可用左、右手判断。nn54

斜齿圆柱齿轮受力分析（人字齿轮）

55斜齿圆柱齿轮传动的受力分析

（螺旋角选择）

nn中间轴Ⅱ轴向力不能抵消中间轴Ⅱ轴向力能抵消56

与直齿轮相比，其特点：总合力作用于法平面内；重合度大；接触线是倾斜的、变化的；螺旋角对疲劳强度有利；2、斜齿圆柱齿轮齿面接触疲劳强度计算57斜齿圆柱齿轮齿面接触疲劳强度计算公式

58593、斜齿圆柱齿轮齿根弯曲疲劳强度计算

考虑接触线倾斜对齿根受力的有利影响，引入螺旋角系数Y

YFa、YSa按当量齿数zv,查表6.4；Y

=0.85-0.92

β大时取小值，反之大值Yε---重合度系数，端面重合度大取小值，反之取大值；60616263646566例题6-3设计带式输送机减速器的高速级斜齿轮传动。

已知：P1=40kW，n1=970r/min，u=4，

寿命5年，两班制16h、平稳、单向。

根据设计准则采用一对硬齿面齿轮传动

1、按齿根弯曲强度设计

2、按齿面接触强度校核（设计过程见课本）设计公式（7-18）67

圆锥齿轮传动的特点传递交叉轴的运动，常用

=90°；速比i

３；v

５m/s；制造安装精度较低；小轮常悬臂安装，刚度低。6.7标准直齿圆锥齿轮的强度计算681、直齿圆锥齿轮几何计算691).受力分析2.受力分析与计算载荷70

直齿锥齿轮受力分析示例

Fa2n2n1Fa1Fr1Fr2Ft1Ft271

2)载荷系数KKA按表6.2查取72代入齿宽中点宽度参数3、齿面接触疲劳强度计算73

4、齿根弯曲疲劳强度计算式中YFaYSa为齿形系数，按当量齿数746.9齿轮的结构设计？75当顶圆直径da小于160mm时，作成实心结构的齿轮76当顶圆直径da小于500mm时，采用锻造，作成腹板式结构的齿轮77当顶圆直径da大于400mm时，采用铸造或焊接式齿轮78

采用组装齿圈式79本章要点：1、齿轮传动的失效形式（5种）2、齿轮传动的设计准则是什么？3、如何选择齿轮的材料，以及热处理？4、齿轮传动的许用应力如何确定？5、什么是齿轮传动的载荷系数K，直齿轮与斜齿轮有什么区别？6、为什么闭式软齿面传动时大小齿