东北大学机械设计课件第5章齿轮传动

第五章齿轮传动第九节齿轮传动的润滑第一节齿轮传动的失效形式和计算准那么第八节变位齿轮传动的强度计算第七节标准直齿锥齿轮传动的强度计算第六节标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算第五节齿轮精度、设计参数选择及许用应力第四节标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算第三节齿轮传动的载荷计算第二节齿轮的材料下一页退出总目录目录一、齿轮的失效形式1.轮齿折断2.齿面点蚀3.齿面胶合4.齿面磨损5.齿体塑性变形6.齿面塑性变形第一节齿轮传动的失效形式和计算准那么1.轮齿折断折断面折断面第一节齿轮传动的失效形式和计算准那么轮齿折断实例第一节齿轮传动的失效形式和计算准那么轮齿折断机理第一节齿轮传动的失效形式和计算准那么2.齿面点蚀点蚀第一节齿轮传动的失效形式和计算准那么齿面点蚀机理第一节齿轮传动的失效形式和计算准那么3.齿面胶合齿面出现沟痕第一节齿轮传动的失效形式和计算准那么4.齿面磨损磨损局部第一节齿轮传动的失效形式和计算准那么5.齿面塑性变形第一节齿轮传动的失效形式和计算准那么举例从动轮主动轮第一节齿轮传动的失效形式和计算准那么齿面塑性变形机理第一节齿轮传动的失效形式和计算准那么第一节齿轮传动的失效形式和计算准那么6.齿体塑性变形第一节齿轮传动的失效形式和计算准那么齿轮失效形式与极限转矩的关系磨损界限胶合界限点蚀界限断齿界限速度极限转矩安全区调质齿轮磨损界限胶合界限点蚀界限断齿界限速度极限转矩安全区齿面硬化齿轮第一节齿轮传动的失效形式和计算准那么同一齿轮传动抵抗不同失效形式的能力不同齿轮失效形式与极限转矩的关系闭式齿轮传动中，通常以保证齿面接触疲劳强度为主。进行齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度计算。开式齿轮传动中，通常以保证齿根弯曲强度为主，兼顾磨损。进行齿根弯曲疲劳强度设计。二、齿轮传动的计算准那么计算准那么保证齿面接触疲劳强度；保证齿根弯曲疲劳强度。第一节齿轮传动的失效形式和计算准那么第二节齿轮材料材料性能的根本要求：具有足够的弯曲强度；轮齿表层有足够的硬度和耐磨性；可以进行各种加工和热处理；齿面硬，齿芯韧。一、钢

锻钢的质量比铸钢好，一般齿轮均用锻钢，铸钢(大尺寸、形状复杂〕。1.软齿面〔齿面硬度≤350HBS〕不能承受大的冲击载荷，两齿轮齿面硬度差应为30~50HBS2.硬齿面〔齿面硬度>350HBS〕齿轮外表硬化方法有渗碳、氮化和外表淬火第二节齿轮材料二、铸铁低速、不重要的开式齿轮〔球墨铸铁〕合金钢：常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮。航空齿轮采用外表硬化高强合金钢。三、非金属材料高速、小功率、精度不高以传递运动为主的齿轮传动〔塑料、尼龙、胶木等〕第二节齿轮材料一、工作载荷第三节齿轮传动的载荷计算小齿轮名义功率小齿轮分度圆直径小齿轮名义转矩小齿轮转速二、计算载荷使用系数动载系数齿向载荷分布系数齿间载荷分布系数第三节齿轮传动的载荷计算1使用系数表5-3原动机工作特性及其示例从动机工作特性及其示例均匀平稳轻微冲击中等冲击严重冲击发电机机床主传动提升机构挖掘机均匀平稳1.01.251.51.75轻微冲击1.101.351.601.85中等冲击1.251.501.752.00或更大严重冲击1.501.752.002.25或更大第三节齿轮传动的载荷计算2动载系数齿轮传动的啮合过程齿轮制造误差,pb不同——ω突变——冲击图5-3第三节齿轮传动的载荷计算措施：齿顶修缘直齿圆柱齿轮第三节齿轮传动的载荷计算斜齿圆柱齿轮第三节齿轮传动的载荷计算轴弯曲变形的影响３齿向载荷分布系数第三节齿轮传动的载荷计算轴扭转变形的影响0.20.40.60.81.01.21.41.62.01.81.001.051.101.151.201.251.301.351234b/d1两轮均为软齿面或其中之一为软齿面图5-7３齿向载荷分布系数第三节齿轮传动的载荷计算改善载荷分布方法鼓形齿第三节齿轮传动的载荷计算３齿向载荷分布系数4齿间载荷分布系数表5-4一对轮齿在啮合区内有时为双齿啮合，载荷那么应分配在这两对齿上。第三节齿轮传动的载荷计算

由于齿距误差等原因，载荷在各齿间分配不是均匀的轮齿误差的影响第三节齿轮传动的载荷计算精度等级(Ⅱ组)56789经表面硬化的直齿轮1.01.11.2接触弯曲经表面硬化的斜齿轮1.01.11.21.4未经表面硬化的直齿轮1.01.11.2未经表面硬化的斜齿轮1.01.11.21.4表5-4齿间载荷分布系数第三节齿轮传动的载荷计算一、轮齿受力分析第四节标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算主、从动轮上各力大小相等，方向相反圆周力Ft产生的转矩方向与外加转矩方向相反径向力Fr指向各轮的轮心圆周力径向力法向力二齿面接触疲劳强度计算圆柱体的接触应力LFn第四节标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算综合曲率对接触应力的影响第四节标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算齿廓接触点的曲率半径第四节标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算第四节标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算第四节标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算第四节标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算第四节标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算三、齿根弯曲疲劳强度齿根危险截面位置、尺寸：力学模型：轮齿悬臂梁，Fn作用于齿顶基圆30°切线法：过渡曲线第四节标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算演示第四节标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算大小齿轮分别计算齿根弯曲疲劳强度第四节标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算第四节标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算按齿根弯曲疲劳强度设计第四节标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算注意：1、相互啮合的一对齿轮其齿根弯曲应力通常不相等。模数起主要作用。2、相互啮合的一对齿轮其齿面接触应力是相同的。但[σH]1与[σH]2中不同，强度也不同。径向尺寸〔a,d〕起主要作用。3、应用设计公式初步计算齿轮尺寸时，可先应用初算公式,待求得齿轮尺寸参数后，精确计算载荷系数K、重合度系数及寿命系数和许用应力，代入相应校核公式进行验算，假设强度条件适宜那么齿轮尺寸无需调整，否那么，调整尺寸重新计算。第四节标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算一、齿轮精度选择第五节齿轮精度、设计参数选择及许用应力1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12低高未规定公差一般按齿轮的圆周速度选精度表5-6齿轮种类传动种类齿面硬度HBS齿轮精度等级3,4,56789直齿圆柱齿轮≤350>12≤18≤12≤6≤4>350>10≤15≤10≤5≤3锥齿轮≤350>7≤10≤7≤4≤3>350>6≤9≤6≤3≤2.5斜齿及曲齿圆柱齿轮≤350>25≤36≤25≤12≤8>350>20≤30≤20≤9≤6锥齿轮≤350>16≤24≤16≤9≤6>350>13≤19≤15≤7≤5表5-6各种精度等级齿轮传动的最大圆周速度第五节齿轮精度、设计参数选择及许用应力机器名称精度等级机器名称精度等级汽轮机3～6拖拉机6～8金属切削机床3～8通用减速器6～8航空发动机4～8锻压机床6～9轻型汽车5～8起重机7～10载重汽车7～9农业机械8～11各类机器所用齿轮传动的精度等级范围第五节齿轮精度、设计参数选择及许用应力二、设计参数选择第五节齿轮精度、设计参数选择及许用应力在中心距一定时，在满足弯曲强度的条件下，可取较多的齿数和较小的模数。对闭式齿轮传动：一般按齿面接触强度确定中心距，模数:第五节齿轮精度、设计参数选择及许用应力取标准值(表5-7)第五节齿轮精度、设计参数选择及许用应力1.疲劳试验试验条件：m=3~5mm、=20°、v=10m/s，a=100mm，b=10~50mm，齿面粗糙度为0.8的直齿圆柱齿轮副试件，按失效概率为1%，经持久疲劳试验确定的试验齿轮的接触疲劳极限和弯曲疲劳极限。三、许用应力设计的齿轮与试验齿轮不同，使用时应进行修正。第五节齿轮精度、设计参数选择及许用应力

2.齿轮的许用接触应力[

H]第五节齿轮精度、设计参数选择及许用应力第五节齿轮精度、设计参数选择及许用应力第五节齿轮精度、设计参数选择及许用应力第五节齿轮精度、设计参数选择及许用应力

3.齿轮的许用弯曲应力[

F]第五节齿轮精度、设计参数选择及许用应力第五节齿轮精度、设计参数选择及许用应力第五节齿轮精度、设计参数选择及许用应力一、选择齿轮类型、精度、材料二、齿轮承载能力计算三、齿轮几何尺寸计算四、齿轮结构设计及工作图绘制齿轮传动设计步骤第五节齿轮精度、设计参数选择及许用应力一、轮齿受力分析第六节标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算圆周力径向力轴向力法向力轴向力Fa的方向用左右手守则来判定。左旋用左手；右旋用右手判断。二、齿面接触疲劳强度计算式第六节标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算第六节标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算第六节标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算第六节标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算第六节标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算第六节标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算第六节标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算三、齿根弯曲疲劳强度计算第六节标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算斜齿轮因重合度增大，故接触线长度增大；斜齿轮因轮齿倾斜，故影响其弯曲强度。强度条件：第六节标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算设计式：第七节标准直齿锥齿轮传动的强度计算一、主要设计参数第七节标准直齿锥齿轮传动的强度计算第七节标准直齿锥齿轮传动的强度计算齿宽系数齿宽中点分度圆直径dm和模数mm

二、轮齿受力分析圆周力径向力轴向力法向力第七节标准直齿锥齿轮传动的强度计算二、强度计算0.20.40.60.81.01.21.41.62.01.81.001.051.101.151.201.251.301.351234b/d1第七节标准直齿锥齿轮传动的强度计算直齿锥齿轮齿面接触疲劳强度条件设计式第七节标准直齿锥齿轮传动的强度计算直齿锥齿轮齿根弯曲疲劳强度条件设计式第七节标准直齿锥齿轮传动的强度计算校核式第八节变位齿轮传动的强度计算变位齿轮传动的受力分析和强度计算原理与标准齿轮的相同，其计算公式也与标准齿轮相同齿轮啮合节点位置发生变化，ZH有变化直齿轮斜齿轮第八节变位齿轮传动的强度计算高变位传动，即xΣ=x1+x2=0，ZH不变化，接触强度根本不变。或角变位传动即xΣ=x1+x2≠0，当xΣ>0〔正传动〕时，，ZH减小，εα降低，Zε增大，，ZH增大，εα增大，Zε减小，或齿面接触强度提高。当xΣ<0〔负传动〕时，或齿面接触强度降低。第八节变位齿轮传动的强度计算齿根弯曲强度：变位使齿形变化，齿根厚度和齿根圆角半径变化，引起计算系数YFa和Ysa的变化，影响齿根弯曲强度。正变位齿轮的齿厚增大，YFa减小，齿根圆角半径减小，Ysa增大。正变位齿轮的齿根弯曲强度可有提高。负变位使齿根弯曲强