《机械设计基础》课件-第11章-齿轮传动

机械设计基础第11章齿轮传动1要求掌握：受力方向的判断闭式齿轮传动主要失效形式设计准则影响接触应力、弯曲应力的因素2§11-1轮齿的失效形式3闭式传动——齿轮封闭在刚性的箱体内，能保证良好的润滑和

工作条件。重要的齿轮传动都采用闭式传动；开式传动——齿轮是外露的，不能保证良好的润滑，而且易落入

灰尘、杂质，故齿面易磨损，只宜用于低速传动。4§11-1轮齿的失效形式1.轮齿折断现象－原因－直齿轮－齿宽较小时常发生整齿折断；齿宽较大时，因

制造装配误差易产生载荷偏置一端，导致局部折断；轮齿因短时意外的严重过载而引起的突然折断－过载折断；齿根部受较大的交变弯曲应力－疲劳折断；计算准则－为了防止轮齿折断，通常对轮齿进行抗弯曲疲劳强度的计算。5§11-1轮齿的失效形式2.齿面点蚀现象－原因－疲劳点蚀首先出现在齿根表面靠近节线处软齿面（HBS≤350）的闭式齿轮传动常因齿面点蚀而失效；在开式传动中，由于齿面磨损较快，点蚀还来不及出现或扩展即被磨掉，所以一般看不到点蚀。计算准则－齿面接触疲劳强度计算。6§11-1轮齿的失效形式3.齿面胶合现象－原因－计算准则－抗胶合承载能力的计算。7§11-1轮齿的失效形式4.齿面磨损：磨粒磨损、跑合磨损原因－灰尘、硬屑粒等进入齿面间而引起磨粒磨损。是开式齿轮传动主要的失效形式之一。计算准则－目前尚无完善的计算方法。现象－8§11-1轮齿的失效形式5.齿面塑性变形在重载下，较软的齿面上可能产生局部的塑性变形，使齿廓失去正确的齿形。这种损坏常在过载严重和起动频繁的传动中遇到。9§11-1轮齿的失效形式10§11-1轮齿的失效形式普通齿轮传动的设计准则设计齿轮传动时，应根据实际工况条件，分析主要失效形式，确定相应的设计准则，进行设计计算。1.闭式传动主要失效形式－齿面点蚀和轮齿的弯曲疲劳折断

当采用硬齿面时，则一般应首先按齿轮的抗弯曲疲劳强度条件，确定其主要几何尺寸，然后再校核其齿面接触疲劳强度。11§11-1轮齿的失效形式2.开式传动开式传动的主要失效形式为齿面磨粒磨损和轮齿的弯曲疲劳折断。由于目前齿面磨粒磨损尚无完善的计算方法，因此通常只对其进行抗弯曲疲劳强度计算，并采用适当加大（10%～20%）模数（或降低许用弯曲应力）的方法来考虑磨粒磨损。12§11-1轮齿的失效形式§11-2轮齿材料及热处理齿轮常用的热处理方法：1)表面淬火；2)渗碳淬火；3)调质；4)正火；5)渗氮13硬齿面的接触疲劳极限和弯曲疲劳极限都高于软齿面。§11-3齿轮传动的精度齿轮的制造、安装误差带来的负面影响：相啮合齿轮在一转范围内实际转角与理论转角不一致，即

影响传递运动的准确性；瞬时传动比不能保持恒定不变，齿轮在一转范围内会出现

多次重复的转速波动，特别是在高速传动中将引起振动、

冲击和噪声，即影响传动的平稳性；齿向误差能使齿轮上的载荷分布不均匀，当传递较大转矩

时，易引起早期损坏，即影响载荷分布的均匀性。国家标准GB/T10095.1—2008对圆柱齿轮及齿轮副规定了13个精度等级，其中0级的精度最高，12级精度最低，常用的是6~9级。14§11-4直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷一、轮齿上的作用力Fn1516圆周力径向力法向力二、计算载荷P:所传递的功率kW17§11-4直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷§11-5直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算由于节圆附近最容易发生点蚀，故常取节点处的接触应力为计算依据。1819§11-5直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算20§11-5直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算21§11-5直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算注意：两齿轮的接触应力是相同的，但由于两齿轮材料不同，因此许用接触应力是不同的，按最小的计算。分度圆直径、分别相等的两对齿轮，不论其模数是否相等，均具有相同的由接触强度所决定的承载能力，模数不能作为衡量齿轮接触强度的依据。22§11-5直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算§11-6直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算23切线法24§11-6直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算危险截面的弯曲力矩：25通常两齿轮的齿形系数并不相同，因此应分别验算两个齿轮的弯曲强度。26齿轮设计过程：已知条件：工作情况，传递功率P，转速n，传动比i待定参数：材料，热处理方法，硬度，z1,z2,β,m,a,

d1,d2,b解题步骤：

(1)确定材料，热处理及许用应力；

(2)分析失效形式，确定计算公式；

(3)初步选取参数，求出需要计算的数值；

(4)协调相关参数，确定设计结果。§11-7设计圆柱齿轮时材料和参数的选取27一、材料及其力学性能转矩不大，选择碳素结构钢，否则选择合金结构钢表面热处理可以提供疲劳强度，减小齿轮尺寸。但轮齿会变形，需要磨齿。二、主要参数

3.齿宽：过大，宽度方向载荷分布不均匀28§11-7设计圆柱齿轮时材料和参数的选取§11-8斜齿圆柱齿轮传动一、轮齿上的作用力29轮齿所受总法向力可分解为：圆周力：径向力：轴向力：

§11-8斜齿圆柱齿轮传动力的方向：30根据主动轮轮齿的齿向（左旋或右旋）伸左手或右手，四指沿着主动轮的转向握住轴线，大拇指所指即为主动轮所受的Fa1的方向，Fa2与Fa1方向相反。31按过节点处法面内当量直齿圆柱齿轮（齿形与斜齿轮法面齿形相同）进行计算的模数为法面模数mn，齿数为当量齿数zv,齿宽、转矩也为当量齿轮上的量。二、齿根接触疲劳强度、弯曲疲劳强度计算32§11-8斜齿圆柱齿轮传动33§11-8斜齿圆柱齿轮传动§11-9直齿圆锥齿轮传动3435§11-9直齿圆锥齿轮传动§11-9齿轮的构造36373839§11-10齿轮传动的润滑和效率油池润滑采用惰