机械设计基础第十一章齿轮传动课件

第十一章第十一章 齿轮传动齿轮传动提高轮齿抗折断能力的措施：提高轮齿抗折断能力的措施：1、增大齿根圆角半径，减少应力集中对疲、增大齿根圆角半径，减少应力集中对疲劳强度的影响。劳强度的影响。2、齿根处采用喷丸处理等强化措施。、齿根处采用喷丸处理等强化措施。3、采用适当的材料和热处理，使芯部变韧、采用适当的材料和热处理，使芯部变韧、表面变硬。表面变硬。(1)(1)疲劳折断疲劳折断 轮齿重复受载后，齿根处产生疲劳裂纹，并逐步扩展，最终致轮齿重复受载后，齿根处产生疲劳裂纹，并逐步扩展，最终致使轮齿疲劳折断。使轮齿疲劳折断。(2)(2)过载折断过载折断 轮齿受到突然过载时，可能出现过载折断或剪断轮齿受到突然过载时，可能出现过载折断或剪断.一、齿轮传动的失效形式一、齿轮传动的失效形式(一）轮齿折断一）轮齿折断第一节第一节 齿轮传动的失效形式齿轮传动的失效形式点蚀是齿面材料在变化着的接触应力作用下，在齿面上出现局部点蚀是齿面材料在变化着的接触应力作用下，在齿面上出现局部材料脱落，由疲劳而产生的麻点状损伤现象。材料脱落，由疲劳而产生的麻点状损伤现象。点蚀是闭式软齿面齿轮的主要失效形式。点蚀是闭式软齿面齿轮的主要失效形式。点蚀通常首先发生在齿面上靠近节线的齿根部分。点蚀通常首先发生在齿面上靠近节线的齿根部分。提高齿面抗点蚀能力的措施：提高齿面抗点蚀能力的措施：1、提高齿面硬度；、提高齿面硬度；2、减少表面粗糙度值；、减少表面粗糙度值；3、采用粘度高的润滑油。、采用粘度高的润滑油。（二）齿面点蚀（二）齿面点蚀第一节第一节 齿轮传动的失效形式齿轮传动的失效形式提高齿面抗胶合能力的措施：提高齿面抗胶合能力的措施：1、合理搭配齿轮材料，选用适当的热处理方、合理搭配齿轮材料，选用适当的热处理方法提高齿面硬度；法提高齿面硬度；2、低速重载时，采用粘度大的润滑油；高速、低速重载时，采用粘度大的润滑油；高速重载时，选用掺有抗胶合添加剂的润滑油；重载时，选用掺有抗胶合添加剂的润滑油；3、减少表面粗糙度值；、减少表面粗糙度值；4、采用变位齿轮降低齿顶相对滑动速度。、采用变位齿轮降低齿顶相对滑动速度。两啮合齿面在高压下发生粘着，随两齿面的相对滑动，使金属两啮合齿面在高压下发生粘着，随两齿面的相对滑动，使金属从齿面上撕落而形成的粘着磨损现象，称为胶合。从齿面上撕落而形成的粘着磨损现象，称为胶合。齿面胶合是高速、重载齿轮的主要失效形式。齿面胶合是高速、重载齿轮的主要失效形式。（三）齿面胶合（三）齿面胶合第一节第一节 齿轮传动的失效形式齿轮传动的失效形式灰尘、沙粒、铁屑等磨损性物质落入啮合齿面间，或软硬齿轮啮合使齿面灰尘、沙粒、铁屑等磨损性物质落入啮合齿面间，或软硬齿轮啮合使齿面磨损。磨损。磨粒磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。磨粒磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。提高齿面抗磨损能力的措施：提高齿面抗磨损能力的措施：1、采用闭式齿轮传动；、采用闭式齿轮传动；2、提高齿面硬度；、提高齿面硬度；3、提高表面质量；、提高表面质量；4、降低相对滑动系数；、降低相对滑动系数；5、保持润滑油的清洁并定期更换。、保持润滑油的清洁并定期更换。（四）齿面磨损（四）齿面磨损第一节第一节 齿轮传动的失效形式齿轮传动的失效形式提高齿面抗提高齿面抗塑性变形塑性变形能力的措施：能力的措施：1、提高齿面硬度；、提高齿面硬度；2、选用粘度较大的润滑油。、选用粘度较大的润滑油。硬度较低的低速重载齿轮，齿面材料在摩擦力的作用下出现滑硬度较低的低速重载齿轮，齿面材料在摩擦力的作用下出现滑移，形成主动轮齿面在节线附近凹下，从动轮齿面在节线附近凸起移，形成主动轮齿面在节线附近凹下，从动轮齿面在节线附近凸起的现象称齿面塑性变形。的现象称齿面塑性变形。齿面塑性变形是低速重载、齿面硬度较低齿轮的主要失效形式。齿面塑性变形是低速重载、齿面硬度较低齿轮的主要失效形式。（五）齿面塑性变形（五）齿面塑性变形第一节第一节 齿轮传动的失效形式齿轮传动的失效形式第二节第二节 齿轮材料及热处理齿轮材料及热处理基本要求：基本要求：齿面硬，齿芯韧、有良好的加工性能和经济型性。齿面硬，齿芯韧、有良好的加工性能和经济型性。（一）（一）锻钢锻钢 锻钢是齿轮传动中应用最广的材料。锻钢是齿轮传动中应用最广的材料。（1）软齿面软齿面 齿面硬度齿面硬度350HBS。常用。常用45钢、钢、40Cr、40MnB、42SiMn等中碳钢等中碳钢 或中碳合金钢。或中碳合金钢。热处理采用正火或调质。热处理采用正火或调质。为寿命相近，应使小齿轮齿面硬度比大齿轮高为寿命相近，应使小齿轮齿面硬度比大齿轮高2550HBS。（2）硬齿面）硬齿面 齿面硬度齿面硬度 350HBS。常用中碳钢、中碳合金钢及低碳合金钢。常用中碳钢、中碳合金钢及低碳合金钢。热处理采用表面淬火、表面渗碳或渗氮。热处理采用表面淬火、表面渗碳或渗氮。可减少齿轮传动的尺寸。可减少齿轮传动的尺寸。(四四)非金属材料非金属材料(二二)铸钢铸钢 常用于直径较大的齿轮常用于直径较大的齿轮(da500mm)，采用正火处理。，采用正火处理。(三三)铸铁铸铁 铸铁易铸成形状复杂的毛坯，易加工、成本低。但抗弯强度和抗冲击能力铸铁易铸成形状复杂的毛坯，易加工、成本低。但抗弯强度和抗冲击能力较差。常用灰铸铁和球墨铸铁。较差。常用灰铸铁和球墨铸铁。齿轮常用材料及其力学性能（见表齿轮常用材料及其力学性能（见表64）1、表面淬火、表面淬火 表面淬火一般用于中碳钢和中碳合金钢。表面淬火一般用于中碳钢和中碳合金钢。表面淬火后轮齿变形不大，可不磨齿，齿面硬度可达表面淬火后轮齿变形不大，可不磨齿，齿面硬度可达52 56HRC。由。由于齿面接触强度高，耐磨性好，而齿芯部未淬硬仍有较高的韧性，故于齿面接触强度高，耐磨性好，而齿芯部未淬硬仍有较高的韧性，故能承受一定的冲击载荷。能承受一定的冲击载荷。表面淬火的方法有高频淬火和火焰淬火等。表面淬火的方法有高频淬火和火焰淬火等。2、渗碳淬火、渗碳淬火 渗碳钢为含碳量渗碳钢为含碳量0.150.25的低碳钢和低碳合金钢。的低碳钢和低碳合金钢。渗碳淬火后齿面硬度可达渗碳淬火后齿面硬度可达5662HRC，齿面接触强度高，耐磨性好，齿面接触强度高，耐磨性好，而齿芯都仍保持有较高的韧性，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。而齿芯都仍保持有较高的韧性，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。通常渗碳淬火后要磨齿。通常渗碳淬火后要磨齿。齿轮常用的热处理方法有：齿轮常用的热处理方法有：3、调质、调质 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢。调质处理后齿面硬度一般为调质一般用于中碳钢和中碳合金钢。调质处理后齿面硬度一般为220260HBS。因硬度不高，故可在热处理以后精切齿形，且在使用中易于。因硬度不高，故可在热处理以后精切齿形，且在使用中易于跑合。跑合。4、正火、正火 正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。机械强度要正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。求不高的齿轮可用中碳钢正火处理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。5、渗氮、渗氮 渗氮是一种化学热处理。渗氮后不再进行其他热处理，齿面硬度可达渗氮是一种化学热处理。渗氮后不再进行其他热处理，齿面硬度可达6062HRC。因氮化处理温度低，齿的变形小，因此适用于难以磨齿的场。因氮化处理温度低，齿的变形小，因此适用于难以磨齿的场合。合。其中，调质和正火处理后的齿面硬度较低，为软齿面；其他三种处其中，调质和正火处理后的齿面硬度较低，为软齿面；其他三种处理后的齿面硬度较高，为硬齿面。理后的齿面硬度较高，为硬齿面。当大小齿轮都是软齿面时，考虑到小齿的齿根较薄，弯曲强度较低，当大小齿轮都是软齿面时，考虑到小齿的齿根较薄，弯曲强度较低，且受载次数较多，故在选择材料和热处理时，一般使小齿轮齿面硬度比且受载次数较多，故在选择材料和热处理时，一般使小齿轮齿面硬度比大齿轮高大齿轮高2050HBS。当大小齿轮都是硬齿面时，小齿轮的硬度应略高，也可和大齿轮相等。当大小齿轮都是硬齿面时，小齿轮的硬度应略高，也可和大齿轮相等。第三节第三节 齿轮传动的精度齿轮传动的精度 制造和安装齿轮传动装置时，不可避免地会产生误差。误差对制造和安装齿轮传动装置时，不可避免地会产生误差。误差对传动带来以下传动带来以下三方面的影响：三方面的影响：1、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、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。递运动的准确性。2、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、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，特别在高速传动中将引起振动、冲击和噪声，即影复的转速波动，特别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。响传动的平稳性。3、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、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。引起早期损坏，即影响载荷分布的均匀性。GB/T10095一一1988对圆柱齿轮及齿轮副规定了对圆柱齿轮及齿轮副规定了12个精度等级和个精度等级和14种齿种齿厚偏差。（见表厚偏差。（见表11-2）按照误差的特性及它们对传动性能的主要影响，将齿轮的各项公差按照误差的特性及它们对传动性能的主要影响，将齿轮的各项公差分成三个组，分别反映传递运动的准确性、传动的平稳性和载荷分分成三个组，分别反映传递运动的准确性、传动的平稳性和载荷分布的均匀性。布的均匀性。方向：方向：主动轮上与转向相反主动轮上与转向相反 从动轮上与转向相同从动轮上与转向相同方向：方向：由啮合点指向轮心由啮合点指向轮心 FtFrO1O2N2N1T1FnFnttP21dN2O1O2N1T1Ptt21dFn从动从动第四节第四节 直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷一、轮齿上的作用力一、轮齿上的作用力第四节第四节 直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷二、计算载荷二、计算载荷上述法向力上述法向力Fn称为名义载荷。实际上由于制造误差，轮齿、轴和轴称为名义载荷。实际上由于制造误差，轮齿、轴和轴承受载后的变形，以及传动中工作载荷和速度的变化等，使轮齿上承受载后的变形，以及传动中工作载荷和速度的变化等，使轮齿上所受的实际载荷大于名义载荷，故轮齿强度计算时应按计算载荷进所受的实际载荷大于名义载荷，故轮齿强度计算时应按计算载荷进行。行。计算载荷计算载荷 Fca=KFn，K为考虑载荷集中和附加动载荷的影响而引入的载荷系为考虑载荷集中和附加动载荷的影响而引入的载荷系数，其值可由表数，其值可由表11-3查取。查取。载荷系数载荷系数K：K=KA K KK KA 工作情况系数工作情况系数 K动载荷系数动载荷系数 K齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数 K齿间载荷分配系数齿间载荷分配系数第四节第四节 直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷例：齿向载荷分布系数例：齿向载荷分布系数第五节第五节 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算计算目的：计算目的：防止轮齿因齿面接触疲劳而出现疲劳点蚀，要求齿面防止轮齿因齿面接触疲劳而出现疲劳点蚀，要求齿面 的最大接触应力不超过接触疲劳极限应力。的最大接触应力不超过接触疲劳极限应力。计算依据：计算依据：赫其公式（弹性力学）赫其公式（弹性力学）齿面最大接触应力可以近似的使用赫兹公式齿面最大接触应力可以近似的使用赫兹公式式中，正号用于外啮合，式中，正号用于外啮合，负号用于内啮合。负号用于内啮合。齿根部分靠近节线处最易发生点蚀，故常取节点处的接触应力为齿根部分靠近节线处最易发生点蚀，故常取节点处的接触应力为计算依据。对于标准齿轮传动，节点处的齿廓曲率半径为计算依据。对于标准齿轮传动，节点处的齿廓曲率半径为令齿数比令齿数比u u=z z2 2/z z1 1=d d2 2/d d1 1，则中心距，则中心距在节点处一般仅有一对齿啮合，即载荷由一对齿承担在节点处一般仅有一对齿啮合，即载荷由一对齿承担第五节第五节 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算令：令：称为弹性系数，由表称为弹性系数，由表11-4选取选取令令称为区域系数，对于标准齿轮称为区域系数，对于标准齿轮得引入载荷系数引入载荷系数K K，以，以KFKFt t取代取代F Ft t，且且得式中：式中：b b为齿的宽度，为齿的宽度，T T1 1的单位为的单位为N Nmmmm，b b、d d单位为单位为mmmm接触强度计算公式接触强度计算公式第五节第五节 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算令令代入上式，得代入上式，得取配对齿轮中较小的许用接触应力取配对齿轮中较小的许用接触应力由表由表11-1选取选取安全系数，由表安全系数，由表11-5选取选取第五节第五节 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算第六节第六节 直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算 计算弯曲强度时，将齿轮轮齿看作是宽度为计算弯曲强度时，将齿轮轮齿看作是宽度为b的悬臂梁，则轮齿在齿顶的悬臂梁，则轮齿在齿顶处啮合时，弯曲力臂最大。理论上讲此时相邻的一对轮齿也处于啮合状态处啮合时，弯曲力臂最大。理论上讲此时相邻的一对轮齿也处于啮合状态(因重合度恒大于因重合度恒大于1)，全部载荷应由两对轮齿分担。但考虑到齿轮制造误差，全部载荷应由两对轮齿分担。但考虑到齿轮制造误差等的影响，为简化计算，通常按全部载荷作用在一对轮齿的齿顶来计算弯等的影响，为简化计算，通常按全部载荷作用在一对轮齿的齿顶来计算弯曲疲劳强度。曲疲劳强度。轮齿危险截面可用图（见下图）所示的轮齿危险截面可用图（见下图）所示的30切线法确定。危险截面处齿切线法确定。危险截面处齿厚为厚为sF。F2FrbF2FrbF1=FncosFF2=FnsinF法向力法向力F Fn n可分解为：可分解为：危险剖面上的弯曲力矩为：危险剖面上的弯曲力矩为：其中：其中：K为载荷系数，为载荷系数，hF为弯曲力臂。为弯曲力臂。危险截面的弯曲截面系数为危险截面的弯曲截面系数为第六节第六节 直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算故危险截面的故危险截面的弯曲应力弯曲应力为为：（计算公式）：（计算公式）令令考虑齿根部有应力集中，引入应力集中系数考虑齿根部有应力集中，引入应力集中系数YSa得轮齿弯曲强度的得轮齿弯曲强度的验算公式验算公式为齿形系数为齿形系数第六节第六节 直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算设设代入上式得代入上式得式中：许用弯曲应力为式中：许用弯曲应力为齿根弯曲疲劳极限值，由表齿根弯曲疲劳极限值，由表11-1查取，若轮齿两面工作，查取，若轮齿两面工作，应将表中数值应将表中数值0.7安全系数，由表安全系数，由表11-5查取查取应代入应代入中的较大者。中的较大者。和和设计时，设计时，第六节第六节 直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算 1、通常两齿轮的齿形系数通常两齿轮的齿形系数YFa1和和YFa2并不相同，两齿轮材并不相同，两齿轮材料的许用弯曲应力料的许用弯曲应力F1和和F2也不相同，因此应分别验算两个也不相同，因此应分别验算两个齿轮的弯曲强度。齿轮的弯曲强度。2、m值是必须的最小值，必须按表值是必须的最小值，必须按表4-1圆整，传递动力的圆整，传递动力的齿轮，其模数不宜小于齿轮，其模数不宜小于1.5mm，对于开始齿轮传动，须将算得，对于开始齿轮传动，须将算得的的m值加大值加大10%15%。注意注意第六节第六节 直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算第七节第七节 设计圆柱齿轮时材料和参数的选取设计圆柱齿轮时材料和参数的选取一、材料一、材料1 1、碳素结构钢，转矩不大的齿轮、碳素结构钢，转矩不大的齿轮2 2、合金结构钢，齿轮直径较大、合金结构钢，齿轮直径较大3 3、轮齿进行表面热处理，可提高接触疲劳强度，但须进行磨齿、轮齿进行表面热处理，可提高接触疲劳强度，但须进行磨齿4 4、渗氮处理，齿形变化下，不用磨齿，、渗氮处理，齿形变化下，不用磨齿，5 5、铸钢，尺寸较大，批量小时可锻造、铸钢，尺寸较大，批量小时可锻造6 6、铸铁，较小转矩、铸铁，较小转矩7 7、夹布塑料，可减小传动噪声、夹布塑料，可减小传动噪声二、设计参数的选择二、设计参数的选择1.齿数选择齿数选择软齿面闭式齿轮传动：软齿面闭式齿轮传动：z1 20 40；硬齿面闭式齿轮传动：硬齿面闭式齿轮传动：z117 20。为使轮齿避免根切，对于为使轮齿避免根切，对于=20的标准直齿圆柱齿轮，应取的标准直齿圆柱齿轮，应取z117。3.齿数比齿数比 一般直齿圆柱齿轮传动，取一般直齿圆柱齿轮传动，取 u58。齿数比超过。齿数比超过8时，宜采用二级或时，宜采用二级或多级传动。多级传动。2 2、齿宽系数选择、齿宽系数选择 圆柱齿轮齿宽系数圆柱齿轮齿宽系数 的荐用值的荐用值 查表查表11-611-6式中式中 u 齿数比齿数比第七节第七节 设计圆柱齿轮时材料和参数的选取设计圆柱齿轮时材料和参数的选取三、设计计算三、设计计算软齿面闭式齿轮传动：软齿面闭式齿轮传动：按齿面接触疲劳强度按齿面接触疲劳强度设计确定设计确定a 选择选择Z1和和m校核轮齿弯曲疲校核轮齿弯曲疲劳强度劳强度硬齿面闭式齿轮传动：硬齿面闭式齿轮传动：按轮齿弯曲疲劳强度设计按轮齿弯曲疲劳强度设计校核齿面接触疲劳强度校核齿面接触疲劳强度开式齿轮传动：开式齿轮传动：按轮齿弯曲疲劳强度设计计算。考虑磨损对齿厚的影响，将按轮齿弯曲疲劳强度设计计算。考虑磨损对齿厚的影响，将 降低降低2550第七节第七节 设计圆柱齿轮时材料和参数的选取设计圆柱齿轮时材料和参数的选取 例例111 设计一螺旋输送机传动装置中单级齿轮减速器的直齿圆柱齿轮传动。设计一螺旋输送机传动装置中单级齿轮减速器的直齿圆柱齿轮传动。已知：小齿轮（电动机）转速为已知：小齿轮（电动机）转速为970r/min,大齿轮转速为大齿轮转速为240r/min，工作时电动机实，工作时电动机实际输出功率为际输出功率为9kW,工作寿命为工作寿命为5年（设每年工作年（设每年工作300天），单班制工作（每班天），单班制工作（每班8h）。）。解解：（1）选取齿轮材料）选取齿轮材料 参考表参考表111，一般用途减速器，无特殊要求，选取大、，一般用途减速器，无特殊要求，选取大、小齿轮均用小齿轮均用45钢。钢。（2）选择热处理及齿面硬度）选择热处理及齿面硬度 考虑生产批量小，为便于加工，采用软齿面。考虑生产批量小，为便于加工，采用软齿面。热处理及硬度选取参阅表热处理及硬度选取参阅表111有：小齿轮调质，有：小齿轮调质，229286HBS,大齿轮正火，大齿轮正火，169 217HBS。（3）小齿轮传递的转矩）小齿轮传递的转矩 转矩转矩齿数比齿数比 。（4）初取载荷系数）初取载荷系数K 因齿轮参数尚未确定，载荷系数因齿轮参数尚未确定，载荷系数K无法准确确定，需预无法准确确定，需预选。一般可在选。一般可在K1.7 1.9范围内选取。在确定齿轮参数后，再进行校核。初取范围内选取。在确定齿轮参数后，再进行校核。初取 K1.8。第七节第七节 设计圆柱齿轮时材料和参数的选取设计圆柱齿轮时材料和参数的选取 （5）选取齿宽系数）选取齿宽系数 参考表参考表11-6，齿轮相对于轴承对称布置，取，齿轮相对于轴承对称布置，取 按式（按式（6-36），得），得 。（6）初取重合度系数）初取重合度系数 一般直齿轮传动，一般直齿轮传动，在在1.1 1.9之间。这里初取之间。这里初取 。（7）确定许用接触疲劳应力确定许用接触疲劳应力 接触应力变化总次数（按每年接触应力变化总次数（按每年300个工个工作日计）：作日计）：寿命系数寿命系数 （设计手册）（设计手册），弹性系数，弹性系数 （表（表114），接触疲劳极限应力），接触疲劳极限应力 （设计手册（设计手册），），（设计手册），最小安全系数，表（设计手册），最小安全系数，表115，失效概率低于，失效概率低于1/100，许用，许用接触疲劳应力按式（接触疲劳应力按式（11-3）有：）有：第七节第七节 设计圆柱齿轮时材料和参数的选取设计圆柱齿轮时材料和参数的选取（8）按齿面接触疲劳应力初步计算中心距）按齿面接触疲劳应力初步计算中心距a 节点区域系数节点区域系数 （设计手册）。（设计手册）。按计算公式，按计算公式，（9）初取齿宽）初取齿宽 b 齿宽齿宽（10）取标准模数）取标准模数 按表按表4-1，取，取m=2mm（11）确定齿数）确定齿数 由由 ，有，有 ，及及 ，解得，解得 ，实际齿数比，实际齿数比 ，取取 。传动误差传动误差 （在在5%允许范围内）。允许范围内）。第七节第七节 设计圆柱齿轮时材料和参数的选取设计圆柱齿轮时材料和参数的选取（12）确定载荷系数确定载荷系数K 1）使用系数）使用系数 ，按表，按表113，。2）动载荷系数）动载荷系数 ，齿轮圆周速度，齿轮圆周速度 ，齿轮精度，齿轮精度参考表参考表112，取为，取为8级，则由（手册），级，则由（手册），。3）齿向载荷分布系数）齿向载荷分布系数 ,按图（手册），软齿面，对称布置，按图（手册），软齿面，对称布置，。4）齿间载荷分布系数）齿间载荷分布系数 ,由式（公式）计算重合度由式（公式）计算重合度 ，按，按 ，故，故 ，偏于安全。，偏于安全。（13）确定重合度系数）确定重合度系数 ，由式（公式），由式（公式），。第七节第七节 设计圆柱齿轮时材料和参数的选取设计圆柱齿轮时材料和参数的选取 （14）确定齿宽）确定齿宽b 取取 ，（，（略小于略小于 ）（15）验算齿根弯曲疲劳强度）验算齿根弯曲疲劳强度 1）齿形系数，按图）齿形系数，按图11-8，。3）重合度系数，按式，）重合度系数，按式，。4）弯曲疲劳极限应力，）弯曲疲劳极限应力，。5）寿命系数）寿命系数 2）应力修正系数，按图）应力修正系数，按图11-9，。按图（手册）按图（手册）第七节第七节 设计圆柱齿轮时材料和参数的选取设计圆柱齿轮时材料和参数的选取 6）试验齿轮的应力修正系数，按国家标准规定，）试验齿轮的应力修正系数，按国家标准规定，。7）最小安全系数，按表）最小安全系数，按表11-5，失效概率低于，失效概率低于1/100，。8）许用弯曲应力，按式（）许用弯曲应力，按式（11-6）有）有 9）齿根弯曲疲劳应力，按式（）齿根弯曲疲劳应力，按式（11-5）第七节第七节 设计圆柱齿轮时材料和参数的选取设计圆柱齿轮时材料和参数的选取（16）设计结果）设计结果 中心距中心距a162mm；模数；模数m2；齿数；齿数 ；分度圆直径分度圆直径 ；齿宽；齿宽 ；齿轮；齿轮精度精度8级；齿轮材料：小齿轮级；齿轮材料：小齿轮45钢，调质，钢，调质，229286HBS，大齿轮，大齿轮45钢，正火，钢，正火，169217HBS。第七节第七节 设计圆柱齿轮时材料和参数的选取设计圆柱齿轮时材料和参数的选取第八节第八节 斜齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动一、轮齿上的作用力一、轮齿上的作用力FaFrFnFtT1受法向载荷受法向载荷Fn，分解为三向分力：分解为三向分力：方向判断：方向判断：方法同直齿轮方法同直齿轮方向判断：方向判断：方法同直齿轮方法同直齿轮 方向判断：方向判断：工作面受压工作面受压来判定。来判定。如：如：主动轮，工作面为转动方向的前面，从动轮，工作面为转动方主动轮，工作面为转动方向的前面，从动轮，工作面为转动方向的后面。向的后面。一般取一般取一对钢制标准斜齿轮传动的齿面接触应力和强度条件为：一对钢制标准斜齿轮传动的齿面接触应力和强度条件为：二、强度计算二、强度计算ZE材料弹性系数，由表材料弹性系数，由表11-4查取，查取，ZH节点区域系数，标准齿轮节点区域系数，标准齿轮ZH=2.5，校核式校核式设计式设计式 、的取值与直齿轮相同，应按当量齿数的取值与直齿轮相同，应按当量齿数 查取查取 第八节第八节 斜齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动第九节第九节 直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动FaFtFaFnFrFnFtFr一、轮齿上的作用力一、轮齿上的作用力受法向载荷受法向载荷Fn，分解为：分解为：方向判断：方法同直齿轮方向判断：方法同直齿轮方向判断：方法同直齿轮方向判断：方法同直齿轮方向判断：指向大端方向判断：指向大端注意：注意：轴交角为90的一对钢制直齿圆锥齿轮的齿面接触强度验算公式为一、强度计算一、强度计算2 2、弯曲疲劳强度计算、弯曲疲劳强度计算校核式校核式设计式设计式 、的取值与直齿轮相同，应按当量齿数查取的取值与直齿轮相同，应按当量齿数查取 直径较小的钢制齿轮，圆柱齿轮直径较小的钢制齿轮，圆柱齿轮e2.5me2.5m，圆锥齿轮，圆锥齿轮e1.6me1.6m,齿轮轴齿轮轴齿轮轴齿轮轴第十一节第十一节 齿轮的构造齿轮的构造da200mm,实心式结构实心式结构第十一节第十一节 齿轮的构造齿轮的构造200d200 500mm 500mm，轮辐式结构。轮辐式结构。图图 6 44 铸造齿轮结构铸造齿轮结构a）轮辐式铸造圆柱齿轮）轮辐式铸造圆柱齿轮b）辐板式铸造锥齿轮）辐板式铸造锥齿轮第十一节第十一节 齿轮的构造齿轮的构造第十一节第十一节 齿轮传动的润滑和效率齿轮传动的润滑和效率一、齿轮传动的润滑一、齿轮传动的润滑开式齿轮传动通常采用人工定期加润滑油或润滑脂进行润滑。开式齿轮传动通常采用人工定期加润滑油或润滑脂进行润滑。一般闭式齿轮传动的润滑方式根据齿轮的圆周速度一般闭式齿轮传动的润滑方式根据齿轮的圆周速度v的大小而定。的大小而定。当当v12m/s时多采用油池润滑，大齿轮浸入油时多采用油池润滑，大齿轮浸入油池一定的深度，齿轮运转时就把润滑油带到啮池一定的深度，齿轮运转时就把润滑油带到啮合区，同时也甩到箱壁上，借以散热。当合区，同时也甩到箱壁上，借以散热。当v较较大时，浸入深度约为一个齿高；当大时，浸入深度约为一个齿高；当v较小，如较小，如(0.50.8m/s)时，可达到齿轮半径的时，可达到齿轮半径的1/6。在多级齿轮传动中，当几个大齿轮直径不相等在多级齿轮传动中，当几个大齿轮直径不相等时，可以采用惰轮蘸油润滑。时，可以采用惰轮蘸油润滑。当当v12m/s时，不宜采用油池润滑，最好采时，不宜采用油池润滑，最好采用喷油润滑，用油泵将润滑油直接喷到啮合用喷油润滑，用油泵将润滑油直接喷到啮合区。区。因为：因为：1）圆周速度过高，齿轮上的油大多被甩出去而达不到啮合）圆周速度过高，齿轮上的油大多被甩出去而达不到啮合区；区；2）搅油过于激烈，使油的温升增加，并降低其润滑性能；）搅油过于激烈，使油的温升增加，并降低其润滑性能；3）会搅起箱底沉淀的杂质，加速齿轮的磨损。）会搅起箱底沉淀的杂质，加速齿轮的磨损。第十一节第十一节 齿轮传动的润滑和效率齿轮传动的润滑和效率1、润滑油牌号的选择、润滑油牌号的选择可根据齿面接触应力的大小来选择，见表可根据齿面接触应力的大小来选择，见表11-72、润滑油粘度的选择、润滑油粘度的选择（1）闭式传动）闭式传动齿面接触应力大，则粘度应较大，相对速度高，则粘度应较小，可查齿面接触应力大，则粘度应较大，相对速度高，则粘度应较小，可查图图11-22选取选取（2）开式传动）开式传动开式传动润滑油粘度由表开式传动润滑油粘度由表11-8选择选择第十一节第十一节 齿轮传动的润滑和效率齿轮传动的润滑和效率3、齿轮传动的功率损耗主要包括：、齿轮传动的功率损耗主要包括：1）啮合中的摩擦损耗；）啮合中的摩擦损耗；2）搅动润滑油的油阻损耗；）搅动润滑油的油阻损耗；3）轴承中的摩擦损耗。）轴承中的摩擦损耗。计入上述损耗时，齿轮传动（采用滚动轴承）的平均效率见下表。计入上述损耗时，齿轮传动（采用滚动轴承）的平均效率见下表。传动装置传动装置6级或级或7级精度的闭式传动级精度的闭式传动8级精度的闭式传动级精度的闭式传动开式传动开式传动圆柱齿轮圆柱齿轮0.980.970.95锥齿轮锥齿轮0.970.960.93第十一节第十一节 齿轮传动的润滑和效率齿轮传动的润滑和效率第十二节 圆弧齿轮传动简介 一、啮合原理一、啮合原理小齿轮做成外凸圆弧形，大齿轮做成内凹圆弧形，凹齿的圆弧半径略小小齿轮做成外凸圆弧形，大齿轮做成内凹圆弧形，凹齿的圆弧半径略小于凸齿的圆弧半径于凸齿的圆弧半径主要应用在中兴机械等部门主要应用在中兴机械等部门二、圆弧齿轮的优缺点二、圆弧齿轮的优缺点优点：优点：1、齿面接触强度高；、齿面接触强度高；2、齿面形状对润滑有力，效率较高；、齿面形状对润滑有力，效率较高；3、齿、齿面容易跑和；面容易跑和；4、无根切，齿数可较少，最少齿数主要受轴的强度和刚度、无根切，齿数可较少，最少齿数主要受轴的强度和刚度限制。限制。缺点：缺点：1、对中心距及切齿深度的精度要求较高；、对中心距及切齿深度的精度要求较高；2、噪声较大；、噪声较大；3、轮齿、轮齿弯曲强度低；弯曲强度低；4、切削同一模数的圆弧齿轮，凹齿廓和凸齿廓需要不同的、切削同一模数的圆弧齿轮，凹齿廓和凸齿廓需要不同的刀具。刀具。