机械设计齿轮传动--课件

齿轮传动设计齿轮传动设计 1概述概述 1PPT课件作用：作用：不仅用来传递运动、而且还要传递动力。不仅用来传递运动、而且还要传递动力。要求：要求：运转平稳、足够的承载能力。运转平稳、足够的承载能力。分分类类开式传动开式传动 有简单防护罩，大齿轮浸入油池，润滑得到改善、适于非重要应用；裸露、灰尘、易磨损，适于低速传动。半开式传动半开式传动闭式传动闭式传动全封闭、润滑良好、适于重要应用。按类按类型分型分按装置按装置型式分型式分按使用按使用情况分情况分硬齿面齿轮硬齿面齿轮（齿面硬度350HBS）直齿圆柱齿轮传动直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传斜齿圆柱齿轮传锥齿轮传动锥齿轮传动人字齿轮传动人字齿轮传动动力齿轮动力齿轮 传动齿轮传动齿轮 按齿面按齿面硬度分硬度分软齿面齿轮软齿面齿轮（齿面硬度350HBS）以动力传输为主，常为高速重载或低速重载传动。以运动准确为主，一般为轻载高精度传动。2PPT课件齿轮传动的特点：齿轮传动的特点：传动效率高传动效率高可达可达99；在常用的机械传动中，齿轮传动的效率为最高；结构紧凑结构紧凑;与带传动、链传动相比，在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间一般较小；工作可靠，寿命长；工作可靠，寿命长；与各类传动相比 传动比稳定传动比稳定;无论是平均值还是瞬时值。这也是齿轮传动获得广泛应用的原因之一；制造及安装精度要求高，价格较贵。制造及安装精度要求高，价格较贵。与带传动、链传动相比学习本章的目的学习本章的目的 本章学习的根本目的是掌握齿轮传动的设计方法，也本章学习的根本目的是掌握齿轮传动的设计方法，也就是要能够根据齿轮工作条件的要求，能设计出传动可就是要能够根据齿轮工作条件的要求，能设计出传动可靠的齿轮。靠的齿轮。设计齿轮设计齿轮-设计确定齿轮的主要参数以及结构形式。设计确定齿轮的主要参数以及结构形式。主要参数有：模数主要参数有：模数m、齿数、齿数z、螺旋角、螺旋角以及压力角以及压力角a a、齿高系数齿高系数h*a、径向间隙系数、径向间隙系数c*。3PPT课件2 齿轮传动的失效形式及设计准则齿轮传动的失效形式及设计准则(一一)失效形式失效形式(1)疲劳折断疲劳折断现象：现象：齿根处产生裂纹齿根处产生裂纹扩展扩展材料较脆材料较脆断齿断齿原因：原因：根部应力集中根部应力集中1.轮齿折断轮齿折断 根部受交变弯曲应力作用根部受交变弯曲应力作用弯曲疲劳极限弯曲疲劳极限(2)过载折断过载折断(静强度问题静强度问题)原因：原因：脆性材料脆性材料突然过载或冲击突然过载或冲击潘存云教授研制4PPT课件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）增大齿根过渡圆角半径，消除加工刀痕，减小齿根）增大齿根过渡圆角半径，消除加工刀痕，减小齿根应力集中；应力集中；2）增大轴及支承的刚度，使轮齿接触线上受载较为均匀；）增大轴及支承的刚度，使轮齿接触线上受载较为均匀；3）采用合适的热处理，使轮齿芯部材料具有足够的韧性；）采用合适的热处理，使轮齿芯部材料具有足够的韧性；4）采用喷丸、滚压等工艺对，对齿根表层进行强化处理。）采用喷丸、滚压等工艺对，对齿根表层进行强化处理。5PPT课件2.齿面点蚀齿面点蚀现象：现象：齿面产生裂纹齿面产生裂纹油的挤压油的挤压金属剥落金属剥落靠近节线的齿根面上出现麻点靠近节线的齿根面上出现麻点原因：原因：有润滑油存在的闭式传动有润滑油存在的闭式传动齿面较软、硬度齿面较软、硬度 350HBS齿面受交变接触应力作用齿面受交变接触应力作用 接触疲劳极限接触疲劳极限3.齿面胶合齿面胶合 现象：现象：齿面上沿相对滑动方向形成伤痕齿面上沿相对滑动方向形成伤痕原因：原因：(热胶合热胶合)高速重载高速重载高温失油高温失油(冷胶合冷胶合)低速重载低速重载不易形成油膜不易形成油膜两齿面金属直接接触并粘接两齿面金属直接接触并粘接齿面间相对滑动齿面间相对滑动较软齿面沿滑动方向被撕下一条条伤痕较软齿面沿滑动方向被撕下一条条伤痕6PPT课件1.提高齿面硬度提高齿面硬度2.减小齿面粗糙度减小齿面粗糙度3.增加润滑油粘度增加润滑油粘度低速4.加抗胶合添加剂加抗胶合添加剂高速提高抗胶合能力的措施：提高抗胶合能力的措施：7PPT课件4.齿面磨料磨损齿面磨料磨损 现象：现象：齿面磨损、齿形变瘦齿面磨损、齿形变瘦原因：原因：两齿面间有相对滑动两齿面间有相对滑动铁屑、灰尘进入铁屑、灰尘进入常发生于润滑不良的开式齿轮传动常发生于润滑不良的开式齿轮传动措施：措施：1.减小齿面粗糙度减小齿面粗糙度2.改善润滑条件，清洁环境改善润滑条件，清洁环境3.提高齿面硬度提高齿面硬度8PPT课件5.齿面塑性变形齿面塑性变形 现象：现象：齿面失去正常齿形齿面失去正常齿形原因：原因：齿面较软齿面较软重载重载齿面形成凹沟齿面形成凹沟、凸棱凸棱主动轮上摩擦力分别朝向齿顶和齿根主动轮上摩擦力分别朝向齿顶和齿根 形成凹沟形成凹沟从动轮上摩擦力由齿顶和齿根朝向中间从动轮上摩擦力由齿顶和齿根朝向中间 形成凸棱形成凸棱9PPT课件潘存云教授研制从动齿从动齿主动齿主动齿从动齿从动齿主动齿主动齿从动齿从动齿主动齿主动齿从动齿从动齿主动齿主动齿表面凸出表面凸出表面凹陷表面凹陷10PPT课件(二二)设计准则设计准则 齿面间的接触疲劳点蚀齿面间的接触疲劳点蚀轮齿的弯曲疲劳折断轮齿的弯曲疲劳折断齿面接触疲劳强度条件齿面接触疲劳强度条件轮齿弯曲疲劳强度条件轮齿弯曲疲劳强度条件失效形式失效形式设计准则设计准则胶合、磨损、塑性变形等失效运用上述准则，并作相应考虑胶合、磨损、塑性变形等失效运用上述准则，并作相应考虑具体工作条件下，如何运用上述准则具体工作条件下，如何运用上述准则闭式传动闭式传动软齿面软齿面(硬度硬度 350HBS)按齿面按齿面接触接触疲劳强度条件疲劳强度条件设计设计按轮齿按轮齿弯曲弯曲疲劳强度条件疲劳强度条件校核校核硬齿面硬齿面(硬度硬度 350HBS)按轮齿按轮齿弯曲弯曲疲劳强度条件疲劳强度条件设计设计按齿面按齿面接触接触疲劳强度条件疲劳强度条件校核校核开式传动开式传动按轮齿按轮齿弯曲弯曲疲劳强度条件疲劳强度条件设计设计工作条件工作条件设计准则设计准则11PPT课件一、对齿轮材料性能的要求一、对齿轮材料性能的要求 齿轮的齿体应有较高的抗折断能力，齿面应有较齿轮的齿体应有较高的抗折断能力，齿面应有较强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力，即要求：强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力，即要求：齿面硬、芯部韧。齿面硬、芯部韧。3 齿轮材料及选用准则齿轮材料及选用准则 常用常用齿齿轮材料轮材料锻钢锻钢 铸钢铸钢 铸铁铸铁常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿轮材料；轮材料；适用于高速、轻载、且要求降低适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。噪声的场合。非金属材料非金属材料 二、常用齿轮材料二、常用齿轮材料 钢材的韧性好，耐冲击，通过热处理和化学处理钢材的韧性好，耐冲击，通过热处理和化学处理可改善材料的机械性能，最适于用来制造齿轮。可改善材料的机械性能，最适于用来制造齿轮。耐磨性及强度较好，常用于大尺寸齿轮。耐磨性及强度较好，常用于大尺寸齿轮。含碳量为含碳量为(0.150.6)%(0.150.6)%的碳素钢或合金钢。的碳素钢或合金钢。一般用齿轮用碳素钢，重要齿轮用合金钢。一般用齿轮用碳素钢，重要齿轮用合金钢。12PPT课件热处理方法热处理方法表面淬火表面淬火渗碳淬火渗碳淬火调质调质正火正火渗氮渗氮 一般用于中碳钢和中碳合金钢，如一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr等。表等。表面淬火后轮齿变形小，可不磨齿，硬度可达面淬火后轮齿变形小，可不磨齿，硬度可达5256HRC，面硬芯软，能承受一定冲击载荷。，面硬芯软，能承受一定冲击载荷。1.1.表面淬火表面淬火-高频淬火、火焰淬火高频淬火、火焰淬火三、齿轮材料的热处理和化学处理三、齿轮材料的热处理和化学处理 2.2.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，如如20、20Cr等。齿面硬度达等。齿面硬度达5662HRC，齿面接触强，齿面接触强度高，耐磨性好，齿芯韧性高。常用于受冲击载荷的度高，耐磨性好，齿芯韧性高。常用于受冲击载荷的重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。13PPT课件 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如4545、40Cr40Cr、35SiMn35SiMn等。调质处理后齿面硬度为：等。调质处理后齿面硬度为：220260HBS 220260HBS。因为硬度不高，故可在热处理后精切齿形，且在使用因为硬度不高，故可在热处理后精切齿形，且在使用中易于跑合。中易于跑合。3.3.调质调质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。理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。渗氮是一种化学处理。渗氮后齿面硬度可达渗氮是一种化学处理。渗氮后齿面硬度可达6062HRC。氮化处理温度低，轮齿变形小，适用于难。氮化处理温度低，轮齿变形小，适用于难以磨齿的场合，如内齿轮。材料为：以磨齿的场合，如内齿轮。材料为：38CrMoAlA.5.渗氮渗氮14PPT课件特点及应用：特点及应用：调质、正火处理后的硬度低，调质、正火处理后的硬度低，HBS 350HBS 350，属软齿，属软齿面，工艺简单、用于一般传动。当大小齿轮都是软齿面，工艺简单、用于一般传动。当大小齿轮都是软齿面时，因小轮齿根薄，弯曲强度低，故在选材和热处面时，因小轮齿根薄，弯曲强度低，故在选材和热处理时，小轮比大轮硬度高理时，小轮比大轮硬度高:2050HBS:2050HBS 表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高，属硬度高，属硬齿面。其承载能力高，但一般需要磨齿。常用于结硬齿面。其承载能力高，但一般需要磨齿。常用于结构紧凑的场合。构紧凑的场合。15PPT课件四、齿轮材料选用的基本原则四、齿轮材料选用的基本原则 1)1)齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿 命、可靠性、经济性等；命、可靠性、经济性等；2)2)应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和 制造工艺；制造工艺；3)3)正火碳钢，只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击正火碳钢，只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击 下工作的齿轮；调质碳钢可用于在中等冲击载荷下工作的齿轮；调质碳钢可用于在中等冲击载荷 下工作的齿轮；下工作的齿轮；6)6)钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保 持在持在3050HBS或更多。或更多。4)4)合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工 作的齿轮；作的齿轮；5)5)航空齿轮要求尺寸尽可能小，应采用表面硬化处航空齿轮要求尺寸尽可能小，应采用表面硬化处 理的高强度合金钢；理的高强度合金钢；16PPT课件4直齿圆柱齿轮传动的强度条件直齿圆柱齿轮传动的强度条件1.受力分析受力分析(1)力的大小力的大小以小齿轮为对象以小齿轮为对象 不考虑摩擦不考虑摩擦功率功率kW转速转速r/min(2)力的方向力的方向将法向力将法向力在节点在节点 C 处分解处分解圆周力圆周力径向力径向力圆周力圆周力径向力径向力主动轮上主动轮上与转向相反与转向相反从动轮上从动轮上与转向相同与转向相同和和指向各自的轮心指向各自的轮心主、从动轮上各对应力主、从动轮上各对应力大小相等、方向相反大小相等、方向相反17PPT课件2.计算载荷计算载荷名义载荷名义载荷(理论载荷理论载荷)计算载荷计算载荷(考虑实际因素的载荷考虑实际因素的载荷)工作状况的影响工作状况的影响 基节不等基节不等瞬时传动比不是定值瞬时传动比不是定值产生冲击和动载荷产生冲击和动载荷载荷系数载荷系数使用载荷使用载荷动载系数动载系数 精度精度一般：直齿轮传动、取一般：直齿轮传动、取斜齿轮传动、取斜齿轮传动、取18PPT课件齿面上的动载荷沿接触线分布不均匀齿面上的动载荷沿接触线分布不均匀齿轮在支承中间对称布置齿轮在支承中间对称布置轴的刚度大轴的刚度大转矩转矩靠近转矩输入端靠近转矩输入端 轮齿扭转变形大轮齿扭转变形大载荷沿齿宽分布不均载荷沿齿宽分布不均齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数宽径比宽径比较小较小取小值取小值一般：两轮均为硬齿面时一般：两轮均为硬齿面时否则否则轴扭转变形轴扭转变形齿轮应布置在远齿轮应布置在远离转矩输入端离转矩输入端19PPT课件齿间载荷分配系数齿间载荷分配系数双对齿啮合区双对齿啮合区轮齿弹性变形和制造误差轮齿弹性变形和制造误差两对齿上载荷不是均匀分配两对齿上载荷不是均匀分配制造精度低、硬齿面制造精度低、硬齿面取大值取大值取取精度高于精度高于 7 级级 取取精度低于精度低于 7 级级 取取斜齿轮斜齿轮直齿轮直齿轮20PPT课件3.齿面接触疲劳强度条件齿面接触疲劳强度条件(1)齿面接触应力的计算齿面接触应力的计算齿面载荷齿面载荷节点节点C处的综合曲率半径处的综合曲率半径接触线长度接触线长度代入赫兹公式代入赫兹公式赫兹公式赫兹公式21PPT课件接触应力接触应力两圆柱体接触、施加压力两圆柱体接触、施加压力 Fn产生接触应力产生接触应力接触应力的特点：接触应力的特点：表面的表面的局部的局部的两接触表面的两接触表面的接触应力相等接触应力相等赫兹公式赫兹公式22PPT课件(2)齿面接触疲劳强度条件齿面接触疲劳强度条件校核式：校核式：节点区域系数节点区域系数重合度系数重合度系数齿数多齿数多重合度大重合度大取小值取小值材料系数材料系数一般取一般取23PPT课件设计式：设计式：令齿宽系数令齿宽系数代入代入将将4.轮齿弯曲疲劳强度条件轮齿弯曲疲劳强度条件(1)力学模型力学模型(悬臂梁受力悬臂梁受力)引入应力修正系数引入应力修正系数考虑压应力和考虑压应力和剪应力的影响剪应力的影响24PPT课件(2)齿根部弯曲应力齿根部弯曲应力引入：引入：令令应力修正系数应力修正系数重合度系数重合度系数渐开线越平渐开线越平仅与齿数仅与齿数 Z及变位系数及变位系数 有关、与模数有关、与模数 m 无关无关齿形系数齿形系数反映了与齿形有关的反映了与齿形有关的比例关系比例关系齿根宽度齿根宽度X齿根宽度齿根宽度25PPT课件(3)轮齿弯曲疲劳强度条件轮齿弯曲疲劳强度条件 校核式：校核式：与齿数与齿数Z及变位系数及变位系数X有关有关设计式：设计式：齿形系数齿形系数应力修正系数应力修正系数重合度系数重合度系数齿数齿数 Z 多时重合度大、多时重合度大、取小值取小值一般取一般取26PPT课件4.讨论讨论(1)接触应力与接触强度接触应力与接触强度接触应力：接触应力：接触强度：接触强度：与材料、热处理、应力与材料、热处理、应力循环次数有关循环次数有关由由知知一般不相等一般不相等强度条件式强度条件式中的中的应为应为两者中的两者中的小值小值和和(2)弯曲应力与弯曲强度弯曲应力与弯曲强度弯曲应力：弯曲应力：弯曲强度：弯曲强度：代入强度条件式代入强度条件式由由知知比值大的强度差比值大的强度差与与一般小齿轮选材较好一般小齿轮选材较好小轮根部较弱小轮根部较弱较大较大应力应力是零件是零件受力受力而产生的而产生的强度强度是由零件的是由零件的材料材料与加工与加工工艺工艺所形成的固有特性所形成的固有特性27PPT课件(3)提高齿轮接触疲劳强度的主要措施提高齿轮接触疲劳强度的主要措施由由加大加大适当加大适当加大正角度变位正角度变位提高提高(材料、热处理材料、热处理)由赫兹公式由赫兹公式知知对于圆弧齿轮啮合对于圆弧齿轮啮合28PPT课件(4)提高轮齿弯曲疲劳强度的主要措施提高轮齿弯曲疲劳强度的主要措施由由在在一定时，一定时，对对的影响比的影响比大大(相应减小相应减小)故增大故增大适当加大适当加大较大变位系数较大变位系数 X提高提高(材料、热处理材料、热处理)29PPT课件5 斜齿圆柱齿轮传动的强度条件斜齿圆柱齿轮传动的强度条件 1.斜齿轮强度计算的特点斜齿轮强度计算的特点(1)当量齿轮的概念当量齿轮的概念过斜齿轮分度圆柱螺旋线上过斜齿轮分度圆柱螺旋线上 C 点，点，作齿线的法面作齿线的法面 n-n剖面与分度圆柱的交线为椭圆剖面与分度圆柱的交线为椭圆以椭圆端点以椭圆端点C的曲率圆为直齿轮的分度圆、的曲率圆为直齿轮的分度圆、斜齿轮法面模数斜齿轮法面模数和法面压力角和法面压力角 为模数和压力角为模数和压力角此直齿轮的齿形与斜齿轮法面齿形相似，此直齿轮的齿形与斜齿轮法面齿形相似，该该直齿轮直齿轮为斜齿轮的为斜齿轮的当量齿轮当量齿轮当量齿数当量齿数30PPT课件(2)计算特点计算特点一对斜齿轮啮合相当于它们的当量直齿轮啮合一对斜齿轮啮合相当于它们的当量直齿轮啮合斜齿轮强度计算可转化为当量直齿轮的强度计算斜齿轮强度计算可转化为当量直齿轮的强度计算(1)力的分解力的分解(以小齿轮为对象以小齿轮为对象)法面内：法面内：2.受力分析受力分析径向力径向力当量齿轮的圆周力当量齿轮的圆周力切面内：切面内：(2)力的大小力的大小圆周力圆周力轴向力轴向力31PPT课件(3)力的方向力的方向圆周力：圆周力：径向力：径向力：和和 指向各自的轮心指向各自的轮心同直齿轮同直齿轮轴向力：轴向力：主动轮上主动轮上与转向相反与转向相反与转向相同与转向相同从动轮上从动轮上左旋齿轮用左手法则左旋齿轮用左手法则右旋齿轮用右手法则右旋齿轮用右手法则主动轮主动轮上上用左右手法则判定用左右手法则判定弯曲四指为转动方向、大指为弯曲四指为转动方向、大指为方向方向主、从动轮上各对应力大小相等、方向相反主、从动轮上各对应力大小相等、方向相反32PPT课件3.齿面接触疲劳强度条件齿面接触疲劳强度条件将斜齿轮的当量齿轮相应参数代入将斜齿轮的当量齿轮相应参数代入 直齿轮：直齿轮：其中其中节点区域系数节点区域系数齿数多取小值齿数多取小值螺旋角系数螺旋角系数重合度系数重合度系数材料系数材料系数同直齿轮同直齿轮33PPT课件校核式：校核式：设计式：设计式：尺寸相同时：尺寸相同时：斜齿轮承载能力大于直齿轮斜齿轮承载能力大于直齿轮斜齿轮尺寸小于直齿轮斜齿轮尺寸小于直齿轮外载和材料相同时：外载和材料相同时：由于由于比直齿轮小，且比直齿轮小，且34PPT课件将斜齿轮的当量齿轮相应参数代入将斜齿轮的当量齿轮相应参数代入 4.轮齿弯曲疲劳强度条件轮齿弯曲疲劳强度条件直齿轮：直齿轮：引入螺旋角系数引入螺旋角系数将将代入，得代入，得设计式：设计式：校核式：校核式：齿形系数齿形系数应力修正系数应力修正系数重合度系数重合度系数35PPT课件注注(1)按按查图表查图表(2)与直齿轮相同与直齿轮相同 齿数齿数 Z 多多取小值取小值一般取一般取倾斜接触线倾斜接触线长度随啮合位置变化长度随啮合位置变化(3)大时大时取小值取小值齿根弯曲应力变化齿根弯曲应力变化引入螺旋角系数引入螺旋角系数(4)与与比值大的强度差、代入强度条件式比值大的强度差、代入强度条件式(5)由于由于比直齿轮小，且比直齿轮小，且尺寸相同时：尺寸相同时：斜齿轮承载能力大于直齿轮斜齿轮承载能力大于直齿轮斜齿轮尺寸小于直齿轮斜齿轮尺寸小于直齿轮外载和材料相同时：外载和材料相同时：36PPT课件6、直齿圆锥齿轮传动的强度条件直齿圆锥齿轮传动的强度条件 1.直齿圆锥齿轮强度计算的特点直齿圆锥齿轮强度计算的特点(1)当量齿轮的概念当量齿轮的概念过分度圆锥过分度圆锥C点作垂直于点作垂直于CO的的CO1以以OO1为轴、为轴、O1C为母线的圆锥为母线的圆锥 称为该圆锥的背锥称为该圆锥的背锥该直齿轮为锥齿轮的当量直齿轮该直齿轮为锥齿轮的当量直齿轮(2)计算特点计算特点一对锥齿轮强度计算可转化为一对锥齿轮强度计算可转化为以以O1C为分度圆半径为分度圆半径以锥齿轮大端模数以锥齿轮大端模数 m 为直齿轮模数为直齿轮模数取标准压力角取标准压力角齿宽中点处的当量直齿轮齿宽中点处的当量直齿轮的强度计算的强度计算球面渐开线齿形球面渐开线齿形投影投影背锥面背锥面展开展开 平面齿廓曲线平面齿廓曲线37PPT课件2.受力分析受力分析(1)力的大小力的大小(以小齿轮为对象以小齿轮为对象)径向力径向力当量齿轮的径向力当量齿轮的径向力圆周力圆周力轴向力轴向力(2)主、从动轮上力的关系主、从动轮上力的关系(3)力的方向力的方向圆周力：圆周力：径向力：径向力：和和 指向各自的轮心指向各自的轮心同直齿轮同直齿轮轴向力：轴向力：主动轮上主动轮上与转向相反与转向相反与转向相同与转向相同从动轮上从动轮上和和指向各自锥齿的大端指向各自锥齿的大端38PPT课件3.齿面接触疲劳强度条件齿面接触疲劳强度条件 直齿轮直齿轮忽略重合度忽略重合度影响影响将锥齿轮齿宽中点的当量齿轮参数代入将锥齿轮齿宽中点的当量齿轮参数代入39PPT课件校核式：校核式：设计式：设计式：直齿轮直齿轮将锥齿轮齿宽中点的当量齿轮参数代入将锥齿轮齿宽中点的当量齿轮参数代入4.轮齿弯曲疲劳强度条件轮齿弯曲疲劳强度条件 忽略重合度忽略重合度影响影响校核式：校核式：设计式：设计式：同直齿轮同直齿轮按当量齿数查图表按当量齿数查图表与与比值大的代入比值大的代入将将40PPT课件7 齿轮传动的设计齿轮传动的设计1.齿轮传动强度设计步骤齿轮传动强度设计步骤(1)根据工作条件、材料等分析轮齿可能失效形式根据工作条件、材料等分析轮齿可能失效形式装置型式：装置型式：开式开式 闭式闭式 半开式半开式工作情况：工作情况：低速低速 高速高速 重载重载 轻载轻载 材料：材料：硬齿面硬齿面 硬度硬度350HBS 软齿面软齿面 硬度硬度 350HBS(2)建立相应的强度计算式建立相应的强度计算式(3)合理选择有关参数进行计算，确定合理选择有关参数进行计算，确定 a 或或 m(4)考虑其它可能产生的失效形式，进行强度校核考虑其它可能产生的失效形式，进行强度校核(5)几何尺寸计算及结构设计几何尺寸计算及结构设计41PPT课件轮齿具有足够强度和韧性轮齿具有足够强度和韧性抵抗轮齿折断抵抗轮齿折断齿面具有较高的硬度和耐磨性齿面具有较高的硬度和耐磨性抵抗齿面点蚀、胶合、磨损、塑性变形抵抗齿面点蚀、胶合、磨损、塑性变形高速、重载高速、重载体积紧凑体积紧凑较好的材料及热处理方式较好的材料及热处理方式(2)精度等级精度等级传递功率大传递功率大2.有关参数的选择原则有关参数的选择原则(1)材料与热处理方式材料与热处理方式圆周速度高圆周速度高传动平稳传动平稳噪声小噪声小较高的较高的精度等级精度等级42PPT课件3)齿轮传动设计参数的选择齿轮传动设计参数的选择 1压力角压力角a a的选择的选择2齿数的选择齿数的选择一般，闭式齿轮传动一般，闭式齿轮传动:z z1=20403齿宽系数齿宽系数f fd的选择的选择当d1已按接触疲劳强度确定时，z z1m重合度重合度e e传动平稳传动平稳抗弯曲疲劳强度降低抗弯曲疲劳强度降低齿高齿高h 切削量切削量、滑动率、滑动率因此，在保证弯曲疲劳强度的前提下，齿数选得多一些好！f fd 齿宽齿宽b 强度强度，但，但f fd过大将导致过大将导致K一般情况下取一般情况下取 a a=20 fd的选取可参考齿宽系数表 开式齿轮传动开式齿轮传动:z z1=1720 z z2=uz z14齿宽齿宽b大齿轮：大齿轮：b=f fd d d1，小齿轮：小齿轮：b1=b+(510)mm43PPT课件(4)模数模数取标准值取标准值(5)分度圆螺旋角分度圆螺旋角一般取一般取平稳性平稳性承载能力承载能力轴向力轴向力传动效率传动效率44PPT课件许用应力许用应力(1)许用接触疲劳应力许用接触疲劳应力试验齿轮的接触疲劳极限试验齿轮的接触疲劳极限接触强度计算的寿命系数接触强度计算的寿命系数接触强度计算的最小安全系数接触强度计算的最小安全系数ML：齿轮材料和热处理质量要求低时：齿轮材料和热处理质量要求低时 的取线的取线MQ：齿轮材料和热处理质量中等要求：齿轮材料和热处理质量中等要求 时的取线时的取线ME：齿轮材料和热处理质量严格要求：齿轮材料和热处理质量严格要求 时的取线时的取线接触疲劳极限接触疲劳极限45PPT课件转速转速 r/min总工作时间总工作时间 h一转中轮齿同侧齿面啮合的次数一转中轮齿同侧齿面啮合的次数寿命系数寿命系数 是按无限寿命试验所得，若为有限寿命是按无限寿命试验所得，若为有限寿命则疲劳极限值应提高则疲劳极限值应提高有限寿命有限寿命最小安全系数最小安全系数46PPT课件(2)许用弯曲疲劳应力许用弯曲疲劳应力试验齿轮的弯曲疲劳极限试验齿轮的弯曲疲劳极限弯曲强度计算的寿命系数弯曲强度计算的寿命系数弯曲强度计算的最小安全系数弯曲强度计算的最小安全系数图中数据是脉动循环变应力图中数据是脉动循环变应力下试验所得，若为对称循环下试验所得，若为对称循环变应力则图示数乘变应力则图示数乘 0.7应力修正系数，取应力修正系数，取弯曲疲劳极限弯曲疲劳极限寿命系数寿命系数47PPT课件 实例：实例：1)材料、热处理材料、热处理闭式齿轮传动，单向运转、平稳载荷、工作寿命闭式齿轮传动，单向运转、平稳载荷、工作寿命 5 年、年、16 h/天、天、轴刚度较小、齿轮非对称布置轴刚度较小、齿轮非对称布置设计内容设计内容 设计依据设计依据 方案方案 1 方案方案 2 方案方案 3 45 40Cr大大小小 45 40Cr齿轮材料齿轮材料齿轮热处理齿轮热处理 调质调质小小正火正火表面表面淬火淬火大大表表10-1齿轮硬度齿轮硬度 230HBS 50HRC小小190HBS 50HRC大大转矩转矩147680.41170接触疲劳接触疲劳极限极限 580图图3-16550117048PPT课件弯曲疲劳弯曲疲劳极限极限 220340图图3-17应力循环应力循环次数次数13.961083.94108接触寿命接触寿命系数系数图图3-1811弯曲寿命弯曲寿命系数系数图图3-1911接触安全接触安全系数系数表表3-41表表3-4弯曲安全弯曲安全系数系数1.4210340许用接触许用接触疲劳应力疲劳应力58011705501170设计内容设计内容 设计依据设计依据 方案方案 1 方案方案 2 方案方案 349PPT课件许用弯曲许用弯曲疲劳应力疲劳应力 314.3 314.3 485.7 300 300 485.7应力修正系数应力修正系数2 2 2确定齿轮类型确定齿轮类型初定螺旋角初定螺旋角120 00 120 2)确定有关参数确定有关参数表表3-5确定齿轮精度确定齿轮精度8级级 8级级 8级级4 4 4初估圆周速度初估圆周速度0.9 0.9 0.55齿宽系数齿宽系数表表3-6齿数齿数 闭式软齿面闭式软齿面闭式硬齿面闭式硬齿面26 28 19104 112 76设计内容设计内容 设计依据设计依据 方案方案 1 方案方案 2 方案方案 3使用系数使用系数表表3-1 1 1 1动载系数动载系数直齿轮直齿轮斜齿轮斜齿轮1.05 1.15 1.05齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数软齿面软齿面硬齿面硬齿面1.13 1.13 1.25齿间载荷分配系数齿间载荷分配系数 直齿轮直齿轮斜齿轮斜齿轮1.2 1.1 1.2 50PPT课件精算螺旋角精算螺旋角14425 0.989 1螺旋角系数螺旋角系数节点区域系数节点区域系数图图3-11 2.45 2.5材料系数材料系数表表3-2 189.8 189.8 重合度系数重合度系数直齿轮直齿轮斜齿轮斜齿轮 0.8 0.883)接触强度设计接触强度设计计算计算63.936 69.657 2.405 2.49计算计算圆整圆整 2.5圆整圆整 2.5计算中心距计算中心距166.13 175圆整圆整 168 67.200 70精算精算计算计算 268.800 280 设计内容设计内容 设计依据设计依据 方案方案 1 方案方案 2闭式软齿面传动闭式软齿面传动51PPT课件4)弯曲强度校核弯曲强度校核齿宽齿宽3.41 3.55验算圆周速度验算圆周速度与假设基本相符与假设基本相符计算当量齿数计算当量齿数=28.7 z1=28=114.9 z2=112齿形系数齿形系数图图3-14=2.57=2.17=2.58=2.17应力修正系数应力修正系数图图3-15=1.62=1.82=1.61=1.81重合度系数重合度系数0.75 0.780.88 1螺旋角系数螺旋角系数斜齿轮斜齿轮比较弯曲强度比较弯曲强度与与0.01325与与0.013160.0132与与0.0131小齿轮强度差小齿轮强度差 设计内容设计内容 设计依据设计依据 方案方案 1 方案方案 2 69.9 验算弯曲强度验算弯曲强度 76.7=314.3 =314.3安全安全安全安全52PPT课件3)弯曲强度设计弯曲强度设计计算当量齿数计算当量齿数=20.3=81.2图图3-14齿形系数齿形系数=2.26=2.83应力修正系数应力修正系数图图3-15=1.55=1.76重合度系数重合度系数0.80.9螺旋角系数螺旋角系数斜齿轮斜齿轮比较弯曲强度比较弯曲强度与与0.009与与0.0082小齿轮强度差小齿轮强度差计算模数计算模数2.44圆整圆整2.5计算中心距计算中心距121.4 圆整圆整 122精算螺旋角精算螺旋角131517 设计内容设计内容 设计依据设计依据 方案方案 3闭式硬面传动闭式硬面传动53PPT课件 设计内容设计内容 设计依据设计依据 方案方案 348.800计算计算计算计算195.200齿宽齿宽2.48验算圆周速度验算圆周速度满足选精度要求满足选精度要求0.987螺旋角系数螺旋角系数节点区域系数节点区域系数图图3-11 2.45材料系数材料系数表表3-2 189.8 重合度系数重合度系数斜齿轮斜齿轮 0.84)接触强度校核接触强度校核1084.3验算接触强度验算接触强度=1170安全安全54PPT课件三种方案的主要参数三种方案的主要参数小小 45 45 40Cr齿轮材料齿轮材料 45 45 40Cr大大齿轮热处理齿轮热处理 调质调质小小 正火正火表面淬火表面淬火大大调质调质正火正火表面淬火表面淬火齿轮类型：齿轮类型：螺旋角螺旋角14425“00 131517 齿轮精度齿轮精度8级级 8级级 8级级小小齿轮齿数齿轮齿数 大大26 28 19104 112 76 67.200 70 48.800 分度圆分度圆 268.800 280 195.2002.5 2.5 2.5模数模数小小齿轮齿宽齿轮齿宽 大大68 70 28 62 64 34 中心距中心距 168 175 122设计内容设计内容 方案方案 1 方案方案 2 方案方案 355PPT课件初定螺旋角初定螺旋角120120 设计内容设计内容 原方案原方案 新方案新方案 12431齿数齿数26104分度圆分度圆63.936模数模数2.405 圆整圆整 2.5中心距中心距166.13 圆整圆整 168精算螺旋角精算螺旋角14425 67.200 精算分度圆精算分度圆验算弯曲强度验算弯曲强度 69.9=314.3安全安全63.9362.017 圆整圆整 2.0158.46 圆整圆整 16014214164.00058 154.2=314.3安全安全分析方案分析方案 1 按接触强度设计一对闭式齿轮传动按接触强度设计一对闭式齿轮传动齿宽齿宽6256PPT课件8 齿轮的结构设计齿轮的结构设计 由强度计算只能确定齿轮的主要参数：由强度计算只能确定齿轮的主要参数：如齿数如齿数z z、模数、模数m、齿宽、齿宽B、螺旋角、螺旋角b b、分度圆直径、分度圆直径d d 等。等。方法：方法：经验设计为主经验设计为主 即在综合考虑齿轮几何尺寸，毛坯，材料，加工即在综合考虑齿轮几何尺寸，毛坯，材料，加工方法，使用要求及经济性等各方面因素的基础上，按方法，使用要求及经济性等各方面因素的基础上，按齿轮的直径大小，选定合适的结构形式，再根据推荐的齿轮的直径大小，选定合适的结构形式，再根据推荐的经验数据进行结构尺寸计算。经验数据进行结构尺寸计算。齿轮结构设计的内容：齿轮结构设计的内容：主要是确定轮缘，轮辐，轮毂等结构形式及尺寸大小。主要是确定轮缘，轮辐，轮毂等结构形式及尺寸大小。其它尺寸由结构设计确定一、概述一、概述57PPT课件潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制 直径较小的钢质齿轮，当齿根圆直径较小的钢质齿轮，当齿根圆直径与轴径接近时，可以将齿轮与直径与轴径接近时，可以将齿轮与轴做成一体，称为轴做成一体，称为齿轮轴齿轮轴。否则可。否则可能引起能引起轮缘断裂。轮缘断裂。1.齿轮轴齿轮轴 二、常见的结构形式二、常见的结构形式e圆柱齿轮：圆柱齿轮：e 2 mt e圆锥齿轮：圆锥齿轮：e 12 m/s时，采用油泵喷油润滑。时，采用油泵喷油润滑。润滑的目的：润滑的目的：齿轮传动时，齿面间产生摩擦和磨损，增加能量消耗。齿轮传动时，齿面间产生摩擦和磨损，增加能量消耗。润滑的目的：润滑的目的：减少摩擦磨损、散热和防锈蚀。减少摩擦磨损、散热和防锈蚀。齿轮传动时，相啮合的齿面间有相对滑动，因此就会产生摩擦和磨损，增加动力消耗，降低传动效率。65PPT课件高速齿轮传动采用喷油润滑的理由：高速齿轮传动采用喷油润滑的理由：1)1)v v过高，油被甩走，不能进入啮合区；过高，油被甩走，不能进入啮合区；2)2)搅油过于激烈，使油温升高，降低润滑性能；搅油过于激烈，使油温升高，降低润滑性能；3)3)搅起箱底沉淀的杂质，加剧轮齿的磨损。搅起箱底沉淀的杂质，加剧轮齿的磨损。66PPT课件