第十章齿轮传动 §10-1齿轮传动概述 §10-2齿轮传动的失效形式及设计准侧则 §10-3 齿轮的材料及其选择原则 §10-4齿轮传动的计算载荷 §10-5标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 §10-6齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择 §10-7标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 §10-8 标准锥齿轮传动的强度计算 §10-9齿轮的结构设计 §10-10齿轮传动的润滑
第十章 齿轮传动 §10-1 齿轮传动概述 §10-2 齿轮传动的失效形式及设计准则 §10-3 齿轮的材料及其选择原则 §10-4 齿轮传动的计算载荷 §10-5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 §10-6 齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择 §10-7 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 §10-8 标准锥齿轮传动的强度计算 §10-9 齿轮的结构设计 §10-10 齿轮传动的润滑
齿轮传动概述 齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，其应用范围十分广泛，型式 多样，传递功率从很小到很大（可高达数万千瓦） 。 一、齿轮传动的主要特点： ■传动效率高可达99%。在常用的机械传动中，齿轮传动的效率为最高； ■结构紧凑 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； ■与各类传动相比，齿轮传动工作可靠，寿命长； ■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； ■与带传动、链传动相比，齿轮的制造及安装精度要求高，价格较贵
齿轮传动概述1 一、齿轮传动的主要特点： 传动效率高 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 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； 与各类传动相比，齿轮传动工作可靠，寿命长； 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； 与带传动、链传动相比，齿轮的制造及安装精度要求高，价格较贵。 齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，其应用范围十分广泛，型式 多样，传递功率从很小到很大（可高达数万千瓦）。 齿轮传动概述
齿轮传动概述 二、齿轮传动的分类 按齿轮类型分：直齿圆柱齿轮传动 斜齿圆柱齿轮传动 锥齿轮传动 人字齿轮传动 按装置形式分：开式传动、半开式传动、闭式传动。 按使用情况分：动力齿轮一以动力传输为主，常为高速重载或低速重载传动。 传动齿轮一以运动准确为主，一般为轻载高精度传动。 按齿面硬度分：软齿面齿轮 (齿面硬度≤350HBS) 硬齿面齿轮（齿面硬度>350HBS) 三、本章的学习目的 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，能设计出传动可靠的齿轮。 设计齿轮是指设计确定齿轮的主要参数以及结构形式。 对于斜齿圆柱齿轮而言，其主要参数有：模数m、齿数z红螺旋角以及压力 角o、齿高系数ha、径向间隙系数c*
齿轮传动概述2 二、齿轮传动的分类 按齿轮类型分：直齿圆柱齿轮传动 斜齿圆柱齿轮传动 锥齿轮传动 人字齿轮传动 按装置形式分：开式传动、半开式传动、闭式传动。 按使用情况分：动力齿轮─以动力传输为主，常为高速重载或低速重载传动。 传动齿轮─以运动准确为主，一般为轻载高精度传动。 按齿面硬度分：软齿面齿轮（齿面硬度≤350HBS） 硬齿面齿轮（齿面硬度＞350HBS） 齿轮传动概述 三、本章的学习目的 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，能设计出传动可靠的齿轮。 设计齿轮是指设计确定齿轮的主要参数以及结构形式。 对于斜齿圆柱齿轮而言，其主要参数有：模数m、齿数z、螺旋角β以及压力 角a、 齿高系数h * a、径向间隙系数c*
齿轮的材料及其选择原则 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。 二、常用的齿轮材料 钢：许多钢材经适当的热处理或表面处理，可以成为常用的齿轮材料； 铸铁：常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿轮材料； 非金属材料：适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。 三、齿轮材料选用的基本原则 口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； 口应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺； ▣钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保持在30~50HBS或更多
齿轮的材料及其选择原则 齿轮的材料及其选择原则 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。 二、常用的齿轮材料 钢：许多钢材经适当的热处理或表面处理，可以成为常用的齿轮材料； 铸铁：常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿轮材料； 非金属材料：适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。 三、齿轮材料选用的基本原则 ❑ 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； ❑ 应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺； ❑ 钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保持在30~50HBS或更多
齿轮传动的计算载荷 齿轮传动强度计算中所用的载荷，通常取沿齿面接触线单位长度上所受 的载荷，即： L F,为轮齿所受的公称法向载荷。 实际传动中由于原动机、工作机性能的影响以及制造误差的影响，载荷 会有所增大，且沿接触线分布不均匀。 接触线单位长度上的最大载荷为： Pca=Kp= KFn L K为载荷系数，其值为：K=KAKy Ka K 式中：KA一使用系数 K一齿间载荷分配系数 K一动载系数 KB一齿向载荷分布系数
齿轮传动的计算载荷 齿轮传动的计算载荷 齿轮传动强度计算中所用的载荷，通常取沿齿面接触线单位长度上所受 的载荷，即： Fn 为轮齿所受的公称法向载荷。 实际传动中由于原动机、工作机性能的影响以及制造误差的影响，载荷 会有所增大，且沿接触线分布不均匀。 接触线单位长度上的最大载荷为： L KF p Kp n ca = = K为载荷系数，其值为：K＝KA Kv Kα Kβ L F p n = 式中：KA ─使用系数 Kv ─动载系数 Kα─齿间载荷分配系数 Kβ─齿向载荷分布系数
标准直齿圆柱齿轮强度计算 © 、 轮齿的受力分析 以节点P处的啮合力为分析对象，并不计啮合轮齿间的摩擦力，可得： 27 F=F tana-2T tang F=- R= 2T d d cosa d cosa Fn F F d F F 啮合传动中，轮齿的受力分析
直齿圆柱齿轮强度计算1 标准直齿圆柱齿轮强度计算 一、轮齿的受力分析 1 1 t 2 d T F = a tana 2 tan 1 1 r t d T F = F = a cosa 2 cos 1 t 1 n d F T F = = 以节点 P 处的啮合力为分析对象，并不计啮合轮齿间的摩擦力，可得： 啮合传动中，轮齿的受力分析
标准直齿圆柱齿轮强度计算 二、齿根弯曲疲劳强度计算 中等精度齿轮传动的弯曲疲劳强度计算的力学模型如下图所示。 根据该力学模型可得齿根理论弯曲应力 Peasiny Peacosy KFYFa bm 30303 a为齿形系数，是仅与齿形有关而与模数m无关 A 的系数，其值可根据齿数查表获得。 计入齿根应力校正系数Ya后，强度条件式为： KFYFaYsOF] bm 引入齿宽系数后a= b 可得设计公式： m≥3 2KT YFaYsa a与a表 aZ [GF]
直齿圆柱齿轮强度计算2 标准直齿圆柱齿轮强度计算 二、齿根弯曲疲劳强度计算 中等精度齿轮传动的弯曲疲劳强度计算的力学模型如下图所示。 根据该力学模型可得齿根理论弯曲应力 bm KFt YFa F0 = 计入齿根应力校正系数Ysa后，强度条件式为： [ ] F t Fa sa F = bm KFY Y 引入齿宽系数后 ，可得设计公式： d1 b d = 3 [ ] 2 F Fa sa 2 d 1 1 Y Y Z KT m YFa为齿形系数，是仅与齿形有关而与模数m无关 的系数，其值可根据齿数查表获得。 YFa与Ysa表
标准直齿圆柱齿轮强度计算 三、齿面接触疲劳强度计算 Fca 基本公式一赫兹应力计算公式，即： OH= 1-4 1-吃)L E E 在节点啮合时，接触应力较大，故以节点为接触应力计算点。 d sin a 节点处的综合曲率半径为：PΣ= 2 u±1 齿面接触疲劳强度的校核式：oH= KFu±I \bd u ZEZ1≤[oH] 齿面接触疲劳强度的设计式：4≥。 2KT,1 -[o] 上述式中：w一齿数比，=22/21；ZE一弹性影响系数：乙H一区域系数：
直齿圆柱齿轮强度计算3 标准直齿圆柱齿轮强度计算 三、齿面接触疲劳强度计算 基本公式──赫兹应力计算公式，即: L E E F ) 1 1 ( ) 1 1 ( 1 2 2 1 2 1 1 2 ca H − + − = 在节点啮合时，接触应力较大，故以节点为接触应力计算点。 齿面接触疲劳强度的校核式： [ ] 1 E H H 1 t H = Z Z u u bd KF 齿面接触疲劳强度的设计式： 2 3 H H E d 1 1 ) [ ] ( 2 1 Z Z u KT u d 2 1 1 sin a = u d u 节点处的综合曲率半径为： 上述式中：u─齿数比，u=z2 /z1；ZE ─弹性影响系数；ZH ─区域系数；
齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择 一、齿轮传动设计参数的选择 1.压力角的选择一般情况下取0=20° 2.齿数的选择 当d1已按接触疲劳强度确定时， 抗弯曲疲劳强度降低 m 齿高h↓→减小切削量、减小滑动率 Z1↑1 重合度叶→传动平稳 因此，在保证弯曲疲劳强度的前提下，齿数选得多一些好！ 一 般情况下，闭式齿轮传动：z1=20~40 开式齿轮传动：z1=17~20 Z2=uzI 3.齿宽系数的选择 4:↑→齿宽b↑→有利于提高强度，但过大将导致K 的选取可参考齿宽系数表
齿轮传动的设计参数1 一、齿轮传动设计参数的选择 齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择 1．压力角a的选择 2．齿数的选择 一般情况下，闭式齿轮传动: z1=20~40 开式齿轮传动: z1=17~20 z2=uz1 3．齿宽系数d的选择 当d1已按接触疲劳强度确定时， z1 ↑ m↓ 重合度e↑ →传动平稳 抗弯曲疲劳强度降低 齿高h ↓ →减小切削量、减小滑动率 因此，在保证弯曲疲劳强度的前提下，齿数选得多一些好！ d ↑ →齿宽b ↑ → 有利于提高强度，但d过大将导致Kβ↑ 一般情况下取a=20° d的选取可参考齿宽系数表
齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择 二、齿轮传动的许用应力 [o]= KNOLim S 式中：K为寿命系数，是应力循环次数W对疲劳极限的影响系数； N=60njL n为齿轮的转数，单位为r/min; 为齿轮每转一圈，同一齿面啮合的次数； L为齿轮的工作寿命，单位为小时。 om为齿轮的疲劳极限，S为安全系数。 弯曲强度计算时：S=S=1.25~1.50;oim=FE 接触强度计算时：S=S=1.0; im三Hlim 三、齿轮精度的选择 齿轮精度共分12级，1级精度最高，第12级精度最低。 精度选择是以传动的用途，使用条件，传递功率，圆周速度等为依据来 确定
齿轮传动的设计参数2 二、齿轮传动的许用应力 齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择 式中：KN为寿命系数，是应力循环次数N对疲劳极限的影响系数； 弯曲强度计算时：S= S F=1.25~1.50；σlim＝σFE 接触强度计算时：S= S H=1.0; σlim＝σHlim 三、齿轮精度的选择 σlim为齿轮的疲劳极限， S为安全系数。 S KN Lim = N = 60njLh 齿轮精度共分12级，1级精度最高，第12级精度最低。 精度选择是以传动的用途，使用条件，传递功率，圆周速度等为依据来 确定。 n为齿轮的转数，单位为r/min； j为齿轮每转一圈，同一齿面啮合的次数； Lh为齿轮的工作寿命，单位为小时