第12章-齿轮传动机械设计部分.ppt

优点：优点：效率高；效率高；结构紧凑；结构紧凑；工作可靠，寿命长；工作可靠，寿命长；具有稳定的传动比；具有稳定的传动比；承载能力高，传递功率和转速适用范围广；承载能力高，传递功率和转速适用范围广；缺点：缺点：制造和安装精度要求高，价格贵；制造和安装精度要求高，价格贵；振动和噪声较大；振动和噪声较大；不宜用于传动距离过大的场合。不宜用于传动距离过大的场合。第十二章第十二章齿齿轮轮传传动动12.1概概述述齿轮传动是机械传动中最主要的传动形式之一，它齿轮传动是机械传动中最主要的传动形式之一，它在现代机械中应用极为广泛。因此，齿轮传动是本课程在现代机械中应用极为广泛。因此，齿轮传动是本课程重点章节之一。研究齿轮传动首先齿轮失效形式出发，重点章节之一。研究齿轮传动首先齿轮失效形式出发，分析各种失效的原因，从而找出各种相应的防止措施和分析各种失效的原因，从而找出各种相应的防止措施和计算准则。计算准则。12.1.1齿轮传动的优缺点齿轮传动的优缺点12.1.2分类分类按轴的布置方式分按轴的布置方式分平行轴齿轮传动，相交轴齿轮传动，交错轴齿轮传动；平行轴齿轮传动，相交轴齿轮传动，交错轴齿轮传动；按齿线相对于齿轮母线方向分按齿线相对于齿轮母线方向分直齿，斜齿，人字齿，曲线齿；直齿，斜齿，人字齿，曲线齿；按齿轮传动工作条件分按齿轮传动工作条件分开式：开式：齿轮外露，不能防尘、周期润滑、精度低齿轮外露，不能防尘、周期润滑、精度低半开式：半开式：齿轮浸入油池、外装护罩、防尘性差齿轮浸入油池、外装护罩、防尘性差闭式：闭式：封闭在箱体内，安装精度高、润滑条件好封闭在箱体内，安装精度高、润滑条件好按齿廓曲线分按齿廓曲线分渐开线齿，摆线齿，圆弧齿渐开线齿，摆线齿，圆弧齿按齿面硬度分按齿面硬度分软齿面（软齿面（350HB），），硬齿面（硬齿面（350HB）12.1.3基本要求基本要求传动平稳，承载能力高。传动平稳，承载能力高。12.2齿轮传动的主要参数齿轮传动的主要参数12.2.1主要参数主要参数基本齿廓基本齿廓模数模数中心距中心距传传动动比比、齿齿数数比比齿齿数数比比为为齿齿轮轮传传动动中中的的大大齿齿轮轮齿齿数数与与小齿轮齿数之比。小齿轮齿数之比。变位系数变位系数12.2.2精度等级的选择精度等级的选择12个精度等级个精度等级12级为待发展的精度等级，级为待发展的精度等级，35级为高精度等级，级为高精度等级，68级为级为中等精度等级，中等精度等级，912级为低精度等级。级为低精度等级。三个公差组三个公差组第一公差组第一公差组考虑运动准确性考虑运动准确性(齿圈径向跳动、公法线误差齿圈径向跳动、公法线误差)第二公差组第二公差组考虑传动平稳性（基节，齿形，齿距误差）考虑传动平稳性（基节，齿形，齿距误差）第三公差组第三公差组考虑载荷分布均匀性考虑载荷分布均匀性12.3.1轮齿折断轮齿折断12.3齿轮传动的失效形式齿轮传动的失效形式按装置形式按装置形式开式、半开式、闭式；开式、半开式、闭式；按使用情况按使用情况低速、高速、轻载、重载；低速、高速、轻载、重载；按齿轮材料的性能及热处理工艺的不同按齿轮材料的性能及热处理工艺的不同轮齿有较脆、轮齿有较脆、较韧较韧齿面有较硬、较软。齿面有较硬、较软。失效形式有：失效形式有：轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形。损、齿面塑性变形。疲劳折断疲劳折断过载折断过载折断起始于轮齿受拉应力一侧起始于轮齿受拉应力一侧全齿折断全齿折断常发生于齿宽较小的直齿轮常发生于齿宽较小的直齿轮局部折断局部折断常发生于齿宽较大的直齿轮，和斜齿轮常发生于齿宽较大的直齿轮，和斜齿轮措施：增大齿根圆角半径、措施：增大齿根圆角半径、增大轴及轴承的刚度、使轮增大轴及轴承的刚度、使轮芯具有足够的韧性、芯具有足够的韧性、提高齿面硬度、减小齿面粗糙度、提高齿面硬度、减小齿面粗糙度、增大模数、增大模数、对齿根进行喷丸或碾压等强化处理等。对齿根进行喷丸或碾压等强化处理等。总总结结齿齿根根弯弯曲曲疲疲劳劳折折断断（轮轮齿齿折折断断）轮轮齿齿在在变变应应力力作作用用下下，齿齿根根受受载载大大；又又由由于于在在齿齿根根圆圆角角处处产产生生应应力力集集中中，轮轮齿齿长长期期工工作作后后，当当危危险险截截面面的的弯弯曲曲应应力力超超过过材材料料的的许许用用弯弯曲曲应应力力时时，齿齿根根出出现现疲疲劳劳裂裂纹纹，裂裂纹纹扩扩展展后后产产生生齿齿根根断断裂裂。由由于于轮轮齿齿材材料料对对拉拉应应力力敏敏感感，故故疲疲劳劳裂裂纹纹往往往往从从齿齿根受拉侧开始产生。根受拉侧开始产生。点蚀常发生于闭式软齿面（点蚀常发生于闭式软齿面（HBS350）传动中传动中点蚀的形成与润滑油的存在密切相关点蚀的形成与润滑油的存在密切相关12.3.2齿面接触疲劳磨损（点蚀）齿面接触疲劳磨损（点蚀）收敛性点蚀，扩展性点蚀。收敛性点蚀，扩展性点蚀。点蚀首先出现在节线附近的齿根表面上点蚀首先出现在节线附近的齿根表面上总结：总结：轮齿工作时齿面受脉动循环变化的接触应力，在轮齿工作时齿面受脉动循环变化的接触应力，在接触应力的反复作用下，当最大接触应力超过材料的许接触应力的反复作用下，当最大接触应力超过材料的许用接触应力时，齿面就出现疲劳裂纹，并由于有润滑油用接触应力时，齿面就出现疲劳裂纹，并由于有润滑油进入裂纹，将产生很高的油压，促使裂纹扩展，最终形进入裂纹，将产生很高的油压，促使裂纹扩展，最终形成点蚀。成点蚀。原原因因 1）节线附近常为单齿对啮合区，轮齿受力与接触节线附近常为单齿对啮合区，轮齿受力与接触应力最大；应力最大；2）节线处齿廓相对滑动速度低，润滑不良，不宜节线处齿廓相对滑动速度低，润滑不良，不宜形成油膜，摩擦力较大；形成油膜，摩擦力较大；3）润滑油挤入裂纹，使裂纹扩张润滑油挤入裂纹，使裂纹扩张。现现象象金属微粒剥落，产生的麻点状剥蚀损伤现象。金属微粒剥落，产生的麻点状剥蚀损伤现象。措措施施（1）提高齿面硬度和降低表面粗糙度值；）提高齿面硬度和降低表面粗糙度值；（2）在许可范围内采用大的变位系数和，增大综合）在许可范围内采用大的变位系数和，增大综合曲率半径；曲率半径；（3）采用粘度较高的润滑油。）采用粘度较高的润滑油。12.3.3齿面胶合齿面胶合主要发生在高速重载、低速重载齿轮传动中。主要发生在高速重载、低速重载齿轮传动中。措施：措施：在润滑油中加入极压添加剂；在润滑油中加入极压添加剂；采用修缘齿轮；采用修缘齿轮；采用较小的模数；采用较小的模数；采用适当增大啮合角的变位传动；采用适当增大啮合角的变位传动；改善其偏载情况；改善其偏载情况；降低齿面粗糙度；降低齿面粗糙度；采用粘度大的润滑油等措施。采用粘度大的润滑油等措施。12.3.4齿面磨粒磨损齿面磨粒磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。是开式齿轮传动的主要失效形式。措施：措施：选用合适的齿轮材料和热处理方法；选用合适的齿轮材料和热处理方法；保持润滑油清洁和定期换油；保持润滑油清洁和定期换油；采用合适的润滑和密封装置；采用合适的润滑和密封装置；选用粘度较高的润滑油和合适的极压添加剂；选用粘度较高的润滑油和合适的极压添加剂；提高精度；提高精度；减小齿面粗糙度。减小齿面粗糙度。12.3.5齿面塑性变形齿面塑性变形软齿面（如正火齿轮）低速重载、频繁起动和过载传动齿轮。软齿面（如正火齿轮）低速重载、频繁起动和过载传动齿轮。措施：措施：提高齿面材料的硬度，选用粘度较高的润滑油，提高齿面材料的硬度，选用粘度较高的润滑油，齿轮传动在不同工况下的主要失效形式齿轮传动在不同工况下的主要失效形式齿面点蚀齿面点蚀闭式传动齿轮的主要失效形式，特别是在软齿面（硬闭式传动齿轮的主要失效形式，特别是在软齿面（硬度度58，如渗碳如渗碳淬火、氮化等）；淬火、氮化等）；（2）短期过载或受严重冲击齿轮。）短期过载或受严重冲击齿轮。齿面磨粒磨损齿面磨粒磨损开式齿轮传动的主要失效形式。开式齿轮传动的主要失效形式。齿面胶合齿面胶合闭闭式式传传动动的的高高速速重重载载齿齿轮轮产产生生热热胶胶合合；低低速速重重载载齿齿轮轮产产生冷胶合。生冷胶合。齿面塑性流动齿面塑性流动软软齿齿面面（如如正正火火齿齿轮轮）低低速速重重载载、频频繁繁起起动动和和过过载载传传动动齿轮。齿轮。12.3.6计算准则计算准则闭式软齿面齿轮传动：闭式软齿面齿轮传动：先按齿面接触疲劳强度进行设先按齿面接触疲劳强度进行设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度。计，然后校核齿根弯曲疲劳强度。闭式硬齿面齿轮传动：闭式硬齿面齿轮传动：先按齿根弯曲疲劳强度进行设先按齿根弯曲疲劳强度进行设计，然后校核齿面接触疲劳强度。计，然后校核齿面接触疲劳强度。开式齿轮传动：开式齿轮传动：按齿根弯曲疲劳强度进行设计，并考按齿根弯曲疲劳强度进行设计，并考虑磨损的影响将模数适当增大。虑磨损的影响将模数适当增大。高速重载齿轮传动：高速重载齿轮传动：需校核齿面胶合强度。需校核齿面胶合强度。主要针对疲劳折断和齿面点蚀这两种失效形式主要针对疲劳折断和齿面点蚀这两种失效形式齿根弯曲疲劳强度齿根弯曲疲劳强度齿轮抵抗轮齿疲劳折断的能力齿轮抵抗轮齿疲劳折断的能力齿面接触疲劳强度齿面接触疲劳强度齿轮抵抗齿面疲劳点蚀的能力齿轮抵抗齿面疲劳点蚀的能力12.4齿轮材料及其热处理齿轮材料及其热处理12.4.1齿轮材料齿轮材料对齿轮材料基本要求：对齿轮材料基本要求：齿面有足够的硬度；齿面有足够的硬度；轮芯有足够的强度和韧性；轮芯有足够的强度和韧性；具有良好的机械加工和热处理工艺性；具有良好的机械加工和热处理工艺性；价格低。价格低。齿面要硬，齿芯要韧。齿面要硬，齿芯要韧。金属材料金属材料45号钢号钢中碳合金钢中碳合金钢铸钢铸钢低碳合金钢低碳合金钢最常用，经济、货源充足最常用，经济、货源充足铸铁铸铁35SiMn、40Cr等等20Cr、20CrMnTi等等ZG310-570、ZG340-640等等HT350、QT600-3等等非金属材料非金属材料尼龙、夹木胶布尼龙、夹木胶布等等选材原则选材原则1）满足工作条件的要求；4）考虑配对齿轮等强度。3）考虑经济性；2）考虑齿轮尺寸大小、毛坯成型热处 理和制造方法；12.4.2齿轮热处理齿轮热处理调调质质正正火火表面淬火表面淬火渗碳淬火渗碳淬火表面氮化表面氮化软齿面软齿面350HBS。改善机械性能，增大强度和韧性改善机械性能，增大强度和韧性硬齿面。硬齿面。接触强度高、耐磨性好、可抗冲击接触强度高、耐磨性好、可抗冲击配对齿轮均采用软齿面时：配对齿轮均采用软齿面时：小齿轮受载次数多，故材料应选好些，热处理硬度稍高小齿轮受载次数多，故材料应选好些，热处理硬度稍高于大齿轮（约于大齿轮（约3050HBS）(中碳钢或中碳合金钢）中碳钢或中碳合金钢）4854HRC（中碳钢或中碳合金钢）中碳钢或中碳合金钢）5863HRC（低碳钢或低碳合金钢（低碳钢或低碳合金钢1圆周力圆周力条件：标准齿轮并忽略齿面间的摩擦力条件：标准齿轮并忽略齿面间的摩擦力小齿轮转矩小齿轮转矩N.m径向力径向力法向力法向力小齿轮分小齿轮分度圆直径度圆直径分度圆分度圆压力角压力角注意：下标注意：下标“1”表示主动轮表示主动轮 下标下标“2”表示从动轮表示从动轮 12.6圆柱齿轮传动的载荷计算圆柱齿轮传动的载荷计算12.6.1直齿圆柱齿轮传动的受力分析直齿圆柱齿轮传动的受力分析21各力关系：各力关系：各力方向：各力方向：Ft1主主动动轮轮上上为为阻阻力力，方方向向与与回回转转方方向相反。向相反。Ft2从动轮上为驱动力，从动轮上为驱动力，与从动轮与从动轮回转方向相同回转方向相同Fr1、Fr2分别指向各自齿轮的轮心分别指向各自齿轮的轮心（外啮合），内齿轮为远离轮心。（外啮合），内齿轮为远离轮心。例：例：例：例：n2n1Fr2Fr1Ft1Ft2n1n2注意：注意：注意：注意：各力应画在啮合点上！各力应画在啮合点上！各力应画在啮合点上！各力应画在啮合点上！12.6.2斜齿圆柱齿轮传动的受力分析斜齿圆柱齿轮传动的受力分析斜齿轮的特点斜齿轮的特点轮齿呈螺旋形；啮合时轮齿呈螺旋形；啮合时接触线倾斜接触线倾斜条件：标准齿轮并忽略摩擦力条件：标准齿轮并忽略摩擦力圆周力圆周力径向力径向力轴向力轴向力法向力法向力n法面压力角法面压力角t端面压力角端面压力角螺旋角螺旋角大小：大小：21各力关系：各力关系：各力方向：各力方向：例：例：例：例：n2n1Fr2Fr1Ft1Ft2n1n2Fa2Fa1圆周力：圆周力：从动轮上为驱动力，方向与回转方向相同；从动轮上为驱动力，方向与回转方向相同；主动轮上为阻力，方向与回转方向相反。主动轮上为阻力，方向与回转方向相反。径向力：径向力：分别指向各轮轮心（外啮合），内齿轮为远离分别指向各轮轮心（外啮合），内齿轮为远离轮心。轮心。轴向力：轴向力：决定于齿轮的转向和轮齿的旋向，用主动轮左、决定于齿轮的转向和轮齿的旋向，用主动轮左、右手定则判定。右手定则判定。主动轮主动轮从动轮从动轮Fr1Fr2Ft1Ft2Fa1Fa2n112.6.3计算载荷计算载荷1、使用系数使用系数KA表征原动机及工作机的性能对轮齿实际所受载荷大小的影响。表征原动机及工作机的性能对轮齿实际所受载荷大小的影响。2、动载系数动载系数KV考虑齿轮副在啮合过程中因啮合误差和运转速度而引起的内考虑齿轮副在啮合过程中因啮合误差和运转速度而引起的内部附加动载荷的系数。部附加动载荷的系数。3、齿间载荷分布系数齿间载荷分布系数考虑同时啮合的齿对间，载荷不能按理想状态分配时对轮考虑同时啮合的齿对间，载荷不能按理想状态分配时对轮齿应力影响的系数。齿应力影响的系数。4、齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数考虑使轮齿沿接触线产生载荷分布不均匀现象的影响。考虑使轮齿沿接触线产生载荷分布不均匀现象的影响。12.7直齿圆柱齿轮传动的强度计算直齿圆柱齿轮传动的强度计算12.7.1齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算1、强度条件强度条件2、节线（节点）处接触应力节线（节点）处接触应力计算点：计算点：节点节点节点处的曲率半径：节点处的曲率半径：又：又：u=z2/z1=d2/d1,并引入并引入K节点处的接触应力：节点处的接触应力：节点区域系数节点区域系数ZH材料弹性系数材料弹性系数ZE重合度系数重合度系数3、计算公式计算公式校核公式校核公式令令设计公式设计公式齿轮传动的接触疲劳强度取决于齿轮的直径（或中心距）。齿轮传动的接触疲劳强度取决于齿轮的直径（或中心距）。ZE弹弹性性系系数数，表表征征材材料料弹弹性性模模量量和和泊泊松松比比对对接接触触应应力的影响。力的影响。ZH节点区域系数，节点区域系数，表征节点处齿廓曲率对接触应力表征节点处齿廓曲率对接触应力的影响。的影响。Z重合度系数，重合度系数，考虑重合度对单位齿宽载荷的影响。考虑重合度对单位齿宽载荷的影响。d齿宽系数，齿宽系数，为了保证轮齿全齿宽接触，可将小齿轮的齿宽增大为了保证轮齿全齿宽接触，可将小齿轮的齿宽增大510mm（锥齿（锥齿轮、人字齿轮的小齿轮不加宽），计算时以大齿轮宽度为准。轮、人字齿轮的小齿轮不加宽），计算时以大齿轮宽度为准。许用接触应力许用接触应力当用设计公式、校核公式计算时，应将当用设计公式、校核公式计算时，应将和和中的中的小值小值代入。代入。当载荷稳定时当载荷稳定时当载荷不稳定时当载荷不稳定时许用应力与材料、齿面硬度、许用应力与材料、齿面硬度、应力循环次数等因素有关应力循环次数等因素有关4、分度圆直径的初步计算分度圆直径的初步计算初步计算的许用应力为初步计算的许用应力为讨论：讨论：齿面接触疲劳强度主要取决于分度圆直径齿面接触疲劳强度主要取决于分度圆直径齿面接触疲劳强度主要取决于分度圆直径齿面接触疲劳强度主要取决于分度圆直径 d dd 越大，越大，接触强度接触强度 越大越大 HH越小越小,齿宽齿宽齿宽齿宽 b b 的大小应适当，的大小应适当，的大小应适当，的大小应适当，b b 过大会引起偏载过大会引起偏载过大会引起偏载过大会引起偏载模数的大小对接触强度无直接影响模数的大小对接触强度无直接影响模数的大小对接触强度无直接影响模数的大小对接触强度无直接影响 H1H1=H2H2，而而而而 H1H1 H2H2 设计时，设计时，设计时，设计时，HH =min=min H1H1,H2H2 求出求出求出求出 d d1 1选择选择选择选择 z z1 1 计算计算计算计算 m m=d d1 1/z z1 1为便于装配，取为便于装配，取为便于装配，取为便于装配，取 b b1 1=b b2 2+(510)mm+(510)mmb2=dd1b1=b2b1b212.7.2齿根弯曲疲劳强度计算齿根弯曲疲劳强度计算1、强度条件强度条件轮齿受载后，相当于悬臂梁轮齿受载后，相当于悬臂梁齿根部分弯曲应力最大，是危险截面齿根部分弯曲应力最大，是危险截面Fn假设：全部载荷由一对轮齿承担，并忽略摩擦力假设：全部载荷由一对轮齿承担，并忽略摩擦力载荷作用于齿顶时的受力分析：载荷作用于齿顶时的受力分析：水平分力水平分力F1=FncosF垂直分力垂直分力F2=FnsinF引起弯曲应力引起弯曲应力引起压应力引起压应力危险截面的具体位置在哪？危险截面的具体位置在哪？2、齿根弯曲应力齿根弯曲应力计算点：计算点：力作用在力作用在顶点顶点，危险截面，危险截面用用30切线法切线法确定，确定，受拉侧受拉侧。3、计算公式计算公式校核公式校核公式设计公式设计公式常用常用30切线法确定危险截面位置切线法确定危险截面位置齿根弯曲疲劳强度计算以受拉边齿根弯曲疲劳强度计算以受拉边为计算依据为计算依据力臂为力臂为l，齿根厚为，齿根厚为s齿齿形形系系数数，表表征征齿齿廓廓几几何何形形状状对对弯弯曲曲强强度度的的影影响响。只只与与轮轮齿齿的的形形状状有有关关（随随齿齿数数和和变变位位系系数数而而异异），与与模数大小模数大小无关。无关。应力修正系数，应力修正系数，综合考虑齿根过渡曲线处的应综合考虑齿根过渡曲线处的应力集中和除弯曲应力外其余应力对齿根应力的影响。力集中和除弯曲应力外其余应力对齿根应力的影响。重重合合度度系系数数，将将全全部部载载荷荷作作用用于于齿齿顶顶时时的的齿齿根根应应力力折折算算为为载载荷荷作作用用于于单单对对齿齿啮啮合合区区上上界界点点D时时的的齿齿根根应应力的系数。力的系数。许用弯曲应力许用弯曲应力当按校核公式计算时，应分别验算大、小齿轮的弯曲疲劳当按校核公式计算时，应分别验算大、小齿轮的弯曲疲劳强度，即应满足强度，即应满足、。当按设计公式计算时，应取当按设计公式计算时，应取和和两者中两者中较大者较大者代入公式。代入公式。齿数齿数z1的选择的选择闭式软齿面传动，闭式软齿面传动，z1=2040；开式（半开式）传动，开式（半开式）传动，z1=1720；闭式硬齿面传动，齿数不宜过多。闭式硬齿面传动，齿数不宜过多。4、模数的初步计算、模数的初步计算轮齿单向受力：轮齿单向受力：轮齿双向受力：轮齿双向受力：111112.8斜齿圆柱齿轮传动的强度计算斜齿圆柱齿轮传动的强度计算12.8.1、齿面接触疲劳强度计算、齿面接触疲劳强度计算1、强度条件：强度条件：2、节线处齿面接触应力的确定：节线处齿面接触应力的确定：节线处有关参数：节线处有关参数：法向计算载荷法向计算载荷 综合曲率半径综合曲率半径 接触线长度接触线长度重合度系数重合度系数螺旋角系数螺旋角系数考虑用螺旋角使接触线倾斜而对弯曲强度考虑用螺旋角使接触线倾斜而对弯曲强度产生有利影响的系数。产生有利影响的系数。校核公式校核公式设计公式设计公式12.8.2齿根弯曲疲劳强度计算齿根弯曲疲劳强度计算校核公式校核公式将将代入代入设计公式设计公式螺旋角系数螺旋角系数Y考虑因螺旋角使接触线倾斜而对弯曲强考虑因螺旋角使接触线倾斜而对弯曲强度产生有利影响的系数。度产生有利影响的系数。齿轮传动主要参数的选择齿轮传动主要参数的选择模数模数m：主要影响齿根弯曲强度，可按弯曲强度条件设计。主要影响齿根弯曲强度，可按弯曲强度条件设计。圆整为标准值。圆整为标准值。齿数齿数Z1：齿数多传动平稳，在中心距不变时可减小模数、减齿数多传动平稳，在中心距不变时可减小模数、减小齿高、减小磨损、抗胶合。小齿高、减小磨损、抗胶合。闭式：闭式：Z1=2040，减磨减磨开式：开式：Z1=1720，轮齿尺寸大，耐磨轮齿尺寸大，耐磨一般：一般：Z117避免根切避免根切Z1、Z2应互为质数（互质可以减轻一个有缺陷的齿在另一个应互为质数（互质可以减轻一个有缺陷的齿在另一个齿上造成的损伤。比如一个齿上造成的损伤。比如一个10齿齿轮上有一个齿上有大的毛齿齿轮上有一个齿上有大的毛刺，如果与一个刺，如果与一个30齿的大齿轮啮合，那么大齿轮每隔齿的大齿轮啮合，那么大齿轮每隔10齿就齿就会有一个损伤，时间长了损伤就会加剧。如果两齿轮互质，会有一个损伤，时间长了损伤就会加剧。如果两齿轮互质，损伤就会减轻。损伤就会减轻。）齿轮传动主要参数的选择齿轮传动主要参数的选择分度圆压力角分度圆压力角：标准规定标准规定=20，航空标准，航空标准规定规定=25，以提高齿根强度和齿面强度以提高齿根强度和齿面强度齿数比齿数比u：u7，以免传动尺寸过大。以免传动尺寸过大。螺旋角螺旋角：一般一般 =820。过小轴向重合度小承载能力过小轴向重合度小承载能力提高不明显，提高不明显，过大轴向力大影响轴承寿命。过大轴向力大影响轴承寿命。振动和噪声较大，常用于线速度振动和噪声较大，常用于线速度V5 m/s的场合的场合轮齿分布在锥面上，逐渐收缩轮齿分布在锥面上，逐渐收缩特点特点：载荷沿齿宽分布不均载荷沿齿宽分布不均Fnb0.4b强度计算点：强度计算点：齿宽中点。齿宽中点。法向力法向力Fn作用于齿宽中点作用于齿宽中点锥齿轮的强度等同于锥齿轮的强度等同于齿宽中点处的当量直齿圆柱齿轮齿宽中点处的当量直齿圆柱齿轮齿宽中点处的当量直齿圆柱齿轮齿宽中点处的当量直齿圆柱齿轮b/2dv/2dv半径半径=锥齿轮齿宽中点背锥母线长度锥齿轮齿宽中点背锥母线长度齿宽齿宽=锥齿轮齿宽锥齿轮齿宽b模数模数=锥齿轮齿宽中点平均模数锥齿轮齿宽中点平均模数mm12.9直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动12.9.2受力分析受力分析大小：大小：圆周力圆周力径向力径向力轴向力轴向力方向：方向：圆周力圆周力方向在主动轮上与回转方向相反，在从动轮上与回方向在主动轮上与回转方向相反，在从动轮上与回转方向相同；转方向相同；径向力径向力方向分别指向各自的轮心；方向分别指向各自的轮心；轴向力轴向力方向分别指向大端。且方向分别指向大端。且Fa2 nFa1 Fr1 Fr2 Ft1 Ft2 12.9.3齿面接触疲劳强度齿面接触疲劳强度校核公式校核公式 设计公式设计公式 12.9.4齿根弯曲疲劳强度计算齿根弯曲疲劳强度计算校核公式校核公式 设计公式设计公式 作用作用作用作用减小摩擦损失、散热及防蚀减小摩擦损失、散热及防蚀方法方法方法方法人工定期加油润滑人工定期加油润滑浸油润滑浸油润滑喷油润滑喷油润滑开式或半开式传动开式或半开式传动V 1215m/s的闭式传动的闭式传动V 12m/s的闭式传动的闭式传动n1n2=123 1 1啮合中的摩擦损失啮合中的摩擦损失啮合中的摩擦损失啮合中的摩擦损失 2 2搅油损失搅油损失搅油损失搅油损失 3 3轴承中的摩擦损失轴承中的摩擦损失轴承中的摩擦损失轴承中的摩擦损失12.10齿轮传动的效率和润滑齿轮传动的效率和润滑12.10.1齿轮传动的效率齿轮传动的效率12.10.2齿轮传动的润滑齿轮传动的润滑润滑方式取决于齿轮的圆周速度。润滑方式取决于齿轮的圆周速度。12.11齿轮结构齿轮结构齿轮轴齿轮轴当齿轮的分度圆直径与轴的直径相差很小时，当齿轮的分度圆直径与轴的直径相差很小时，可做可做成齿轮轴。成齿轮轴。实心式齿轮实心式齿轮当当da 200mm,则可做成实心式则可做成实心式腹板式齿轮腹板式齿轮当当da 500mm时时,为了减少质量和为了减少质量和节约材料节约材料,通常采用通常采用腹板式结构腹板式结构轮辐式齿轮轮辐式齿轮da400mm,多采用轮辐式的铸造结构多采用轮辐式的铸造结构镶套式齿轮镶套式齿轮大直径的齿大直径的齿,为节为节省材料省材料,可采用镶可采用镶套套式齿圈式齿圈焊接式齿轮焊接式齿轮单件生产而尺寸过大又不利于铸造的齿轮单件生产而尺寸过大又不利于铸造的齿轮,可采用焊接结可采用焊接结构构 主要内容主要内容1、齿齿轮轮传传动动的的失失效效形形式式，各各种种失失效效的的机机理理和和特特点点，防防止止措施以及齿轮传动的计算准则；措施以及齿轮传动的计算准则；2、齿齿轮轮材材料料的的基基本本要要求求，软软齿齿面面与与硬硬齿齿面面的的常常用用热热处处理理方法及材料选用原则；方法及材料选用原则；3、齿齿轮轮传传动动的的受受力力分分析析，计计算算载载荷荷，各各种种载载荷荷系系数数的的物物理意义与影响因素；理意义与影响因素；4、齿齿轮轮承承载载能能力力计计算算包包括括：直直齿齿圆圆柱柱齿齿轮轮传传动动的的齿齿面面接接触触强强度度计计算算与与齿齿根根弯弯曲曲疲疲劳劳强强度度计计算算；斜斜齿齿圆圆柱柱齿齿轮轮传动和直齿锥齿轮传动的计算特点；传动和直齿锥齿轮传动的计算特点；5、齿齿轮轮传传动动设设计计中中，主主要要参参数数的的选选择择原原则则及及影影响响因因素素，各参数间的相互影响关系。各参数间的相互影响关系。影响接触应力的四个因素影响接触应力的四个因素外载荷外载荷Fn：Fn，则则H；接触宽度接触宽度b：b，则则H；综合曲率半径综合曲率半径：，则则H;综合弹性模量综合弹性模量E：E，则则H。两齿轮啮合时的接触应力两齿轮啮合时的接触应力H与许用接触应力与许用接触应力H一对啮合齿轮的接触应力大小相等方向相反，即一对啮合齿轮的接触应力大小相等方向相反，即H1=H2；一对啮合齿轮的许用接触应力不一定相等，即一对啮合齿轮的许用接触应力不一定相等，即H1H2。所以接触强度一般不相等，在应用公所以接触强度一般不相等，在应用公式时应取式时应取H小值代入。若一对齿轮的小值代入。若一对齿轮的H1=H2，则一对齿轮不但接触应力相等（即则一对齿轮不但接触应力相等（即H1=H2），），而且接触强度也相等。而且接触强度也相等。影响弯曲应力的主要因素影响弯曲应力的主要因素模模数数m：因因F1/m2,则则模模数数是是影影响响弯弯曲曲强强度度的的最最重重要因素，当弯曲强度不足时，首先应增大模数；要因素，当弯曲强度不足时，首先应增大模数；齿宽齿宽b：当齿宽当齿宽b，则，则F，但，但b过大会使齿向载荷分过大会使齿向载荷分布系数布系数K而使而使K；齿数齿数z及变位系数及变位系数x：z、x，则，则YFaYSaY，而使，而使F。因因为为一一般般z1z2，则则YFa1YFa2，YSa1YSa2，所所以以F1F2；一一对对大大、小小齿齿轮轮的的材材料料和和热热处处理理硬硬度度不不同同，则则弯弯曲曲疲疲劳劳极极限限Flim不不同同，加加之之弯弯曲曲疲疲劳劳寿寿命命系系数数YN的的影影响响，所以所以F1F2。一对标准齿轮啮合，通常一对标准齿轮啮合，通常F1F2，F1F2。因因YFa是是反反映映当当力力作作用用于于齿齿顶顶时时，轮轮齿齿齿齿廓廓形形状状对对齿齿根根弯弯曲曲应应力力的的影影响响系系数数，它它是是指指齿齿根根厚厚度度与与齿齿高高的的相相对对比比例例关关系系。当当齿齿高高增增大大，齿齿根根厚厚度度变变小小，轮轮齿齿变变为为“瘦瘦高高型型”,即即YFaF，抗抗弯弯曲曲能能力力差差；反反之之，齿齿高高减减小小，齿齿厚厚增增大大，则则轮轮齿齿变变为为“矮矮胖胖型型”，即即YFa F，抗抗弯弯曲曲能能力力强强。因因此此YFa是是反反映映轮轮齿齿“高、矮、胖、瘦高、矮、胖、瘦”程度的形态系数。程度的形态系数。而而模模数数m的的值值是是反反映映一一个个轮轮齿齿绝绝对对尺尺寸寸的的大大小小，对对于于用用标标准准刀刀具具加加工工标标准准齿齿轮轮时时，若若z相相同同仅仅m不不同同，则加工出的轮齿都几何相似，则加工出的轮齿都几何相似，m只是它们的放大比例。只是它们的放大比例。齿形系数齿形系数YFa与模数与模数m无关无关YFa的影响因素及其选择的影响因素及其选择标准直齿圆柱齿轮的标准直齿圆柱齿轮的YFa只取决于轮齿的形状（随齿数只取决于轮齿的形状（随齿数和变位系数而异）。当和变位系数而异）。当z，渐开线越平坦齿根厚度，渐开线越平坦齿根厚度，则，则YFa；当；当z一定时，采用正变位方法可使齿根厚度一定时，采用正变位方法可使齿根厚度，达，达到降低到降低YFa的效果，而的效果，而F，则抗弯强度提高。对于斜，则抗弯强度提高。对于斜齿轮的齿轮的YFa应按当量齿数应按当量齿数zv=z/cos3选取；对于直齿锥齿选取；对于直齿锥齿轮，应按轮，应按zv=z/cos选取。斜齿圆柱齿轮设计中，若选取。斜齿圆柱齿轮设计中，若、zv，则，则YFa，故斜齿轮的抗弯强度比直齿轮高。，故斜齿轮的抗弯强度比直齿轮高。齿数齿数z的选择的选择对于闭式软齿面齿轮传动对于闭式软齿面齿轮传动其主要失效形式是齿面疲劳点蚀。设计时，首先从其主要失效形式是齿面疲劳点蚀。设计时，首先从保证齿轮的接触强度出发来确定齿轮直径（或中心距）保证齿轮的接触强度出发来确定齿轮直径（或中心距）。这时齿数的多少，主要影响齿轮的模数及弯曲疲劳。这时齿数的多少，主要影响齿轮的模数及弯曲疲劳强度。故其选择原则为：强度。故其选择原则为：在传动尺寸不变并满足弯曲在传动尺寸不变并满足弯曲强度条件下，强度条件下，z尽可能选多些有利。尽可能选多些有利。原因：原因：z，则重合度则重合度，使传动平稳，降低齿轮传动的振，使传动平稳，降低齿轮传动的振动与噪声；动与噪声；，则重合度系数则重合度系数Z而使而使H，可提高齿轮的接，可提高齿轮的接触强度；触强度；z，则则m，可减轻齿轮的重量和减小金属切削量，可减轻齿轮的重量和减小金属切削量，节省工时和费用；节省工时和费用；z还能降低齿高，减少滑动系数，减少磨损，提高还能降低齿高，减少滑动系数，减少磨损，提高传动效率和抗胶合能力。一般取传动效率和抗胶合能力。一般取z1=2040。对于闭式硬齿面齿轮传动对于闭式硬齿面齿轮传动其主要失效形式是轮齿折断。设计时，首先从保证轮其主要失效形式是轮齿折断。设计时，首先从保证轮齿弯曲强度出发，确定齿轮的模数齿弯曲强度出发，确定齿轮的模数m。这时。这时z的多少的多少直接影响齿轮结构尺寸的大小，故其选择原则为：直接影响齿轮结构尺寸的大小，故其选择原则为：在保证足够的接触疲劳强度的前提下，齿数不易过多，在保证足够的接触疲劳强度的前提下，齿数不易过多，一般一般z117。开式齿轮传动开式齿轮传动开开式式齿齿轮轮传传动动的的尺尺寸寸主主要要取取决决于于轮轮齿齿的的弯弯曲曲疲疲劳劳强强度度，故故z也也不不易易过过多多，对对标标准准直直齿齿轮轮z117，以以避避免免根切。根切。齿宽系数齿宽系数d的选择的选择设计齿轮时，所选的齿宽系数设计齿轮时，所选的齿宽系数d既不能太大，又不能既不能太大，又不能过小。过小。原原因因当载荷一定时，齿宽系数选大值，可使分度圆直径当载荷一定时，齿宽系数选大值，可使分度圆直径下降（或中心距下降），降低齿轮圆周速度，而且能下降（或中心距下降），降低齿轮圆周速度，而且能在一定程度上减轻整个传动装置的重量，但使齿宽增在一定程度上减轻整个传动装置的重量，但使齿宽增加，轴向尺寸增大，因而增加了载荷沿齿宽分布的不加，轴向尺寸增大，因而增加了载荷沿齿宽分布的不均匀性，故齿宽系数不能选太大；均匀性，故齿宽系数不能选太大；若齿宽系数过小，则分度圆直径增大（或中心距若齿宽系数过小，则分度圆直径增大（或中心距增大），增加了整个传动装置的重量，故齿宽系数又增大），增加了整个传动装置的重量，故齿宽系数又不能选太小。不能选太小。齿宽系数选择原则齿宽系数选择原则一般齿轮制造、安装精度高，载荷稳定，轴的刚一般齿轮制造、安装精度高，载荷稳定，轴的刚度大，齿轮对称于轴承布置时，齿宽或齿宽系数可以度大，齿轮对称于轴承布置时，齿宽或齿宽系数可以取大些；相反，齿宽与齿宽系数应选小些；取大些；相反，齿宽与齿宽系数应选小些；直齿圆柱齿轮宜取较小值，斜齿可取较大值（人直齿圆柱齿轮宜取较小值，斜齿可取较大值（人字齿可到字齿可到2）；）；在设计时，可把软齿面齿轮的齿宽系数值比硬齿在设计时，可把软齿面齿轮的齿宽系数值比硬齿面齿轮的齿宽系数值选大一些；面齿轮的齿宽系数值选大一些；为便于装配和调整，根据为便于装配和调整，根据d1和齿宽系数求出轮宽和齿宽系数求出轮宽b后，将小齿轮宽度后，将小齿轮宽度b1再加大再加大5mm10mm（锥齿轮和锥齿轮和人字齿轮传动的小齿轮部加宽），但计算时按大齿轮人字齿轮传动的小齿轮部加宽），但计算时按大齿轮宽度计算。宽度计算。螺旋角的选择螺旋角的选择螺螺旋旋角角增增大大，可可使使，提提高高传传动动的的平平稳稳性性与与承承载载能能力力，但但过过大大，轴轴向向力力增增加加，轴轴承承装装置置复复杂杂；若若过过小小，斜斜齿齿轮轮的的优优点点不不明明显显。一一般般取取=815；对对于于振振动动噪噪声声要要求求高高的的齿齿轮轮，可可取取=1525，但但制制造造精精度度要要相相应应的的提提高高；对对人人字字齿齿轮轮，因因轴轴向向力力可可相相互互抵抵消消，故故可可选大些。选大些。两两级级圆圆柱柱齿齿轮轮传传动动中中，若若有有一一级级为为斜斜齿齿另另一一级级为为直直齿齿，试试问问斜斜齿齿圆圆柱柱齿齿轮轮应应置置于于高高速速级级还还是是低低速速级级？为为什什么么？若若为为直直齿齿锥锥齿齿轮轮和和圆圆柱柱齿齿轮轮所所组组成成的的两两级级传传动动中中，锥齿轮应置于高速级还是低速级？为什么？锥齿轮应置于高速级还是低速级？为什么？（1）在两级圆柱齿轮传动中，斜齿轮应置于高速级，）在两级圆柱齿轮传动中，斜齿轮应置于高速级，主要因为高速级的转速高，用斜齿圆柱齿轮传动，工作主要因为高速级的转速高，用斜齿圆柱齿轮传动，工作平稳，在精度等级相同时，允许传动的圆周速度较高；平稳，在精度等级相同时，允许传动的圆周速度较高；在忽略摩擦阻力影响时，高速级小齿轮的转矩是低速级在忽略摩擦阻力影响时，高速级小齿轮的转矩是低速级小齿轮转矩的小齿轮转矩的1/i(i是高速级的传动比是高速级的传动比)，其轴向力小。，其轴向力小。（2）由锥齿轮和圆柱齿轮组成的两级传动中，锥齿轮）由锥齿轮和圆柱齿轮组成的两级传动中，锥齿轮一般应置于高速级，主要因为当传递功率一定时，低速一般应置于高速级，主要因为当传递功率一定时，低速级的转矩大，则齿轮的尺寸和模数也大，而锥齿轮的锥级的转矩大，则齿轮的尺寸和模数也大，而锥齿轮的锥距和模数大时，则加工困难，或者加工成本大为提高。距和模数大时，则加工困难，或者加工成本大为提高。一对齿轮传动，如何判断大、小齿轮中哪个齿面不易一对齿轮传动，如何判断大、小齿轮中哪个齿面不易产生疲劳点蚀？产生疲劳点蚀？（1）大、小齿轮的材料与热处理硬度及循环次数）大、小齿轮的材料与热处理硬度及循环次数N不等，不等，通常通常H1H2，而，而H1=H2，故小齿轮齿面接触强度较高，故小齿轮齿面接触强度较高，则不易出现疲劳点蚀。则不易出现疲劳点蚀。（2）比较大、小齿轮的）比较大、小齿轮的F1/YFa1YSa1与与F2/YFa2YSa2，若，若F1/YFa1YSa1Hlim2，故，故H1H2。且。且H1=H2，按无限寿命设计，按无限寿命设计时，寿命系数时，寿命系数ZN=1，故小齿轮不易出现齿面点蚀。，故小齿轮不易出现齿面点蚀。（2）比较两齿轮的）比较两齿轮的YFa1YSa1/F1与与YFa2YSa2/F2，比，比值小的齿轮其弯曲疲劳强度大，不易出现齿根弯曲疲劳值小的齿轮其弯曲疲劳强度大，不易出现齿根弯曲疲劳折断。折断。1、一般开式齿轮传动的主要失效形式是、一般开式齿轮传动的主要失效形式是。A、齿面胶合、齿面胶合B、齿面疲劳点蚀、齿面疲劳点蚀C、齿面磨损或轮齿疲劳折断、齿面磨损或轮齿疲劳折断D、轮齿塑性变形、轮齿塑性变形2、高速重载齿轮传动，当润滑不良时，最可能出现的失、高速重载齿轮传动，当润滑不良时，最可能出现的失效形式是效形式是。A、齿面胶合、齿面胶合B、齿面疲劳点蚀、齿面疲劳点蚀C、齿面磨损、齿面磨损D、轮齿疲劳折断、轮齿疲劳