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1、第十章 齒輪傳動(dòng) 10-1 齒輪傳動(dòng)概述 10-2 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 10-3 齒輪的材料及其選擇原則 10-4 齒輪傳動(dòng)的計(jì)算載荷 10-5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 10-6 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)、許用應(yīng)力與精度選擇 10-7 標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 10-8 標(biāo)準(zhǔn)錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 10-9 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10-10 齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑 10-1 齒輪傳動(dòng)概述 傳動(dòng)效率高； 結(jié)構(gòu)緊湊； 工作可靠，壽命長(zhǎng)； 傳動(dòng)比穩(wěn)定； 齒輪的制造及安裝精度要求高，價(jià)格較貴。 一、齒輪傳動(dòng)的主要特點(diǎn)： 10-1 齒輪傳動(dòng)概述 二、齒輪傳動(dòng)的分類 按齒輪類型分： 直齒圓柱齒輪傳動(dòng) 斜齒
2、圓柱齒輪傳動(dòng) 錐齒輪傳動(dòng) 人字齒輪傳動(dòng)（打印機(jī)墨盒滾筒） 按裝置形式分： 按使用情況分： 動(dòng)力齒輪 以動(dòng)力傳輸為主，常為高速重載或低速重載傳動(dòng)。 傳動(dòng)齒輪 以運(yùn)動(dòng)傳遞為主，一般為輕載高精度傳動(dòng)。 按齒面硬度分： 軟齒面齒輪（齒面硬度 350HBS） 硬齒面齒輪（齒面硬度 350HBS） 開(kāi)式傳動(dòng) 適于低速及不重要的場(chǎng)合 半開(kāi)式傳動(dòng) 只有簡(jiǎn)單防護(hù)罩，適用于農(nóng)業(yè)機(jī)械、建筑 機(jī)械及簡(jiǎn)單機(jī)械設(shè)備 閉式傳動(dòng) 潤(rùn)滑、密封良好，用于汽車(chē)、機(jī)床及航空發(fā) 動(dòng)機(jī)等的齒輪傳動(dòng)中 。 第十章 齒輪傳動(dòng) 10-1 齒輪傳動(dòng)概述 10-2 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 10-3 齒輪的材料及其選擇原則 10-4 齒輪傳動(dòng)
3、的計(jì)算載荷 10-5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 10-6 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)、許用應(yīng)力與精度選擇 10-7 標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 10-8 標(biāo)準(zhǔn)錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 10-9 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10-10 齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑 10-2 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 一、 齒輪的主要失效形式 輪齒折斷 產(chǎn)生部位： 齒根的受拉側(cè) 一、 齒輪的主要失效形式 輪齒折斷 提高輪齒抗折斷能力的措施： 增大軸及支承剛度，使輪齒接觸線上受力較為均勻； 增大齒根過(guò)渡圓角半徑，消除加工刀痕，減小齒根應(yīng)力集中； 采用噴丸、滾壓等工藝，對(duì)齒根表面層進(jìn)行強(qiáng)化處理； 采用合適的熱處理，使輪齒芯部具有足夠韌性。 彎
4、曲疲勞折斷 過(guò)載折斷 10-2 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 一、 齒輪的主要失效形式 輪齒折斷 齒面磨損 提高齒面抗磨損能力的措施： 采用閉式齒輪傳動(dòng)，加以合理的潤(rùn)滑； 盡量為齒輪傳動(dòng)保持清潔的工作環(huán)境； 提高齒面材料的硬度。 開(kāi)式齒輪傳動(dòng) 的主要失效形式。 灰塵、硬屑 磨損 斷齒 10-2 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 一、 齒輪的主要失效形式 輪齒折斷 齒面磨損 齒面點(diǎn)蝕 10-2 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 一、 齒輪的主要失效形式 輪齒折斷 齒面磨損 齒面點(diǎn)蝕 提高齒面抗點(diǎn)蝕能力的措施： 提高齒面材料的硬度； 采用合理的潤(rùn)滑降低接觸應(yīng)力； 在合理的限度內(nèi)增大齒輪直徑，從而減小接觸應(yīng)
5、力； 在合理的限度內(nèi)，采用較高粘度的潤(rùn)滑油。 發(fā)生于潤(rùn)滑良好的 閉式傳動(dòng)中 。 危險(xiǎn)位置： 首先出現(xiàn)在 靠近節(jié) 線的齒根面上。 10-2 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 一、 齒輪的主要失效形式 輪齒折斷 齒面磨損 齒面點(diǎn)蝕 齒面膠合 10-2 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 1.提高齒面硬度 2.加抗膠合添加劑 高速 改進(jìn)措施 : 一、 齒輪的主要失效形式 輪齒折斷 齒面磨損 齒面點(diǎn)蝕 齒面膠合 塑性變形 10-2 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 提高齒面硬度，采用高粘度的或有極壓添加劑的潤(rùn)滑油均有助于減緩或 防止齒面產(chǎn)生塑性變形。 由于齒輪其它部分（齒圈、輪輻、輪轂等）通常是經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的，其尺寸對(duì)
6、 于強(qiáng)度和剛度而言均較富裕，實(shí)踐中也極少失效。 一、 齒輪的主要失效形式 輪齒折斷 齒面磨損 齒面點(diǎn)蝕 齒面膠合 塑性變形 10-2 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 原因 改善措施 輪齒折斷 彎曲應(yīng)力、齒根應(yīng)力集中 疲勞裂紋 -擴(kuò)展 -疲勞折 斷 增大軸及支承剛度，使輪齒接觸線上受力較為均勻； 增大齒根過(guò)渡圓角半徑，消除加工刀痕，減小齒根應(yīng)力集中； 采用噴丸、滾壓等工藝，對(duì)齒根表面層進(jìn)行強(qiáng)化處理； 采用合適的熱處理，使輪齒芯部具有足夠韌性。 齒面磨損 開(kāi)式傳動(dòng) -磨料物質(zhì)進(jìn)入嚙合齒面 -齒面磨損 采用閉式齒輪傳動(dòng)，加以合理的潤(rùn)滑； 盡量為齒輪傳動(dòng)保持清潔的工作環(huán)境； 提高齒面材料的硬度。 齒面點(diǎn)
7、蝕 齒面接觸應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化當(dāng)超過(guò)疲勞極限時(shí)，表面產(chǎn)生微裂紋、高壓油擠壓使裂紋 擴(kuò)展、微粒剝落。點(diǎn)蝕首先出現(xiàn)在靠近節(jié)線 的齒根面上，齒面越硬，抗點(diǎn)蝕能力越強(qiáng)。 軟齒面閉式齒輪傳動(dòng)常因點(diǎn)蝕而失效。 提高齒面材料的硬度； 采用合理的潤(rùn)滑降低接觸應(yīng)力； 在合理的限度內(nèi)增大齒輪直徑，從而減小接觸應(yīng)力； 在合理的限度內(nèi)，采用較高粘度的潤(rùn)滑油。 齒面膠合 高速重載傳動(dòng)中，常因嚙合區(qū)溫度升高而引起潤(rùn)滑失效，致使齒面金屬直 接接觸而相互粘連。當(dāng)齒面向?qū)瑒?dòng) 時(shí)，較軟的齒面沿滑動(dòng)方向被撕下而 形成溝紋。 1.提高齒面硬度 2.減小齒面粗糙度 3.增加潤(rùn)滑油粘度低速 4.加抗膠合添加劑高速 塑性變形 應(yīng)力過(guò)大
8、-屈服狀態(tài) -齒面或齒體材料塑性流動(dòng)，硬度較低 或重載 提高齒面硬度，采用高粘度的或 有極壓添加劑的潤(rùn)滑油 二、 齒輪的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 對(duì)一般工況下的齒輪傳動(dòng)，其 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 是： 保證足夠的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，以免發(fā)生齒根折斷。 保證足夠的齒面接觸疲勞強(qiáng)度，以免發(fā)生齒面點(diǎn)蝕。 對(duì)高速重載齒輪傳動(dòng)，除以上兩設(shè)計(jì)準(zhǔn)則外，還應(yīng)按齒面抗膠合能力的 準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)。 由實(shí)踐得知：閉式軟齒面齒輪傳動(dòng)，以保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度為主。 閉式硬齒面或開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度為主。 10-2 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 閉式傳動(dòng)： 按保證 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度及 保證 齒面接觸疲勞強(qiáng)度 進(jìn)行計(jì)算。 開(kāi)式傳動(dòng)： 按保
9、證 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 進(jìn)行計(jì)算。 考慮 磨損 的影響適當(dāng)增大模數(shù)。（ 10 15%） 第十章 齒輪傳動(dòng) 10-1 齒輪傳動(dòng)概述 10-2 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 10-3 齒輪的材料及其選擇原則 10-4 齒輪傳動(dòng)的計(jì)算載荷 10-5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 10-6 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)、許用應(yīng)力與精度選擇 10-7 標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 10-8 標(biāo)準(zhǔn)錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 10-9 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10-10 齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑 一、對(duì)齒輪材料性能的要求 齒輪的齒體應(yīng)有較高的抗折斷能力，齒面應(yīng)有較強(qiáng)的抗點(diǎn)蝕、抗磨損 和較高的抗膠合能力，即要求： 齒面硬、芯部韌 。 二、常用
10、的齒輪材料 鋼 ：許多鋼材經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砘虮砻嫣幚?，可以成為常用的齒輪材料； 鑄鐵 ：常作為低速、輕載、不太重要的場(chǎng)合的齒輪材料； 非金屬材料 ：適用于高速、輕載、且要求降低噪聲的場(chǎng)合。 三、齒輪材料選用的基本原則 齒輪材料必須滿足工作條件的要求，如強(qiáng)度、壽命、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等； 應(yīng)考慮齒輪尺寸大小，毛坯成型方法及熱處理和制造工藝； 鋼制 軟齒面齒輪 ，其配對(duì)兩輪齒面的 硬度差應(yīng)保持在 3050HBS或更多。 10-3 齒輪的材料及其選擇原則 第十章 齒輪傳動(dòng) 10-1 齒輪傳動(dòng)概述 10-2 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 10-3 齒輪的材料及其選擇原則 10-4 齒輪傳動(dòng)的計(jì)算載荷 10-
11、5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 10-6 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)、許用應(yīng)力與精度選擇 10-7 標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 10-8 標(biāo)準(zhǔn)錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 10-9 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10-10 齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑 10-4 齒輪傳動(dòng)的計(jì)算載荷 齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算中所用的載荷，通常取沿齒面接觸線單位長(zhǎng)度上所受 的載荷，即： Fn 輪齒所受的 公稱法向載荷 。 實(shí)際傳動(dòng)中由于原動(dòng)機(jī)、工作機(jī)性能的影響以及制造誤差的影響，載荷 會(huì)有所增大，且沿接觸線分布不均勻。 接觸線單位長(zhǎng)度上的 最大載荷 為： L KFKpp n ca K載荷系數(shù)，其值為： K KA Kv K K L Fp n 式中： KA 使用
12、系數(shù) Kv 動(dòng)載系數(shù) K齒間載荷分配系數(shù) K齒向載荷分布系數(shù) 1.使用系數(shù) KA 考慮齒輪嚙合時(shí) 外部因素 引起的附加動(dòng)載荷影響的系數(shù)。 10-4 齒輪傳動(dòng)的計(jì)算載荷 載荷狀態(tài) 工作機(jī)器 原動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)、均勻運(yùn) 轉(zhuǎn)的蒸汽機(jī)、燃 氣輪機(jī) 蒸汽機(jī) 燃?xì)廨啓C(jī) 多缸內(nèi) 燃機(jī) 單缸內(nèi) 燃機(jī) 均勻平穩(wěn) 發(fā)電機(jī)、均勻傳送的帶式輸送機(jī)或板式輸 送機(jī)、螺旋輸送機(jī)、輕型升降機(jī)、包裝機(jī)、機(jī) 床進(jìn)給機(jī)構(gòu)、通風(fēng)機(jī)、均勻密度材料攪拌機(jī)等 1.00 1.10 1.25 1.50 輕微沖擊 不均勻傳送的帶式輸送機(jī)或板式輸送機(jī)、 機(jī)床的主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、重型升降機(jī)、工業(yè)與礦用 風(fēng)機(jī)、重型離心機(jī)、變密度材料攪拌機(jī)等 1.25 1.35
13、 1.50 1.75 中等沖擊 橡膠擠壓機(jī)、橡膠和塑料作間斷工作的攪 拌機(jī)、輕型球磨機(jī)、水工機(jī)械、鋼坯初軋機(jī)、 提升裝置、單缸活塞泵等 1.50 1.60 1.75 2.00 嚴(yán)重沖擊 挖掘機(jī)、重型球磨機(jī)、橡膠糅合機(jī)、破碎 機(jī)、重型給水機(jī)、旋轉(zhuǎn)式鉆探裝置、壓磚機(jī)、 帶材冷軋機(jī)、壓坯機(jī)等 1.75 1.85 2.00 2.25 或 更大 注：表中所列 KA值僅適用于減速傳動(dòng)，若為增速傳動(dòng)， KA值約為表值的 1.1倍。 當(dāng)外部的機(jī)械與齒輪裝置間與撓性連接時(shí)，通常 KA值可適當(dāng)減小。 2.動(dòng)載系數(shù) Kv 考慮齒輪 嚙合剛度變化 、 制造裝配誤差 等引起的附加動(dòng)載荷影響的系數(shù)。 10-4 齒輪傳動(dòng)的
14、計(jì)算載荷 2.動(dòng)載系數(shù) Kv 考慮齒輪 嚙合剛度變化 、 制造裝配誤差 等引起的附加動(dòng)載荷影響的系數(shù)。 10-4 齒輪傳動(dòng)的計(jì)算載荷 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0 10 20 30 40 50 Kv v/(m/s) 10 9 8 7 6 十分精密的齒輪裝置 降低 Kv辦法：提高齒輪精度；降低圓周速度；齒頂修緣 3.齒間載荷分配系數(shù) K 考慮同時(shí) 有多對(duì)齒嚙合 時(shí)各對(duì)輪齒間載荷分配的不均勻 10-4 齒輪傳動(dòng)的計(jì)算載荷 3.齒間載荷分配系數(shù) K 考慮同時(shí) 有多對(duì)齒嚙合 時(shí)各對(duì)輪齒間載荷分配的不均勻 10-4 齒輪傳動(dòng)的計(jì)算載荷 KAFt/b 100N/mm 100N/mm 精度等級(jí)
15、 組 5 6 7 8 5級(jí)及更低 經(jīng)表面硬化的直齒輪 KH 1.0 1.1 1.2 1.2 KF 1.2 經(jīng)表面硬化的斜齒輪 KH 1.0 1.1 1.2 1.4 1.4 KF 未經(jīng)表面硬化的直齒輪 KH 1.0 1.1 1.2 KF 1.2 未經(jīng)表面硬化的斜齒輪 KH 1.0 1.1 1.2 1.4 KF 4.齒向載荷分布系數(shù) K 考慮同時(shí) 有多對(duì)齒嚙合 時(shí)各對(duì)輪齒間載荷分配的不均勻 10-4 齒輪傳動(dòng)的計(jì)算載荷 鼓形齒對(duì)載荷分 布不均勻的改變 齒輪偏斜造成的載荷分布不均勻 b (0.00050.001)b 4.齒向載荷分布系數(shù) K 10-4 齒輪傳動(dòng)的計(jì)算載荷 調(diào) 質(zhì) 齒 輪 精度 等級(jí)
16、小齒輪相對(duì) 支撐的布置 KH 6 對(duì)稱 KH=1.11+0.18d2+0.15 10-3b 非對(duì)稱 KH=1.11+0.18(1+0.6d2) d2+0.15 10-3b 懸臂 KH=1.11+0.18(1+6.7d2) d2+0.15 10-3b 7 對(duì)稱 KH=1.12+0.18d2+0.23 10-3b 非對(duì)稱 KH=1.12+0.18(1+0.6d2) d2+0.23 10-3b 懸臂 KH=1.12+0.18(1+6.7d2) d2+0.23 10-3b 8 對(duì)稱 KH=1.15+0.18d2+0.31 10-3b 非對(duì)稱 KH=1.15+0.18(1+0.6d2) d2+0.31
17、10-3b 懸臂 KH=1.15+0.18(1+6.7d2) d2+0.31 10-3b 4.齒向載荷分布系數(shù) K 10-4 齒輪傳動(dòng)的計(jì)算載荷 硬 齒 面 齒 輪 精度 等級(jí) 限制條件 小齒輪相對(duì) 支撐的位置 KH 5 KH 1.34 對(duì)稱 KH=1.05+0.26d2+0.10 10-3b 非對(duì)稱 KH=1.05+0.26(1+0.6d2) d2+0.10 10-3b 懸臂 KH=1.05+0.26(1+6.7d2) d2+0.10 10-3b KH 1.34 對(duì)稱 KH=0.99+0.31d2+0.12 10-3b 非對(duì)稱 KH=0.99+0.31(1+0.6d2) d2+0.12 10
18、-3b 懸臂 KH=0.99+0.31(1+6.7d2) d2+0.12 10-3b 6 KH 1.34 對(duì)稱 KH=1.05+0.26d2+0.16 10-3b 非對(duì)稱 KH=1.05+0.26(1+0.6d2) d2+0.16 10-3b 懸臂 KH=1.05+0.26(1+6.7d2) d2+0.16 10-3b KH 1.34 對(duì)稱 KH=1.0+0.31d2+0.19 10-3b 非對(duì)稱 KH=1.0+0.31(1+0.6d2) d2+0.19 10-3b 懸臂 KH=1.0+0.31(1+6.7d2) d2+0.19 10-3b 4.齒向載荷分布系數(shù) K 10-4 齒輪傳動(dòng)的計(jì)算載
19、荷 KH 1.03 1.04 1.06 1.08 1.10 1.2 1.3 1.5 2 3 4 5 6 KH 1.03 1.04 1.06 1.08 1.10 1.2 1.3 1.5 2 3 4 5 6 KF 1.03 1.04 1.06 1.1 1.2 1.3 1.5 2 3 4 12 6 4 3 b/h 彎 曲 強(qiáng) 度 計(jì) 算 的 齒 向 載 荷 分 布 系 數(shù) KF 第十章 齒輪傳動(dòng) 10-1 齒輪傳動(dòng)概述 10-2 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 10-3 齒輪的材料及其選擇原則 10-4 齒輪傳動(dòng)的計(jì)算載荷 10-5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 10-6 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)、許用應(yīng)力
20、與精度選擇 10-7 標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 10-8 標(biāo)準(zhǔn)錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 10-9 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10-10 齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑 一、輪齒的受力分析 10-5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 c o s 2 c o s 1 1tn d TFF 法向力（合力） O2 2 （從動(dòng)） O1 N1 N2 t t 1 （主動(dòng)） T1 c d1 2 d2 2 Fn Fn O2 O1 t t 1 （主動(dòng)） N1 N2 c d1 2 Fn 1 1t 2 d TF 圓周力 Ft t a n2t a n 1 1tr d TFF 徑向力 Fr 方向： 10-5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 圓周力
21、Ft 主反從同 徑向力 Fr 指向各自的輪心 直齒圓柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算 1 圖示直齒圓柱齒輪，輪 1主動(dòng)，轉(zhuǎn)向如圖，試在圖中標(biāo)出 Ft1 Ft2 Fr1 Fr2的方向。 Ft1 Ft2 Fr1 Fr2 10-5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 1 2 1 2 Fr1 Fr2 Ft1 Ft2 二、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 10-5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 二、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 假定載荷僅由一對(duì)輪齒承擔(dān)，按 懸臂梁 計(jì)算。 齒頂嚙合時(shí)，彎矩達(dá)最大值 。 rb O Fn 30 30 h S 危險(xiǎn)截面：齒根圓角 30 切線兩切點(diǎn)連線處。 齒頂受力： Fn，可分解成兩個(gè)分力： F2 F1 Fn F1
22、 = Fn cos F2 = Fn sin 產(chǎn)生彎曲應(yīng)力； 壓應(yīng)力，小而忽略。 彎曲力矩： M=Fh=（ KF1 ) h=（ KFncos )h 危險(xiǎn)界面的彎曲截面系數(shù)： 6 2 bS W W M F0 s 彎曲應(yīng)力： cos cos 6 2 t bs h KF 2 cos 6 n bs h KF cos ) ( cos ) ( 6 2 m s m h bm KF t m b Y KF Fa t Y Fa 10-5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 YFa為齒形系數(shù)，是僅與齒形有關(guān)而與模數(shù) m無(wú)關(guān)的系數(shù)，其值可根據(jù)齒 數(shù)查表獲得。 計(jì)入齒根應(yīng)力校正系數(shù) Ysa： FsaFatF ss bm YY
23、KF 10-5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 z(zv) 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 YFa 2.97 2.91 2.85 2.80 2.76 2.72 2.69 2.65 2.62 2.60 2.57 2.55 2.53 YSa 1.52 1.53 1.54 1.55 1.56 1.57 1.575 1.58 1.59 1.595 1.60 1.61 1.62 z(zv) 30 35 40 45 50 60 70 80 90 100 150 200 YFa 2.52 2.45 2.40 2.35 2.32 2.28 2.24 2.22 2.
24、20 2.18 2.14 2.12 2.06 YSa 1.652 1.65 1.67 1.68 1.70 1.73 1.75 1.77 1.78 1.79 1.83 1.865 1.97 注： 1)基準(zhǔn)齒形的參數(shù)為 =20 、 ha*=1、 c*=0.25、 =0.38m(m為齒輪模數(shù) )； 2)對(duì)內(nèi)齒輪：當(dāng) =20 、 ha*=1、 c*=0.25、 =0.15m時(shí)， 齒形系數(shù) YFa=2.053； 應(yīng)力校正系數(shù) YSa=2.65。 YFa為齒形系數(shù)，是僅與齒形有關(guān)而與模數(shù) m無(wú)關(guān)的系數(shù)，其值可根據(jù)齒 數(shù)查表獲得。 計(jì)入齒根應(yīng)力校正系數(shù) Ysa： FsaFatF ss bm YYKF Fsa
25、FatF ss bm YYKF 3 2 F saFa 2 1d 1 s YY Z KTm 10-5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 引入齒寬系數(shù) : 3 2 F saFa 2 1d 1 s YY Z KT m 1 11 2 td T bF dd 三、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 1.圓柱體接觸的接觸應(yīng)力 10-5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 基本公式 赫茲應(yīng)力計(jì)算公式，即 : L EE F ) 11 ( ) 11 ( 1 2 2 1 2 1 21 ca H s 12 1 1 1 綜合曲率半徑 ca ca Fp L cap 單位長(zhǎng)度上的計(jì)算載荷 22 12 12 1 11 EZ EE 彈性影響系數(shù)，
26、 MPa1/2 EZ / H c a E HpZs s 1.圓柱體接觸的接觸應(yīng)力 10-5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 2.齒面接觸應(yīng)力變化規(guī)律 （ 1）齒面接觸曲率半徑變化規(guī)律 10-5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 （ 2）齒面綜合曲率半徑變化規(guī)律 10-5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 2.齒面接觸應(yīng)力變化規(guī)律 （ 1）齒面接觸曲率半徑變化規(guī)律 （ 3）齒面接觸應(yīng)力變化規(guī)律 （ 2）齒面綜合曲率半徑變化規(guī)律 2.齒面接觸應(yīng)力變化規(guī)律 （ 1）齒面接觸曲率半徑變化規(guī)律 10-5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 3.節(jié)點(diǎn)嚙合時(shí)齒面接觸強(qiáng)度 O2 2 （從動(dòng)） O1 N1 N2 t t
27、 1 （主動(dòng)） T1 c r1 r2 節(jié)圓處齒廓曲率半徑： 2 2 2 2 s i nN C r 1 1 1 1 s i nN C r 2 2 2 1 1 1 dz u dz 2 1 2 1 1 2 2 1 1 2 1 ( / ) 11 1 1 ( / ) 1 21 sin u du ca HE p Zs 1 12 s i n c o s t E KF u Z b d u 1 21 c o s s i n t E KF u Z b d u -HZ 區(qū)域系數(shù) 1 1 t H E H KF u ZZ b d u s 10-5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 1 3 1 2 1 H E H d KT
28、 u ZZ du s 2 13 1 2 1 HE dH K T Z Zud us 標(biāo)準(zhǔn)直齒輪 2 .5HZ 20 1 12 . 5 t H E H KF uZ b d uss 2 13 1 2 12 . 3 2 E dH K T Zud us 1 1 t H E H KF u ZZ b d u s 1 11 2 td T bF dd 10-5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 FsaFatF ss bm YYKF 3 2 F saFa 2 1d 1 s YY Z KT m 四、齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算說(shuō)明 配對(duì)齒輪： 22 2 2 2 2 tFF Fa Sa Fa Sa KF Y Y bm Y Y s
29、s 11 1 1 1 1 tFF F a S a F a S a KF Y Y b m Y Y ss 應(yīng)選其中較小 的數(shù)值代入上 面公式計(jì)算！ 1. 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí) 10-5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 1 12 . 5 t H E H KF uZ b d uss 2 13 1 2 12 . 3 2 E dH K T Zud us 2. 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí) 12HHss 配對(duì)齒輪： 12 HHss 而 3. 配對(duì)齒輪均為硬齒面時(shí)，兩輪的材料、熱處理方法及硬度均可取成一樣， 設(shè)計(jì)時(shí)可分別按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度及齒面接觸疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式進(jìn)行計(jì)算， 并取其中較大者作為設(shè)計(jì)結(jié)果。 應(yīng)按其
30、中較小值設(shè)計(jì) 4. 計(jì)算 d1（或 mn）時(shí)， Kv、 K、 K不能預(yù)先確定，可試選一載荷系數(shù) Kt， 試算出 d1t（或 mnt） ，再按 d1t 查取 Kv、 K、 K ，計(jì)算載荷系數(shù) K。若算得 的 K值與試選的 Kt值相差不多，則不必再修改原計(jì)算；若二者相差較大，則 按下式修正試算所得結(jié)果： 3311 /t t n n t td d K K m m K K 10-5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 1、標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)的受力分析 (會(huì)畫(huà)圖、推導(dǎo)公式 ) c o s 2 c o s 1 1tn d TFF 法向力（合力） 1 1t 2 d TF 圓周力 t a n2t a n 1 1tr d
31、 TFF 徑向力 FsaFatF ss bm YYKF 3 2 F saFa 2 1d 1 s YY Z KT m 2. 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí) 1 12 . 5 t H E H KF uZ b d uss 2 13 1 2 12 . 3 2 E dH K T Zud us 3. 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí) 第十章 齒輪傳動(dòng) 10-1 齒輪傳動(dòng)概述 10-2 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 10-3 齒輪的材料及其選擇原則 10-4 齒輪傳動(dòng)的計(jì)算載荷 10-5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 10-6 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)、許用應(yīng)力與精度選擇 10-7 標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 10-8 標(biāo)準(zhǔn)錐
32、齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 10-9 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10-10 齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑 10-6 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)、許用應(yīng)力與精度選擇 一、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇 1壓力角 a的選擇 2齒數(shù)的選擇 一般情況下，閉式齒輪傳動(dòng) : z1=2040 開(kāi)式齒輪傳動(dòng) : z1=1720 z2=uz1 當(dāng) d1已按接觸疲勞強(qiáng)度確定時(shí)， z1 m 重合度 e 傳動(dòng)平穩(wěn) 抗彎曲疲勞強(qiáng)度降低 齒高 h 減小切削量、減小滑動(dòng)率 因此，在保證彎曲疲勞強(qiáng)度的前提下，齒數(shù)選得多一些好！ 一般情況下取 a =20 10-6 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)、許用應(yīng)力與精度選擇 一、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇 3齒寬系數(shù) d的選擇 d 齒寬 b 有利于提高
33、強(qiáng)度，但 d過(guò)大將導(dǎo)致 K d的選取可參考齒寬系數(shù)表： 1 d b d 實(shí)用齒寬： b dd1 ，圓整后取 b1 b+510， b2 b K齒向載荷分布系數(shù) 裝置狀況 兩支承相對(duì)小齒輪作對(duì)稱布置 兩支承相對(duì)小齒輪作不對(duì)稱布置 小齒輪作懸臂布置 d 0.91.4(1.21.9) 0.71.5(1.11.65) 0.40.6 說(shuō)明： 1) 大、小齒輪皆為硬齒面時(shí)， d應(yīng)取表中偏下限的數(shù)值；若皆為軟齒面或僅大齒輪 為軟齒面時(shí)， d可取表中偏上限的數(shù)值； 2) 括號(hào)內(nèi)的數(shù)值用于人字齒輪，此時(shí) b為人字齒輪的總寬度； 3) 金屬切削機(jī)床的齒輪傳動(dòng)，若傳遞的功率不大時(shí)， d可小到 0.2； 4) 非金屬齒
34、輪可取 d=0.51.2。 二、齒輪傳動(dòng)的許用應(yīng)力 式中： KN為壽命系數(shù) ，是應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N對(duì)疲勞極限的影響系數(shù)； N L imK Sss h60N n jL n為齒輪的轉(zhuǎn)速，單位為 r/min； j為齒輪每轉(zhuǎn)一圈，同一齒面嚙合的次數(shù)； Lh為齒輪的工作壽命，單位為小時(shí)。 10-6 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)、許用應(yīng)力與精度選擇 D C B A r max s r 103 N010 7 N 3.0 彎 曲 疲 勞 壽 命 系 數(shù) 1 調(diào)質(zhì)鋼；球墨鑄鐵（珠光體、貝氏體）；珠光體可鍛鑄鐵 2 滲碳淬火的滲碳鋼；全齒廓火焰或感應(yīng)淬火的鋼、球墨鑄鐵 3 滲氮的滲氮鋼；球墨鑄鐵（鐵素體）；灰鑄鐵；結(jié)構(gòu)鋼 4
35、氮碳共滲的調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼 10-6 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)、許用應(yīng)力與精度選擇 2.5 KFN 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.7 1 2 3 4 103 104 105 106 107 108 109 1010 N0 N1 N0 N0 N 1 允許一定點(diǎn)蝕時(shí)的結(jié)構(gòu)鋼；調(diào)質(zhì)鋼；球墨鑄鐵（珠光體、貝氏體）； 珠光體可鍛鑄鐵；滲碳淬火的滲碳鋼 2 結(jié)構(gòu)鋼；調(diào)質(zhì)鋼；滲碳淬火鋼；火焰淬火的鋼、球墨鑄鐵；球墨鑄 鐵（珠光體、貝氏體）；珠光體可鍛鑄鐵 3 灰鑄鐵；球墨鑄鐵（鐵素體）；滲氮的滲氮鋼；調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼 4 氮碳共滲的調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼 10-6 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)、許用應(yīng)力與精度
36、選擇 KHN 接 觸 疲 勞 壽 命 系 數(shù) 1 2 3 4 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.8 0.7 N0 NC N0 N0 104 105 106 107 108 109 1010 N NC NC 二、齒輪傳動(dòng)的許用應(yīng)力 式中： KN為壽命系數(shù) ，是應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N對(duì)疲勞極限的影響系數(shù)； SK L imN ss h60 n j LN n為齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)，單位為 r/min； j為齒輪每轉(zhuǎn)一圈，同一齒面嚙合的次數(shù)； Lh為齒輪的工作壽命，單位為小時(shí)。 彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)： S= S F=1.251.50； lim FE 接觸強(qiáng)度計(jì)算時(shí)： S= S H=1.0;
37、lim Hlim lim為齒輪的疲勞極限， S為安全系數(shù)。 10-6 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)、許用應(yīng)力與精度選擇 10-6 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)、許用應(yīng)力與精度選擇 球墨鑄鐵 黑色可鍛鑄鐵 灰鑄鐵 ME ME ME ML=MQ MQ=ML MQ=ML 100 200 300 HBS 0 200 400 600 FE /MPa 鑄鐵材料的 FE 正火處理的結(jié)構(gòu)鋼 正火處理的鑄鋼 ME ME ML=MQ ML=MQ 100 200 0 200 400 600 FE /MPa 正火處理鋼的 FE HBS 10-6 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)、許用應(yīng)力與精度選擇 ME MX ME MQ=ML MQ=ML ML 100 2
38、00 300 HBS FE /M Pa 調(diào)質(zhì)處理鋼的 FE 200 400 600 800 1000 400 MQ MQ ME ME ML 合金鋼調(diào)質(zhì) 碳鋼調(diào)質(zhì) 碳素鑄鋼調(diào)質(zhì) 合金鑄鋼調(diào)質(zhì) 1200 200 400 600 800 1000 HRC 50 55 60 65 450 500 600 700 800 HV1 FE /M Pa 滲碳淬火鋼 表面硬化鋼 滲碳淬火鋼和表面硬化鋼的 FE ML ML MQ MQ ME ME 保證適當(dāng)?shù)挠行由?芯部硬度 30HRC 芯部硬度 25HRC Jominy淬透性 J 12mm時(shí) 28HRC 芯部硬度 25HRC Jominy淬透性 J 12mm時(shí)
39、 12 m/s時(shí)，采用油泵噴油潤(rùn)滑。 浸油潤(rùn)滑 采用惰輪的浸油潤(rùn)滑 噴油潤(rùn)滑 1)v過(guò)高，油被甩走，不能進(jìn)入嚙合區(qū)； 2)攪油過(guò)于激烈，使油溫升高，降低潤(rùn)滑性能； 3)攪起箱底沉淀的雜質(zhì)，加劇輪齒的磨損。 三、潤(rùn)滑劑的選擇 齒輪傳動(dòng)常用的潤(rùn)滑劑為潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂。 選用時(shí)，應(yīng)根據(jù)齒輪的工作 情況（轉(zhuǎn)速高低、載荷大小、環(huán)境溫度等），選擇潤(rùn)滑劑的粘度、牌號(hào)。 10-10 齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑 課堂練習(xí)： 圖示同軸式二級(jí)齒輪減速器，輪 1主動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向如圖所示。 試在圖中：標(biāo)出 軸 上兩齒輪的 螺旋角旋向， 使 軸 上的 軸向 力相互抵消。標(biāo)出各齒輪上的 軸向力 Fa1、 Fa2、 Fa3、 Fa4。 n1 1 2 3 4 10-7 標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算
《齒輪設(shè)計(jì)》PPT課件
