1、機(jī)械設(shè)計齒輪傳動青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 作用：作用： 不僅用來傳遞運(yùn)動、而且還要傳遞動力。不僅用來傳遞運(yùn)動、而且還要傳遞動力。要求：要求： 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、足夠的承載能力。運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、足夠的承載能力。分分類類開式傳動開式傳動 有簡單防護(hù)罩，大齒輪浸入油池，潤滑得到改善、適于非重要應(yīng)用；裸露、灰塵、易磨損，適于低速傳動。10-1 概述概述 半開式傳動半開式傳動閉式傳動閉式傳動全封閉、潤滑良好、適于重要應(yīng)用。按類按類型分型分按裝置按裝置型式分型式分按使用按使用情況分情況分硬齒面齒輪硬齒面齒輪（齒面硬度350HBS） 直齒圓柱齒輪傳動直齒圓柱齒輪傳動斜齒圓柱齒輪傳斜齒圓柱齒輪傳錐齒輪傳動錐齒輪傳動

2、人字齒輪傳動人字齒輪傳動動力齒輪動力齒輪 傳動齒輪傳動齒輪 按齒面按齒面硬度分硬度分軟齒面齒輪軟齒面齒輪（齒面硬度350HBS） 以動力傳輸為主，常為高速重載或低速重載傳動。以運(yùn)動準(zhǔn)確為主，一般為輕載高精度傳動。青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 齒輪傳動的特點(diǎn)：齒輪傳動的特點(diǎn)： 傳動效率高傳動效率高可達(dá)可達(dá)99；在常用的機(jī)械傳動中，齒輪傳動的效率為最高； 結(jié)構(gòu)緊湊結(jié)構(gòu)緊湊; ;與帶傳動、鏈傳動相比，在同樣的使用條件下，齒輪傳動所需的空間一般較??； 工作可靠，壽命長；工作可靠，壽命長；與各類傳動相比 傳動比穩(wěn)定傳動比穩(wěn)定; ;無論是平均值還是瞬時值。這也是齒輪傳動獲得廣泛應(yīng)用的原因之一； 制造及

3、安裝精度要求高，價格較貴。制造及安裝精度要求高，價格較貴。與帶傳動、鏈傳動相比學(xué)習(xí)本章的目的學(xué)習(xí)本章的目的 本章學(xué)習(xí)的根本目的是掌握齒輪傳動的設(shè)計方法，本章學(xué)習(xí)的根本目的是掌握齒輪傳動的設(shè)計方法，也就是要能夠根據(jù)齒輪工作條件的要求，能設(shè)計出傳動也就是要能夠根據(jù)齒輪工作條件的要求，能設(shè)計出傳動可靠的齒輪?？煽康凝X輪。設(shè)計齒輪設(shè)計齒輪-設(shè)計確定齒輪的主要參數(shù)以及結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計確定齒輪的主要參數(shù)以及結(jié)構(gòu)形式。主要參數(shù)有：模數(shù)主要參數(shù)有：模數(shù)m、齒數(shù)、齒數(shù)z、螺旋角、螺旋角以及壓力角以及壓力角a a、 齒高齒高系數(shù)系數(shù)h*a、徑向間隙系數(shù)、徑向間隙系數(shù)c*。青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 10-2

4、輪齒的失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則輪齒的失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則 輪齒折斷輪齒折斷一般發(fā)生在齒根處，嚴(yán)重過載突然斷裂、疲勞折斷。一、輪齒的失效形式一、輪齒的失效形式 失效形式失效形式青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 提高輪齒抗折斷能力的措施：提高輪齒抗折斷能力的措施：1）增大齒根過渡圓角半徑，消除加工刀痕，減小齒根應(yīng)增大齒根過渡圓角半徑，消除加工刀痕，減小齒根應(yīng)力集中；力集中； 2）增大軸及支承的剛度，使輪齒接觸線上受載較為均勻；增大軸及支承的剛度，使輪齒接觸線上受載較為均勻； 3）采用合適的熱處理，使輪齒芯部材料具有足夠的韌性；采用合適的熱處理，使輪齒芯部材料具有足夠的韌性； 4）采用噴丸、滾壓等工藝對，對

5、齒根表層進(jìn)行強(qiáng)化處理。采用噴丸、滾壓等工藝對，對齒根表層進(jìn)行強(qiáng)化處理。 青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 齒面接觸應(yīng)力按脈動循環(huán)變化當(dāng)超過疲勞極限時，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)在節(jié)線處，齒面越硬，抗點(diǎn)蝕能力越強(qiáng)。軟齒面閉式齒輪傳動常因點(diǎn)蝕而失效。齒面點(diǎn)蝕齒面點(diǎn)蝕10-2 輪齒的失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則輪齒的失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則 輪齒折斷輪齒折斷失效形式失效形式一、輪齒的失效形式一、輪齒的失效形式 青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 齒面點(diǎn)蝕齒面點(diǎn)蝕齒面膠合齒面膠合高速重載傳動中，常因嚙合區(qū)溫度升高而引起潤滑失效，致使齒面金屬直接接觸而相互粘連。當(dāng)齒面向?qū)瑒訒r，較軟的齒

6、面沿滑動方向被撕下而形成溝紋。措施：措施： 1.提高齒面硬度提高齒面硬度2.減小齒面粗糙度減小齒面粗糙度3.增加潤滑油粘度增加潤滑油粘度低速4.加抗膠合添加劑加抗膠合添加劑高速10-2 輪齒的失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則輪齒的失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則 輪齒折斷輪齒折斷失效形式失效形式一、輪齒的失效形式一、輪齒的失效形式 青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 齒面膠合齒面膠合齒面磨損齒面磨損措施：措施：1.減小齒面粗糙度減小齒面粗糙度2.改善潤滑條件，清潔環(huán)境改善潤滑條件，清潔環(huán)境磨粒磨損磨粒磨損跑合磨損跑合磨損跑合磨損、磨粒磨損。齒面點(diǎn)蝕齒面點(diǎn)蝕10-2 輪齒的失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則輪齒的失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則 輪齒折斷

7、輪齒折斷失效形式失效形式一、輪齒的失效形式一、輪齒的失效形式 3.提高齒面硬度提高齒面硬度青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 從動齒從動齒主動齒主動齒從動齒從動齒主動齒主動齒從動齒從動齒主動齒主動齒從動齒從動齒主動齒主動齒齒面膠合齒面膠合齒面磨損齒面磨損齒面點(diǎn)蝕齒面點(diǎn)蝕10-2 輪齒的失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則輪齒的失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則 輪齒折斷輪齒折斷失效形式失效形式齒面塑性變形齒面塑性變形一、輪齒的失效形式一、輪齒的失效形式 表面凸出表面凸出表面凸出表面凸出青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 二、齒輪的二、齒輪的設(shè)計準(zhǔn)則設(shè)計準(zhǔn)則 保證足夠的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，以免發(fā)生齒根折斷。保證足夠的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，

8、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。保證足夠的齒面接觸疲勞強(qiáng)度，以免發(fā)生齒面點(diǎn)蝕。由工程實(shí)踐得知：由工程實(shí)踐得知：閉式軟齒面齒輪傳動，以保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度為主。閉式軟齒面齒輪傳動，以保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度為主。對高速重載齒輪傳動，除以上兩設(shè)計準(zhǔn)則外，還應(yīng)對高速重載齒輪傳動，除以上兩設(shè)計準(zhǔn)則外，還應(yīng) 按齒面抗膠合能力的準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計。按齒面抗膠合能力的準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計。閉式硬齒面或開式齒輪傳動，以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度為主閉式硬齒面或開式齒輪傳動，以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度為主。青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 一、對齒輪材料性能的要求一、對齒輪材料性能的要求 齒輪的齒體應(yīng)有較高

9、的抗折斷能力，齒面應(yīng)有較強(qiáng)的齒輪的齒體應(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。硬、芯部韌。 10-3 齒輪材料及選用準(zhǔn)則齒輪材料及選用準(zhǔn)則 常用常用齒齒輪材料輪材料鍛鋼鍛鋼 鑄鋼鑄鋼 鑄鐵鑄鐵常作為低速、輕載、不太重要的場合的齒輪材料常作為低速、輕載、不太重要的場合的齒輪材料；適用于高速、輕載、且要求降低噪適用于高速、輕載、且要求降低噪聲的場合。聲的場合。 非金屬材料非金屬材料 二、常用齒輪材料二、常用齒輪材料 鋼材的韌性好，耐沖擊，通過熱處理和化學(xué)處理可改善材鋼材的韌性好，耐沖擊，通過熱處理和

10、化學(xué)處理可改善材料的機(jī)械性能，最適于用來制造齒輪。料的機(jī)械性能，最適于用來制造齒輪。 耐磨性及強(qiáng)度較好，常用于大尺寸齒輪。耐磨性及強(qiáng)度較好，常用于大尺寸齒輪。含碳量為含碳量為(0.150.6)%(0.150.6)%的碳素鋼或合金鋼。的碳素鋼或合金鋼。一般用齒輪用碳素鋼，重要齒輪用合金鋼。一般用齒輪用碳素鋼，重要齒輪用合金鋼。青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 表表10-1 常用齒輪材料及其機(jī)械性能常用齒輪材料及其機(jī)械性能 材料牌號材料牌號 熱處理方法熱處理方法 強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限 屈服極限屈服極限 硬度硬度 (HBS)B / MPa S / Mpa 齒芯部齒芯部 齒面齒面HT250 250 170

11、241 HT300 300 187255 HT350 350 197269 QT500-5 500 147241 QT600-2 600 229302 ZG310-570 ?；；?580 320 156217 ZG340-640 650 350 169229 45 580 290 162217 45 217255 4050HRC 40Cr 241286 4855HRC 調(diào)質(zhì)后表調(diào)質(zhì)后表面淬火面淬火青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 續(xù)表續(xù)表10-1 常用齒輪材料及其機(jī)械性能常用齒輪材料及其機(jī)械性能 材料牌號材料牌號 熱處理方法熱處理方法 強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限 屈服極限屈服極限 硬度硬度 (HBS)

12、B / MPa S / Mpa 齒芯部齒芯部 齒面齒面ZG340640 700 380 241269 45 650 360 217255 30CrMnSi 1100 900 310360 35SiMn 750 450 217269 38SiMnMo 700 550 217269 40Cr 700 500 241286 20Cr 650 400 300 20CrMnTi 1100 850 300 12Cr2Ni4 1100 850 320 35CrAlA 950 750 255321 85HV 滲碳后淬火滲碳后淬火調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)20Cr2Ni4 1200 1100 350 38CrMnAlA 1000

13、 850 255321 85HV 夾布膠木夾布膠木 100 2535 調(diào)質(zhì)后氮化調(diào)質(zhì)后氮化( (氮氮化層化層 0.30.5)0.30.5)青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 熱處理方法熱處理方法表面淬火表面淬火滲碳淬火滲碳淬火調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)正火正火滲氮滲氮 一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr等。表面淬火等。表面淬火后輪齒變形小，可不磨齒，硬度可達(dá)后輪齒變形小，可不磨齒，硬度可達(dá)5256HRC，面硬芯軟，面硬芯軟，能承受一定沖擊載荷。，能承受一定沖擊載荷。1.1.表面淬火表面淬火-高頻淬火、火焰淬火高頻淬火、火焰淬火三、齒輪材料的熱處理和化學(xué)處理三、齒輪材料的熱處

14、理和化學(xué)處理 2. 2. 滲碳淬火滲碳淬火 滲碳鋼為含碳量滲碳鋼為含碳量0.150.25%的低碳鋼和低碳合金鋼，如的低碳鋼和低碳合金鋼，如20、20Cr等。齒面硬度達(dá)等。齒面硬度達(dá)5662HRC，齒面接觸強(qiáng)度高，耐，齒面接觸強(qiáng)度高，耐磨性好，齒芯韌性高。常用于受沖擊載荷的重要傳動。通常磨性好，齒芯韌性高。常用于受沖擊載荷的重要傳動。通常滲碳淬火后要磨齒。滲碳淬火后要磨齒。青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 調(diào)質(zhì)一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如調(diào)質(zhì)一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如4545、40Cr40Cr、35SiMn35SiMn等。調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度為：等。調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度為：220260HBS

15、220260HBS 。因為硬度不高，故可在熱處理后精切齒形，且在使用中因為硬度不高，故可在熱處理后精切齒形，且在使用中易于跑合。易于跑合。3.3.調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)4. 正火正火 正火能消除內(nèi)應(yīng)力、細(xì)化晶粒、改善力學(xué)性能和切削性能正火能消除內(nèi)應(yīng)力、細(xì)化晶粒、改善力學(xué)性能和切削性能。機(jī)械強(qiáng)度要求不高的齒輪可用中碳鋼正火處理。大直徑的。機(jī)械強(qiáng)度要求不高的齒輪可用中碳鋼正火處理。大直徑的齒輪可用鑄鋼正火處理。齒輪可用鑄鋼正火處理。 滲氮是一種化學(xué)處理。滲氮后齒面硬度可達(dá)滲氮是一種化學(xué)處理。滲氮后齒面硬度可達(dá)6062HRC。氮化處理溫度低，輪齒變形小，適用于難以磨齒的場合，如內(nèi)氮化處理溫度低，輪齒變形小，適用于

16、難以磨齒的場合，如內(nèi)齒輪。材料為：齒輪。材料為：38CrMoAlA.5. 滲氮滲氮青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 特點(diǎn)及應(yīng)用：特點(diǎn)及應(yīng)用： 調(diào)質(zhì)、正火處理后的硬度低，調(diào)質(zhì)、正火處理后的硬度低，HBS 350HBS 350，屬軟齒面，屬軟齒面，工藝簡單、用于一般傳動。當(dāng)大小齒輪都是軟齒面時，因工藝簡單、用于一般傳動。當(dāng)大小齒輪都是軟齒面時，因小輪齒根薄，彎曲強(qiáng)度低，故在選材和熱處理時，小輪比小輪齒根薄，彎曲強(qiáng)度低，故在選材和熱處理時，小輪比大輪硬度高大輪硬度高: : 2050HBS2050HBS 表面淬火、滲碳淬火、滲氮處理后齒面表面淬火、滲碳淬火、滲氮處理后齒面硬度高，屬硬齒硬度高，屬硬齒面

17、。其承載能力高，但一般需要磨齒。常用于結(jié)構(gòu)緊湊的場面。其承載能力高，但一般需要磨齒。常用于結(jié)構(gòu)緊湊的場合。合。青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 四、齒輪材料選用的基本原則四、齒輪材料選用的基本原則 1)1) 齒輪材料必須滿足工作條件的要求，如強(qiáng)度、壽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；命、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等； 2)2)應(yīng)考慮齒輪尺寸大小，毛坯成型方法及熱處理和應(yīng)考慮齒輪尺寸大小，毛坯成型方法及熱處理和 制造工藝；制造工藝； 3)3)正火碳鋼，只能用于制作在載荷平穩(wěn)或輕度沖擊正火碳鋼，只能用于制作在載荷平穩(wěn)或輕度沖擊 下工作的齒輪；調(diào)質(zhì)碳鋼可用于在中等沖擊載荷下工作的

18、齒輪；調(diào)質(zhì)碳鋼可用于在中等沖擊載荷 下工作的齒輪；下工作的齒輪； 6)6)鋼制軟齒面齒輪，其配對兩輪齒面的硬度差應(yīng)保鋼制軟齒面齒輪，其配對兩輪齒面的硬度差應(yīng)保 持在持在3050HBS或更多?；蚋唷?4)4)合金鋼常用于制作高速、重載并在沖擊載荷下工合金鋼常用于制作高速、重載并在沖擊載荷下工 作的齒輪；作的齒輪； 5)5)航空齒輪要求尺寸盡可能小，應(yīng)采用表面硬化處航空齒輪要求尺寸盡可能小，應(yīng)采用表面硬化處 理的高強(qiáng)度合金鋼；理的高強(qiáng)度合金鋼； 青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 10-4 齒輪傳動的計算載荷齒輪傳動的計算載荷 齒輪傳動強(qiáng)度計算中所用的載荷，通常取沿齒面接觸線單位齒輪傳動強(qiáng)度計算中

19、所用的載荷，通常取沿齒面接觸線單位長度上所受的載荷，即：長度上所受的載荷，即：實(shí)際傳動中由于原動機(jī)、工作機(jī)性能的影響以及制造誤實(shí)際傳動中由于原動機(jī)、工作機(jī)性能的影響以及制造誤差的影響，載荷會有所增大，且沿接觸線分布不均勻。差的影響，載荷會有所增大，且沿接觸線分布不均勻。接觸線單位長度上的最大載荷為：接觸線單位長度上的最大載荷為：LKFKppncaK為載荷系數(shù)，其值為：為載荷系數(shù)，其值為：KKA Kv K K LFpnF Fn n 為輪齒所受的公稱法向載荷。為輪齒所受的公稱法向載荷。式中：式中：KA 使用系數(shù)使用系數(shù)Kv 動載系數(shù)動載系數(shù)K齒間載荷分配系數(shù)齒間載荷分配系數(shù)K齒向載荷分布系數(shù)齒向載

20、荷分布系數(shù)青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 表表10-2 使用系數(shù)使用系數(shù)KA 青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 動動載載系系數(shù)數(shù)Kv 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0 10 20 30 40 50 m/s Kv 十分精密的齒輪裝置十分精密的齒輪裝置10 8 7 6 9 表表10-3 齒間載荷分配系數(shù)齒間載荷分配系數(shù)K 精度等級精度等級II組組 5 6 7 8 5級及更低級及更低KAFl/b 100N/mm 350）重要的傳動、滲重要的傳動、滲碳淬火齒輪或鑄碳淬火齒輪或鑄造齒輪造齒輪1.01.11.31.41.11.21.41.61.62.21.3彎曲彎曲疲勞疲勞壽命壽命系數(shù)系數(shù)KN

21、調(diào)質(zhì)鋼、珠光體、貝氏體球鐵、可鍛鑄鐵調(diào)質(zhì)鋼、珠光體、貝氏體球鐵、可鍛鑄鐵滲碳淬火鋼、表面淬火鋼滲碳淬火鋼、表面淬火鋼氮化鋼、鐵素體球鐵、結(jié)構(gòu)鋼、灰鑄鐵氮化鋼、鐵素體球鐵、結(jié)構(gòu)鋼、灰鑄鐵氮碳共滲調(diào)質(zhì)鋼氮碳共滲調(diào)質(zhì)鋼青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 氮化氮化及氮及氮碳共碳共滲調(diào)滲調(diào)質(zhì)鋼質(zhì)鋼的的灰鑄灰鑄鐵的鐵的疲勞疲勞極限極限應(yīng)力應(yīng)力鑄鐵鑄鐵材料材料的疲的疲勞極勞極限應(yīng)限應(yīng)力力青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 正火處理的結(jié)構(gòu)鋼和正火處理的結(jié)構(gòu)鋼和鑄鋼的疲勞極限應(yīng)力鑄鋼的疲勞極限應(yīng)力調(diào)質(zhì)處理鋼的疲勞極限應(yīng)力調(diào)質(zhì)處理鋼的疲勞極限應(yīng)力青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 滲碳

22、淬火鋼和表面淬火滲碳淬火鋼和表面淬火鋼的疲勞極限應(yīng)力鋼的疲勞極限應(yīng)力滲氮及氮碳共滲調(diào)質(zhì)鋼的滲氮及氮碳共滲調(diào)質(zhì)鋼的青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 三、三、 齒輪傳動的精度等級齒輪傳動的精度等級制造和安裝齒輪傳動裝置時，不可避免會產(chǎn)生齒形誤差、齒距誤差、齒向誤差、兩軸線不平行誤差等。.誤差的影響：誤差的影響：1.1.轉(zhuǎn)角與理論不一致，影響運(yùn)動的不準(zhǔn)確性；轉(zhuǎn)角與理論不一致，影響運(yùn)動的不準(zhǔn)確性；2.2.瞬時傳動比不恒定，出現(xiàn)速度波動，引起震動、瞬時傳動比不恒定，出現(xiàn)速度波動，引起震動、 沖擊和噪音影響運(yùn)動平穩(wěn)性；沖擊和噪音影響運(yùn)動平穩(wěn)性；3.3.齒向誤差導(dǎo)致輪齒上的載荷分布不均勻，使輪齒提齒向誤差導(dǎo)

23、致輪齒上的載荷分布不均勻，使輪齒提 前損壞，影響載荷分布的不均勻性。前損壞，影響載荷分布的不均勻性。 國標(biāo)國標(biāo)GB10095-88GB10095-88給齒輪副規(guī)定了給齒輪副規(guī)定了1212個精度等級。其中個精度等級。其中1 1級最級最高，高，1212級最低，級最低，常用的為常用的為6 69級精度級精度。 按照誤差的特性及它們對傳動性能的主要影響，將齒輪按照誤差的特性及它們對傳動性能的主要影響，將齒輪的各項公差分成三組，分別反映傳遞運(yùn)動的的各項公差分成三組，分別反映傳遞運(yùn)動的準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性，傳動，傳動的的平穩(wěn)性平穩(wěn)性和載荷分布的和載荷分布的均勻性均勻性。精度選擇是以傳動的精度選擇是以傳動的用途，使用

24、條件，傳遞功率，圓周速用途，使用條件，傳遞功率，圓周速度度等為依據(jù)來確定。等為依據(jù)來確定。青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 7-6-6-XX 8-7-7-XX 6-5-5-XX 7-6-6-XX 圓柱齒輪傳動圓柱齒輪傳動 0 20 40 60 80 100 4003002001000Pca(N/mm)v(m/s)圓錐齒輪傳動圓錐齒輪傳動 0 20 40 60 80 100 4003002001000Pca(N/mm)v(m/s)機(jī)器名稱機(jī)器名稱 精度等級精度等級 機(jī)器名稱機(jī)器名稱 精度等級精度等級 汽輪機(jī)汽輪機(jī) 36 拖拉機(jī)拖拉機(jī) 68 切削機(jī)床切削機(jī)床 38 通用減速器通用減速器 68 航空

25、發(fā)動機(jī)航空發(fā)動機(jī) 48 鍛壓機(jī)床鍛壓機(jī)床 69 輕型汽車輕型汽車 58 起重機(jī)起重機(jī) 710 載重汽車載重汽車 79 農(nóng)機(jī)農(nóng)機(jī) 811 注：主傳動齒輪或重要齒輪傳動，選靠上限；注：主傳動齒輪或重要齒輪傳動，選靠上限； 輔助齒輪傳動或一般齒輔助齒輪傳動或一般齒輪傳動，居中或靠下限選擇。輪傳動，居中或靠下限選擇。表表10-8 各類機(jī)器所用齒輪傳動的精度等級范圍各類機(jī)器所用齒輪傳動的精度等級范圍青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 四、直齒圓柱齒輪設(shè)計的步驟四、直齒圓柱齒輪設(shè)計的步驟 選擇齒輪的材料和熱處理選擇齒輪的材料和熱處理選擇齒數(shù)，選齒寬系數(shù)選擇齒數(shù)，選齒寬系數(shù) d初選載荷系數(shù)初選載荷系數(shù)(如如K

26、t=1.2)按接觸強(qiáng)度確定直徑按接觸強(qiáng)度確定直徑d1計算得計算得mH=d1/z z1 1按彎曲強(qiáng)度確定模數(shù)按彎曲強(qiáng)度確定模數(shù)mF確定模數(shù)確定模數(shù)mt=maxmH ,mF計算確定載荷系數(shù)計算確定載荷系數(shù)K= KAKvKK修正計算模數(shù)修正計算模數(shù)3/ttKKmm m模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化計算主要尺寸：計算主要尺寸：d1=mz z1 d2=mz z2 計計 算算 齒齒 寬：寬： b= d d1確定齒寬：確定齒寬：B2=int(b) B1= B2+(35)mm開開 始始青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 齒輪傳動設(shè)計時，按主要失效形式進(jìn)行強(qiáng)度計算，確定主要尺齒輪傳動設(shè)計時，按主要失效形式進(jìn)行強(qiáng)度計算，確定

27、主要尺寸，然后按其它失效形式進(jìn)行必要的校核。寸，然后按其它失效形式進(jìn)行必要的校核。軟齒面閉式齒輪傳動：軟齒面閉式齒輪傳動：按接觸強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計，按彎曲強(qiáng)度校核：按接觸強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計，按彎曲強(qiáng)度校核：硬齒面閉式齒輪傳動：硬齒面閉式齒輪傳動：按彎曲強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計，按接觸強(qiáng)度校核按彎曲強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計，按接觸強(qiáng)度校核:開式齒輪傳動：開式齒輪傳動：按彎曲強(qiáng)度設(shè)計。按彎曲強(qiáng)度設(shè)計。其失效形式為磨損，點(diǎn)蝕形成之前齒面已磨掉。MPazbmYKTFFF2121) 1(335213HHubaKTumm)z(uYKTmFF21114mmuKTuaaH312335) 1(mm)z(uYKTmFF21114青島科技大學(xué)專用 潘

28、存云教授研制 d12FFF10-7 斜齒圓柱齒輪傳動的強(qiáng)度計算斜齒圓柱齒輪傳動的強(qiáng)度計算一、一、輪齒上的作用力輪齒上的作用力1 1T T1 1112dTFttgFFtaacosntrtgFF 圓周力：圓周力：徑向力：徑向力：軸向力：軸向力：輪齒所受總法向力輪齒所受總法向力Fn可分解為三個分力可分解為三個分力 : :圓周力Ft的方向在主動輪上與運(yùn)動方向相反，在從動論上與運(yùn)動方向相同；徑向力指向各自的軸心；軸向力的方向由螺旋方向和輪齒工作面而定。FrFtFt長方體底面長方體對角面即輪齒法面F=Ft /cos Fr = F tgn nFrFnFnFnc cFaFa青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 t

29、rb1ra1r1r2rb2ra2O2O1 由于由于Fatan ，為了不使軸承承受的軸向力過大，螺旋，為了不使軸承承受的軸向力過大，螺旋角角 不宜選得過大，常在之不宜選得過大，常在之 間選擇。間選擇。二、計算載荷二、計算載荷 pbtpbtL L-為參與嚙合接觸線長度之和。為參與嚙合接觸線長度之和。 對于直齒輪，L=b。對于斜齒輪，為右圖中接觸區(qū)內(nèi)幾條實(shí)線長度之和。 不斷變化近似計算公式：近似計算公式：bcoseabL btbtncacoscoscosaebKFLKFp代入得：代入得： ttcosaebKF - -端面重合度端面重合度 =820計算方法與直齒輪相同，bpbtbpa載荷系數(shù)載荷系數(shù)K

30、 K：KKA Kv K K LKFpnca單位長度上的載荷：單位長度上的載荷： 青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 表表10-2 使用系數(shù)使用系數(shù)KA 載荷系數(shù)載荷系數(shù)K K：KKA Kv K K 青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0 10 20 30 40 50 m/s 十分精密的齒輪裝置十分精密的齒輪裝置10 8 7 6 Kv 9 表表10-3 齒間載荷分配系數(shù)齒間載荷分配系數(shù)K 精度等級精度等級II組組 5 6 7 8 5級及更低級及更低KAFl/b 100N/mm 1.23 H 2 ，應(yīng)取，應(yīng)取H =1.23 H 2， H 2為軟齒面的許用接觸應(yīng)力

31、。為軟齒面的許用接觸應(yīng)力。3) 齒頂面比齒根面具有較高的接觸疲勞強(qiáng)度。齒頂面比齒根面具有較高的接觸疲勞強(qiáng)度。1) 斜齒輪的的接觸線是傾斜的；斜齒輪的的接觸線是傾斜的；2) 小齒輪比大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度要高小齒輪比大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度要高; 近似公式：近似公式：H =（ H 1 + H 2 ）/ 2青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 dm是平均分度圓直徑RbRbR5 . 015 . 02121ud 強(qiáng)度計算時強(qiáng)度計算時，是以錐齒輪，是以錐齒輪齒寬中點(diǎn)齒寬中點(diǎn)處的處的當(dāng)量當(dāng)量齒輪齒輪作為計算時的依據(jù)。作為計算時的依據(jù)。11-8 直齒圓錐齒輪傳動直齒圓錐齒輪傳動對軸交角為90的直齒錐齒輪傳動： 一、設(shè)

32、計參數(shù)一、設(shè)計參數(shù)大端參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值，大端參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值，21211212cottgddddzzumm222122ddRRbRdddd5 . 022m11m錐距：錐距： 當(dāng)量齒輪的錐距：當(dāng)量齒輪的錐距： Rm=R-0.5b 兩個三角形相似令令 R=b/R為齒寬系數(shù)，設(shè)計中常取為齒寬系數(shù)，設(shè)計中常取:則有：)5 . 01 (Rm dd R =0.250.35R Rd1d2BB/21 12 2R-0.5bdm2dm1青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 22112coscosuzz2112coscoszzuvcosmmvmdz mvvmrz2R Rd1d2BB/21 12 2R-0.5bdm2dm11 1

33、2 2ao1o2111cos2mvdr222cos2mvdr當(dāng)量齒輪分度圓直徑：當(dāng)量齒輪分度圓直徑：o1o2mvvmdz 12vvvzzu 當(dāng)量齒輪的齒數(shù)：當(dāng)量齒輪的齒數(shù)：cosz當(dāng)量齒輪的齒數(shù)比：當(dāng)量齒輪的齒數(shù)比：為了保證不根切，應(yīng)有：為了保證不根切，應(yīng)有： Z Zv v1717 平均模數(shù)：平均模數(shù)：)5 . 01(Rm mm青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 dm12c cFt的方向在主動輪上與運(yùn)動方向相反，在從動論上與運(yùn)動方向相同；112mtdTF 111coscosatgFFFtr圓周力：圓周力：徑向力：徑向力：軸向力：軸向力：軸向力Fa的方向?qū)蓚€齒輪都是背著錐頂。asintgFFta

34、輪齒所受總法向力輪齒所受總法向力Fn可分解為三個分力可分解為三個分力 : :1 1T T1 1FtFaFrFFnFtFFrFaatgFFtsinsin1 1=cos=cos2 2coscos1 1=sin=sin2 2徑向力指向各自的軸心；當(dāng)當(dāng)1 1+2 2 = 90= 90 時，有：時，有： Ft1 =Fa2Fa1 =Ft2于是有：于是有：Fn 二、二、輪齒受力分析輪齒受力分析 青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 三、三、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算 一對直齒圓錐齒輪傳動與其當(dāng)量齒輪的強(qiáng)度近似相等?？芍币粚χ饼X圓錐齒輪傳動與其當(dāng)量齒輪的強(qiáng)度近似相等?？芍苯犹子弥饼X輪的計算公式，代入

35、當(dāng)量齒輪參數(shù)。接套用直齒輪的計算公式，代入當(dāng)量齒輪參數(shù)。MPabmYYKFFmSaFatF載荷系數(shù)載荷系數(shù)K K的計算的計算：KKA Kv K K 表表10-2 使用系數(shù)使用系數(shù)KA ?。喝。篕 1青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 -軸承系數(shù)軸承系數(shù)動載系數(shù)動載系數(shù)Kv按比直齒輪低一級精度選取。按比直齒輪低一級精度選取。齒間載荷分配系數(shù)齒間載荷分配系數(shù)： KF KF 1.5 KFbe飛機(jī)、車輛飛機(jī)、車輛 1.00 1.10 1.251.00 1.10 1.25 工業(yè)、船舶工業(yè)、船舶 1.00 1.25 1.501.00 1.25 1.50兩者都是兩端支承兩者都是兩端支承 一個兩端支承一個懸臂一

36、個兩端支承一個懸臂 都是懸臂都是懸臂 應(yīng)用應(yīng)用 小輪和大輪的支承小輪和大輪的支承 表表10-9 10-9 軸承系數(shù)軸承系數(shù)Kfbe 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0 10 20 30 40 50 m/s 十分精密的齒輪裝置十分精密的齒輪裝置10 8 7 6 Kv 9 8 8青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 11t)5 . 01(2zmTFR11t2zmTFm2121umzRMPabmYYKFFmSaFatF代入代入 )5 . 01(Rm mm由由 Rb/R得：得： RRb 代入得設(shè)計公式：代入得設(shè)計公式： 11t2mdTF 又又 3FSaFa2212RR115 . 014YYuzKT

37、mMPabmYYKFFRSaFatF)5 .01(得校核公式：得校核公式： 2121udR青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 )11 (sincos21vm11uda aasin2sin2111vvvdud四、四、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算 綜合曲率為：綜合曲率為：21vv111利用赫茲公式，并代入齒寬中點(diǎn)處的當(dāng)量齒輪相應(yīng)參數(shù)，可得錐齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算公式如下： H312RR1EH5 . 015udKTZ校核計算公式：校核計算公式： 32RR12HE15 . 01)(92. 2uKTZd設(shè)計計算公式：設(shè)計計算公式： 計算所得模數(shù)計算所得模數(shù)m me e , ,應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。 錐齒輪模數(shù)（錐齒輪模數(shù)（GB12368-90） mm 1 1.125 1.25 1.375 1.5 1.75 2 2.25 2.5 2.75 3 3.25 3.5 3.75 4 4.5 5 6 6.5 7 8 9 10直齒錐齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度，仍按齒寬中點(diǎn)處的當(dāng)量圓柱齒輪計算。青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 10-9 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 由強(qiáng)度計算只能確定齒輪的主要參數(shù)：由強(qiáng)度計算只能確定齒輪的主要參數(shù)：如齒數(shù)如齒數(shù)z z、模數(shù)、模數(shù)m、齒寬、齒