1、a，1，第5章齒輪傳動(dòng)，a，2，內(nèi)容介紹：本章介紹基于裝載能力計(jì)算的齒輪設(shè)計(jì)方法。 設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容是確定齒輪的基本參數(shù)和主要幾何尺寸的方法。 圍繞這些內(nèi)容討論的主要問題有齒輪精度等級(jí)的選擇齒輪的主要故障形式和計(jì)算基準(zhǔn)齒輪的常用材料及選擇方法齒輪的負(fù)荷計(jì)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度的故障和齒底彎曲疲勞強(qiáng)度故障的齒輪負(fù)荷能力的計(jì)算方法等。 掌握齒輪材料的選定和熱處理方式的常識(shí)2 )齒輪傳遞應(yīng)力類型和變化特性、故障形式、故障部位、發(fā)生機(jī)理和一般對(duì)策。 掌握適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)3 )了解載荷系數(shù)的物理意義及其影響因素4 )掌握齒輪傳動(dòng)的受力分析的方法(包括假定條件、力作用點(diǎn)、各力的大小、方向)5)正齒輪圓柱齒輪傳動(dòng)的

2、齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒底彎曲疲勞強(qiáng)度的計(jì)算方法(包括力的計(jì)算點(diǎn)的確定方法及其依據(jù))和斜齒輪圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度、a、4、本章重點(diǎn)齒輪的故障形式和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)、齒輪的受力分析和計(jì)算載荷、直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算、牙根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算是本章的重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容。 要求明確以下具體問題：1)齒輪傳動(dòng)的故障形式和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)2 )齒輪傳動(dòng)的受力分析3 )參數(shù)d、z1、m、等選擇原則4 )與圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算公式中各參數(shù)的物理意義相互關(guān)系。 a、5、第一節(jié)概要根據(jù)第二節(jié)齒輪的故障形態(tài)和計(jì)算基準(zhǔn)根據(jù)選擇第三節(jié)齒輪材料和第四節(jié)圓柱齒輪傳動(dòng)的載荷計(jì)算第五節(jié)正齒輪圓柱齒輪傳動(dòng)的齒面接觸疲勞強(qiáng)度，a， 6第6節(jié)正齒圓

3、柱齒輪傳動(dòng)的齒底的彎曲疲勞強(qiáng)度第7節(jié)正齒圓柱齒輪傳動(dòng)的靜強(qiáng)度計(jì)算第8節(jié)正齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算第9節(jié)正齒傘齒輪傳動(dòng)第10節(jié)齒輪傳動(dòng)的效率和潤(rùn)滑、a、7、第1節(jié)概要、a、8、概要， 學(xué)習(xí)要求： 理解齒輪設(shè)計(jì)應(yīng)該解決的基本問題掌握齒輪設(shè)計(jì)中的動(dòng)作條件和按齒面硬度分類的方法了解齒數(shù)比I和齒數(shù)比u的差異和聯(lián)系了解齒數(shù)系數(shù)的意義了解齒輪精度等級(jí)的概念。 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)中的基本問題有工作條件和齒面硬度的齒輪分類齒輪傳動(dòng)的主要參數(shù)齒輪精度等級(jí)的選擇、a、9、概要、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)中的基本問題齒輪傳動(dòng)的類型很多，雖然用途不同，但由于運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞的要求， 各齒輪傳動(dòng)必須解決兩個(gè)基本問題：傳動(dòng)平穩(wěn)是通過使瞬時(shí)齒數(shù)比

4、保持一定，盡可能減少齒輪嚙合時(shí)的沖擊、振動(dòng)和噪音。 充分的負(fù)荷能力，是在尺寸和質(zhì)量小的前提下，為了保證正常使用所需的強(qiáng)度、耐磨損性等要求。 在預(yù)定的使用期限內(nèi)不能無效。 關(guān)于傳動(dòng)穩(wěn)定的問題，關(guān)于齒輪嚙合原理的許多內(nèi)容在第8章中進(jìn)行了比較詳細(xì)的研究。 本章敘述了a、10、概要，重點(diǎn)探討齒輪傳遞負(fù)荷能力的問題。 因此，重點(diǎn)介紹了齒輪的故障形式和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)、齒輪常用材料及其選擇、受力分析和載荷計(jì)算、齒輪傳遞的強(qiáng)度計(jì)算方法等，并在此基礎(chǔ)上解決設(shè)計(jì)中如何確定齒輪傳遞的基本參數(shù)和主要尺寸。 目前，考慮到中國(guó)工業(yè)齒輪以漸開線齒形為主，本章討論的問題范圍僅限于漸開線齒輪傳動(dòng)。 按工作條件和齒面硬度進(jìn)行齒輪分類：

5、在齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，負(fù)荷能力的計(jì)算是針對(duì)有齒輪的故障形式進(jìn)行的，齒輪的故障形式還與工作、a、11、概要、工作條件和齒面硬度等要素密切相關(guān)。如果齒輪在密封的潤(rùn)滑好的空間工作，不與放置機(jī)器的外部環(huán)境接觸，空氣中的粉塵就不能侵入齒輪的嚙合齒面，很難想象齒輪也不會(huì)發(fā)生齒面的磨粒磨損。 相反，如果齒輪暴露在大氣環(huán)境中，機(jī)器所在環(huán)境的空氣中的粉塵直接侵入齒輪的嚙合齒面，則齒面磨損的發(fā)生也是不可避免的。 以上例子顯示了齒輪的齒的故障形態(tài)與齒輪的動(dòng)作條件有關(guān)。 對(duì)于機(jī)械所在的環(huán)境，一般將在封閉空間工作(與環(huán)境隔離)的齒輪傳動(dòng)稱為封閉式齒輪傳動(dòng)，否則稱為開放式齒輪傳動(dòng)。 齒面的負(fù)荷能力與齒面硬度有關(guān)，硬度越高，可

6、以理解其負(fù)荷能力、a、12、概要、力也越高。 根據(jù)齒面硬度的大小，齒輪傳遞通?？梢苑譃橛昌X面齒輪傳遞和軟齒面齒輪傳遞兩種。 一對(duì)嚙合齒輪的齒面硬度超過350HBS者，稱為硬齒面齒輪傳動(dòng)，否則，稱為軟齒面齒輪傳動(dòng)。 因此，齒輪傳動(dòng)可分為工作條件和齒面硬度：閉式齒輪傳動(dòng)是工作條件下齒輪傳動(dòng)的軟齒面(硬度350hbs )齒輪傳動(dòng)是齒面硬度且齒面硬度硬的齒面(硬度 350 HBS )齒輪傳動(dòng)，a，13，概要，齒輪傳動(dòng)的主要參數(shù)1 .模塊圓柱齒輪的標(biāo)準(zhǔn)模塊m系列如表8-1所示。 2 .齒輪比I和齒輪比u在一對(duì)齒輪中可以表示為主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n、齒輪數(shù)z，從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速、齒輪數(shù)可以表示為齒輪比i=(18-1 )，但

7、如果將小齒輪的齒輪數(shù)設(shè)為大齒輪的齒輪數(shù)，則齒輪比u為u=1 (18-2 )、a、14、 3 .中心距離a中心距離a是圓柱齒輪傳動(dòng)的特征尺寸，也是最重要的幾何參數(shù)之一。 在設(shè)計(jì)中，值應(yīng)整潔、簡(jiǎn)單，不含小數(shù)。 大量生產(chǎn)時(shí)，推薦中心距離在表18-1中選定。 因?yàn)橛脝误w或小批量生產(chǎn)不限定于此，所以建議參照標(biāo) 準(zhǔn)尺寸GB/T28221981的數(shù)字系，或者尾數(shù)取0、5、2、8的整數(shù)。 4 .齒寬b和齒寬系數(shù)的齒寬b和小齒輪的分度圓直徑之比，稱為齒寬系數(shù)，=(18-3 )，a，15，概況，齒寬系數(shù)反映齒輪寬和徑向尺寸的比例關(guān)系。 的值的大小直接影響齒輪傳動(dòng)的布局和傳動(dòng)質(zhì)量，也是齒輪設(shè)計(jì)的重要參數(shù)之一。 根據(jù)

8、式(18-3 )，齒寬b可以表示為b=d (18-4 )，在使用式(18-4 )計(jì)算齒寬b時(shí)，可能包括小數(shù)部分，通常應(yīng)舍入為整數(shù)。 關(guān)于圓筒齒輪傳動(dòng)(人字齒輪除外)，通常應(yīng)該使小齒輪齒寬b比大齒輪齒寬b寬510mm，一般設(shè)為b=b (圓整數(shù)) b=b (510)mm，a、16。 這是因?yàn)闇p少了對(duì)安裝的要求，保證大齒輪在其齒寬整體上能參加嚙合，不減少齒輪的有效齒寬。 齒輪精度等級(jí)的選擇為漸開線圓柱齒輪和傘齒輪精度標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 10095.12001和GB/T 10095.22001 )，圓柱齒輪和傘齒輪分別規(guī)定了12個(gè)精度等級(jí)，按照精度從高到低的順序分別為1、2、12。 根據(jù)運(yùn)動(dòng)的正確性、傳遞

9、穩(wěn)定性和載荷分布均勻性的要求，各精度等級(jí)的各公差按順序分為三個(gè)組：第I公差組、第ii公差組和第iii公差組。 此外，還規(guī)定了牙膏公差、a、17、概要、齒輪對(duì)的齒隙和圖案的顯示等項(xiàng)目。 齒輪的精度等級(jí)必須根據(jù)傳動(dòng)的用途、使用條件、傳動(dòng)力、圓周速度等來決定。 表18-2表示各種精度等級(jí)齒輪的使用和加工方法等，請(qǐng)?jiān)谶x定精度等級(jí)時(shí)作為參考。 常用59級(jí)精度齒輪允許的最大圓周速度如表18- 3所示。、a、18、第二節(jié)齒輪的故障形式和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)、a、19、齒輪的故障形式和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)習(xí)要求掌握齒輪齒輪的一些常見故障形式和發(fā)生故障的條件掌握普通齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪的故障形式和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，是齒輪傳遞能力計(jì)算的依

10、據(jù)和指導(dǎo)原則，是齒輪傳遞能力計(jì)算的靈魂齒輪故障形式齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，a、20，齒輪故障形式和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，齒輪故障形式正常時(shí)，齒輪故障集中在齒輪部位。 其主要故障形式為，齒輪的齒折斷整體折斷齒輪的齒折斷的形態(tài)，部分折斷疲勞齒輪折斷的性質(zhì)和損傷機(jī)制導(dǎo)致過載(靜力)折斷，a、21，齒輪的齒故障形式和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，整體折斷，一般發(fā)生在牙根部分折斷，主要集中發(fā)生載荷，通常發(fā)生在齒輪齒的一端(圖18-2a )。 如果齒輪制造的安裝不良或軸的變形過大，載荷會(huì)集中在齒輪的一端，齒輪的一部分容易折斷。 齒輪是長(zhǎng)期使用的，由反復(fù)多次載荷引起的齒輪的齒折斷稱為疲勞折斷，由超過暫時(shí)額定載荷(包括一次作用的尖峰載荷)引起的

11、齒輪的齒折斷稱為過載折斷。 兩者的損傷機(jī)制不同，切口形態(tài)不同，設(shè)計(jì)計(jì)算方法也不同。a、22、齒輪故障形式和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，18-2、a、23、齒輪故障形式和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，一般齒輪要有足夠的模數(shù)，以避免齒輪折斷。 其次，增加齒底過渡圓角半徑，降低表面粗糙度值，進(jìn)行齒面強(qiáng)化處理，減輕齒輪加工中的損傷，有助于提高齒輪對(duì)疲勞破壞的抵抗力。 另外，盡可能地消除負(fù)荷分布的偏差，在使齒輪的齒不局部折斷方面是有利的。 為了避免齒輪的齒折斷，一般要對(duì)齒輪的齒進(jìn)行彎曲疲勞強(qiáng)度的計(jì)算。 根據(jù)需要，還應(yīng)進(jìn)行耐彎曲靜強(qiáng)度的計(jì)算。 2 .當(dāng)齒面孔吃齒輪的齒進(jìn)行動(dòng)作時(shí)，其動(dòng)作齒面上的接觸應(yīng)力是根據(jù)時(shí)間而變化的脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力。 在齒面長(zhǎng)

12、時(shí)間的該循環(huán)接觸中，根據(jù)a、24、齒輪的故障形式和計(jì)算基準(zhǔn)、應(yīng)力，微小的金屬有可能剝落而形成淺的孔(麻點(diǎn))，這種現(xiàn)象被稱為齒面孔腐蝕(圖18-2b )。 齒面的點(diǎn)蝕多發(fā)生在潤(rùn)滑良好的閉式齒輪傳動(dòng)上。 在實(shí)踐中，點(diǎn)蝕的部位多發(fā)生在齒輪齒節(jié)線附近靠近齒根的一側(cè)。 這是因?yàn)?，通常，該處只有一?duì)齒輪齒嚙合，接觸應(yīng)力高。 通過提高齒面硬度，降低齒面粗糙度的值，采用粘度高的潤(rùn)滑油和合理的位移等，可以提高齒面對(duì)疲勞點(diǎn)蝕的耐性。 為了防止牙面孔腐蝕，在閉式齒輪傳動(dòng)中，通常需要計(jì)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度。 a，25，齒輪的故障形式和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，3 .齒面粘結(jié)在齒輪表面上，在一定的壓力下直接接觸固定，隨著齒輪的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，

13、會(huì)發(fā)生齒面金屬剝落或轉(zhuǎn)移的固定磨損現(xiàn)象(圖18-2c )。 一般來說，粘合總是在重負(fù)荷條件下發(fā)生。 根據(jù)其形成條件，可以分為熱粘合和冷粘合。 熱粘合發(fā)生在高速、重負(fù)荷的齒輪傳動(dòng)上。 由于重載和較大的相對(duì)折動(dòng)速度，在齒輪齒間產(chǎn)生局部的瞬間高溫，油膜破裂，兩接觸齒面金屬間產(chǎn)生局部的“焊接”而粘接。 冷粘在低速、重負(fù)荷的齒輪傳動(dòng)中發(fā)生。 齒面接觸壓力太大，直接油膜破裂而粘著。 a、26、齒輪的故障形式和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，采用極壓型潤(rùn)滑油，有助于提高齒面硬度、降低齒面粗糙度值、合理地選擇齒輪參數(shù)進(jìn)行位移等，提高齒輪的粘合力。 為了防止粘結(jié)，對(duì)于高速重負(fù)荷的齒輪傳動(dòng)，可以進(jìn)行耐粘結(jié)負(fù)荷能力的計(jì)算。4 .齒面磨粒

14、的磨損若鐵粉、粉塵等微粒進(jìn)入齒輪的嚙合部，則引起齒面的磨粒的磨損(圖18-2d )。 閉式齒輪傳動(dòng)只要經(jīng)常注意潤(rùn)滑油的更換和清掃，一般就不會(huì)發(fā)生磨粒的磨損。 開放齒輪傳動(dòng)，因?yàn)辇X輪露出，主要的故障形態(tài)是磨粒磨損。 磨粒的磨損不僅會(huì)使齒輪齒失去正確的齒形，還會(huì)使齒厚變薄而引起磨齒。 與閉式齒輪傳動(dòng)不同，開放齒輪傳動(dòng)、a、27、齒輪的故障形式和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)被認(rèn)為不發(fā)生齒面腐蝕現(xiàn)象。 這是因?yàn)槟p速度快，齒面未達(dá)到點(diǎn)蝕的程度，其表層材料被打磨。 5 .在齒面塑性變形較重的情況下，由于摩擦力，齒輪有可能發(fā)生齒面塑性變形(也稱為齒面塑性流動(dòng))，齒輪本來的正確齒形被破壞。 如圖18-2e所示，在主、從動(dòng)齒輪中

15、，齒面變形的表現(xiàn)形式根據(jù)齒面摩擦力的方向而不同。 對(duì)于主動(dòng)齒輪，在節(jié)線附近形成有凹槽從動(dòng)齒輪中，在節(jié)線附近形成有脊部。a、28、齒輪的故障形式和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)、齒輪傳動(dòng)的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)閉式傳動(dòng)閉式傳動(dòng)的主要故障形式是齒面食和齒輪的彎曲疲勞折斷。 采用軟齒面(齒面硬度350HBS )時(shí)，齒面接觸疲勞強(qiáng)度相對(duì)較低。 因此，一般根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件，計(jì)算齒輪的分度圓直徑及其主要的幾何參數(shù)(例如中心距離、齒寬等)，來校正齒輪的耐彎曲疲勞強(qiáng)度。 采用硬齒面(齒面硬度 350HBS )時(shí)，首先根據(jù)齒輪的耐彎曲疲勞強(qiáng)度條件，確定齒輪的模數(shù)和主要幾何參數(shù)，然后驗(yàn)證齒面接觸疲勞強(qiáng)度。a、29、齒輪的故障形式和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)、

16、開放傳動(dòng)的主要故障形式是齒面磨粒磨損和齒輪的彎曲疲勞折斷。 目前還沒有完全計(jì)算齒面磨粒磨損的方法，所以通常只進(jìn)行彎曲疲勞強(qiáng)度的計(jì)算，采用適當(dāng)增大模塊的方法來考慮磨粒磨損的影響。a、30、齒輪故障形式和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)、a、31、第三節(jié)齒輪材料及其選擇、a、32、齒輪材料及其選擇、學(xué)習(xí)要求了解鋼和鑄鐵等齒輪材料的選定方法和鋼制齒輪的熱處理方式的常識(shí)理解試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限和試驗(yàn)齒輪的齒底彎曲疲勞極限的概念。 齒輪常用材料是鋼，其次是鑄鐵，有時(shí)也采用銅、塑料等有色金屬材料和非金屬材料。 齒輪常用鋼及其熱處理齒輪常用鑄鐵齒輪材料的選擇試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限試驗(yàn)齒輪的齒底彎曲疲勞極限、a、33、齒輪材料及其選擇，齒輪常用鋼及其熱處理由齒輪的故障形式可知，齒輪的工作表面應(yīng)具有較高的耐腐蝕、耐磨損、耐粘結(jié)和耐塑性變形能力因此，一般理想的齒輪材料必須具有齒面硬、齒心強(qiáng)韌的特征。 在這一點(diǎn)上，鋼通過適當(dāng)?shù)臒崽幚砜梢垣@得滿意的效果，所以通常齒輪材料是理想的。 齒輪用鋼分為碳結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼或變形鋼、鑄鋼等。 變形鋼通常用鍛造成形法制作坯體。 坯料經(jīng)過鍛造加工后，可以改善材料的性能，提高零件的強(qiáng)度。 對(duì)于直徑大、形狀復(fù)雜、重要的齒輪，一般都采用鑄鋼，可以用鑄造成形來制作空白。 齒輪常用鋼及其力學(xué)性能如表18-4所示。a、34