1、第五章 齒輪傳動(dòng),東北大學(xué)國(guó)家工科機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)基地,5-9 齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑,5-2 齒輪傳動(dòng)的失效形式、計(jì)算準(zhǔn)則和材料,5-8 變位齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算,5-7 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算,5-6 標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算,5-5 齒輪精度、設(shè)計(jì)參數(shù)選擇及許用應(yīng)力,5-4 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算,5-3 齒輪傳動(dòng)的載荷計(jì)算,5-1 概述,目 錄,5-10 常用齒輪結(jié)構(gòu),5-1 概述,一、齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn) 1、直徑、速度、功率范圍廣 2、效率高、壽命長(zhǎng)、可靠性高， 3、傳動(dòng)比恒定 4、可實(shí)現(xiàn)平行軸、相交軸及間交錯(cuò)軸的傳動(dòng) 5、要求制造精度高 6、不適于大中心距傳動(dòng),5-1 概述

2、,1、按軸線位置,二、分類,2、按齒面硬度,5-1 概述,三、要求 1、傳動(dòng)平穩(wěn)瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定 2、強(qiáng)度高、壽命足夠,5-2 齒輪失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與材料,一、齒輪傳動(dòng)的失效形式 1.輪齒折斷 2.齒面點(diǎn)蝕 3.齒面膠合 4.齒面磨損 5.輪齒塑性,F,齒根裂紋起始點(diǎn),1.輪齒折斷,（1）過(guò)載斷齒：意外超載,（2）疲勞斷齒：交變載荷反復(fù)作用, （硬齒面齒輪） 齒根圓角應(yīng)力集中， 產(chǎn)生疲勞裂紋、擴(kuò)展、斷齒,5-2 齒輪失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與材料,2.齒面點(diǎn)蝕（軟齒面齒輪）,點(diǎn)蝕：交變接觸應(yīng)力反復(fù)作用, 齒面產(chǎn)生微裂紋，疲勞擴(kuò)展、點(diǎn)蝕,5-2 齒輪失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與材料,齒面點(diǎn)蝕機(jī)理,5-2 齒輪

3、失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與材料,3.齒面膠合 (高速重載齒輪),齒面膠合： 高壓、高速，油膜破裂； 嚙合局部高溫，齒面焊接； 相對(duì)運(yùn)動(dòng)撕裂、涂抹,熱膠合,冷膠合,5-2 齒輪失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與材料,4.齒面磨損 (開(kāi)式齒輪),齒面磨損： 磨料進(jìn)入齒面間； 相對(duì)運(yùn)動(dòng)齒面磨損。,5-2 齒輪失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與材料,5. 輪齒塑變,從動(dòng)齒節(jié)線起脊,主動(dòng)齒節(jié)線出溝,（1）齒面塑性： 齒面較軟，材料沿摩擦力方向流動(dòng),5-2 齒輪失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與材料,（2）齒體塑變,材料較軟，載荷過(guò)大，輪齒整體塑變移位。,5-2 齒輪失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與材料,二、齒輪失效形式與極限轉(zhuǎn)矩的關(guān)系,5-2 齒輪失效形式、設(shè)計(jì)

4、準(zhǔn)則與材料,三、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,1、 閉式齒輪傳動(dòng) 主要失效形式 軟齒面（齒面硬度350HBS），齒面點(diǎn)蝕 硬齒面（齒面硬度350HBS），斷齒、點(diǎn)蝕 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 定參數(shù) 按齒根彎曲強(qiáng)度校核,2、開(kāi)式齒輪傳動(dòng) 主要失效形式：齒面磨損和斷齒 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 ：按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)， 定參數(shù) 降低許用齒根彎應(yīng)力，考慮磨損的影響，取,5-2 齒輪失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與材料,四、齒輪材料,1.基本要求：齒面硬，齒芯韌。,2.常用材料： 優(yōu)質(zhì)碳鋼，合金鋼，鑄鋼，鑄鐵，非金屬材料 優(yōu)先采用鍛制或軋制鋼材。 大尺寸齒輪受鍛造設(shè)備限制或形狀復(fù)雜時(shí)采用鑄鋼。 開(kāi)式齒輪可用鑄鐵 高速小功率以傳遞運(yùn)動(dòng)為主的齒輪可

5、用非金屬材料,5-2 齒輪失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與材料,3.熱處理方法,(1)滲碳淬火 材料：低碳鋼、低碳合金鋼 如20，20CrMnTi 等（含碳0.150.25%） 特點(diǎn)：齒面硬度5662 HRC，芯部韌性較高 接觸強(qiáng)度高，耐磨性好，抗沖擊載荷能力強(qiáng)。 應(yīng)用：對(duì)尺寸和重量有嚴(yán)格要求的重要設(shè)備中。,(2)表面淬火 材料：中碳鋼，中碳合金鋼 如45，40Cr等。 特點(diǎn)：齒面硬度4050 HRC，芯部未淬硬有較高的韌性； 接觸強(qiáng)度高，耐磨性好，能承受一定的沖擊載荷。,5-2 齒輪失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與材料,3.熱處理方法,(3)調(diào)質(zhì)（淬火+高溫回火） 材料：中碳鋼，中碳合金鋼 特點(diǎn)：齒面硬度16028

6、0 HBS 承載能力較低，制造成本低， 應(yīng)用：對(duì)尺寸和重量沒(méi)有嚴(yán)格限制的一般機(jī)械設(shè)備中。 要求：齒面硬度差=HBS1-HBS2=2050 HBS,(4)正火（消除應(yīng)力） 材料：中碳鋼，鑄鋼，鑄鐵 。 特點(diǎn)：承載能力低，制造成本低。 應(yīng)用：強(qiáng)度要求不高的中碳鋼齒輪，鑄鋼、鑄鐵齒輪。,5-2 齒輪失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與材料,一、名義載荷,5-3 齒輪傳動(dòng)的載荷計(jì)算,二、計(jì)算載荷,5-3 齒輪傳動(dòng)的載荷計(jì)算,1. 使用系數(shù),5-3 齒輪傳動(dòng)的載荷計(jì)算,齒輪外部因素引起的動(dòng)載， 與原動(dòng)機(jī)、工作機(jī)、聯(lián)軸器特性有關(guān)（表5-3）,2. 動(dòng)載系數(shù),齒輪內(nèi)部因素引起的附加動(dòng)載荷 查圖5-4,5-3 齒輪傳動(dòng)的載荷

7、計(jì)算,（1）基節(jié)誤差：pb不同2突變沖擊 （2）齒形誤差：ff （3）輪齒變形：剛度變化,3.齒向載荷分布系數(shù),5-3 齒輪傳動(dòng)的載荷計(jì)算,軸彎曲變形的影響,考慮載荷沿齒寬方向分布不均的影響 與齒輪、軸、軸承、箱體變形及安裝誤差有關(guān),軸扭轉(zhuǎn)變形的影響,兩輪均為軟齒面或其中之一為軟齒面,圖5-7,改善齒向載荷分布方法,鼓型修形,5-3 齒輪傳動(dòng)的載荷計(jì)算,4.齒間載荷分配系數(shù),5-3 齒輪傳動(dòng)的載荷計(jì)算,嚙合過(guò)程中，有單齒對(duì)嚙合、雙齒對(duì)嚙合。 由于誤差、變形等原因，載荷在齒對(duì)間分配不均,考慮同時(shí)嚙合齒對(duì)間載荷分配不均的系數(shù) 影響因素： （1）齒輪制造誤差-基節(jié)誤差 （2）嚙合剛度（嚙合齒對(duì)變形有

8、關(guān)）表5-4,表5-4 齒間載荷分布系數(shù),5-3 齒輪傳動(dòng)的載荷計(jì)算,一、輪齒受力分析,5-4 標(biāo)準(zhǔn)直齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算,關(guān)系,二、赫茲公式,5-4 標(biāo)準(zhǔn)直齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算,三、齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算,5-4 標(biāo)準(zhǔn)直齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算,1.計(jì)算模型：C點(diǎn)-節(jié)點(diǎn)當(dāng)量圓柱體接觸代,2.接觸應(yīng)力：,三、齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算,5-4 標(biāo)準(zhǔn)直齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算,2.接觸應(yīng)力：,5-4 標(biāo)準(zhǔn)直齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算,表5-5,5-4 標(biāo)準(zhǔn)直齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算,5-4 標(biāo)準(zhǔn)直齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算,四、齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算,5-4 標(biāo)準(zhǔn)直齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算,1.計(jì)算模型：懸臂梁（單齒對(duì)齒頂受載）,Ysa-應(yīng)力修正系數(shù)(圖5-15）; 考慮齒根

9、過(guò)渡圓角應(yīng)力集中影響,Y-重合度系數(shù)，載荷作用于單齒嚙合區(qū)上界點(diǎn)時(shí)， 彎曲應(yīng)力最大，為修正載荷作用于齒頂計(jì)算產(chǎn)生 的誤差，引入的修正系數(shù),若最終確定參數(shù)后求出與初取值相差較大，則修正模數(shù),5-4 標(biāo)準(zhǔn)直齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算,齒根彎曲強(qiáng)度校核式：,齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)式：,5-4 標(biāo)準(zhǔn)直齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算,許用齒根彎曲應(yīng)力，對(duì)于開(kāi)式齒輪，降低20% 35%，,若最終確定參數(shù)后求出 與初取值相差較大，則修正模數(shù),分析：m-模數(shù)，m大 F小,5-4 標(biāo)準(zhǔn)直齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算,一、齒輪精度選擇,5-5 齒輪精度、設(shè)計(jì)參數(shù)及許用應(yīng)力,常用設(shè)備齒輪的精度等級(jí)6-9級(jí),二 、設(shè)計(jì)參數(shù)選擇,5-5齒輪精度、設(shè)計(jì)參數(shù)及許用

10、應(yīng)力,1、齒數(shù)比,二 、設(shè)計(jì)參數(shù)選擇,5-5 齒輪精度、設(shè)計(jì)參數(shù)及許用應(yīng)力,三、許用應(yīng)力,5-5 齒輪精度、設(shè)計(jì)參數(shù)及許用應(yīng)力,1.齒輪傳動(dòng)的許用應(yīng)力 實(shí)驗(yàn)齒輪及試驗(yàn)條件： 直齒圓柱齒輪m=35mm、 =20、b=1050mm a=100mm, v=10m/s 齒面粗糙度為Rz=3m，失效概率為1%。,5-5 齒輪精度、設(shè)計(jì)參數(shù)及許用應(yīng)力,2. 接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力H：,5-5 齒輪精度、設(shè)計(jì)參數(shù)及許用應(yīng)力,3. 彎曲疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力F：,一、輪齒受力分析,5-6 標(biāo)準(zhǔn)斜圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算,主動(dòng)輪左右手定則：,5-6 標(biāo)準(zhǔn)斜圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算,(1)主動(dòng)輪左旋（右旋）左手（右手） (2)四

11、指握指回轉(zhuǎn)方向 (3)拇指指向軸向力方向,關(guān)系,二、齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算,5-6 標(biāo)準(zhǔn)斜圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算,斜齒圓柱齒輪法面齒廓曲率半徑,1.模型：斜齒輪法面當(dāng)量齒輪齒廓節(jié)點(diǎn)接觸，ZH, Z, 考慮螺旋角影響，引入螺旋角系數(shù)Z,2.接觸應(yīng)力：,2.接觸應(yīng)力：,5-6 標(biāo)準(zhǔn)斜圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算,5-6 標(biāo)準(zhǔn)斜圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算,5-6 標(biāo)準(zhǔn)斜圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算,三、齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算,5-6 標(biāo)準(zhǔn)斜圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算,1.模型：斜齒輪法面當(dāng)量直齒輪輪齒受彎， 引入Y考慮螺旋角影響,2.彎曲強(qiáng)度計(jì)算：,5-6 標(biāo)準(zhǔn)斜圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算,5-6 標(biāo)準(zhǔn)斜圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算,一、主要設(shè)計(jì)參數(shù),5

12、-7 標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算,大端參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值,直齒錐齒輪傳動(dòng)的幾何參數(shù),二、受力分析,5-7 標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算,關(guān)系,三、強(qiáng)度計(jì)算,1、計(jì)算模型：齒寬中點(diǎn)當(dāng)量直齒輪單齒對(duì)嚙合,5-7 標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算,5-7 標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算,校核式：,設(shè)計(jì)公式:,5-7 標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算,校核式：,設(shè)計(jì)公式:,5-7 標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算,5-8 變位齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算,1、高度變位齒輪傳動(dòng)，因x=0, = , 故ZH不變，H不變； 角度變位齒輪傳動(dòng)，當(dāng)x0時(shí)，因 ， 故ZHH 。,2、變位后由于齒形變化，故彎曲強(qiáng)度計(jì)算式中 齒形系數(shù)YFa及應(yīng)力校正系數(shù)Ysa發(fā)生變化。 xYFa. YsaF。,5-9 齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑,定期人工加油潤(rùn)滑,浸油潤(rùn)滑,噴油潤(rùn)滑,5-9 齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑,常用潤(rùn)滑方式,浸油潤(rùn)滑,噴油潤(rùn)