齿轮传动机械设计.ppt

《齿轮传动机械设计.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《齿轮传动机械设计.ppt（111页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、1,第十章 齿轮传动,10-2 齿轮传动的失效形式及设计准则,10-3 齿轮材料及选用原则,10-6 齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择,10-4 齿轮传动的计算载荷,10-5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算,10-8 标准圆锥齿轮传动的强度计算,10-9 齿轮的结构设计,10-10 齿轮传动的润滑,10-1 概述,10-7 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算,内容提要,2,一、作用： 不仅用来传递运动、而且还要传递动力。,二、要求： 运转平稳、足够的承载能力。,三分类,开式传动,10-1 概述,半开式传动,闭式传动,按类型分,按装置型式分,按使用情况分,软齿面齿轮（齿面硬度350HBS）,直

2、齿圆柱齿轮传动,斜齿圆柱齿轮传动,锥齿轮传动,人字齿轮传动,动力齿轮,传动齿轮,按齿面硬度分,硬齿面齿轮（齿面硬度350HBS）,3,四、齿轮传动的特点：, 传动效率高 可达99；, 结构紧凑;, 工作可靠，寿命长；, 传动比稳定;, 制造及安装精度要求高，价格较贵。传动距离不宜过大。,本章学习的根本目的是掌握齿轮传动的设计方法，也就是要能够根据齿轮工作条件的要求，能设计出传动可靠的齿轮。,设计齿轮-设计确定齿轮的主要参数以及结构形式。,主要参数有：模数m、齿数z、螺旋角以及压力角a 。,4,10-2 齿轮传动的失效形式及设计准则,轮齿折断,一、轮齿的失效形式,失效形式,闭式硬齿面、脆性材料

3、齿轮传动的主要破坏形式,5,原因：,疲劳折断, 轮齿受多次重复弯曲应力作用，齿根一侧产生疲劳裂纹。,齿根弯曲应力最大,FF, 齿根应力集中(形状突变、刀痕等)，加速裂纹扩展折断,发生部位:齿根,6,过载折断,后果：传动失效,受冲击载荷或短时过载作用，突然折断，尤其见于脆性材料（淬火钢、铸钢）齿轮。,7,现象：局部折断,整体折断,8,直齿轮,齿宽b较小时，载荷易均布,整体折断,齿宽b较大时，易偏载,斜齿轮：接触线倾斜,载荷集中在齿一端,局部折断,提高轮齿抗折断能力的措施： 1）增大齿根过渡圆角半径，消除加工刀痕，减小齿根应力集中；,2）增大轴及支承的刚性，使轮齿接触线上受载较为均匀；,3）采用合

4、适的热处理，使轮齿芯部材料具有足够的韧性；,4）采用喷丸、滚压等工艺，对齿根表层进行强化处理。,9,齿面点蚀,轮齿折断,失效形式,一、轮齿的失效形式,齿面点蚀,闭式软齿面齿轮传动 的主要破坏形式。,发生部位：一般首先出现在靠近节线的齿根面上。,10,原因：HH,1）齿面受多次交变应力作用，产生接触疲劳裂纹；,4）润滑油进入裂缝，形成封闭高压油腔，楔挤作用使裂纹扩展。油粘度越小，裂纹扩展越快.,2）节线处常为单齿啮合，接触应力大；,3）节线处为纯滚动，靠近节线附近相对滑动速度小，油膜不易形成， 摩擦力大，易产生裂纹。,11,提高轮齿抗点蚀能力的措施：,1）限制齿面接触应力；,2）提高齿面硬度，减

5、小齿面表面粗糙度值；,3）采用粘度高的润滑油。,12,齿面点蚀,齿面胶合,轮齿折断,失效形式,一、轮齿的失效形式,高速重载、低速重载闭式传动 的主要破坏形式。,现象：齿面沿滑动方向粘焊、撕脱，形成沟痕。,13,原因：高速重载v,t ,油,油膜破坏,表面金属直接接触， 融焊相对运动撕裂、沟痕。-热胶合。,低速重载P、v ，不易形成油膜冷胶合。,后果：引起强烈的磨损和发热，传动不平稳，导致齿轮报废。,措施： 1.提高齿面硬度,2.减小齿面粗糙度,3.增加润滑油粘度,4.加抗胶合添加剂,14,齿面胶合,齿面磨损,措施：1.减小齿面粗糙度,2.改善润滑条件，清洁环境,-磨粒磨损,跑合磨损、磨粒磨损。,

6、齿面点蚀,轮齿折断,失效形式,一、轮齿的失效形式,3.提高齿面硬度,开式齿轮传动易发 生磨粒磨损。,15,齿面胶合,齿面磨损,齿面点蚀,轮齿折断,失效形式,塑性变形,一、轮齿的失效形式,表面凸出,表面凹,低速重载软齿面闭式传动 的主要破坏形式。,主动轮1：齿面相对滑动速度方向vs指向节线，所以Ff背离节线，塑变后在齿面节线处产生凹槽。,滚压塑变,16,措施：1.提高齿面硬度,2.改善润滑条件（高粘度）,3.减小齿面粗糙度,锤击塑变：伴有过大冲击产生的塑变,17,折断:,疲劳折断 过载折断,全齿折断(齿根)(直齿),局部折断(斜齿受载不均),H反复裂纹扩展麻点状脱落 靠近节线的齿根表面,齿面胶合

7、:,齿面磨粒磨损:,磨粒磨损齿形破坏,齿面塑性变形:,齿面沿摩擦力方向塑性变形 主凹、从凸,齿面点蚀:,齿面失效,*闭式传动 ,*开式传动 ,*闭式高速重载传动,软齿面 硬齿面,齿面点蚀,轮齿折断,齿面磨粒磨损,齿面胶合,*低速重载软齿面,齿面塑性变形,各种场合的主要失效形式,小结：,润滑失效表面粘连沿运动方向撕裂,18,二、齿轮的设计准则,保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断。,保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。,由工程实践得知（常用的计算方法）：,对高速重载齿轮传动，除以上两设计准则外，还应 按齿面抗胶合能力的准则进行设计。,硬齿面(折断):,以齿面接触疲劳强度设计为主

8、(先求d1) 再校核齿根弯曲疲劳强度,以齿根弯曲疲劳强度设计为主(先求m ) 再校核齿面接触疲劳强度,按弯曲疲劳强度设计(求m ) 考虑磨损将 m适当增大,软齿面(点蚀):,大功率齿轮传动散热计算,19,一、对齿轮材料性能的要求,齿轮的齿体应有较高的抗折断能力，齿面应有较强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力，即要求：齿面硬、芯部韧。,10-3 齿轮材料及选用准则,常用齿轮材料,锻钢,铸钢,铸铁,常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿轮材料；,适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。,非金属材料,二、常用齿轮材料,钢材的韧性好，耐冲击，通过热处理和化学处理可改善材料的机械性能，最适于用来制造齿轮。

9、,耐磨性及强度较好，常用于大尺寸齿轮。,含碳量为(0.150.6)%的碳素钢或合金钢。一般用齿轮用碳素钢，重要齿轮用合金钢。,20,软齿面齿轮加工工艺：锻坯加工毛坯热处理（正火、调质 HB160300）切齿 精度7、8、9级。,硬齿面齿轮加工工艺：锻坯加工毛坯切齿热处理（表面淬火、 渗碳、氮化、氰化）磨齿（表面淬火、渗碳）. 若氮化、氰化：变形小，不磨齿 . 专用磨床，成本高，精度可达4、5、6级。,21,22,23,热处理方法,表面淬火,渗碳淬火,调质,正火,渗氮,一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr等。表面淬火后轮齿变形小，可不磨齿，硬度可达5256HRC，面硬芯软，能承受一定冲击

10、载荷。,1.表面淬火,-高频淬火、火焰淬火,三、齿轮材料的热处理和化学处理,2. 渗碳淬火,渗碳钢为含碳量0.150.25%的低碳钢和低碳合金钢，如20、20Cr等。齿面硬度达5662HRC，齿面接触强度高，耐磨性好，齿芯韧性高。常用于受冲击载荷的重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。,24,调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、35SiMn等。调质处理后齿面硬度为：220260HBS 。因为硬度不高，故可在热处理后精切齿形，且在使用中易于跑合。,3.调质,4. 正火,正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理。大直径的齿轮可用铸钢正火处

11、理。,渗氮是一种化学处理。渗氮后齿面硬度可达6062HRC。氮化处理温度低，轮齿变形小，适用于难以磨齿的场合，如内齿轮。材料为：38CrMoAlA.,5. 渗氮,25,总结：特点及应用 调质、正火处理后的硬度低，HBS 350，属软齿面，工艺简单、用于一般传动。当大小齿轮都是软齿面时，因小轮齿根薄，弯曲强度低，故在选材和热处理时，小轮比大轮硬度高: 3050HBS,表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高，属硬齿面。其承载能力高，但一般需要磨齿。常用于结构紧凑的场合。,26,四、齿轮材料选用的基本原则,1) 齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿 命、可靠性、经济性等；,2)应考虑齿轮尺寸

12、大小，毛坯成型方法及热处理和 制造工艺；,3)正火碳钢，只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击 下工作的齿轮；调质碳钢可用于在中等冲击载荷 下工作的齿轮；,6)钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保 持在3050HBS或更多。,4)合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工 作的齿轮；,5)航空齿轮要求尺寸尽可能小，应采用表面硬化处 理的高强度合金钢；,4 齿轮传动的计算载荷,了便于分析计算，通常取沿齿面接触线单位长度上所受的载荷进行计算。沿齿面接触线单位长度上的平均载荷p(单位为N/mm)为,式中：Fn-作用于齿面接触线上的法向载荷，N； L -沿齿面的接触线长，mm。,在计算齿轮传动强度时，

13、应按接触线单位长度上的最大载荷，即计算载荷pca(单位为N/mm)进行计算。即 式中K为载荷系数。,实际情况：,外部影响：原动机、工作机影响,内部影响：制造、安装误差；受载变形 (齿轮、轴等),实际情况：,外部影响：原动机、工作机影响,内部影响：制造、安装误差；受载变形 (齿轮、轴等),1、使用系数KA,考虑原动机、工作机、联轴器等外部因素引起的动载荷而引入的系数。（P193 表10-2）这种动载荷取决于原动机和工作机的特性，质量比，联轴器类型以及运行状态等。,使用系数,2、动载系数Kv,考虑齿轮啮合过程中因啮合误差和运转速度引起的内部附加 动载荷系数。, Kv=f(精度,v),具体影响因素：

14、,1）基节误差：制造误差、弹性变形引起。,齿轮正确啮合条件：pb1=pb2 。,如果： pb2pb1,提前进入啮合,从动轮修缘。,滞后退出啮合,主动轮修缘。,如果： pb2pb1,iconst2 const 冲击、振动、噪音,2）齿形误差,3）轮齿变形,4）v、齿轮质量动载荷,（ 不同精度齿轮限制vmax ）,降低Kv的措施：,1）齿轮精度,2）限制v,3）修缘齿（齿顶修削）,3、齿间载荷分配系数K,考虑同时啮合的各对轮齿间载荷分配不均匀的系数。,齿轮连续传动条件：1,时而单齿对，时而双齿对啮合。,两对齿同时啮合的接触线总长L=PP+QQ。但由于齿距误差及弹性变形等原因，总载荷Fn并不是按 P

15、P/QQ的比例分配在PP及QQ这两条接触线上。,K取决于轮齿刚度、pb误差、修缘量等。,齿间载荷分配系数KH、KF,4、齿向载荷分布系数K,影响齿向载荷分布的因素有：,a.轴系刚度及齿轮布置形式；,b.齿轮精度；,d.齿面硬度及跑合效果等。,c.齿轮齿宽；,将轮齿做成鼓形齿， 可以改善齿向载荷分布。,一、轮齿的受力分析,啮合传动中，直轮齿的受力分析,圆周力：,径向力：,法向力：,为小轮的名义转矩（Nmm）。,式中： 为小轮的分度圆直径（mm）。,径向力 Fr 的方向指向各自的轮心（外齿轮）。,1. 直齿圆柱齿轮,用集中作用于分度圆上齿宽中点处的法向力 代替轮齿所受的分布力，将 分解，得：,10

16、-5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算,2.标准斜齿圆柱齿轮传动,轮齿上的作用力,圆周力：,径向力：,轴向力：,轮齿所受总法向力Fn可分解为三个分力 :,长方体底面,长方体对角面即轮齿法面,F=Ft /cos,Fr = F tgn,1 主动,2,1 主动,2,啮合传动中，轮齿的受力分析,将 Fn 分解,切向力：,径向力：,轴向力：,（105）,斜齿轮受力,轴向力Fx的方向：用“主动轮左右手法则”判断。,二级受力分析,例题：设两级斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如图所示，试问：（1）低速级斜齿轮的螺旋线方向应如何选择才能使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反？（2）低速级螺旋角应取何值才能使中间轴的轴向力互

17、相抵消。,1）低速轴小齿轮左旋，大齿轮右旋，中间轴上两齿轮旋向相同才能使轴向力相反。（2）2=81604,圆周力：,径向力：,轴向力：,轮齿所受总法向力Fn可分解为三个分力 :,sin1=cos2,cos1=sin2,当1+2 = 90 时，有：,Ft1 =Fa2,Fa1 =Ft2,于是有：,3.圆锥齿轮的轮齿受力分析,例题：如图所示为一圆锥斜齿圆柱齿级减速器。已知输入端的转向（如图所示）。试在图中标出：(1)各轮的转向；(2)欲使轴上所受的轴向力能相互抵消一部分，试确定斜齿轮3和4的旋向；(3)标出各齿轮在啮合点处所受的轴向力Fa、径向力Fr和圆周力Ft的方向；,Fa2,Fa3,54,二、齿

18、根弯曲疲劳强度计算,假定：载荷仅由一对轮齿承担，按悬臂梁计算。齿顶啮合时，即载荷作用在齿顶，忽略压应力。,弯曲力矩： M=KFnhcos,危险截面的弯曲截面系数：,弯曲应力：,危险截面：齿根圆角30 切线两切点连线处。,齿顶受力：Fn，可分解成两个分力：,F1 = Fn cos F2 = Fn sin,-产生弯曲应力；,- -产生压应力，可忽略,55,h和S与模数m相关，,轮齿弯曲强度计算公式：,故YFa与模数m无关。,弯曲应力：,对于标准齿轮, YFa仅取决于齿数Z，取值见下页表。,YFa 齿形系数,F0 -理论弯曲应力，考虑齿根处应力集中的影响：,56,57,计算根切极限,实际根切极限,标

19、准齿轮,58,注意：计算时取： 较大者，计算结果应圆整, 且m 1.5,一般YF1 YF2， YS1 YS2， F1 F2,引入齿宽系数：d=b/d1,得设计公式：,在满足弯曲强度的条件下可适当选取较多的齿数，以使传动平稳。,代入： d1 = m z1,59,三、齿面接触疲劳强度计算,赫兹公式：,“+”用于外啮合，“-”用于内啮合,节圆处齿廓曲率半径：,齿数比: u= z2 /z1 = d2 /d1 = 2 /1 1,60,-弹性影响系数,节点处，载荷由一对轮齿来承担：,将ZE和Fn代入赫兹公式,61,代入赫兹公式得：,引入齿宽系数：d=b/d1,-区域系数,齿面接触疲劳强度校核公式：,得设计

20、公式：,标准齿轮：ZH=2.5,2、模数m不能成为衡量齿轮接触强度的依据。,说明：,1、因两个齿轮的H1= H2 ，故按此强度准则设计齿轮传动时，公式中应代入H 1和H 2中较小者。,62,用设计公式初步计算齿轮分度圆直径d1(或模数mn)时，因载荷系数中的KV、K、K不能预先确定，故可先试选一载荷系数Kt。算出d1t(或 mnt）后，用d1t再查取KV、K、K从而计算K 。若K与Kt接近，则不必修改原设计。否则，按下式修正原设计。,3、弯曲强度设计公式：,接触强度设计公式：,63,4、 齿轮传动设计时，按主要失效形式进行强度计算，确定主要尺寸，然后按其它失效形式进行必要的校核。,（1）软齿面

21、闭式齿轮传动： 按接触强度进行设计，按弯曲强度校核：,（2）硬齿面闭式齿轮传动： 按弯曲强度进行设计，按接触强度校核:,（3）开式齿轮传动：按弯曲强度设计，再视具体需要将所求得的模数适当增大。,其失效形式为磨损，点蚀形成之前齿面已磨掉。,64,一、齿轮传动设计参数的选择,1压力角a的选择,2齿数的选择,一般，闭式齿轮传动: z1=2040,3齿宽系数fd的选择,a不变，z1,m,重合度e,传动平稳,抗弯曲疲劳强度降低,齿高h ,切削量节约费用 、滑动 率，磨损,fd 齿宽b 强度 ，但fd过大将导致K,一般情况下取 a =20,fd的选取可参考齿宽系数表,10-6 齿轮传动的设计参数、许用应力

22、与精度选择,开式齿轮传动: z1=1720 z2=uz1,4齿宽b,大齿轮：b= fd d1 ,小齿轮：b1=b+(510) mm,65,说明：1)大小齿轮皆为硬齿面时， fd应取小值，否则取大值； 2)括号内的数值用于人字齿轮； 3）机床中的齿轮，若传递功率不大时， fd可小到0.2 4)非金属齿轮可取： fd =0.51.2,二、齿轮传动的许用应力,许用应力：,lim -疲劳极限(FE、Hlim ), 由实验确定,S -疲劳强度安全系数， SH=1, SF=1.25-1.5,K N-寿命系数(KFN、KHN)，可查图求得。,66,弯曲疲劳寿命系数KFN,67,68,氮化及氮碳共渗调质钢的F

23、E,灰铸铁的接触疲劳极限,铸铁材料的接触疲劳极限,69,正火处理的结构钢和铸钢的接触疲劳极限,调质处理钢的接触疲劳极限,70,渗碳淬火钢和表面淬火钢的接触疲劳极限,渗氮及氮碳共渗调质钢的Hlim,71,三、 齿轮传动的精度等级,误差的影响：,1.转角与理论不一致，影响运动的不准确性；,2.瞬时传动比不恒定，出现速度波动，引起振动、 冲击和噪音影响运动平稳性；,3.齿向误差导致轮齿上的载荷分布不均匀，使轮齿提 前损坏，影响载荷分布的不均匀性。,国标GB10095-88给齿轮副规定了12个精度等级。其中1级最高，12级最低，常用的为69级精度。,按照误差的特性及它们对传动性能的主要影响，将齿轮的各

24、项公差分成三组，分别反映传递运动的准确性，传动的平稳性和载荷分布的均匀性。,精度选择是以传动的用途，使用条件，传递功率，圆周速度等为依据来确定。,72,73,四、直齿圆柱齿轮设计的步骤（总结）,选择齿轮的材料、精度等级和热处理,选择齿数，选齿宽系数fd 初选载荷系数(如Kt=1.2),按接触强度确定直径d1 计算得mH=d1/z1,按弯曲强度确定模数mF,确定模数mt=maxmH ,mF,计算确定载荷系数K= KAKvKK,修正计算模数,m模数标准化 计算主要尺寸：d1=mz1 d2=mz2 计 算 齿 宽： b=fd d1,确定齿宽：b2=int(b) b1= b2+(510)mm,开 始,

25、74,说明： 齿轮传动设计时，按主要失效形式进行强度计算，确定主要尺寸，然后按其它失效形式进行必要的校核。,（1）软齿面闭式齿轮传动： 按接触强度进行设计，按弯曲强度校核：,（2）硬齿面闭式齿轮传动： 按弯曲强度进行设计，按接触强度校核:,（3）开式齿轮传动：按弯曲强度设计。,其失效形式为磨损，点蚀形成之前齿面已磨掉。,75,10-7 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算,一、轮齿上的作用力,圆周力：,径向力：,轴向力：,轮齿所受总法向力Fn可分解为三个分力 :,长方体底面,长方体对角面即轮齿法面,F=Ft /cos,Fr = F tgn,76,1 主动,2,1 主动,2,啮合传动中，轮齿的受力分析

26、,将 Fn 分解,切向力：,径向力：,轴向力：,（105）,斜齿轮受力,轴向力Fx的方向：用“主动轮左右手法则”判断。,二级受力分析,例题：设两级斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如图所示，试问：（1）低速级斜齿轮的螺旋线方向应如何选择才能使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反？（2）低速级螺旋角应取何值才能使中间轴的轴向力互相抵消。,1）低速轴小齿轮左旋，大齿轮右旋，中间轴上两齿轮旋向相同才能使轴向力相反。（2）2=81604,79,由于Fatanb，为了不使轴承承受的轴向力过大，螺旋角b不宜选得过大，常在 之间选择。,二、计算载荷,L-为参与啮合接触线长度之和。,近似计算公式：,代入得：, -端面重合

27、度,可查图10-26,b=820,载荷系数K：KKA Kv K K,单位长度上的载荷：,80,表10-2 使用系数KA,载荷系数K：KKA Kv K K,81,82,三、齿根弯曲疲劳强度计算,YFa -齿形系数；,按当量齿轮计算强度：,斜齿轮齿面上的接触线为一斜线。,轮齿的失效形式 : 局部折断,YSa-应力校正系数；,Y -螺旋角影响系数。,83,84,85,三、齿根弯曲疲劳强度计算,YFa -齿形系数； YSa 应力校正系数； Y -螺旋角影响系数。,按当量齿轮计算强度：,斜齿轮齿面上的接触线为一斜线。,轮齿的失效形式 : 局部折断,设计计算公式：,86,四、齿面接触疲劳强度计算,法面曲率

28、半径:,综合曲率半径:,参照直齿轮齿面接触疲劳强度计算公式，并引入根据上述关系后可得：,校核计算公式：,其中： ZE-弹性影响系数,选取图在下页,87,得设计计算公式：,斜齿轮的区域系数ZH按下图选取：,引入齿宽系数：d=b/d1,强调斜齿轮的 H与直齿轮不同！,88,特别注意：斜齿轮的H 取法与直齿轮不同！,原因分析：,即使大齿轮的齿根部分e2P段出现点蚀，而导致载荷向齿顶面e1P段转移，只要不超出承载能力，大齿轮的齿顶面和小齿轮的齿面也不会出现点蚀而导致传动失效。,强度同时取决于大齿轮和小齿轮。,当H 1.23 H 2 ，应取H =1.23 H 2， H 2为较软齿面的许用接触应力。,3)

29、 齿顶面比齿根面具有较高的接触疲劳强度。,1) 斜齿轮的接触线是倾斜的；,2) 小齿轮比大齿轮的接触疲劳强度要高;,近似公式：H =（ H 1 + H 2 ）/ 2,89,dm是平均分度圆直径,强度计算时，是以锥齿轮齿宽中点处的当量齿轮作为计算时的依据。,11-8 直齿圆锥齿轮传动（=90）,对轴交角为90的直齿锥齿轮传动：,一、设计参数,大端参数为标准值，,锥距：,当量齿轮的锥距： Rm=R-0.5b,令fR=b/R为齿宽系数，设计中常取:,fR =0.250.35,90,当量齿轮分度圆直径：,当量齿轮的齿数：,当量齿轮的齿数比：,为了保证不根切，应有： Zv17,平均模数：,91,圆周力：

30、,径向力：,轴向力：,轮齿所受总法向力Fn可分解为三个分力 :,sin1=cos2,cos1=sin2,当1+2 = 90 时，有：,Ft1 =Fa2,Fa1 =Ft2,于是有：,二、轮齿受力分析,92,例题：如图所示为一圆锥斜齿圆柱齿级减速器。已知输入端的转向（如图所示）。试在图中标出：(1)各轮的转向；(2)欲使轴上所受的轴向力能相互抵消一部分，试确定斜齿轮3和4的旋向；(3)标出各齿轮在啮合点处所受的轴向力Fa、径向力Fr和圆周力Ft的方向；,Fa2,Fa3,93,三、齿根弯曲疲劳强度计算,一对直齿圆锥齿轮传动与其当量齿轮的强度近似相等。可直接套用直齿轮的计算公式，代入当量齿轮参数。,载

31、荷系数K的计算：KKA Kv K K,（1） KA ：同前 表10-2 使用系数KA,说明：,94,（2）动载系数Kv按比直齿轮低一级精度选取。,（4）齿向载荷分配系数： KF KH 1.5 KHbe,（3）齿间载荷分配系数K ： K F KH 1,95,代入,由,代入得设计公式：,又,得校核公式：,96,四、齿面接触疲劳强度计算,综合曲率为：,校核计算公式：,设计计算公式：,计算所得模数m ,应圆整为标准值。,例10-5,97,10-9 齿轮的结构设计,1、由强度计算只能确定齿轮的主要参数： 如齿数z、模数m、齿宽b、螺旋角b、分度圆直径d 等。,方法：经验设计为主 即在综合考虑齿轮几何尺寸

32、，毛坯，材料，加工方法，使用要求及经济性等 各方面因素的基础上，按齿轮的直径大小，选定合适的结构形式，再根据推荐的经验数据进行结构尺寸计算。,2、齿轮结构设计的内容 主要是确定轮缘，轮辐，轮毂等结构形式及尺寸大小。,一、概述,98,直径较小的钢质齿轮，当齿根圆直径与轴径接近时，可以将齿轮与轴做成一体，称为齿轮轴。否则可能引起轮缘断裂。,1. 齿轮轴,二、常见的结构形式,99,圆锥齿轮轴,圆柱齿轮轴,2. 实心齿轮,100,dh=1.6 ds ; lh=(1.2.1.5) ds ,并使lh b c=0.3b ; =(2.5.4) mn ,但不小于8 mm d0和d按结构取定，当d 较小时可不开孔

33、,3. 腹板式齿轮,101,3. 腹板式齿轮,dh=1.6 ds ; lh=(1.2.1.5) ds ,并使lh b c=0.3b ; =(2.5.4) mn ,但不小于8 mm d0和d按结构取定。,适用于中型尺寸的齿轮。,102,dh= 1.6 ds ; lh= (1.2.1.5) ds c= (0.20.3)b ; = (2.54) me ; 但不小于10 mm d0 和 d 按结构取定,3. 腹板式齿轮,103,dh=( 1.61.8) ds ; lh= (1.2.1.5) ds c= (0.20.3)b ; s=0.8c; = (2.54) me ; 但不小于10 mm d0 和 d

34、 按结构取定,104,dh= 1.6 ds (铸钢) ; dh=1.6 ds (铸铁) lh= (1.2.1.5) ds ,并使lh b c= 0.2b ; 但不小于10 mm = (2.5.4) mn ,但不小于8 mm h1 = 0.8 ds ; h2 = 0.8 h1 ; s = 1.5 h1 ; 但不小于10 mm e = 0.8 ds ; h2 = 0.8 h1,4. 轮辐式齿轮,这种结构适用于大型尺寸的齿轮。,105,油池润滑,采用惰轮的油池润滑,喷油润滑,10-10 齿轮传动的润滑和效率,二、润滑方式,2、闭式齿轮传动的润滑方式由圆周速度v确定。,当v 12 m/s时，采用油池润

35、滑。,当v 12 m/s时，采用油泵喷油润滑。,一、润滑的目的,齿轮传动时，齿面间产生摩擦和磨损，增加能量消耗。,润滑的目的：减少摩擦磨损、散热和防锈蚀。,1、开式及半闭式或低速齿轮传动常采用人工定期润滑。可用润滑油或润滑脂。,106,高速齿轮传动采用喷油润滑的理由： 1)v过高，油被甩走，不能进入啮合区；,2)搅油过于激烈，使油温升高，降低润滑性能；,3)搅起箱底沉淀的杂质，加剧轮齿的磨损。,三、润滑剂的选择：,齿轮传动常用的润滑剂为润滑油或润滑脂。 选用时，应根据齿轮的工作情况（转速高低、载荷大小、环境温度等），选择润滑剂的粘度、牌号。,107,表10-11 齿轮传动常用的润滑剂,108,

36、续表10-11 齿轮传动常用的润滑剂,109,四、齿轮传动的损耗,啮合中的摩擦损耗；,搅动润滑油的油阻损耗；,轴承中的摩擦损耗。,110,作业：10-1、10-6、,111,本章内容：,1. 基本要求,掌握不同条件下齿轮传动的轮齿损伤与失效形式的特点、失效部位、失效机理、防止或减轻失效的措施，以及针对不同失效形式的设计计算准则。,掌握选用齿轮材料的基本要求，软齿面与硬齿面的常用材料及热处理方法，合理地选用齿轮的配对材料及热处理方法。,2. 重点难点,重点是掌握在不同工况下齿轮传动的失效形式；各类齿轮传动的受力分析；圆柱齿轮强度计算中的重要基本概念；难点是齿轮传动的受力分析及方向判断。影响齿轮强

37、度的因素分析及主要参数的选择。,主目录,熟练掌握齿轮传动的受力分析方法。对于直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮和直齿锥齿轮所受各分力的大小与方向，一定要会计算和正确判断（包括在图上正确表示），否则会使轴与轴承的受力分析出错，后果是严重的。,理解齿轮计算中要用计算载荷而不用名义载荷的道理，了解载荷系数（KA 、Kv、K、 K ）的物理意义及其影响因素，采取哪些措施可减小载荷系数。,掌握直齿圆柱齿轮的齿面接触疲劳强度计算和齿根弯曲疲劳强度计算的理论依据，以及力学模型、应力的类型与变化特性；掌握推导公式的思路、公式中各参数的意义及应用公式的注意事项。对斜齿圆柱齿轮及直齿锥齿轮的强度计算，应根据它们的传动特点，转化为当量直齿圆柱齿轮后再进行强度计算，但需注意它们的计算与直齿圆柱齿轮计算的异同点。,