第六章齒輪傳動(dòng)

1、6-1 概述概述 最為常用，屬嚙合傳動(dòng)最為常用，屬嚙合傳動(dòng) 一、特點(diǎn)一、特點(diǎn) 傳動(dòng)比恒定傳動(dòng)比恒定 傳遞動(dòng)力大傳遞動(dòng)力大（可達(dá)幾萬(wàn)可達(dá)幾萬(wàn)KW） 速度高速度高 （可達(dá)可達(dá)150m/s300m/s） 效率高效率高（一般一般=0.940.99） 結(jié)構(gòu)緊湊結(jié)構(gòu)緊湊 （齒輪直徑可達(dá)齒輪直徑可達(dá)1m150m以上以上） 工作可靠，壽命長(zhǎng)工作可靠，壽命長(zhǎng) 制造及安裝精度要求較高制造及安裝精度要求較高 不適合中心距較大處不適合中心距較大處（否則結(jié)構(gòu)很大否則結(jié)構(gòu)很大） 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)直齒圓柱齒輪傳動(dòng) 內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)齒輪齒條傳動(dòng)齒輪齒條傳動(dòng) 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)人字齒輪傳動(dòng)人字齒輪傳動(dòng)

2、 直齒圓錐齒輪傳動(dòng)直齒圓錐齒輪傳動(dòng) 弧齒圓錐齒輪傳動(dòng)弧齒圓錐齒輪傳動(dòng) 蝸桿蝸輪傳動(dòng)蝸桿蝸輪傳動(dòng) 螺旋圓柱齒輪傳動(dòng)螺旋圓柱齒輪傳動(dòng) 現(xiàn)稱現(xiàn)稱交錯(cuò)軸交錯(cuò)軸 斜齒輪傳動(dòng)斜齒輪傳動(dòng) 斜齒圓錐齒輪傳動(dòng)斜齒圓錐齒輪傳動(dòng) 準(zhǔn)雙曲面齒輪傳動(dòng)準(zhǔn)雙曲面齒輪傳動(dòng) 二、分類二、分類 圓柱齒輪傳動(dòng)圓柱齒輪傳動(dòng) 圓錐齒輪傳動(dòng)圓錐齒輪傳動(dòng) 螺旋齒輪傳動(dòng)螺旋齒輪傳動(dòng) 蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng) 開(kāi)式齒輪傳動(dòng)開(kāi)式齒輪傳動(dòng) 按兩輪軸的相對(duì)位置分為按兩輪軸的相對(duì)位置分為 低速傳動(dòng)低速傳動(dòng) 按工作情況分為按工作情況分為 閉式齒輪傳動(dòng)閉式齒輪傳動(dòng) 中速傳動(dòng)中速傳動(dòng) 高速傳動(dòng)高速傳動(dòng) 按圓周速度分為按圓周速度分為 直齒直齒 斜齒斜齒 人字齒人字齒

3、直齒直齒 斜齒斜齒 圓弧齒圓弧齒 只能傳遞小功率 ( 15 m/s) 6-2 輪齒失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則輪齒失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 一、輪齒失效形式一、輪齒失效形式 齒面磨損齒面磨損開(kāi)式傳動(dòng)常發(fā)生（落入雜質(zhì)）。開(kāi)式傳動(dòng)常發(fā)生（落入雜質(zhì)）。 齒面點(diǎn)蝕齒面點(diǎn)蝕局部金屬微粒剝落下來(lái)，形成疲勞點(diǎn)蝕。局部金屬微粒剝落下來(lái)，形成疲勞點(diǎn)蝕。 齒面膠合齒面膠合瞬時(shí)局部溫度過(guò)高而粘連，結(jié)果被撕裂。瞬時(shí)局部溫度過(guò)高而粘連，結(jié)果被撕裂。 塑性變形塑性變形較軟的輪齒受重載產(chǎn)生塑性變形，使較軟的輪齒受重載產(chǎn)生塑性變形，使 齒廓不正確。齒廓不正確。 輪齒折斷輪齒折斷發(fā)生在根部，分為發(fā)生在根部，分為 過(guò)載折斷過(guò)載折斷 疲勞折斷疲勞

4、折斷 首先出現(xiàn)在齒根表面靠近節(jié)線處； 主要與齒面硬度有關(guān)（越高抗點(diǎn)蝕能力越強(qiáng)）。 可用硬度，選高粘度潤(rùn)滑油的方法改善。 二、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則二、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 目前一般按目前一般按 齒面接觸疲勞強(qiáng)度齒面接觸疲勞強(qiáng)度 進(jìn)行計(jì)算。進(jìn)行計(jì)算。 各種具體情況的齒輪設(shè)計(jì)采用何原則各種具體情況的齒輪設(shè)計(jì)采用何原則詳見(jiàn)相關(guān)書(shū)籍。詳見(jiàn)相關(guān)書(shū)籍。 閉式閉式齒面齒面齒面點(diǎn)蝕是主要失效形式，應(yīng)齒面點(diǎn)蝕是主要失效形式，應(yīng) 再按再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核校核 先按先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 閉式閉式齒面齒面齒根折斷是常見(jiàn)失效形式，應(yīng)齒根折斷是常見(jiàn)失效形式，應(yīng) 再按再按

5、齒面接觸疲勞強(qiáng)度齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核校核 先按先按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 開(kāi)式齒輪傳動(dòng)開(kāi)式齒輪傳動(dòng)常為齒面磨損，可常為齒面磨損，可 再將再將m增大增大1020%； 先按先按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度齒根彎曲疲勞強(qiáng)度確定確定m值；值； 無(wú)須校核接觸強(qiáng)度。無(wú)須校核接觸強(qiáng)度。 350HBS稱為稱為齒面，齒面，350HBS稱為稱為齒面齒面 6-3 齒輪材料及選擇原則齒輪材料及選擇原則 基本要求：基本要求： 一、常用材料及熱處理一、常用材料及熱處理 可用優(yōu)質(zhì)碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、鑄鋼、鑄鐵等。可用優(yōu)質(zhì)碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、鑄鋼、鑄鐵等。 多用鍛件或軋制型材。多用鍛件或軋制型材。 d 400600 mm、

6、且不易鍛時(shí)，可用鑄鋼。且不易鍛時(shí)，可用鑄鋼。 開(kāi)式低速傳動(dòng)可用鑄鐵。開(kāi)式低速傳動(dòng)可用鑄鐵。 2）、硬齒面齒輪）、硬齒面齒輪 大多數(shù)齒輪用，因強(qiáng)度高、韌性好、便于制造及熱處理。大多數(shù)齒輪用，因強(qiáng)度高、韌性好、便于制造及熱處理。 1）、軟齒面齒輪）、軟齒面齒輪 尺寸尺寸400600mm、不便鍛造時(shí)用。、不便鍛造時(shí)用。 低速、輕載時(shí)用。低速、輕載時(shí)用。 注意考慮采用球墨鑄鐵。注意考慮采用球墨鑄鐵。 如夾布塑料、尼龍等，一般用途，輕微載荷時(shí)用。如夾布塑料、尼龍等，一般用途，輕微載荷時(shí)用。 二、材料選擇原則二、材料選擇原則 6-4 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算 一、輪齒受力分

7、析一、輪齒受力分析 計(jì)算輪齒受力、設(shè)計(jì)軸及軸承，均須知道輪齒受力。計(jì)算輪齒受力、設(shè)計(jì)軸及軸承，均須知道輪齒受力。 如右圖：齒廓在如右圖：齒廓在P點(diǎn)接觸，忽略摩擦點(diǎn)接觸，忽略摩擦 總壓力為法向力總壓力為法向力 可分解為兩個(gè)力可分解為兩個(gè)力 圓周力：圓周力： 徑向力：徑向力： Ft= 2T1 d1 Fr=Fttg Fn= Ft cos T1=9550 （Nm） P n 二、輪齒的計(jì)算載荷二、輪齒的計(jì)算載荷 上述上述只是只是 ，因制造、安裝及運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)，因制造、安裝及運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn) 等原因，會(huì)產(chǎn)生等原因，會(huì)產(chǎn)生 。 ：需用計(jì)算載荷：需用計(jì)算載荷來(lái)代替來(lái)代替才合理。才合理。 ： ： 三、齒面接觸疲

8、勞強(qiáng)度三、齒面接觸疲勞強(qiáng)度 計(jì)算計(jì)算 齒面點(diǎn)蝕是由于齒面點(diǎn)蝕是由于過(guò)大而引起。過(guò)大而引起。 接觸應(yīng)力屬于彈性力學(xué)中討論的問(wèn)題，又稱接觸應(yīng)力屬于彈性力學(xué)中討論的問(wèn)題，又稱。 H= F B 1 1 1 2 （） 112 E1 122 E2 + 第三章已經(jīng)介紹過(guò)接觸應(yīng)力計(jì)算公式：第三章已經(jīng)介紹過(guò)接觸應(yīng)力計(jì)算公式： 可由此式推算出齒輪接觸應(yīng)力的計(jì)算公式：可由此式推算出齒輪接觸應(yīng)力的計(jì)算公式： ） 下面對(duì)上式進(jìn)行一些處理：下面對(duì)上式進(jìn)行一些處理： 1）、為計(jì)算方便，常取單位長(zhǎng)度上所受載荷進(jìn)行計(jì)算）、為計(jì)算方便，常取單位長(zhǎng)度上所受載荷進(jìn)行計(jì)算 ：Pca= Fca L 2）、令：）、令： 3）、因）、因 僅

9、與材料有關(guān)，可說(shuō)是常數(shù)，故令：僅與材料有關(guān)，可說(shuō)是常數(shù)，故令： 經(jīng)過(guò)三步處理后接觸應(yīng)力計(jì)算公式簡(jiǎn)化為：經(jīng)過(guò)三步處理后接觸應(yīng)力計(jì)算公式簡(jiǎn)化為： 配配 對(duì)對(duì) 齒齒 輪輪 材材 料料 灰鑄鐵灰鑄鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵鑄鋼鑄鋼鍛鋼鍛鋼夾布塑料夾布塑料 鍛鍛 鋼鋼 鑄鑄 鋼鋼 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 灰鑄鐵灰鑄鐵 齒輪材料齒輪材料 彈性系數(shù)彈性系數(shù) （MPa） 11.810417.310420.210420.61040.785104 因各處的曲率半徑不相同，分析可知：因各處的曲率半徑不相同，分析可知：處的應(yīng)力較大。處的應(yīng)力較大。 為使計(jì)算方便，常以節(jié)點(diǎn)處的接觸應(yīng)力為依據(jù)。為使計(jì)算方便，常以節(jié)點(diǎn)處的接觸應(yīng)力為依據(jù)。

10、 在此處：在此處： 故可推得：故可推得： u 稱為稱為齒數(shù)比齒數(shù)比 綜合各式可推得綜合各式可推得接觸疲勞強(qiáng)度公式接觸疲勞強(qiáng)度公式為：為： 或推出或推出為：為： 1）、兩輪的）、兩輪的 不同，應(yīng)取不同，應(yīng)取者代入式中。者代入式中。 2）、兩輪的）、兩輪的 是相同的。是相同的。 四、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度四、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 計(jì)算 計(jì)算 全部載荷由一對(duì)齒承受；全部載荷由一對(duì)齒承受； 為簡(jiǎn)化計(jì)算，假定：為簡(jiǎn)化計(jì)算，假定： 載荷作用于齒頂時(shí)齒根處彎曲應(yīng)力最大。載荷作用于齒頂時(shí)齒根處彎曲應(yīng)力最大。 為防齒根折斷。為防齒根折斷。 此截面最危險(xiǎn)此截面最危險(xiǎn) 兩輪的多個(gè)參數(shù)不相等，故兩輪兩輪的多個(gè)參數(shù)不相等，故兩輪

11、 的強(qiáng)度均應(yīng)校核。的強(qiáng)度均應(yīng)校核。 如用設(shè)計(jì)公式來(lái)設(shè)計(jì)，取如用設(shè)計(jì)公式來(lái)設(shè)計(jì)，取 較大者代入式中計(jì)算。較大者代入式中計(jì)算。 載荷系數(shù) 轉(zhuǎn)矩 齒形系數(shù) 應(yīng)力校正系數(shù) 齒寬系數(shù) 模數(shù) 齒數(shù) 或推出或推出為：為： 裝置狀況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)小齒輪作對(duì)稱布置 兩支承相對(duì)小齒輪作不對(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小齒輪作懸臂布置 d 0.91.4(1.21.9)0.71.15(1.11.65) 0.40.6 大、小齒輪皆為硬齒面時(shí)，取表中偏下限的值；若皆為軟齒面或僅大齒輪為軟齒面時(shí)，大、小齒輪皆為硬齒面時(shí)，取表中偏下限的值；若皆為軟齒面或僅大齒輪為軟齒面時(shí)

12、， 取偏上限的值。取偏上限的值。 括號(hào)內(nèi)的數(shù)值用于人字齒輪，此時(shí)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。為人字齒輪的總寬度。 金屬切削機(jī)床的齒輪傳動(dòng)，若傳遞的功率不大，金屬切削機(jī)床的齒輪傳動(dòng)，若傳遞的功率不大，d可小到可小到0.2。 非金屬齒輪可取非金屬齒輪可取d=0.51.2 。 五、許用應(yīng)力五、許用應(yīng)力 壽命系數(shù)（考慮應(yīng)力循環(huán)次數(shù)）壽命系數(shù)（考慮應(yīng)力循環(huán)次數(shù)） 齒輪疲勞極限齒輪疲勞極限 安全系數(shù)安全系數(shù) 齒根彎曲疲勞許用應(yīng)力齒根彎曲疲勞許用應(yīng)力 齒面接觸疲勞許用應(yīng)力齒面接觸疲勞許用應(yīng)力 彎曲疲勞極限彎曲疲勞極限Flim 接觸疲勞極限接觸疲勞極限Hlim SH=1 SF=1.25

13、1.5 SH SF 具體取值見(jiàn)下表：具體取值見(jiàn)下表： ： 齒輪接觸疲勞極限 Hlim 齒輪彎曲疲勞極限 Flim 6-5 標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算 一、輪齒受力一、輪齒受力 圓周力圓周力 徑向力徑向力 軸向力軸向力 Ft= 2T1 d1 Fa= Ft tg Fr= cos Fttgn 二、強(qiáng)度計(jì)算二、強(qiáng)度計(jì)算 與直齒輪相比：與直齒輪相比：斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)大，大，的輪齒較多，的輪齒較多， 接觸線是接觸線是的，在法面內(nèi)斜齒輪的的，在法面內(nèi)斜齒輪的的分度圓的分度圓 半徑也較大。半徑也較大。 。 或采用或采用： 齒形系數(shù)齒形系數(shù)(按按ZV=Z/cos2查

14、前表查前表) 應(yīng)力校正系數(shù)應(yīng)力校正系數(shù)(按按ZV查前表查前表) 螺旋角影響系數(shù)螺旋角影響系數(shù) 斜齒輪端面重合度斜齒輪端面重合度 螺旋角螺旋角(一般取為一般取為815，精確到分精確到分) 縱向重合度縱向重合度 標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪傳動(dòng)的端面重合度標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪傳動(dòng)的端面重合度 或采用或采用： 區(qū)域系數(shù)區(qū)域系數(shù) 6-6 標(biāo)準(zhǔn)錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 略，自學(xué)。略，自學(xué)。 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 也是按也是按 齒面接觸疲勞強(qiáng)度齒面接觸疲勞強(qiáng)度 進(jìn)行計(jì)算或校核。進(jìn)行計(jì)算或校核。 按按當(dāng)量圓柱齒輪當(dāng)量圓柱齒輪的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。 6-7 變位齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算變位齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算 略，自學(xué)。略，自學(xué)。 仍用標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)的計(jì)算公式，但其中某些系數(shù)另查表。仍用標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)的計(jì)算公式，但其中某些系數(shù)另查表。 6-8 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 整體式整體式 實(shí)心式實(shí)心式 齒圈式齒圈式 腹板式腹板式 輪幅式輪幅式 e2m時(shí)用時(shí)用 da200時(shí)用時(shí)用 da=200500時(shí)用時(shí)用 da5