第11章 齒輪傳動(dòng)(基礎(chǔ)5) (2)

1、11-1 11-1 輪齒的失效形式輪齒的失效形式 11-2 11-2 齒輪的材料及熱處理齒輪的材料及熱處理 11-3 11-3 齒輪傳動(dòng)的精度齒輪傳動(dòng)的精度 11-4 11-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的作用力及計(jì)算載荷直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的作用力及計(jì)算載荷 11-5 11-5 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算 11-6 11-6 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的輪直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算 11-7 11-7 設(shè)計(jì)圓柱齒輪時(shí)材料和參數(shù)的選取設(shè)計(jì)圓柱齒輪時(shí)材料和參數(shù)的選取 11-8 11-8 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng) 11-10 11-10 齒輪的構(gòu)造齒

2、輪的構(gòu)造 11-11 11-11 齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑及效率齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑及效率 閉式傳動(dòng)閉式傳動(dòng) 封閉在箱體內(nèi)，潤(rùn)滑條件好封閉在箱體內(nèi)，潤(rùn)滑條件好 外露，潤(rùn)滑較差，易磨損外露，潤(rùn)滑較差，易磨損 開(kāi)式傳動(dòng)開(kāi)式傳動(dòng) 按齒面硬度分：按齒面硬度分： 硬齒面齒輪（齒面硬度硬齒面齒輪（齒面硬度350HBS350HBS） 軟齒面齒輪（齒面硬度軟齒面齒輪（齒面硬度350HBS350HBS） 11-1 11-1 輪齒的失效形式輪齒的失效形式 1 1、輪齒折斷、輪齒折斷 疲勞折斷疲勞折斷過(guò)載折斷過(guò)載折斷 全齒折斷全齒折斷常發(fā)生于齒寬較小的直齒輪常發(fā)生于齒寬較小的直齒輪 局部折斷局部折斷常發(fā)生于齒寬較大的直齒輪，常發(fā)生

3、于齒寬較大的直齒輪， 和斜齒輪和斜齒輪 措施：措施： 增大齒根圓角半徑、提高齒面精度、增大模數(shù)等增大齒根圓角半徑、提高齒面精度、增大模數(shù)等 11-1 11-1 輪齒的失效形式輪齒的失效形式 2 2、齒面疲勞點(diǎn)蝕、齒面疲勞點(diǎn)蝕 點(diǎn)蝕常發(fā)生于閉式軟齒面點(diǎn)蝕常發(fā)生于閉式軟齒面 （HBS350HBS350）傳動(dòng)中）傳動(dòng)中 軟齒面軟齒面(HB350)(HB350)的閉式齒輪傳動(dòng)常因齒面點(diǎn)蝕而的閉式齒輪傳動(dòng)常因齒面點(diǎn)蝕而 失效。在開(kāi)式傳動(dòng)中，由于齒面磨損較快，點(diǎn)蝕還失效。在開(kāi)式傳動(dòng)中，由于齒面磨損較快，點(diǎn)蝕還 來(lái)不及出現(xiàn)或擴(kuò)展即被磨掉，所以一般看不到點(diǎn)蝕來(lái)不及出現(xiàn)或擴(kuò)展即被磨掉，所以一般看不到點(diǎn)蝕 現(xiàn)象。

4、現(xiàn)象。 疲勞點(diǎn)蝕首先出現(xiàn)在齒根表疲勞點(diǎn)蝕首先出現(xiàn)在齒根表 面靠近節(jié)線處面靠近節(jié)線處。 齒面抗點(diǎn)蝕能力主要與齒面硬度有關(guān)，齒面抗點(diǎn)蝕能力主要與齒面硬度有關(guān)， 齒面硬度越高，抗點(diǎn)蝕能力越強(qiáng)。齒面硬度越高，抗點(diǎn)蝕能力越強(qiáng)。 11-1 11-1 輪齒的失效形式輪齒的失效形式 3 3、齒面膠合、齒面膠合 措施：措施：采用異種金屬、降低齒高、提高齒面硬度等。采用異種金屬、降低齒高、提高齒面硬度等。 原因：原因： 高速重載；散熱不良；高速重載；散熱不良； 滑動(dòng)速度大；齒面粘連后撕脫滑動(dòng)速度大；齒面粘連后撕脫 11-1 11-1 輪齒的失效形式輪齒的失效形式 是開(kāi)式傳動(dòng)的主要失效形式是開(kāi)式傳動(dòng)的主要失效形式

5、措施：措施：改善潤(rùn)滑和密封條件；開(kāi)式改閉式傳動(dòng)改善潤(rùn)滑和密封條件；開(kāi)式改閉式傳動(dòng) 原因：原因：相對(duì)滑動(dòng)相對(duì)滑動(dòng) 4 4、齒面磨損、齒面磨損 11-1 11-1 輪齒的失效形式輪齒的失效形式 5 5、齒面塑性變形、齒面塑性變形 措施：措施：提高齒面硬度，提高齒面硬度， 采用油性好的潤(rùn)滑油采用油性好的潤(rùn)滑油 原因：原因：重載，齒面軟重載，齒面軟 主要針對(duì)疲勞折斷和齒面點(diǎn)蝕這兩種失效形式主要針對(duì)疲勞折斷和齒面點(diǎn)蝕這兩種失效形式 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度齒根彎曲疲勞強(qiáng)度齒輪抵抗輪齒疲勞折斷的能力齒輪抵抗輪齒疲勞折斷的能力 齒面接觸疲勞強(qiáng)度齒面接觸疲勞強(qiáng)度齒輪抵抗齒面疲勞點(diǎn)蝕的能力齒輪抵抗齒面疲勞點(diǎn)蝕的能力 開(kāi)

6、式齒輪傳動(dòng)采用準(zhǔn)則二，但不校核齒面接觸強(qiáng)度開(kāi)式齒輪傳動(dòng)采用準(zhǔn)則二，但不校核齒面接觸強(qiáng)度 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一：設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一：對(duì)于閉式軟齒面（對(duì)于閉式軟齒面（ HBS350HBS350）傳動(dòng)，）傳動(dòng)， 主要失效形式是齒面點(diǎn)蝕，主要失效形式是齒面點(diǎn)蝕， 所以按齒面接觸疲勞強(qiáng)所以按齒面接觸疲勞強(qiáng) 度設(shè)計(jì)，度設(shè)計(jì)，而校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。而校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則二：設(shè)計(jì)準(zhǔn)則二：對(duì)于閉式硬齒面（對(duì)于閉式硬齒面（ HBS350HBS350）傳動(dòng)，）傳動(dòng)， 主要失效形式是齒根彎曲疲勞折斷，主要失效形式是齒根彎曲疲勞折斷，所以按齒根彎所以按齒根彎 曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，而校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度。而校核齒

7、面接觸疲勞強(qiáng)度。 11-1 11-1 輪齒的失效形式輪齒的失效形式 二、齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則二、齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 一、齒輪材料一、齒輪材料 金屬材料金屬材料 4545號(hào)鋼號(hào)鋼 中碳合金鋼中碳合金鋼 鑄鋼鑄鋼 低碳合金鋼低碳合金鋼 最常用，經(jīng)濟(jì)、貨源充足最常用，經(jīng)濟(jì)、貨源充足 鑄鐵鑄鐵 35SiMn35SiMn、40MnB40MnB、40Cr40Cr等等 20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi等等 ZG310-570ZG310-570、ZG340-640ZG340-640等等 HT350HT350、QT600-3QT600-3等等 非金屬材料非金屬材料尼龍、夾布膠木等尼龍、夾布膠木等

8、 選材時(shí)考慮：選材時(shí)考慮： 工作條件、載荷性質(zhì)、經(jīng)濟(jì)性、制造方法等工作條件、載荷性質(zhì)、經(jīng)濟(jì)性、制造方法等 齒輪毛坯鍛造齒輪毛坯鍛造選可鍛材料；鑄造選可鍛材料；鑄造選可鑄材料選可鑄材料 11-2 11-2 輪齒的材料及熱處理輪齒的材料及熱處理 二、熱處理二、熱處理 調(diào)調(diào) 質(zhì)質(zhì) 正正 火火 表面淬火表面淬火 滲碳淬火滲碳淬火 表面氮化表面氮化 軟齒面。軟齒面。改善機(jī)械性能，增大強(qiáng)度和韌性改善機(jī)械性能，增大強(qiáng)度和韌性 硬齒面。硬齒面。接觸強(qiáng)度高、耐磨性好、可抗沖擊接觸強(qiáng)度高、耐磨性好、可抗沖擊 配對(duì)齒輪均采用軟齒面時(shí)：配對(duì)齒輪均采用軟齒面時(shí)： 小齒輪受載次數(shù)多，故材料應(yīng)選好些，熱處理硬度稍小齒輪受載

9、次數(shù)多，故材料應(yīng)選好些，熱處理硬度稍 高于大齒輪（約高于大齒輪（約202050HBS50HBS） 11-2 11-2 輪齒的材料及熱處理輪齒的材料及熱處理 第第公差組公差組 反映運(yùn)動(dòng)精度，即運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性；反映運(yùn)動(dòng)精度，即運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性； 第第公差組公差組 反映工作平穩(wěn)性精度；反映工作平穩(wěn)性精度； 第第公差組公差組 反映接觸精度，影響載荷分布的均勻性。反映接觸精度，影響載荷分布的均勻性。 GB10095-88GB10095-88將齒輪精度分為三個(gè)公差組：將齒輪精度分為三個(gè)公差組： 每個(gè)公差組有每個(gè)公差組有1212個(gè)等級(jí)，個(gè)等級(jí)，1 1級(jí)最高，級(jí)最高，1212級(jí)最低。級(jí)最低。 精度標(biāo)注示例：精度標(biāo)注

10、示例： 常用常用6 69 9級(jí)。且三個(gè)公差組可取不同等級(jí)。級(jí)。且三個(gè)公差組可取不同等級(jí)。 8 88 87 7FLFL 齒厚上偏差代號(hào)齒厚上偏差代號(hào) 齒厚下偏差代號(hào)齒厚下偏差代號(hào) 若若3 3項(xiàng)精度相同，則記為：項(xiàng)精度相同，則記為： 8 8FLFL 11-3 11-3 齒輪傳動(dòng)的精度齒輪傳動(dòng)的精度 NdTFt 11 /2 11-4 11-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的作用力及計(jì)算載荷直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的作用力及計(jì)算載荷 圓周力圓周力 一、輪齒受力分析一、輪齒受力分析 條件：標(biāo)準(zhǔn)齒輪并忽略齒面間的摩擦力條件：標(biāo)準(zhǔn)齒輪并忽略齒面間的摩擦力 徑向力徑向力 NtgFF tr 法向力法向力 NFF tn cos/ 注

11、意：下標(biāo)注意：下標(biāo)“1”1”表示主動(dòng)輪表示主動(dòng)輪 下標(biāo)下標(biāo)“2”2”表示從動(dòng)輪表示從動(dòng)輪 小齒輪轉(zhuǎn)矩小齒輪轉(zhuǎn)矩 N.mmN.mm 小齒輪分小齒輪分 度圓直徑度圓直徑 分度圓分度圓 壓力角壓力角 2 2 1 1 各力關(guān)系：各力關(guān)系： 21tt FF 21rr FF 各力方向：各力方向：F Ft1 t1與主動(dòng)輪回轉(zhuǎn)方向相反 與主動(dòng)輪回轉(zhuǎn)方向相反 F Ft2 t2與從動(dòng)輪回轉(zhuǎn)方向相同 與從動(dòng)輪回轉(zhuǎn)方向相同 F Fr1 r1 、 、F Fr2 r2分別指向各自齒輪的輪心 分別指向各自齒輪的輪心 n n2 2 n n1 1 F Fr2 r2 F Fr1 r1 F Ft1 t1 F Ft2 t2 n n1

12、 1 n n2 2 11-4 11-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的作用力及計(jì)算載荷直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的作用力及計(jì)算載荷 二、計(jì)算載荷二、計(jì)算載荷F Fnc nc F Fnc nc = = K FK Fn n 載荷系數(shù)載荷系數(shù) 載荷系數(shù)載荷系數(shù) K K 按表按表11113 3選取選取, ,與原動(dòng)機(jī)、工作機(jī)有關(guān)與原動(dòng)機(jī)、工作機(jī)有關(guān)。 原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī) 齒輪對(duì)稱布置齒輪對(duì)稱布置 齒輪制造精度高齒輪制造精度高 斜齒輪傳動(dòng)斜齒輪傳動(dòng) K K取小值取小值 原動(dòng)機(jī)為單缸內(nèi)燃機(jī)原動(dòng)機(jī)為單缸內(nèi)燃機(jī) 開(kāi)式齒輪傳動(dòng)開(kāi)式齒輪傳動(dòng) 齒輪速度高齒輪速度高 K K取大值取大值 11-4 11-4 直齒圓柱

13、齒輪傳動(dòng)的作用力及計(jì)算載荷直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的作用力及計(jì)算載荷 11-5 11-5 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算 閉式軟齒面齒輪傳動(dòng)的主要失效形式是閉式軟齒面齒輪傳動(dòng)的主要失效形式是 強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：H H 工作時(shí)的工作時(shí)的 接觸應(yīng)力接觸應(yīng)力 許用接觸許用接觸 應(yīng)力應(yīng)力 根據(jù)根據(jù)HertzHertz公式求出公式求出 2 2 2 1 2 1 21 11 11 EE b Fn H 負(fù)號(hào)用于負(fù)號(hào)用于 內(nèi)接觸內(nèi)接觸 （11-111-1） 11-5 11-5 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算 漸開(kāi)線齒廓各接觸點(diǎn)的曲率半徑是不同

14、的，故各點(diǎn)的接觸應(yīng)漸開(kāi)線齒廓各接觸點(diǎn)的曲率半徑是不同的，故各點(diǎn)的接觸應(yīng) 力不等，須確定一個(gè)計(jì)算點(diǎn)。力不等，須確定一個(gè)計(jì)算點(diǎn)。 以以節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)處的處的H H為計(jì)算依據(jù)為計(jì)算依據(jù) sin 2 1 11 d CN sin 2 2 22 d CN sin 2 i i d N1 C d1 /2 11-5 11-5 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算 sin 2 i i d 由 ）（）（得 u u dd d ddd 1 sin 2 1 sin 2 sin 2 sin 211 12 1 12121 12 1 2 ,udd z z u NdTFF tn cos/2cos/ 11

15、 在節(jié)點(diǎn)處，一般僅有一對(duì)齒嚙合，即載荷由一對(duì)齒承擔(dān)在節(jié)點(diǎn)處，一般僅有一對(duì)齒嚙合，即載荷由一對(duì)齒承擔(dān), ,即即b b 就是齒輪的寬度。就是齒輪的寬度。 11-5 11-5 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算 齒面接觸強(qiáng)度齒面接觸強(qiáng)度校核式：校核式： 2 2 2 1 2 1 1 11 1 sin 2 cos EE b u u d Ft 2 2 2 1 2 1 1 11 1 sin 2 EE b u u d Fn H 2 2 2 1 2 1 11 1 EE ZE 令 ZE：彈性系數(shù)，與材料有關(guān)， 見(jiàn)表11-4 令 cossin 2 H Z ZH：區(qū)域系數(shù)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒

16、輪 ZH =2.5 u u bd F ZZ t HEH 1 1 以KFt取代Ft，且 1 1 2 d T Ft 11-5 11-5 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算 （11-211-2） 齒面接觸強(qiáng)度齒面接觸強(qiáng)度校核式：校核式： Mpa u u bd KT ZZ HHEH 12 2 1 1 單位 T1：Nmm，b、d：mm 令齒寬系數(shù) 1 d b d 代入上式 齒面接觸強(qiáng)度齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)式：設(shè)計(jì)式： mm ZZ u uKT d H HE d 3 2 1 1 12 Mpa S H H lim 安全系數(shù)，見(jiàn)表安全系數(shù)，見(jiàn)表11-5 （11-311-3） 實(shí)驗(yàn)齒

17、輪實(shí)效概率為實(shí)驗(yàn)齒輪實(shí)效概率為1/100 時(shí)的接觸疲勞強(qiáng)度極限，見(jiàn)時(shí)的接觸疲勞強(qiáng)度極限，見(jiàn) 表表11-1 11-5 11-5 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算 討論：討論： 齒面接觸疲勞強(qiáng)度主要取決于中心距齒面接觸疲勞強(qiáng)度主要取決于中心距a(a(或分度圓直徑或分度圓直徑 d)d) a a 、d d越大，越大，接觸強(qiáng)度接觸強(qiáng)度越大越大H越小越小, , 模數(shù)的大小對(duì)接觸強(qiáng)度無(wú)直接影響模數(shù)的大小對(duì)接觸強(qiáng)度無(wú)直接影響 H1 = H2，而，而H1 H2 設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)， H = minH1 , H2 11-6 11-6 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的輪直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的輪齒彎曲強(qiáng)

18、度計(jì)算齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算 輪齒受載后，相當(dāng)于懸臂梁輪齒受載后，相當(dāng)于懸臂梁 故齒根部分彎曲應(yīng)力最大，是危險(xiǎn)截面故齒根部分彎曲應(yīng)力最大，是危險(xiǎn)截面 為防止輪齒折斷，必須保證：為防止輪齒折斷，必須保證： FF 危險(xiǎn)截面危險(xiǎn)截面 彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力 許用彎曲許用彎曲 應(yīng)力應(yīng)力 假設(shè)假設(shè): :全部載荷由一對(duì)輪齒承擔(dān)全部載荷由一對(duì)輪齒承擔(dān), ,并忽略摩擦力并忽略摩擦力 載荷作用于齒頂時(shí)的受力分析：載荷作用于齒頂時(shí)的受力分析： 水平分力水平分力 F F1 1 = = F Fn ncoscosF F 垂直分力垂直分力 F F2 2 = = F Fn nsinsinF F 齒頂載荷齒頂載荷 作用角作用角 引起彎曲應(yīng)

19、力引起彎曲應(yīng)力 引起壓應(yīng)力（忽略不計(jì)）引起壓應(yīng)力（忽略不計(jì)） 危險(xiǎn)截面的具體位置在哪？危險(xiǎn)截面的具體位置在哪？ 11-6 11-6 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的輪直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算 cos)( cos)(6 2 m s m h bm KF F F F t 常用常用3030切線法確定危險(xiǎn)截面位置切線法確定危險(xiǎn)截面位置 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算以齒根受拉邊為計(jì)算依據(jù)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算以齒根受拉邊為計(jì)算依據(jù) W M F 力臂為力臂為 h hF F，齒根厚為，齒根厚為 s sF F 彎矩：彎矩：M =M = F F 1 1 h hF F = F= Fn ncoscosF F h hF

20、 F K K 抗彎截面系數(shù)：抗彎截面系數(shù)：W W = = b b s sF F2 2/6/6（矩形截面）（矩形截面） 齒寬齒寬 2 cos6 F FFn bs hKF F Fn n= =F Ft t/cos/cos 分子、分母分子、分母 同除以同除以m m2 2 令其為齒形令其為齒形 系數(shù)系數(shù) Y YFa Fa 故，彎曲應(yīng)力：故，彎曲應(yīng)力： Saa F t F YY bm KF 考慮齒根有考慮齒根有 應(yīng)力集中，應(yīng)力集中， 引入的應(yīng)力引入的應(yīng)力 集中系數(shù)集中系數(shù) 11-6 11-6 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的輪直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算 cos)( cos)(6 2 m s m h

21、 Y F F F a F 齒形系數(shù)齒形系數(shù) Y YFa Fa與模數(shù)的大小無(wú)關(guān)，只取決于輪齒的形狀 與模數(shù)的大小無(wú)關(guān)，只取決于輪齒的形狀 當(dāng)齒廓的基本參數(shù)已定時(shí)，當(dāng)齒廓的基本參數(shù)已定時(shí)，Y YFa Fa取決于齒數(shù) 取決于齒數(shù) Z Z 輪輪齒彎曲強(qiáng)度齒彎曲強(qiáng)度校核式：校核式： saa F t F YY bm KF saa F YY bmd KT 1 1 2 F Ft t =2T =2T1 1/d/d1 1 標(biāo)準(zhǔn)齒輪：標(biāo)準(zhǔn)齒輪： z z 越多，越多，Y YFa Fa 越小 越小 ms mh F F 、 與齒形有關(guān)的比例系數(shù)與齒形有關(guān)的比例系數(shù) saa F YY zbm KT 1 2 1 2 MPa

22、F Y YFa Fa：見(jiàn)圖 ：見(jiàn)圖11-811-8 Y Ysa sa：見(jiàn)圖 ：見(jiàn)圖11-911-9 11-6 11-6 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的輪直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算 引入齒寬系數(shù)引入齒寬系數(shù)d d=b/d=b/d1 1，得，得 mm z YYKT m Fd saa F 3 2 1 1 2 討論：討論： 影響齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的主要參數(shù)是模數(shù)影響齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的主要參數(shù)是模數(shù) m m m m彎曲強(qiáng)度彎曲強(qiáng)度齒厚齒厚 s s截面積截面積 F F 配對(duì)的大小齒輪的彎曲應(yīng)力不等配對(duì)的大小齒輪的彎曲應(yīng)力不等 標(biāo)準(zhǔn)齒輪標(biāo)準(zhǔn)齒輪 Y YFa1 Fa1 Y YFa2 Fa2 故故F1

23、F1 F2 F2 輪齒彎曲強(qiáng)度輪齒彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)式：設(shè)計(jì)式： 標(biāo)準(zhǔn)齒輪標(biāo)準(zhǔn)齒輪 Y Ysa1 sa1 Y Ysa2 sa2 11-6 11-6 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的輪直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算 計(jì)算模數(shù)時(shí)，比較計(jì)算模數(shù)時(shí)，比較Y YFa1 Fa1 Y Ysa1 sa1 / /F1 F1 與 與Y YFa2 Fa2 Y Ysa2 sa2 / /F2 F2 的大小， 的大小， 代入大值，計(jì)算的代入大值，計(jì)算的m m值圓整為表值圓整為表4-14-1的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。 因因F1 F1 F2 F2，且小齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)多，故小齒輪的材料 ，且小齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)多，故小齒輪的材料

24、應(yīng)選好些，齒面硬度稍高些應(yīng)選好些，齒面硬度稍高些 單側(cè)受載時(shí)，單側(cè)受載時(shí)，F(xiàn) F看成脈動(dòng)循環(huán)，雙側(cè)受載時(shí)，看成脈動(dòng)循環(huán)，雙側(cè)受載時(shí)，F(xiàn) F看成對(duì)稱看成對(duì)稱 循環(huán)循環(huán) 傳遞動(dòng)力的齒輪，其模數(shù)不易小于傳遞動(dòng)力的齒輪，其模數(shù)不易小于1.51.5 對(duì)開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，對(duì)開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，只按彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，然后將模數(shù)放只按彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，然后將模數(shù)放 大大10101515 11-6 11-6 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的輪直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算 MPa S F F FE 許用應(yīng)力許用應(yīng)力 FE: FE:實(shí)驗(yàn)齒輪實(shí)效概率為 實(shí)驗(yàn)齒輪實(shí)效概率為1/100時(shí)的齒根彎曲疲勞強(qiáng)時(shí)的齒根彎曲疲勞強(qiáng) 度

25、極限，見(jiàn)表度極限，見(jiàn)表11-1，若兩齒面工作時(shí)，應(yīng)將表中的數(shù)，若兩齒面工作時(shí)，應(yīng)將表中的數(shù) 值乘以值乘以0.7。 s F: F:安全系數(shù)，見(jiàn)表 安全系數(shù)，見(jiàn)表11-5 11-7 11-7 設(shè)計(jì)圓柱齒輪傳動(dòng)時(shí)材料和參數(shù)的選取設(shè)計(jì)圓柱齒輪傳動(dòng)時(shí)材料和參數(shù)的選取 二、主要參數(shù)二、主要參數(shù) 中心距中心距 a a、傳動(dòng)比、傳動(dòng)比 i i 一定時(shí)一定時(shí)( (d d不變）：不變）： z z1 1 m m F F F F z z1 1 m m 平穩(wěn)平穩(wěn) h h 切削量少切削量少 原則：在保證齒根彎原則：在保證齒根彎 曲強(qiáng)度的前提下，選曲強(qiáng)度的前提下，選 取盡可能多的齒數(shù)。取盡可能多的齒數(shù)。 閉式傳動(dòng)：閉式傳動(dòng)

26、：z z1 1 =20-40 =20-40 開(kāi)式傳動(dòng)：開(kāi)式傳動(dòng)：z z1 1 =17-25 =17-25 一、材料一、材料 一般選用碳素鋼，若計(jì)算出的齒輪直徑過(guò)大，可一般選用碳素鋼，若計(jì)算出的齒輪直徑過(guò)大，可 選用合金鋼。選用合金鋼。 采用硬齒面可使結(jié)構(gòu)緊湊。但一般情況下需要磨齒。采用硬齒面可使結(jié)構(gòu)緊湊。但一般情況下需要磨齒。 齒輪截面較大時(shí)用鑄造，否則用鍛造。齒輪截面較大時(shí)用鑄造，否則用鍛造。 齒數(shù)齒數(shù) z z1 1的選取的選取 11-7 11-7 設(shè)計(jì)圓柱齒輪傳動(dòng)時(shí)材料和參數(shù)的選取設(shè)計(jì)圓柱齒輪傳動(dòng)時(shí)材料和參數(shù)的選取 為便于裝配，取為便于裝配，取 b1 = b2 + (510) mm b2

27、= d d1 b1=b2b1b2 齒數(shù)比齒數(shù)比u u U=zU=z2 2/z/z1 1, ,為避免大齒輪齒數(shù)過(guò)多，導(dǎo)致徑向尺寸過(guò)大。為避免大齒輪齒數(shù)過(guò)多，導(dǎo)致徑向尺寸過(guò)大。 一般應(yīng)是齒數(shù)比一般應(yīng)是齒數(shù)比 7 7 齒寬系數(shù)齒寬系數(shù)d及齒寬及齒寬 b 齒寬系數(shù)齒寬系數(shù)d參考表參考表11-6 P175例11-1 11-8 11-8 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng) 斜齒輪的特點(diǎn)斜齒輪的特點(diǎn) 輪齒呈螺旋形；嚙合時(shí)接觸線傾斜輪齒呈螺旋形；嚙合時(shí)接觸線傾斜 一、輪齒上的作用力一、輪齒上的作用力 條件：標(biāo)準(zhǔn)齒輪并忽略摩擦力條件：標(biāo)準(zhǔn)齒輪并忽略摩擦力 圓周力圓周力 11 /2dTFt 徑向力徑向力cos/ n

28、tr tgFF 軸向力軸向力tgFF ta 法向力法向力)coscos/( ntn FF n n法面壓力角法面壓力角 t t端面壓力角端面壓力角 螺旋角螺旋角 11-8 11-8 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng) 2 2 1 1 各力關(guān)系：各力關(guān)系： 21tt FF 21rr FF 各力方向：各力方向： F Ft t、F Fr r與直齒輪相同與直齒輪相同 F Fa a 決定于齒輪的轉(zhuǎn)向和輪齒的旋向決定于齒輪的轉(zhuǎn)向和輪齒的旋向 21aa FF 例：例： n n2 2 n n1 1 F Fr2 r2 F Fr1 r1 F Ft1 t1 F Ft2 t2 n n1 1 n n2 2 F Fa2 a2

29、 F Fa1 a1 用用“主動(dòng)輪左、右手定則主動(dòng)輪左、右手定則”判斷判斷 11-8 11-8 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng) 斜齒輪的強(qiáng)度斜齒輪的強(qiáng)度當(dāng)量直齒圓柱齒輪的強(qiáng)度當(dāng)量直齒圓柱齒輪的強(qiáng)度相當(dāng)于相當(dāng)于 當(dāng)量直齒圓柱齒輪：當(dāng)量直齒圓柱齒輪： 模數(shù)模數(shù) = = 斜齒輪法面模數(shù)斜齒輪法面模數(shù) m mn n 壓力角壓力角 = = 斜齒輪法面壓力角斜齒輪法面壓力角n n 齒數(shù)齒數(shù) = = 當(dāng)量齒數(shù)當(dāng)量齒數(shù) z zv v = = z z/cos/cos3 3 分度圓直徑分度圓直徑 d dv v = = d d/cos/cos2 2 法向力法向力 = = 斜齒輪的法向力斜齒輪的法向力 F Fn n

30、把把斜齒圓柱齒輪斜齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算問(wèn)題的強(qiáng)度計(jì)算問(wèn)題 轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)化成直齒圓柱齒輪直齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算問(wèn)題的強(qiáng)度計(jì)算問(wèn)題 二、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算二、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 斜齒輪的接觸應(yīng)力 和彎曲應(yīng)力均比直 齒輪有所降低 11-8 11-8 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng) 二、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算二、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 校核公式校核公式 設(shè)計(jì)公式設(shè)計(jì)公式 Z ZE E材料彈性系數(shù)，見(jiàn)表材料彈性系數(shù)，見(jiàn)表11-411-4； mm ZZZ u uKT d H HE d 3 2 1 1 12 Z ZH H節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)齒輪節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)齒輪Z ZH H =2.5 =2.5； Z Z 螺

31、旋角系數(shù)，螺旋角系數(shù)， cosZ 12 2 1 1 HHEH u u bd KT ZZZ 11-8 11-8 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng) 二、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算二、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 其他幾何參數(shù)計(jì)算：其他幾何參數(shù)計(jì)算： 初步選定齒數(shù)初步選定齒數(shù) z z1 1 初步選定螺旋角初步選定螺旋角，常用，常用8 8- 20- 20 計(jì)算計(jì)算 m mn n = 2acos = 2acos/(z/(z1 1 +z +z2 2 ) ) ， ， 向上圓整成標(biāo)準(zhǔn)值且向上圓整成標(biāo)準(zhǔn)值且 m mn n 1.5 1.5 計(jì)算計(jì)算 = = coscos-1 -1 m mn n ( (z z1 1 + + z

32、z2 2)/2 )/2 a a ， 精確到秒精確到秒 11-8 11-8 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng) 三、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算三、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 接觸線傾斜接觸線傾斜 特點(diǎn)特點(diǎn)： 輪齒局部折斷輪齒局部折斷 斜齒輪的彎曲強(qiáng)度也按斜齒輪的彎曲強(qiáng)度也按進(jìn)行進(jìn)行 斜齒輪的彎曲強(qiáng)度條件斜齒輪的彎曲強(qiáng)度條件 Mpaa F n FFsa YY mbd KT 1 1 2 設(shè)計(jì)式：設(shè)計(jì)式： 校核公式：校核公式： mm z YYKT m Fd saa F n 3 2 2 1 1 cos 2 11-8 11-8 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng) ： Y YFa Fa 齒形系數(shù)，按齒形系數(shù)，按 Z ZV

33、V = = Z Z / cos/ cos3 3 查圖查圖11-811-8 ： 條件相同時(shí)條件相同時(shí), ,斜齒輪的強(qiáng)度大于直齒輪斜齒輪的強(qiáng)度大于直齒輪 Y Ysa sa 應(yīng)力集中系數(shù)，按應(yīng)力集中系數(shù)，按 Z ZV V 查圖查圖11-911-9 11-9 11-9 直齒錐齒輪傳動(dòng)直齒錐齒輪傳動(dòng) 特點(diǎn)特點(diǎn)： 振動(dòng)和噪聲較大，常用于線速度振動(dòng)和噪聲較大，常用于線速度V V55 m m/ /s s的場(chǎng)合的場(chǎng)合 輪齒分布在錐面上，逐漸收縮輪齒分布在錐面上，逐漸收縮 載荷沿齒寬分布不均載荷沿齒寬分布不均 F Fn n b b 0.4b0.4b 法向力法向力F Fn n作用于齒寬中點(diǎn)作用于齒寬中點(diǎn) 錐齒輪的強(qiáng)度等同于錐齒輪的強(qiáng)度等同于 b/2b/2 d dv v/2/2 d dv v 半徑半徑= =錐齒輪齒寬中點(diǎn)背錐母線長(zhǎng)度錐齒輪齒寬中點(diǎn)背錐母線長(zhǎng)度 齒寬齒寬 = = 錐齒輪齒寬錐齒輪齒寬 b b 模數(shù)模數(shù) = = 錐齒輪齒寬中點(diǎn)平均模數(shù)錐齒輪齒寬中點(diǎn)平均模數(shù)m mm m 為簡(jiǎn)化計(jì)算，假定：為簡(jiǎn)化計(jì)算，假定： 11-9 11-9 直齒錐齒輪傳動(dòng)直齒錐齒輪傳動(dòng) 一、齒輪上的作用力一、齒輪上的作用力 作用于齒寬中點(diǎn)的法向力分解成三個(gè)分力作用于齒寬中點(diǎn)的法向力分解成三個(gè)分力： d dm1 m1 = = d d1 1 (1-0.5 (1-0.5 b b/ /R R) = ) = d d