齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)

1、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)第1頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四按兩輪軸線相對(duì)位置及齒向分 1圓柱齒輪傳動(dòng)（直、斜、人字齒、內(nèi)嚙合齒 輪、齒輪齒條）用于兩平行軸間傳動(dòng)2圓錐齒輪傳動(dòng)用于垂直相交軸間傳動(dòng)3螺旋齒輪傳動(dòng)用于空間交錯(cuò)軸間傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)分類(lèi)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)第2頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四閉式齒輪傳動(dòng)：齒輪封閉在箱體內(nèi)，潤(rùn)滑條件好。開(kāi)式齒輪傳動(dòng)：齒輪完全暴露在空氣中，易進(jìn) 灰、砂，潤(rùn)滑不良易磨損。半開(kāi)式齒輪傳動(dòng)：有簡(jiǎn)單護(hù)罩，較開(kāi)式傳動(dòng)好， 仍易進(jìn)灰、砂等。按齒輪傳動(dòng)工作情況分 軟齒面齒輪HBS350的齒輪硬齒面齒輪HBS350的齒輪用HRC表示， 1

2、HRC10HBS按齒輪齒面硬度分 1保證傳動(dòng)的平穩(wěn)性 即要求瞬時(shí)傳動(dòng)比為常數(shù)。2保證傳動(dòng)的承載能力 在有足夠強(qiáng)度前提下使齒輪尺 寸小、重量輕、壽命長(zhǎng)等。 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)需滿足的基本要求 第3頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四一、齒輪傳動(dòng)的失效形式齒輪的失效主要發(fā)生在輪齒，其它部分很少失效。失效形式輪齒折斷齒面損傷疲勞點(diǎn)蝕齒面磨粒磨損齒面膠合齒面塑性變形11-2 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則第4頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四1.輪齒折斷常發(fā)生于閉式硬齒面或開(kāi)式傳動(dòng)中。現(xiàn)象：局部折斷整體折斷第5頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星

3、期四原因： 疲勞折斷 輪齒受多次重復(fù)彎曲應(yīng)力作用，齒根受拉一側(cè)產(chǎn)生 疲勞裂紋。齒根彎曲應(yīng)力最大FFPt齒雙側(cè)受載(1主動(dòng))t齒單側(cè)受載123位置：均始于齒根受拉應(yīng)力一側(cè)。 齒根應(yīng)力集中(形狀突變、刀痕等)，加速裂紋擴(kuò) 展折斷第6頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四 過(guò)載折斷后果：傳動(dòng)失效受沖擊載荷或短時(shí)過(guò)載作用，突然折斷，尤其見(jiàn)于脆性材料（淬火鋼、鑄鋼）齒輪。直齒輪齒寬b較小時(shí)，載荷易均布整體折斷齒寬b較大時(shí)，易偏載斜齒輪： 接觸線傾斜 載荷集中 在齒一端局部折斷第7頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四改善措施：1）d一定時(shí)，z，m；2）正變位；齒根

4、厚度抗彎強(qiáng)度應(yīng)力集中改善載荷分布6）輪齒精度；7）支承剛度。4）齒根過(guò)渡圓角半徑；3）提高齒面硬度(HBS)FP ；5）表面粗糙度，加工損傷；第8頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四2.齒面點(diǎn)蝕常出現(xiàn)在潤(rùn)滑良好的閉式軟齒面?zhèn)鲃?dòng)中。原因：HHP脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力1）齒面受多次交變應(yīng)力作用，產(chǎn)生接觸疲勞裂紋；2）節(jié)線處常為單齒嚙合，接觸應(yīng)力大；現(xiàn)象：節(jié)線靠近齒根部位出現(xiàn)麻點(diǎn)狀小坑。4）潤(rùn)滑油進(jìn)入裂縫，形成封閉高壓油腔，楔擠作用使裂紋擴(kuò) 展。（油粘度越小，裂紋擴(kuò)展越快）3）節(jié)線處為純滾動(dòng)，靠近節(jié)線附近滑動(dòng)速度小，油膜不易形 成，摩擦力大，易產(chǎn)生裂紋；第9頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月

5、20日，18點(diǎn)52分，星期四后果：齒廓表面破壞，振動(dòng)，噪音，傳動(dòng)不平穩(wěn) 接觸面，承載能力傳動(dòng)失效軟齒面齒輪：收斂性點(diǎn)蝕，相當(dāng)于跑合； 跑合后，若H仍大于HP，則成為擴(kuò)展性點(diǎn)蝕。硬齒面齒輪：點(diǎn)蝕一旦形成就擴(kuò)展，直至齒面完全破壞。 擴(kuò)展性點(diǎn)蝕開(kāi)式傳動(dòng)：無(wú)點(diǎn)蝕（v磨損v點(diǎn)蝕）改善措施：1）HBSHP 3）表面粗糙度，加工精度4）潤(rùn)滑油粘度2）（綜合曲率半徑）(d1)接觸強(qiáng)度第10頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四常發(fā)生于開(kāi)式齒輪傳動(dòng)。原因：相對(duì)滑動(dòng)+硬顆粒(灰塵、金屬屑末等) 潤(rùn)滑不良+表面粗糙。后果：正確齒形被破壞、傳動(dòng)不平穩(wěn)， 齒厚減薄、 抗彎能力折斷改善措施：閉式：1）

6、HBS，選用耐磨材料；2）表面粗糙度；3）滑動(dòng)系數(shù)；4）潤(rùn)滑油的清潔。開(kāi)式：5）加防塵罩。現(xiàn)象：金屬表面材料不斷減小3.齒面磨粒磨損第11頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四4.齒面膠合嚴(yán)重的粘著磨損低速重載P、v ，不易形成油膜冷膠合。后果：引起強(qiáng)烈的磨損和發(fā)熱，傳動(dòng)不平穩(wěn)，導(dǎo)致齒 輪報(bào)廢。現(xiàn)象：齒面沿滑動(dòng)方向粘焊、撕脫，形成溝痕。原因：高速重載v，t ，油，油膜破壞，表 面金屬直接接觸，融焊相對(duì)運(yùn) 動(dòng)撕裂、溝痕。第12頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四改善措施：1）m齒高h(yuǎn)齒面vs（必須滿足F）。 2）采用抗膠合性能好的齒輪材料對(duì)。3）降低齒面

7、壓力，采用良好的潤(rùn)滑方式及潤(rùn)滑劑。4）提高接觸精度，采用角變位齒輪，嚙合開(kāi)始和 終了時(shí)的vs。5）對(duì)齒輪進(jìn)行修形，修去一部分齒頂，使vs大的齒頂 不起作用。 6）表面粗糙度，齒面硬度HBS。第13頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四5.齒面塑性變形齒面較軟時(shí)，重載下，F(xiàn)f材料塑性流動(dòng)（流動(dòng)方向沿Ff）該失效主要出現(xiàn)在低速重載、頻繁啟動(dòng)和過(guò)載場(chǎng)合。主動(dòng)輪1：齒面相對(duì)滑動(dòng)速度方向vs指向節(jié)線，所以Ff背離節(jié) 線，塑變后在齒面節(jié)線處產(chǎn)生凹槽。第14頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四從動(dòng)輪2：vs背離節(jié)線，F(xiàn)f指向節(jié)線，塑 變后在齒面節(jié)線處形成凸脊。改善措

8、施：1）齒面硬度； 2）采用的潤(rùn)滑油。第15頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四失效形式相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1、閉式齒輪傳動(dòng)主要失效為：點(diǎn)蝕、輪齒折斷、膠合軟齒面：主要是點(diǎn)蝕、其次是折斷，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè) 計(jì)計(jì)算、校核齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度。高速重載還要進(jìn)行抗膠合計(jì)算硬齒面：主要是折斷、其次是點(diǎn)蝕，按齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度 設(shè)計(jì)計(jì)算、校核齒面的接觸疲勞強(qiáng)度。2、開(kāi)式齒輪傳動(dòng)主要失效為：齒面磨損、輪齒折斷，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè) 計(jì)，但適當(dāng)降低（20%）許用應(yīng)力以考慮磨損 的影響。3、短期過(guò)載傳動(dòng)過(guò)載折斷齒面塑變靜強(qiáng)度計(jì)算二、齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則第16頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日

9、，18點(diǎn)52分，星期四11-3 齒輪材料及許用應(yīng)力一、齒輪材料及熱處理1、材料要求 ： 齒面硬、齒芯韌(1)齒面應(yīng)有足夠的硬度，以抵抗齒面磨損、點(diǎn)蝕、膠合 以及塑性變形等；(2)齒芯應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和較好的韌性，以抵抗齒根折斷 和沖擊載荷：(3)應(yīng)有良好的加工工藝性能及熱處理性能使之便于加 工且便于提高其力學(xué)性能。第17頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四2、常用材料鍛鋼、鑄鋼、鑄鐵、非金屬材料1）鍛鋼a）軟齒面齒輪 HBS350中碳鋼：40、45、50、55等中碳合金鋼：40Cr、40MnB、20Cr特點(diǎn)：齒面硬度不高，限制了承載能力，但易于制造，成本 低，常用于對(duì)尺寸和

10、重量無(wú)嚴(yán)格要求的場(chǎng)合。加工工藝：鍛坯加工毛坯熱處理（正火、調(diào)質(zhì) HBS160300）切齒 精度7、8、9級(jí)。第18頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四b）硬齒面齒輪：HBS350低碳、中碳鋼：20、45等低碳、中碳合金鋼：20Cr、20CrMnTi、20MnB等特點(diǎn)：齒面硬度高、承載能力高、適用于對(duì)尺寸、重量有 較高要求的場(chǎng)合（如高速、重載及精密機(jī)械傳動(dòng)）。加工工藝：鍛坯加工毛坯切齒熱處理（表面 淬火、滲碳、氮化、氰化）磨齒（表面淬 火、滲碳）。若氮化、氰化：變形小，不磨齒 。 專用磨床，成本高，精度可達(dá)4、5、6級(jí)。第19頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52

11、分，星期四2）鑄鋼ZG310-570、ZG340-640用于d400600mm的大尺寸齒輪；不重要的，批量生產(chǎn)的齒輪。3）鑄鐵4）非金屬材料灰鑄鐵 HT250、HT300 球墨鑄鐵 QT500-5、QT600-2低速輕載、尺寸要求不嚴(yán)的開(kāi)式齒輪夾布膠木、塑料用于高速、小功率、精度不高或要求低噪聲的齒輪第20頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四2）中低速、中低載齒輪傳動(dòng)：大、小齒輪齒面有一定硬度 差，HBS1=HBS2+（3050）。3、材料的選擇原則1）按不同工況選材。 使大、小齒輪壽命接近； 減摩性、耐磨性好； 小齒輪可對(duì)大齒輪起冷作硬化作用。3）有良好的加工工藝性，便

12、于齒輪加工。 大直徑d400 ，用ZG 大直徑齒輪：齒面硬度不宜太高，HBS200，以免 中途換刀第21頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四4）材料易得、價(jià)格合理。舉例：起重機(jī)減速器：小齒輪45鋼，調(diào)質(zhì)，HBS230260 大齒輪45鋼，正火，HBS180210機(jī)床主軸箱：小齒輪40Cr或40MnB，表面淬火，HRC5055 大齒輪40Cr或40MnB，表面淬火，HRC4550第22頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四第23頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四常用的齒輪材料優(yōu)質(zhì)碳素鋼類(lèi) 別牌 號(hào)熱 處 理硬度（HBS或HRC）合

13、金結(jié)構(gòu)鋼鑄 鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵35正火150180 HBS調(diào)質(zhì)表面淬火180210 HBS4045 HRC正火169217 HBS45調(diào)質(zhì)表面淬火229286 HBS4555 HRC5040Cr調(diào)質(zhì)表面淬火241286 HBS4855 HRC35SiMn調(diào)質(zhì)229286 HBS表面淬火4555 HRC正火調(diào)質(zhì)241286 HBS40MnBZG270-500正火140170 HBSHT200170230 HBSQT500-5147241 HBS180220 HBS第24頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四許用應(yīng)力與材料、齒面硬度、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)等因素有關(guān)二、許用應(yīng)力1.許用彎曲

14、應(yīng)力FP SFmin彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù)。一般傳動(dòng)取 SFmin=1.31.5；重要傳動(dòng)取SFmin=1.63.0 ；式中： Flim試驗(yàn)齒輪齒根的彎曲疲勞極限，查圖11-12； YST 試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)，YST = 2； YN 彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)，根據(jù)應(yīng)力循環(huán) 次數(shù)N查圖11-14。第25頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四圖5-433對(duì)于開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，用降低20%左右的許用彎曲應(yīng)力來(lái)考慮磨損的影響。Flim 取值說(shuō)明：1圖中給出的Flim，是齒輪材質(zhì)及熱處理質(zhì)量達(dá)到中等要求時(shí)的中限（MQ）。2對(duì)雙向傳動(dòng)齒輪，即在對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力下工作的齒輪（如行星齒輪、

15、中間齒輪等），其值應(yīng)將圖示值乘以系0.7。第26頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四1.7N0=3106105第27頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四當(dāng)要求按有限壽命計(jì)算時(shí)，齒輪的循環(huán)次數(shù)N計(jì)算式為： N = 60 n a t n齒輪轉(zhuǎn)速，rmin； a齒輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)，輪齒同側(cè)齒面嚙合次數(shù)， 單向傳動(dòng)a=1，雙向傳動(dòng)a=2； t齒輪總工作時(shí)間，h。 三種硬度單位之比較：HV(維氏) HBS(布氏)；HRC(洛氏)10 HBS第28頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四ZW工作硬化系數(shù)，小齒輪的ZW略去，大齒輪的 ZW查圖11-1

16、6，當(dāng)兩輪均為硬齒面或軟齒面 時(shí)，ZW=1。2.齒面許用接觸應(yīng)力HP 式中： Hlim試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限，查圖11-13；SHmin接觸強(qiáng)度的最小安全系數(shù)，一般傳動(dòng)取 SHmin=1.01.2，重要傳動(dòng)取SHmin=1.31.6；ZN接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)，查圖11-15；第29頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四ZNN510731081.061092106第30頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四11-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算一、輪齒的受力分析忽略Ff，法向力Fn垂直于齒面，作用于齒寬中點(diǎn)。FnFr1Ft1圓周力Ft徑向力Fr法向力F

17、nd2d1db2db1CN1N2O1O2T2n2T1n1Fn1Fn2Ft 2Ft 1= Fr 2Fr 1第31頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四式中，各力的單位為N； d1為小齒輪分度圓直徑，mm； 為分度圓壓力角，通常=20； T1為小齒輪傳遞的名義轉(zhuǎn)矩，Nm。圓周力徑向力法向力P1 小齒輪傳遞的名義功率(kW)； n1 小齒輪轉(zhuǎn)速(rmin)。FnFr1Ft1第32頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四兩輪輪齒上各力之間關(guān)系Fn1 = - Fn2Ft1 = - Ft2Fr1 = - Fr2從動(dòng)輪受驅(qū)動(dòng)力，F(xiàn)t2與力作用點(diǎn)線速度的方向相同。主動(dòng)輪受

18、阻力，F(xiàn)t1與力作用點(diǎn)線速度的方向相反；徑向力Fr 分別指向各自的輪心。圓周力Ft 各力方向判定 d2d1db2db1CN1N2O1O2T2n2T1n1Fn1Fn2Ft 2Ft 1= Fr 2Fr 1第33頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四Ft2Ft1Fr2Fr1Ft2Ft1n1n2n1n2練習(xí)：Fr1Fr2第34頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四二、計(jì)算載荷名義載荷實(shí)際情況：外部影響：原動(dòng)機(jī)、工作機(jī)影響內(nèi)部影響：制造、安裝誤差；受載變形(齒輪、軸等)需對(duì)Fn修正實(shí)際載荷（計(jì)算載荷）FncFn計(jì)算載荷計(jì)入零件實(shí)際工作中的各種附加動(dòng)載荷影響后的 載

19、荷，是用于零件設(shè)計(jì)計(jì)算的計(jì)算值。計(jì)算載荷Fnc：第35頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四式中：K載荷系數(shù)K = KA KV K K使用系數(shù)動(dòng)載系數(shù)齒向載荷分布系數(shù)齒間載荷分配系數(shù)1、使用系數(shù)KA考慮原動(dòng)機(jī)、工作機(jī)、聯(lián)軸器等外部因素引起的動(dòng)載荷而引入的系數(shù)。第36頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四2、動(dòng)載系數(shù)Kv考慮齒輪嚙合過(guò)程中因嚙合誤差和運(yùn)轉(zhuǎn)速度引起的內(nèi)部附加動(dòng)載荷系數(shù)?；?jié)誤差、齒形誤差、輪齒變形等 Kv=f(精度,v)第37頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四具體影響因素：1）基節(jié)誤差：制造誤差、彈性變形引起。齒輪正確

20、嚙合條件：pb1=pb2 。如果： pb2pb1 提前進(jìn)入嚙合從動(dòng)輪修緣。第38頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四滯后退出嚙合主動(dòng)輪修緣。如果： pb2pb1 iconst2 const 沖擊、振動(dòng)、噪音 2）齒形誤差3）輪齒變形精度Kv4）v、齒輪質(zhì)量動(dòng)載荷（ 不同精度齒輪限制vmax）降低Kv的措施：1）齒輪精度2）限制v3）修緣齒（齒頂修削）第39頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四對(duì)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，取Kv=1.051.4；對(duì)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，取Kv=1.021.2。齒輪精度低、速度高時(shí)取大值，反之取小值。3、齒間載荷分配系數(shù)K考慮同時(shí)嚙合

21、的各對(duì)輪齒間載荷分配不均勻的影響系數(shù)。齒輪連續(xù)傳動(dòng)條件：1時(shí)而單對(duì)齒，時(shí)而雙對(duì)齒 嚙合。K取決于輪齒剛度、pb誤差、修緣量等。 對(duì)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，取K=11.2；對(duì)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，取K=11.4。齒輪制造精度低、硬齒面時(shí)取大值，反之取小值。第40頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四4、齒向載荷分布系數(shù)K考慮使輪齒沿接觸線產(chǎn)生載荷分布不均勻現(xiàn)象。影響因素制造方面：齒向誤差安裝方面：軸線不平行等使用方面：軸變形、輪齒變形、支承變形等討論：a）軸承作非對(duì)稱布置時(shí)， 彎曲變形對(duì)K的影響。第41頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四b）輪齒扭轉(zhuǎn)變形對(duì)K的影響

22、?？拷D(zhuǎn)矩輸入端，輪齒所受載荷較大。差好綜合考慮a、b兩因素。例：圖示減速器哪端輸入更好？1234第42頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四改善載荷分布措施：1）齒輪及支承剛度；6）齒輪位于遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩輸入端。5）采用鼓形齒；3）合理選擇齒寬；4）制造安裝精度；2）合理選擇齒輪布置形式（對(duì)稱、非對(duì)稱、懸臂）；對(duì)于軟齒面（或一齒輪為軟齒面），取K=11.2；當(dāng)兩輪均為硬齒面時(shí)，取K=1.11.35。當(dāng)b/d1較小、齒輪對(duì)稱布置、支承剛性大時(shí)取小值，反之取大值。第43頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四 值的選取原則：1.當(dāng)原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)，

23、工作載荷 平穩(wěn)，且齒輪支承對(duì)稱布置時(shí)應(yīng)取較小值；2.當(dāng)齒輪制造精度高時(shí)，可以減小內(nèi)部動(dòng)載荷，可 取較小值；3.當(dāng)齒輪的速度大時(shí)，易產(chǎn)生振動(dòng)、沖擊與噪聲， 取較大值；4.開(kāi)式齒輪，由于齒面磨損嚴(yán)重，一般取大值；5.斜齒輪由于傳動(dòng)平穩(wěn)，值應(yīng)比直齒輪取小些；6.當(dāng)用單缸內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，考慮到動(dòng)載荷較大，應(yīng)將 值提高20%左右。設(shè)計(jì)時(shí)，通?？山迫=1.31.7 。第44頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四三、輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 1）輪齒為懸臂梁2）載荷由一對(duì)輪齒負(fù)擔(dān)3）載荷作用于齒頂（最危險(xiǎn)情況） 危險(xiǎn)截面：齒根（30切線法）1.基本假定2齒根彎應(yīng)力F的計(jì)算要計(jì)算F ，必須確

24、定載荷作用點(diǎn)的位置和齒根危險(xiǎn)截面的位置。第45頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四1）產(chǎn)生Mmax時(shí)，載荷作用點(diǎn)的位置確定 hF hF 載荷作用點(diǎn)的位置 p bp b單齒嚙合雙齒嚙合雙齒嚙合ABCDE應(yīng)以Mmax處（如D點(diǎn)）為F的計(jì)算點(diǎn)，但按此處計(jì)算比較復(fù)雜，為簡(jiǎn)化計(jì)算，對(duì)于一般精度的齒輪，近似按Fn全部作用于齒頂且由一對(duì)輪齒承受來(lái)計(jì)算F。r1ra2r2rb2ra1rb1N1N2o2o112第46頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四通常用30的切線法確定齒根危險(xiǎn)截面的位置。作與輪齒對(duì)稱線成30角的兩直線與齒根圓角過(guò)渡曲線相切，過(guò)兩切點(diǎn)并平行于齒輪軸線

25、的截面即為齒根的危險(xiǎn)截面，其齒厚用SF表示。 2）輪齒齒根危險(xiǎn)截面位置確定SF3030齒根危險(xiǎn)截面 第47頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四3）輪齒受載時(shí)齒根應(yīng)力狀況 垂直分力：FnsinF 使齒根產(chǎn)生壓應(yīng)力Y水平分力：FncosF 使齒根產(chǎn)生彎應(yīng)力bFn分解受拉一側(cè)F = b - Y受壓一側(cè)F = b + Y合成應(yīng)力FncosFFnFFbYF拉F壓SFFnsinF第48頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四FncosFFnFFSFhF4）齒根彎曲應(yīng)力F的計(jì)算公式式中： b輪齒寬度，mm；F法向載荷作用角；（不等于 齒頂壓力角a）hF載荷作用的彎曲力

26、臂，mm； SF齒根危險(xiǎn)截面的齒厚，mm。第49頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四式中： Ftl 作用于小齒輪上的圓周力； m 模數(shù)； 為載荷作用于齒頂?shù)凝X形系數(shù)。YFa是反映輪齒齒形（幾何形狀）抗彎曲能力的系數(shù)，YFa愈小，輪齒的彎曲強(qiáng)度愈高。YFa只與影響輪齒幾何形狀的參數(shù)（齒數(shù)Z、壓力角、變位系數(shù)X、齒頂高系數(shù)ha*有關(guān)），而與齒輪的模數(shù)m無(wú)關(guān)。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪，YFa僅取決于齒數(shù)Z。第50頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四3齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算1）強(qiáng)度校核計(jì)算齒輪參數(shù)已知，校核齒輪的工作能力 考慮壓應(yīng)力、切應(yīng)力和應(yīng)力集中等對(duì)F 的影響，引入載荷作

27、用于齒頂時(shí)的應(yīng)力修正系數(shù)Ysa，并令YFS = YFa Ysa。并代人Ftlc = 2000 KT1/d1和d1=mz1則可得齒根彎曲強(qiáng)度校核式： 式中： K 載荷系數(shù)b2 b b1b兩輪的有效接觸齒寬，mmYFs 為載荷作用于齒頂時(shí)的復(fù)合齒形系數(shù)，由圖1118查取第51頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四圖11-18X=04.616第52頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四 注意：通常兩嚙合齒輪材料的FP1FP2；復(fù)合齒形系數(shù)YFS1和YFS2也不相同，則F1F2，故應(yīng)分別校核兩嚙合齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。即： 或比較的值，比值大的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度

28、較弱，故須校核。第53頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四 2）設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)齒輪工作能力決定齒輪參數(shù)（模數(shù)m）取齒寬系數(shù)d =b/d1，代入校核式可得設(shè)計(jì)公式mm mm或第54頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四）對(duì)于開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，只按彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，但考慮到齒 面磨損的影響，將求得的模數(shù)增大10%-15%，再圓整為標(biāo) 準(zhǔn)模數(shù)，或?qū)⒃S用應(yīng)力降低20% 。1）設(shè)計(jì)式中YFS/FP取YFS1/FP1與YFS2/FP2中的大者，因 比值大的齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度較弱。設(shè)計(jì)計(jì)算公式使用說(shuō)明：計(jì)算步驟：選擇齒輪材料及熱處理方法 選擇齒數(shù)Z1、 齒寬系數(shù)d 計(jì)

29、算m 圓整為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m2）m應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值：動(dòng)力傳動(dòng)m1.52mm一般機(jī)械m=28mm重型、礦山機(jī)械m8mm第55頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四4提高輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度的主要措施強(qiáng)度條件：F FP，若出現(xiàn)F FP 的情況，則必需采取措施來(lái)提高其齒根彎曲強(qiáng)度。1）模數(shù)m2）適當(dāng)提高b3）選用較大的變位系數(shù)x4）制造精度5）改用高強(qiáng)度的材料，如合金鋼F 提高彎曲強(qiáng)度措施：）改變熱處理方法，如改軟齒面齒輪為硬齒面F 第56頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四 齒輪傳動(dòng)是線接觸的高副機(jī)構(gòu)，受載時(shí)接觸線變成狹小的接觸面，其上產(chǎn)生局部壓應(yīng)力，稱為表面接觸應(yīng)力

30、，用H表示。齒輪在交變接觸應(yīng)力作用下，輪齒表面產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕，要避免點(diǎn)蝕，則應(yīng)使HHP（許用接觸應(yīng)力）四、齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算1齒面接觸應(yīng)力H計(jì)算 1) H計(jì)算依據(jù)兩彈性圓柱體接觸應(yīng)力公式（赫茲(H Hertz)公式）第57頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四HHL未受載荷為接觸線受載荷時(shí)變?yōu)楠M窄接觸面L21第58頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四式中：Fn作用于兩圓柱體上的法向力，N； L兩圓柱體接觸長(zhǎng)度,mm； E1 、E2兩圓柱體材料的彈性模量；1、2兩圓柱體材料的泊松比。綜合曲率半徑， ，其中1、2分 別為兩圓柱體的曲率半徑，mm,“+”號(hào)用于外

31、嚙 合，“-”號(hào)用于內(nèi)嚙合。ZE 材料的彈性系數(shù), 彈性系數(shù)用以考慮材料彈性模 量E和泊松比對(duì)赫茲應(yīng)力的影響，ZE值列于表 11-3中。 第59頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四 齒輪材料配對(duì)齒輪材料彈性模量 E/MPa灰鑄鐵球墨鑄鐵鑄 鋼鍛 鋼夾布塑膠11.8 10417.3 10420.2 10420.6 1040.875 104鍛 鋼162.0181.4188.9189.856.4鑄 鋼161.4180.5188.0球墨鑄鐵156.6173.9灰鑄鐵143.7表11-3 彈性系數(shù)第60頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四2）齒輪齒面接觸應(yīng)力H

32、 計(jì)算 節(jié)點(diǎn)處一般僅一對(duì)齒嚙合，承載較大；點(diǎn)蝕往往在節(jié)線附近的齒根表面出現(xiàn)。 齒面接觸應(yīng)力計(jì)算通常以節(jié)點(diǎn)為計(jì)算點(diǎn)。一對(duì)齒輪在節(jié)點(diǎn)接觸 一對(duì)以N1、N2為圓心，1 = N1C 、2 = N2C為半徑的兩圓柱體在節(jié)點(diǎn)處的接觸。當(dāng)兩標(biāo)準(zhǔn)齒輪標(biāo)準(zhǔn)安裝（=）時(shí)，兩輪齒廓在節(jié)點(diǎn)C處的曲率半徑分別為： o2o1N1N2C21ba2a1圓柱體的長(zhǎng)度 L = 齒輪的齒寬b第61頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四設(shè)兩齒的齒數(shù)比 ，則將L=b（齒寬）， Fn = FnC = KFt1/cos a，代入H算式中，可得：用以考慮節(jié)點(diǎn)處齒廓曲率對(duì)接觸應(yīng)力的影響，并將分度圓上圓周力折算為節(jié)圓上的法向

33、力的系數(shù)。稱為節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，第62頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四2齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算將 ， 代人式中，可得： 兩輪的齒面接觸應(yīng)力為作用力與反作用力的關(guān)系，而H 計(jì)算時(shí)綜合考兩輪的材料和曲率半徑，故兩輪齒面接觸應(yīng) 力相等。即：H1=H2=H 。說(shuō)明： 因兩齒輪的材料、齒面硬度等可能不同，則兩輪的許用接 觸應(yīng)力不一定相等(HP1HP2 )，因此，計(jì)算時(shí)，許用接 觸應(yīng)力應(yīng)取HP= min（HP1，HP2）。第63頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四令 為齒寬系數(shù)，則b = dd1 ，將其代人上式，整理后即得按齒面接觸疲勞

34、強(qiáng)度計(jì)算的小齒輪分度圓直徑2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算式選擇齒輪材料及熱處理方法 選擇齒數(shù)Z1、齒寬系數(shù)d 計(jì)算d1 按所選Zl求出 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列確定模數(shù)m設(shè)計(jì)計(jì)算步驟：mm第64頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四提高接觸強(qiáng)度措施：1）d或a2）適當(dāng)b（d）3）采用正角度變位傳動(dòng)4）改善材料及熱處理（HBS HP）5）適當(dāng)齒輪精度3.提高接觸疲勞強(qiáng)度的主要措施第65頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四1.精度等級(jí) 國(guó)標(biāo)規(guī)定精度等級(jí)為：0、1、2、313個(gè)等級(jí)， 0級(jí)為最高級(jí)，12級(jí)為最低級(jí)，常用6、7、8級(jí)。 對(duì)傳動(dòng)影響 精度等級(jí)，則內(nèi)部動(dòng)載

35、荷、噪 音、傳動(dòng)平穩(wěn)性，但造價(jià)提高，成本增加精度選擇 一般按工作機(jī)的要求和齒輪的圓周速 度確定精度等級(jí), 圓周速度與精度等 級(jí)的關(guān)系見(jiàn)表114。齒輪精度等級(jí)選擇五、設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇第66頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四Z1、m選擇滿足不根切條件：Z1 Z1min（直齒圓柱齒輪Z1min= 17）滿足輪齒彎曲強(qiáng)度要求:對(duì)于動(dòng)力傳動(dòng)m1.52 mm閉式硬齒面齒輪及開(kāi)式齒輪：為保證有較大的模數(shù)m， 推薦Z11725閉式軟齒面齒輪：在滿足輪齒彎曲強(qiáng)度條件下，Z1 盡量選大，推薦取 Z1=24-402.齒數(shù)和模數(shù) Z1、m對(duì)傳動(dòng)的影響 在HPFP 一定時(shí)，齒輪強(qiáng)度HFZ1，m則d

36、1 Z1d1一定時(shí)m，平穩(wěn)性，e，ha，切除材料，膠合，接觸強(qiáng)度不變但F，F(xiàn)P一定時(shí)，彎曲強(qiáng)度第67頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四3.齒寬系數(shù)d d對(duì)傳動(dòng)影響dT1一定時(shí)：d1，傳動(dòng)尺寸d1一定時(shí)b F，F(xiàn)P 一定時(shí)，彎曲強(qiáng)度H，HP 一定時(shí)，接觸強(qiáng)度d徑向尺寸（d1、）軸向尺寸，沿齒寬偏載嚴(yán)重d選擇：根據(jù)齒輪相對(duì)于軸承布置選 對(duì)稱布置：偏載小，d，d =08-14；非對(duì)稱布置時(shí)：偏載大，d = 0612；懸臂布置：偏載嚴(yán)重，d，d=0304對(duì)稱布置非對(duì)稱布置懸臂布置第68頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四根據(jù)齒面硬度選 一對(duì)軟齒面齒輪：d兩

37、輪均為硬齒面齒輪：d，d值相應(yīng)減小50根據(jù)使用條件選 減速器齒輪：齒輪數(shù)目少，軸向尺寸要求不 嚴(yán)，d變速箱齒輪：齒輪數(shù)目多，軸向尺寸不過(guò) 大，d，d0.2第69頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四4.齒數(shù)比u齒數(shù)比u u與傳動(dòng)比i的區(qū)別減速傳動(dòng) u = iu則大小齒輪的尺寸相差懸殊大，傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)尺寸大。u 的選擇直齒圓柱齒輪 u5；斜齒圓柱齒輪 u6-7；開(kāi)式傳動(dòng)或手動(dòng)傳動(dòng)齒輪u可取到812 。增速傳動(dòng) u = 1/i 第70頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)52分，星期四例：試設(shè)計(jì)一帶式運(yùn)輸機(jī)減速器的高速級(jí)齒輪傳動(dòng)，已知 ，小齒輪轉(zhuǎn)速 ，齒數(shù)比u=4.8。該機(jī)器每日工作兩班，每班小時(shí)，工作壽命為年，每年工作天。帶式運(yùn)輸機(jī)工作平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向不變。解： 1.選擇齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、齒輪材料、熱處理和齒數(shù)1) 按圖示傳動(dòng)方案，可選