第6章齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)

第6章齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授作用：

不僅用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)、而且還要傳遞動(dòng)力。要求：

運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、足夠的承載能力。分類開(kāi)式傳動(dòng)

有簡(jiǎn)單防護(hù)罩，大齒輪浸入油池，潤(rùn)滑得到改善、適于非重要應(yīng)用；裸露、灰塵、易磨損，適于低速傳動(dòng)?！?-1概述半開(kāi)式傳動(dòng)閉式傳動(dòng)全封閉、潤(rùn)滑良好、適于重要應(yīng)用。按類型分按裝置型式分按使用情況分硬齒面齒輪（齒面硬度≤350HBS）

直齒圓柱齒輪傳動(dòng)斜齒圓柱齒輪傳錐齒輪傳動(dòng)人字齒輪傳動(dòng)動(dòng)力齒輪傳動(dòng)齒輪按齒面硬度分軟齒面齒輪（齒面硬度＞350HBS）

以動(dòng)力傳輸為主，常為高速重載或低速重載傳動(dòng)。以運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確為主，一般為輕載高精度傳動(dòng)。安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)：▲傳動(dòng)效率高η可達(dá)99％；在常用的機(jī)械傳動(dòng)中，齒輪傳動(dòng)的效率為最高；▲結(jié)構(gòu)緊湊;與帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)相比，在同樣的使用條件下，齒輪傳動(dòng)所需的空間一般較小；▲工作可靠，壽命長(zhǎng)；與各類傳動(dòng)相比▲傳動(dòng)比穩(wěn)定;無(wú)論是平均值還是瞬時(shí)值。這也是齒輪傳動(dòng)獲得廣泛應(yīng)用的原因之一；▲制造及安裝精度要求高，價(jià)格較貴。與帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)相比學(xué)習(xí)本章的目的本章學(xué)習(xí)的根本目的是掌握齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)方法，也就是要能夠根據(jù)齒輪工作條件的要求，能設(shè)計(jì)出傳動(dòng)可靠的齒輪。設(shè)計(jì)齒輪----設(shè)計(jì)確定齒輪的主要參數(shù)以及結(jié)構(gòu)形式。主要參數(shù)有：模數(shù)m、齒數(shù)z、螺旋角β以及壓力角a、齒高系數(shù)h*a、徑向間隙系數(shù)c*。安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授潘存云教授研制§6-2齒輪的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則輪齒折斷一般發(fā)生在齒根處，嚴(yán)重過(guò)載突然斷裂、疲勞折斷。一、輪齒的失效形式失效形式潘存云教授研制安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授提高輪齒抗折斷能力的措施：1）增大齒根過(guò)渡圓角半徑，消除加工刀痕，減小齒根應(yīng)力集中；

2）增大軸及支承的剛度，使輪齒接觸線上受載較為均勻；3）采用合適的熱處理，使輪齒芯部材料具有足夠的韌性；4）采用噴丸、滾壓等工藝對(duì)，對(duì)齒根表層進(jìn)行強(qiáng)化處理。安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制齒面接觸疲勞齒面接觸應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化當(dāng)超過(guò)疲勞極限時(shí)，表面產(chǎn)生微裂紋、高壓油擠壓使裂紋擴(kuò)展、微粒剝落。點(diǎn)蝕首先出現(xiàn)在節(jié)線處，齒面越硬，抗點(diǎn)蝕能力越強(qiáng)。軟齒面閉式齒輪傳動(dòng)常因點(diǎn)蝕而失效。齒面點(diǎn)蝕§6-2輪齒的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則輪齒折斷失效形式一、輪齒的失效形式安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授齒面點(diǎn)蝕齒面膠合高速重載傳動(dòng)中，常因嚙合區(qū)溫度升高而引起潤(rùn)滑失效，致使齒面金屬直接接觸而相互粘連。當(dāng)齒面向?qū)瑒?dòng)時(shí)，較軟的齒面沿滑動(dòng)方向被撕下而形成溝紋。措施：1.提高齒面硬度2.減小齒面粗糙度3.增加潤(rùn)滑油粘度低速4.加抗膠合添加劑高速§6-2輪齒的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則輪齒折斷失效形式一、輪齒的失效形式安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授潘存云教授研制齒面膠合齒面磨損措施：1.減小齒面粗糙度2.改善潤(rùn)滑條件，清潔環(huán)境磨粒磨損跑合磨損跑合磨損、磨粒磨損。齒面點(diǎn)蝕§6-2輪齒的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則輪齒折斷失效形式一、輪齒的失效形式3.提高齒面硬度安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授潘存云教授研制從動(dòng)齒主動(dòng)齒從動(dòng)齒主動(dòng)齒從動(dòng)齒主動(dòng)齒從動(dòng)齒主動(dòng)齒齒面膠合齒面磨損齒面點(diǎn)蝕§6-2輪齒的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則輪齒折斷失效形式齒面塑性變形一、輪齒的失效形式表面凸出表面凹陷安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授二、齒輪的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則▲保證足夠的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，以免發(fā)生齒根折斷?！ＷC足夠的齒面接觸疲勞強(qiáng)度，以免發(fā)生齒面點(diǎn)蝕。由工程實(shí)踐得知：▲閉式軟齒面齒輪傳動(dòng)，以保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度為主。▲對(duì)高速重載齒輪傳動(dòng)，除以上兩設(shè)計(jì)準(zhǔn)則外，還應(yīng)按齒面抗膠合能力的準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)?！]式硬齒面或開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度為主。安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授§6-3齒輪傳動(dòng)的計(jì)算載荷齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算中所用的載荷，通常取沿齒面接觸線單位長(zhǎng)度上所受的載荷，即：實(shí)際傳動(dòng)中由于原動(dòng)機(jī)、工作機(jī)性能的影響以及制造誤差的影響，載荷會(huì)有所增大，且沿接觸線分布不均勻。接觸線單位長(zhǎng)度上的最大載荷為：K為載荷系數(shù)，其值為：K＝KA

Kv

Kα

KβFn為輪齒所受的公稱法向載荷。式中：KA

─使用系數(shù)Kv

─動(dòng)載系數(shù)Kα─齒間載荷分配系數(shù)Kβ─齒向載荷分布系數(shù)安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授發(fā)電機(jī)、均勻傳送的帶式輸送機(jī)或板式輸送機(jī)、螺旋輸送機(jī)、輕型升降機(jī)、包裝機(jī)、通風(fēng)機(jī)、均勻密度材料攪拌機(jī)。不均勻傳送的帶式輸送機(jī)或板式輸送機(jī)、機(jī)床的主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、重型升降機(jī)、工業(yè)與礦用風(fēng)機(jī)、重型離心機(jī)、變密度材料攪拌機(jī)。橡膠擠壓機(jī)、橡膠和塑料作間斷的攪拌機(jī)、輕型球磨機(jī)、木工機(jī)械、鋼坯初軋機(jī)、提升裝置、單缸活塞泵等。挖掘機(jī)、重型球磨機(jī)、橡膠揉合機(jī)、破碎機(jī)、重型給水機(jī)、旋轉(zhuǎn)式鉆探裝置、壓磚機(jī)、帶材冷軋機(jī)、壓坯機(jī)等。載荷狀態(tài)發(fā)電機(jī)、均勻運(yùn)轉(zhuǎn)的蒸汽機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)蒸汽機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)多缸內(nèi)燃機(jī)單缸內(nèi)燃機(jī)1.01.11.251.501.251.351.51.751.501.601.752.001.751.852.002.25或更大工作機(jī)器均勻平穩(wěn)輕微沖擊中等沖擊嚴(yán)重沖擊原動(dòng)機(jī)注：表中所列值僅適用于減速傳動(dòng)，若為增速傳動(dòng)，應(yīng)乘以1.1倍當(dāng)外部的機(jī)械與齒輪裝置間通過(guò)撓性件相連接時(shí)，KA可適當(dāng)減小。表6-1使用系數(shù)KA安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制動(dòng)載系數(shù)Kv1.81.61.41.21.001020304050m/sKv

十分精密的齒輪裝置108769表6-2齒間載荷分配系數(shù)Kα

精度等級(jí)II組56785級(jí)及更低KAFl/b≥100N/mm<100N/mm經(jīng)表面應(yīng)化的直齒輪1.01.11.2經(jīng)表面應(yīng)化的斜齒輪1.01.11.21.4≥1.4未經(jīng)表面應(yīng)化的直齒輪1.01.1未經(jīng)表面應(yīng)化的斜齒輪1.01.11.2≥1.4KHαKFα

KHαKFα

KHαKFα

KHαKFα

≥1.2≥1.2≥1.2≥1.2安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授潘存云教授研制受力變形制造誤差安裝誤差附加動(dòng)載荷輪齒變形和誤差還會(huì)引起附加動(dòng)載荷，且精度越低，圓周速度越高，動(dòng)載荷越大。載荷集中Fnb()maxFnb()min齒向載荷分布系數(shù)─Kβ表6-10齒向載荷分布系數(shù)Kβ

安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授續(xù)表10-4齒向載荷分布系數(shù)Kβ

KH

β=1.05+0.26φ2d+0.10×10-3bKH

β=1.05+0.26(1+0.6φ2d)φ2d+0.10×10-3bKH

β=1.11+0.18(1+6.7φ2d)φ2d+0.15×10-3bKH

β=0.99+0.31φ2d+0.12×10-3bKH

β=0.99+0.31(1+0.6φ2d)φ2d+0.12×10-3bKH

β=0.99+0.31(1+6.7φ2d)φ2d+0.12×10-3bKH

β=1.05+0.26φ2d+0.16×10-3bKH

β=1.05+0.26(1+0.6φ2d)φ2d+0.16×10-3bKH

β=1.05+0.26(1+6.7φ2d)φ2d+0.16×10-3b精度等級(jí)小齒輪相對(duì)支撐的布置對(duì)稱非對(duì)稱懸臂56硬齒面齒輪K

Hβ≤1.34對(duì)稱非對(duì)稱懸臂對(duì)稱非對(duì)稱懸臂KH

β=1.0+0.31φ2d+0.19×10-3bKH

β=1.0+0.31(1+0.6φ2d)φ2d+0.19×10-3bKH

β=1.0+0.31(1+6.7φ2d)φ2d+0.19×10-3bK

Hβ≤1.34K

Hβ>1.34K

Hβ>1.34限制條件K

Hβ對(duì)稱非對(duì)稱懸臂安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授K

HβK

Hβ1.031.031.061.081.101.21.31.5234561.031.031.061.081.101.21.31.5234561.031.0441.061.11.21.31.5234彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算用的齒向載荷分布系數(shù)KFβb/h=3∞1264K

Fβ安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授潘存云教授研制改善齒向載荷不均勻的措施：1）增大軸、軸承及支座的剛度；5）輪齒修形（腰鼓齒）。4）盡可能避免懸臂布置；3）適當(dāng)限制輪齒寬度；2）對(duì)稱軸承配置；b(0.0005~0.001)b安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制T1圓周力：徑向力：法向力：小齒輪上的轉(zhuǎn)矩：P為傳遞的功率（KW）ω1----小齒輪上的角速度，n1----小齒輪上的轉(zhuǎn)速d1----小齒輪上的分度圓直徑，α----壓力角各作用力的方向如圖O2ω2（從動(dòng)）O1N1N2ttω1（主動(dòng)）T1cα

α

d12d22α

FtFrFnFn為了計(jì)算輪齒強(qiáng)度，設(shè)計(jì)軸和軸承，有必要分析輪齒上的作用力?！?-4標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算α

O2O1ttω1（主動(dòng)）N1N2cα

α

d12Fn一、輪齒受力分析安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授潘存云教授研制rbO30?

30?

二、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算假定載荷僅由一對(duì)輪齒承擔(dān)，按懸臂梁計(jì)算。齒頂嚙合時(shí)，彎矩達(dá)最大值。hFnF2F1Sγ分量F2產(chǎn)生壓縮應(yīng)力可忽略不計(jì)，彎曲力矩：M=KFnhcosγ危險(xiǎn)界面的彎曲截面系數(shù)：彎曲應(yīng)力：危險(xiǎn)截面：齒根圓角30?切線兩切點(diǎn)連線處。齒頂受力：Fn，可分解成兩個(gè)分力：F1=Fncosγ

F2=Fnsinγ---產(chǎn)生彎曲應(yīng)力；----產(chǎn)生壓應(yīng)力，可忽略FnABABσFσF安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授∵h(yuǎn)和S與模數(shù)m相關(guān)，輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式：故YFa與模數(shù)m無(wú)關(guān)。彎曲應(yīng)力：對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪,YFa僅取決于齒數(shù)Z，取值見(jiàn)下頁(yè)圖。YFa–齒形系數(shù)σF0

----理論彎曲應(yīng)力，考慮齒根處應(yīng)力集中的影響：安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授潘存云教授研制6-4

齒形系數(shù)YFa以及應(yīng)力校正系數(shù)YSaYFa2.972.912.852.82.762.722.692.652.622.602.572.552.53YSa1.521.531.541.551.561.571.5751.581.591.5951.601.611.62YFa2.522.452.402.352.322.282.242.222.22.182.142.122.0YSa1.521.531.541.551.561.571.5751.581.591.5951.601.611.62Z(Zv)

17181920212223242526272829Z(Zv)

303540455060708090100150200∞

注：1)基準(zhǔn)齒形的參數(shù)為α=20?、h*a=1、C*=0.25、ρ=0.38m(m-模數(shù))2)對(duì)內(nèi)齒輪：當(dāng)α=20?、h*a=1、C*=0.25、ρ=0.15m時(shí)，齒形系數(shù)：YFa=2.053;應(yīng)力校正系數(shù)：YSa=2.65安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制3.73.63.53.43.33.23.13.02.92.82.72.62.52.42.32.22.12.01.91.81.73.73.63.53.43.33.23.13.02.92.82.72.62.52.42.32.22.12.01.91.81.7111213141516182025304050100400齒形系數(shù)–YF計(jì)算根切極限實(shí)際根切極限標(biāo)準(zhǔn)齒輪安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授注意：計(jì)算時(shí)?。狠^大者，計(jì)算結(jié)果應(yīng)圓整,且m≥1.5一般YF1

≠YF2，[σF1]

≠[σF2]

引入齒寬系數(shù)：ψd=b/d1得設(shè)計(jì)公式：在滿足彎曲強(qiáng)度的條件下可適當(dāng)選取較多的齒數(shù)，以使傳動(dòng)平穩(wěn)。代入：

d1

=mz1安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授潘存云教授研制齒輪強(qiáng)度計(jì)算是根據(jù)齒輪可能出現(xiàn)的失效形式來(lái)進(jìn)行的。在一般閉式齒輪傳動(dòng)中，輪齒的失效主要是齒面接觸疲勞點(diǎn)蝕和輪齒彎曲疲勞折斷。齒面疲勞點(diǎn)蝕與齒面接觸應(yīng)力的大小有關(guān)，而齒面的最大接觸應(yīng)力可近似用赫茲公式進(jìn)行計(jì)算。三、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算赫茲公式：“+”用于外嚙合，“-”用于內(nèi)嚙合實(shí)驗(yàn)表明：齒根部分靠近節(jié)點(diǎn)處最容易發(fā)生點(diǎn)蝕，故取節(jié)點(diǎn)處的應(yīng)力作為計(jì)算依據(jù)。節(jié)圓處齒廓曲率半徑：齒數(shù)比:u=z2/z1=d2/d1

=ρ2/ρ1

≥1O2ω2（從動(dòng)）O1N1N2ttω1（主動(dòng)）T1cα

α

d12d22α

Cρ1ρ2安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授潘存云教授研制----彈性影響系數(shù)節(jié)點(diǎn)處，載荷由一對(duì)輪齒來(lái)承擔(dān)：將ZE和Fn代入赫茲公式表6-3彈性影響系數(shù)ZE(Mpa)1/2彈性模量EMPa齒輪材料配對(duì)齒輪材料灰鑄鐵球墨鑄鐵鑄鋼鍛鋼夾布塑料1.18×10417.3×10420.2×10420.6×1040.785×104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----------------注：表中所列夾布塑料的泊松比μ為0.5，其余材料的μ均為0.3安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授代入赫茲公式得：引入齒寬系數(shù)：ψd=b/d1----區(qū)域系數(shù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核公式：得設(shè)計(jì)公式：標(biāo)準(zhǔn)齒輪：ZE=2.5模數(shù)m不能成為衡量齒輪接觸強(qiáng)度的依據(jù)。注意：因兩個(gè)齒輪的σH1=σH2，故按此強(qiáng)度準(zhǔn)則設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，公式中應(yīng)代入[σH]1和[σH]2中較小者。安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授用設(shè)計(jì)公式初步計(jì)算齒輪分度圓直徑d1(或模數(shù)m)時(shí)，因載荷系數(shù)中的KV、Kα、Kβ不能預(yù)先確定，故可先試選一載荷系數(shù)Kt。算出d1t(或mnt）后，用d1t再查取KV、Kα、Kβ從而計(jì)算Kt。若K與Kt接近，則不必修改原設(shè)計(jì)。否則，按下式修正原設(shè)計(jì)。彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式：接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式：安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，按主要失效形式進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，確定主要尺寸，然后按其它失效形式進(jìn)行必要的校核。軟齒面閉式齒輪傳動(dòng)：按接觸強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，按彎曲強(qiáng)度校核：硬齒面閉式齒輪傳動(dòng)：按彎曲強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，按接觸強(qiáng)度校核:開(kāi)式齒輪傳動(dòng)：按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)。其失效形式為磨損，點(diǎn)蝕形成之前齒面已磨掉。安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授一、對(duì)齒輪材料性能的要求齒輪的齒體應(yīng)有較高的抗折斷能力，齒面應(yīng)有較強(qiáng)的抗點(diǎn)蝕、抗磨損和較高的抗膠合能力，即要求：齒面硬、芯部韌。6.5齒輪材料和許用應(yīng)力常用齒輪材料鍛鋼鑄鋼鑄鐵常作為低速、輕載、不太重要的場(chǎng)合的齒輪材料；適用于高速、輕載、且要求降低噪聲的場(chǎng)合。非金屬材料二、常用齒輪材料鋼材的韌性好，耐沖擊，通過(guò)熱處理和化學(xué)處理可改善材料的機(jī)械性能，最適于用來(lái)制造齒輪。耐磨性及強(qiáng)度較好，常用于大尺寸齒輪。含碳量為(0.15~0.6)%的碳素鋼或合金鋼。一般用齒輪用碳素鋼，重要齒輪用合金鋼。安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授潘存云教授研制表6-5常用齒輪材料及其機(jī)械性能材料牌號(hào)熱處理方法強(qiáng)度極限屈服極限硬度(HBS)σB

/MPaσS

/Mpa齒芯部齒面HT250250170~241HT300300187~255HT350350197~269QT500-5500147~241QT600-2600229~302ZG310-570?；?80320156~217ZG340-640650350169~22945580290162~21745

217~25540~50HRC

40Cr

241~28648~55HRC

調(diào)質(zhì)后表面淬火安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授潘存云教授研制續(xù)表6-5常用齒輪材料及其機(jī)械性能材料牌號(hào)熱處理方法強(qiáng)度極限屈服極限硬度(HBS)σB

/MPaσS

/Mpa齒芯部齒面ZG340~640700380241~26945650360217~25530CrMnSi1100900310~36035SiMn750450217~26938SiMnMo700550217~26940Cr700500241~28620Cr65040030020CrMnTi110085030012Cr2Ni4110085032035CrAlA950750255~321>85HV滲碳后淬火調(diào)質(zhì)20Cr2Ni41200110035038CrMnAlA1000850255~321>85HV夾布膠木10025~35調(diào)質(zhì)后氮化(氮化層δ>0.3~0.5)安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授熱處理方法表面淬火滲碳淬火調(diào)質(zhì)正火滲氮一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr等。表面淬火后輪齒變形小，可不磨齒，硬度可達(dá)52~56HRC，面硬芯軟，能承受一定沖擊載荷。1.表面淬火----高頻淬火、火焰淬火三、齒輪材料的熱處理和化學(xué)處理2.滲碳淬火滲碳鋼為含碳量0.15~0.25%的低碳鋼和低碳合金鋼，如20、20Cr等。齒面硬度達(dá)56~62HRC，齒面接觸強(qiáng)度高，耐磨性好，齒芯韌性高。常用于受沖擊載荷的重要傳動(dòng)。通常滲碳淬火后要磨齒。安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授調(diào)質(zhì)一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr、35SiMn等。調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度為：220~260HBS。因?yàn)橛捕炔桓撸士稍跓崽幚砗缶旋X形，且在使用中易于跑合。3.調(diào)質(zhì)4.正火正火能消除內(nèi)應(yīng)力、細(xì)化晶粒、改善力學(xué)性能和切削性能。機(jī)械強(qiáng)度要求不高的齒輪可用中碳鋼正火處理。大直徑的齒輪可用鑄鋼正火處理。滲氮是一種化學(xué)處理。滲氮后齒面硬度可達(dá)60~62HRC。氮化處理溫度低，輪齒變形小，適用于難以磨齒的場(chǎng)合，如內(nèi)齒輪。材料為：38CrMoAlA.5.滲氮安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授特點(diǎn)及應(yīng)用：調(diào)質(zhì)、正火處理后的硬度低，HBS≤350，屬軟齒面，工藝簡(jiǎn)單、用于一般傳動(dòng)。當(dāng)大小齒輪都是軟齒面時(shí)，因小輪齒根薄，彎曲強(qiáng)度低，故在選材和熱處理時(shí)，小輪比大輪硬度高:20~50HBS表面淬火、滲碳淬火、滲氮處理后齒面硬度高，屬硬齒面。其承載能力高，但一般需要磨齒。常用于結(jié)構(gòu)緊湊的場(chǎng)合。安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授四、齒輪材料選用的基本原則1)齒輪材料必須滿足工作條件的要求，如強(qiáng)度、壽命、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等；2)應(yīng)考慮齒輪尺寸大小，毛坯成型方法及熱處理和制造工藝；3)正火碳鋼，只能用于制作在載荷平穩(wěn)或輕度沖擊下工作的齒輪；調(diào)質(zhì)碳鋼可用于在中等沖擊載荷下工作的齒輪；6)鋼制軟齒面齒輪，其配對(duì)兩輪齒面的硬度差應(yīng)保持在30~50HBS或更多。4)合金鋼常用于制作高速、重載并在沖擊載荷下工作的齒輪；5)航空齒輪要求尺寸盡可能小，應(yīng)采用表面硬化處理的高強(qiáng)度合金鋼；安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授許用接觸應(yīng)力：σlim

----接觸疲勞極限,由實(shí)驗(yàn)確定,S

----疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)，查表10-4確定。KN----壽命系數(shù)，可查圖求得。6.5.3許用應(yīng)力安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授彎曲疲勞壽命系數(shù)KN3.02.52.01.81.61.41.21.00.80.71031041051061071081091010NKFN潘存云教授研制調(diào)質(zhì)鋼、珠光體、貝氏體球鐵、可鍛鑄鐵N0滲碳淬火鋼、表面淬火鋼N0氮化鋼、鐵素體球鐵、結(jié)構(gòu)鋼、灰鑄鐵N0氮碳共滲調(diào)質(zhì)鋼N0安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授6004000200100200300HBSσFE

(MPa)球墨鑄鐵黑色可鍛鑄鐵灰鑄鐵MEMEMQMLMQ=MLMEMQ=ML鑄鐵材料的σFE6004000200σFE

(MPa)100200HBS正火鋼的σFEMEMEML=MQlML=MQl正火處理的鑄鋼正火處理的結(jié)構(gòu)鋼調(diào)質(zhì)鋼的σFE合金調(diào)質(zhì)鋼碳鋼調(diào)質(zhì)合金鑄鋼調(diào)質(zhì)碳素鑄鋼調(diào)質(zhì)100200300400HBS600400200σFE

(MPa)8001000MLMEMQMLMEMQMQ=MLMQ=MLσFE

(MPa)滲碳淬火鋼及表面硬化鋼的σFE60040020080010001200450500600700800HVI50556065HRCMEMQMLMEMQML滲碳淬火鋼表面硬化鋼安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授灰鑄鐵的疲勞極限應(yīng)力σHlim

(MPa)500400200600700100200300HBS300MEMQ=ML鑄鐵材料的疲勞極限應(yīng)力σHlim

(MPa)500400600700100200300HBS300MEMQ=MLMEMQ=ML球墨鑄鐵黑色可鍛鑄鐵氮化及氮碳共滲調(diào)質(zhì)鋼的σFE

(MPa)60040020080010001200300400500600700800900HVI3035404550556065HRC調(diào)質(zhì)、氣體氮化處理的氮化鋼（不含鋁）調(diào)質(zhì)、氣體氮化處理的調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)或正火、碳氮共滲處理的調(diào)質(zhì)鋼MEMQMLMEMQMLME=MQML安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授正火處理的結(jié)構(gòu)鋼和鑄鋼的疲勞極限應(yīng)力σHlim

(MPa)500400600200100150200250HBS300正火處理的結(jié)構(gòu)剛正火處理的鑄剛MEMEML=MQML=MQ調(diào)質(zhì)處理鋼的疲勞極限應(yīng)力合金調(diào)質(zhì)剛碳鋼調(diào)質(zhì)合金鑄剛調(diào)質(zhì)碳鋼鑄鋼調(diào)質(zhì)MEMEMQ=MLML=MQMXMEMQMLMEMLMQ50040060025030070080090010001100σFHlim

(MPa)100200300400HBS安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授滲氮及氮碳共滲調(diào)質(zhì)鋼的120013006001500140070080090010001100σFHlim

(MPa)潘存云教授研制300400500600700800900HVI3535404550556065HRCMQ調(diào)質(zhì)-氣體滲氮處理的滲氮鋼調(diào)質(zhì)或正火-氮碳共滲處理的調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)-氣體滲氮處理的調(diào)質(zhì)鋼ME=MQMQMEMLMLMLME潘存云教授研制400500600700800HVI12001300160015001400170080090010001100σFHlim

(MPa)MQMEMLMQMEML滲碳合金鋼火焰或感應(yīng)淬火鋼滲碳淬火鋼和表面淬火鋼的疲勞極限應(yīng)力安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，按主要失效形式進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，確定主要尺寸，然后按其它失效形式進(jìn)行必要的校核。軟齒面閉式齒輪傳動(dòng)：按接觸強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，按彎曲強(qiáng)度校核：硬齒面閉式齒輪傳動(dòng)：按彎曲強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，按接觸強(qiáng)度校核:開(kāi)式齒輪傳動(dòng)：按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)。其失效形式為磨損，點(diǎn)蝕形成之前齒面已磨掉。安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制d12βF’F’ββF’6.6斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算一、輪齒上的作用力ω1T1圓周力：徑向力：軸向力：輪齒所受總法向力Fn可分解為三個(gè)分力:圓周力Ft的方向在主動(dòng)輪上與運(yùn)動(dòng)方向相反，在從動(dòng)論上與運(yùn)動(dòng)方向相同；徑向力指向各自的軸心；軸向力的方向由螺旋方向和輪齒工作面而定。FrFtFt長(zhǎng)方體底面長(zhǎng)方體對(duì)角面即輪齒法面F’=Ft/cosβFr=

F’tgαn

αnFrFnF’αnFncFaFa安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授潘存云教授研制αtrb1ra1r1r2rb2ra2O2O1由于Fa∝tanb，為了不使軸承承受的軸向力過(guò)大，螺旋角b不宜選得過(guò)大，常在之間選擇。二、計(jì)算載荷εαpbtεαpbtL---為參與嚙合接觸線長(zhǎng)度之和。對(duì)于直齒輪，L=b。對(duì)于斜齒輪，為右圖中接觸區(qū)內(nèi)幾條實(shí)線長(zhǎng)度之和。不斷變化近似計(jì)算公式：代入得：εα----端面重合度b=8o～20o計(jì)算方法與直齒輪相同，βbpbtbpa載荷系數(shù)K：K＝KA

Kv

Kα

Kβ單位長(zhǎng)度上的載荷：安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授使用系數(shù)KA載荷系數(shù)K：K＝KA

Kv

Kα

Kβ發(fā)電機(jī)、均勻傳送的帶式輸送機(jī)或板式輸送機(jī)、螺旋輸送機(jī)、輕型升降機(jī)、包裝機(jī)、通風(fēng)機(jī)、均勻密度材料攪拌機(jī)。不均勻傳送的帶式輸送機(jī)或板式輸送機(jī)、機(jī)床的主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、重型升降機(jī)、工業(yè)與礦用風(fēng)機(jī)、重型離心機(jī)、變密度材料攪拌機(jī)。橡膠擠壓機(jī)、橡膠和塑料作間斷的攪拌機(jī)、輕型球磨機(jī)、木工機(jī)械、鋼坯初軋機(jī)、提升裝置、單缸活塞泵等。挖掘機(jī)、重型球磨機(jī)、橡膠揉合機(jī)、破碎機(jī)、重型給水機(jī)、旋轉(zhuǎn)式鉆探裝置、壓磚機(jī)、帶材冷軋機(jī)、壓坯機(jī)等。載荷狀態(tài)發(fā)電機(jī)、均勻運(yùn)轉(zhuǎn)的蒸汽機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)蒸汽機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)多缸內(nèi)燃機(jī)單缸內(nèi)燃機(jī)1.01.11.251.501.251.351.51.751.501.601.752.001.751.852.002.25或更大工作機(jī)器均勻平穩(wěn)輕微沖擊中等沖擊嚴(yán)重沖擊原動(dòng)機(jī)注：表中所列值僅適用于減速傳動(dòng)，若為增速傳動(dòng)，應(yīng)乘以1.1倍當(dāng)外部的機(jī)械與齒輪裝置間通過(guò)撓性件相連接時(shí)，KA可適當(dāng)減小。表10-2安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制1.81.61.41.21.001020304050m/s十分精密的齒輪裝置10876Kv

9表10-3齒間載荷分配系數(shù)Kα

精度等級(jí)II組56785級(jí)及更低KAFl/b≥100N/mm<100N/mm經(jīng)表面應(yīng)化的直齒輪1.01.11.2經(jīng)表面應(yīng)化的斜齒輪1.01.11.21.4≥1.4未經(jīng)表面應(yīng)化的直齒輪1.01.1未經(jīng)表面應(yīng)化的斜齒輪1.01.11.2≥1.4KHαKFα

KHαKFα

KHαKFα

KHαKFα

≥1.2≥1.2≥1.2≥1.2安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授表10-4齒向載荷分配系數(shù)Kβ

KH

β=1.11+0.18φ2d+0.15×10-3bKH

β=1.11+0.18(1+0.6φ2d)φ2d+0.15×10-3bKH

β=1.11+0.18(1+6.7φ2d)φ2d+