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1、第六章齿轮传动,第一节齿轮传动的特点、类型及其应用第二节齿廓啮合的基本定律第三节渐开线齿廓及其啮合特性第四节渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称、基本参数和几何尺寸的计算第五节渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动第六节渐开线齿廓的根切现象、变位齿轮的概念第七节平行轴斜齿圆柱齿轮机构,下一页,第六章齿轮传动,第八节直齿圆锥齿轮机构第九节齿轮传动受力分析第十节齿轮传动的失效形式、设计准则和齿轮材料第十一节轮齿的强度计算第十二节设计实例第十三节齿轮的结构设计和润滑,上一页,返回,第一节齿轮传动的特点、类型及其应用,一、平面齿轮传动(平行轴传动) 1.直齿圆柱齿轮传动 图6一1为直齿圆柱齿轮传动，其中各齿轮的轮齿
2、的齿向相对于齿轮的轴线是平行的。图6一l(a)称为外啮合直齿圆柱齿轮传动;图6一1 (b)为内啮合直齿圆柱齿轮传动;图6一1(c)为齿轮齿条传动，其中齿条可看成直径为无穷大的齿轮的一部分。 2.斜齿圆柱齿轮传动 图6 -2为斜齿圆柱齿轮传动，此传动中齿轮的齿向与齿轮的轴线方向有一倾斜角，此角称为斜齿圆柱齿轮的螺旋角。3.人字齿轮传动 图6一3为人字齿轮传动，此传动中的每个人字齿轮均可看成由两个螺旋方向相反的斜齿轮构成。,下一页,返回,第一节齿轮传动的特点、类型及其应用,二、空间齿轮传动 1.圆锥齿轮传动 圆锥齿轮传动用于两相交轴之间的传动，圆锥齿轮有直齿(图6一4(a)、斜齿(图6一4(b)和
3、曲齿(图6一4(c)之分 2.蜗杆传动 蜗杆传动通常用于两交错垂直轴之间传动，如图6一5所示。3.交错轴抖齿轮传动 图6一6为交错轴斜齿圆柱齿轮传动，其中的每一个齿轮都是斜齿圆柱齿轮,下一页,上一页,返回,第二节齿廓啮合的基本定律,一、齿廓啮合的基本定律 两齿轮啮合时，其瞬时传动比等于啮合节点分连心线所成两段线段的反比。这一规律称为齿廓啮合的基本定律,下一页,上一页,返回,第二节齿廓啮合的基本定律,二、共轭齿廓 相互接触并能实现预定传动比要求的一对齿廓称为共扼齿廓。一般来说，只要给出一轮的齿廓曲线，就可根据齿廓啮合的基本定律求出与之共扼的另一轮的齿廓曲线。因此，理论上可以作为共扼齿廓的曲线是很
4、多的，实际中除了传动比要求外，还应考虑设计、制造、安装、互换性和强度等方面的问题。目前渐开线是定传动比齿轮传动中最常用的齿廓曲线，此外摆线和圆弧曲线也有应用。,上一页,返回,第三节渐开线齿廓及其啮合特性,一、渐开线的形成及渐开线性质 1.渐开线的形成 在图6一8中，当直线L沿半径为rb的圆作纯滚动时，直线L上任意点的轨迹称为该圆的渐开线，该圆称为渐开线的基圆，rb为基圆半径，直线L称为渐开线的发生线，A为渐开线在基圆上的起始点，角k (AOK)称为渐开线AK段的展角。,下一页,返回,第三节渐开线齿廓及其啮合特性,2.渐开线的性质 (1)由于发生线沿基圆进行纯滚动，因此，发生线沿基圆滚过的长度K
5、N等于基圆被滚过的弧长AN (2)渐开线上任意一点的法线必是基圆的切线。 (3)切点N是渐开线在K点的曲率中心，而KN就是渐开线在K点的曲率半径。渐开线上各点的曲率半径不同，离基圆越远，曲率半径越大;反之，离基圆越近，曲率半径越小。渐开线在基圆上的点A的曲率半径为零，基圆内没有渐开线。 (4)渐开线的形状取决于基圆的大小。,下一页,上一页,返回,第三节渐开线齿廓及其啮合特性,3.渐开线方程二、渐开线齿廓啮合特性一对渐开线齿廓进行啮合传动，具有如下特点。1.瞬时传动比恒定不变2.中心距变动不影响传动比3.啮合线是一条直线,上一页,返回,第四节渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称、基本参数和几何尺寸的
6、计算,一、渐开线齿轮各部分的名称 图6一11为一直齿圆柱齿轮的一部分，各部分名称如下: (1) 齿顶圆 (2)齿根圆 (3)分度圆 (4)基圆 (5)齿厚、齿槽宽、齿距 (6)齿顶高、齿根高、齿高 (7)法向齿距,下一页,返回,第四节渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称、基本参数和几何尺寸的计算,二、渐开线齿轮的基本参数 1.齿数z 齿轮整个圆周上轮齿的总数，用z表示。 2.模数m 由前述可知:齿轮的分度圆周长等于d，也等于zp，因此有 分度圆直径为,下一页,上一页,返回,第四节渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称、基本参数和几何尺寸的计算,3.压力角 齿轮轮齿各圆上的压力角的值是不同的，通常所说的压
7、力角是指齿轮分度圆上的压力角。齿轮的分度圆压力角，基圆半径rb和分度圆半径r之间的关系为 4.齿顶高系数ha* 齿轮的齿顶高ha=ha*m,可称为齿顶高系数。国标规定:对于正常齿ha*=1;对于短齿ha*=0. 8,下一页,上一页,返回,第四节渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称、基本参数和几何尺寸的计算,5.顶隙系数c* 齿轮的齿根高hf=(ha*+ c*)m, c*称为顶隙系数， c* m称为标准顶隙。国标规定:对于正常齿c* = 0. 25;对于短齿c* = 0. 3三、渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算 为标准齿轮为计算方便，现将标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算公式列于表6一2,下一页,上一页
8、,返回,第四节渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称、基本参数和几何尺寸的计算,四、任意圆弧齿厚和公法线长度1.任意圆弧齿厚 2.公法线长度 因为弧齿厚无法测量，弦齿厚的测量又必须以齿顶圆作为基准，不但要求齿轮顶圆的加工精度，而且要采用以尖点与齿廓接触的量具，测量精度较低(图6一13)。为此，一般都通过测量轮齿的公法线长度来表示齿厚的加工精度。,下一页,上一页,返回,第四节渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称、基本参数和几何尺寸的计算,如图6一14所示，作齿轮基圆的切线，它与齿轮不同轮齿的两反向齿廓交于A,B两点，根据渐开线的性质，A与B两点的连线为外侧两齿廓的公法线。,上一页,返回,第五节渐开线直齿圆
9、柱齿轮的啮合传动,一、渐开线齿轮的正确啮合条件 齿轮传动是靠轮齿依次啮合来实现的。如图6一15所示的一对齿轮，要想使啮合正确进行，应保证处于啮合线上的各对轮齿都能进入正确的啮合状态。即前一对轮齿在啮合线上的K点啮合，后一对轮齿应在啮合线上的K点啮合。根据渐开线的性质有 因为 于是,下一页,返回,第五节渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,由于齿轮的模数和压力角都已经标准化了，所以两渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件为2.连续传动条件,下一页,上一页,返回,第五节渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,3.重合度的计算公式三、齿轮传动的中心距及标准齿轮的安装1.齿轮传动的中心距 两齿轮传动的实际中心距(安装中心距)
10、a恒等于两齿轮节圆半径之和。即,下一页,上一页,返回,第五节渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,实际机械中的一对齿轮传动，为了使齿面间形成润滑油膜，防止轮齿因受力变形及热膨胀而引起的挤压现象，两轮齿 齿廓之间应有一定空隙，此间隙称为齿侧间隙(简称侧隙)。但为了减小或避免轮齿间空程和反向冲击，此间隙一般较小，通常由加工制造时齿轮公差来保证。理论上按无侧隙啮合来计算齿轮的几何尺寸和确定中心距。 2.齿轮的标准安装 两标准齿轮啮合传动时，如把两轮安装成分度圆相切的状态，两轮的节圆分别与其分度圆重合，中心距等于两齿轮分度圆半径之和。由于标准齿轮的分度圆齿厚等于分度圆齿槽宽，,下一页,上一页,返回,第五节渐开
11、线直齿圆柱齿轮的啮合传动,因此有 故两轮作无侧隙啮合。将两轮分度圆半径之和称为标准中心距，用a表示。此时，顶隙值为,下一页,上一页,返回,第五节渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,四、齿轮和齿条传动 1.齿条的结构及其特点 当标准齿轮的齿数为无穷多时，其分度圆、齿顶圆、齿根圆分别演变为中线、齿顶线、齿根线，且相互平行，此时基圆半径为无穷大，渐开线演变为一条直线，齿轮则变为作直线运动的齿条。,下一页,上一页,返回,第五节渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,如图6一20所示，齿条有如下特点: (1) 齿条齿廓为直线，齿廓上各点的压力角均为标准值，且等于齿条齿廓的倾斜角(齿形角)，其值为a =20 (2)在平行
12、于齿条齿顶线的各条直线上，齿条的齿距均相等，其值为p = m，其法向齿距(等于基圆齿距);与齿顶平行且其上的齿厚等于齿槽宽(s = e = m/2)的直线称为齿条的中线，它是计算齿条尺寸的基准线 (3)中线至齿顶线的高度为齿顶高ha = ha * m，中线至齿根线的高度为齿根高hf =(ha * +c*)m,齿顶线至齿根线的高度为齿高h= ha+ hf,下一页,上一页,返回,第五节渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,2.齿轮与齿条啮合特点 齿轮与齿条啮合时，啮合线过啮合点垂直于齿条的齿廓且与齿轮的基圆相切。在传动过程中，由于齿轮的基圆大小和位置不变，齿条同向齿廓上任意点法向方向相同，因此啮合线为固定
13、直线。啮合线与过齿轮中心且垂直于齿条中线的直线的交点侧节点)为定点。 标准齿轮与齿条按标准中心距安装时(图6-21),齿轮的分度圆与齿条的中线相切并作纯滚动，齿轮与齿条作无侧隙啮合传动且具有标准顶隙。,上一页,返回,第六节渐开线齿廓的根切现象、变位齿轮的概念,一、渐开线齿轮轮齿的加工 1.仿形法 仿形法利用刀具的轴面齿形与所切制的渐开线齿轮的齿槽形状相同的特点，在轮坯上直接加工出齿轮的齿形。 2.范成法 插齿和滚齿是范成法加工齿轮的常用形式。插齿法所用刀具有齿轮形插刀(图6一23)和齿条形插刀(图6一24 )，滚齿法所用刀具为齿轮滚刀(图6一25 )。,下一页,返回,第六节渐开线齿廓的根切现象
14、、变位齿轮的概念,二、渐开线齿廓的根切1.根切原因 用范成法加工齿轮时，如齿条刀具的内顶线超过被加工齿轮的基圆与啮合线切点N2，就会出现根切现象。2.不出现根切的最少齿数,下一页,上一页,返回,第六节渐开线齿廓的根切现象、变位齿轮的概念,三、变位齿轮传动1.最小变位系数,下一页,上一页,返回,第六节渐开线齿廓的根切现象、变位齿轮的概念,2.变位齿轮概念 用范成法加工齿轮时，如果齿条刀的中线不与齿轮的分度圆相切，而是与齿轮的分度圆相离(x 0)或相交(x0时，加工出的齿轮为正变位齿轮，x称为正变位系数;当x 0时，加工出的齿轮为负变位齿轮，x称为负变位系数;x =0时，加工出的齿轮即为标准齿轮,
15、下一页,上一页,返回,第六节渐开线齿廓的根切现象、变位齿轮的概念,3.变位齿轮的几何尺寸 变位齿轮与同参数的标准齿轮相比，它们的渐开线相同，只是使用同一条渐开线的不同部分。分度圆、基圆、齿距、基圆齿距不变，而齿顶圆、齿根圆，齿顶高、齿根高，分度圆齿厚和齿槽宽均发生了变化。(1)齿厚与齿槽宽,下一页,上一页,返回,第六节渐开线齿廓的根切现象、变位齿轮的概念,(2) 齿顶高及齿根高刀具节线至刀顶线之间的距离为齿根高。对于变位量为xm的正变位齿轮(图6 -29) ,齿根高比相应的标准齿轮减少了xm，即 由于变位齿轮的分度圆与相应标准齿轮一样，故变位齿轮的齿顶圆仅仅取决于轮坯顶圆的大小，若暂不计变位齿
16、轮齿顶高对顶隙的影响，为了保持全齿高不变，正变位齿轮的齿顶高较相应的标准齿轮增大xm，即,下一页,上一页,返回,第六节渐开线齿廓的根切现象、变位齿轮的概念,(3)公法线与跨齿数变位齿轮的公法线长度计算公式为 对于变位齿轮，通常希望量爪与齿廓的切点位于齿廓上向径等于(r + xm)的点处，其跨齿数k的计算公式为 对于负变位齿轮，以上几个公式同样适用，只需注意变位系数为负值即可。,下一页,上一页,返回,第六节渐开线齿廓的根切现象、变位齿轮的概念,4.齿轮传动的类型 (l)标准齿轮传动这类齿轮传动设计简单，只要齿数大于最少齿数就不会出现根切。重合度一般足够大，无需验算，但小齿轮的齿根强度较弱齿面耐磨
17、性较差。 (2)高变位齿轮传动无侧隙啮合中心距等于标准中心距，啮合角等于分度圆压力角，节圆与分度圆重合。适当选择变位系数，可使大、小两齿轮强度趋于相等，从而提高一对齿轮传动的承载能力，改善齿轮的磨损情况。因中心距为标准值，这种齿轮传动可用来替换或修复旧机械中的原有标准齿轮传动。高变位齿轮传动必须成对设计、制造和使用，小齿轮齿顶易变尖，重合度与相应标准齿轮传动比略有减小,下一页,上一页,返回,第六节渐开线齿廓的根切现象、变位齿轮的概念,(3)正传动 无侧隙啮合中心距大于标准中心距，啮合角大于分度圆压力角，节圆与分度圆相离。 (4)负传动 无侧隙啮合中心距小于标准中心距，啮合角小于分度圆压力角，节
18、圆与分度圆相交,上一页,返回,第七节平行轴斜齿圆柱齿轮机构,一、斜齿轮齿面的形成和斜齿轮传动的特点 如图6一31所示，直齿轮的齿面是平面S上任意一条与基圆柱母线NN平行的直线KK所展成的渐开线曲面。 KK上任意一点的轨迹均为渐开线，即直齿轮在垂直于齿轮轴线的任意平面(端面)上的齿形均相同，齿廓曲线为渐开线，从齿轮的整个宽度上看，其齿廓曲面为渐开面。斜齿轮的齿面形成与直齿轮相似，不同之处在于斜齿轮的齿面发生线KK与基圆柱的母线、 NN不平行，有一偏斜角b,KK上各点的轨迹仍为渐开线，但它们的集合所构成的斜齿轮的齿廓曲面并不是真正的渐开面，而是一个渐开线螺旋面，如图6一32。,下一页,返回,第七节
19、平行轴斜齿圆柱齿轮机构,二、斜齿轮的基本参数1.法面模数mn与端面模数mt2.齿顶高系数可和顶隙系数3.法面压力角an与端面压力角at4.法面变位系数xn与端面变位系数xt,下一页,上一页,返回,第七节平行轴斜齿圆柱齿轮机构,三、几何尺寸计算 从端面上看，斜齿轮啮合与直齿轮完全相同，所以，斜齿轮的几何尺寸及与渐开线齿廓啮合有关的计算公式与直齿轮完全一样，不过要换成斜齿轮的端面参数。但因端面参数不是标准值，还需进一步用法面参数表达斜齿轮几何尺寸的计算公式。具体计算公式见表6一4。斜齿圆柱齿轮传动中心距的配凑可通过改变螺旋角a来实现，因而变位斜齿轮很少使用。,下一页,上一页,返回,第七节平行轴斜齿
20、圆柱齿轮机构,四、斜齿轮传动的正确啮合条件 一对斜齿圆柱齿轮正确啮合时，除满足直齿圆柱齿轮的正确啮合条件外，螺旋角还应匹配。即,下一页,上一页,返回,第七节平行轴斜齿圆柱齿轮机构,五、重合度r计算六、当量齿数 斜齿轮的法面齿形比较复杂，但其受力与强度设计都以法面为依据。另外，用仿形法加工斜齿轮时，铣刀是沿着螺旋齿槽的方向进刀的，因此必须按照齿轮的法面齿形来选择铣刀的号码为此，需要研究斜齿轮的法面齿形。虚拟一个齿形与斜齿轮的法面齿形相当的直齿轮，将这个直齿轮称为斜齿轮的当量齿轮，该直齿轮的参数与斜齿轮的法面参数相同，其齿数称为斜齿轮的当量齿数，用zv表示。,下一页,上一页,返回,第七节平行轴斜齿
21、圆柱齿轮机构,七、交错轴斜齿轮机构简介 两个法面参数相等的斜齿轮，如果1 - 2 ，就不能安装成平行轴传动，只能安装成交错轴传动，这种齿轮传动称为交错轴斜齿轮传动(图6 -38)，由于交错轴斜齿轮传动是点接触啮合传动，不宜传递较大载荷，多用于传递两交错轴间的运动。,上一页,返回,第八节直齿圆锥齿轮机构,一、传动比与分度圆锥角 满足啮合条件正确安装的一对圆锥齿轮的啮合传动相当于一对节圆锥进行纯滚动，并且其分度圆锥与节圆锥重合，如图6一41所示。 圆锥齿轮传动的传动比为,下一页,返回,第八节直齿圆锥齿轮机构,二、圆锥齿轮的背锥、当量齿轮和当量齿数 图6一42为锥齿轮在其轴面上的投影图，OBC为分度
22、圆锥，过锥齿轮大端的点C作OC的垂线与锥齿轮的轴线交于点O1，以O1为锥顶， O1 C为母线， OO1为轴线作一圆锥(背锥)与锥齿轮大端球面在分度圆处相切。将圆锥齿轮的球面渐开线齿形投影到背锥上，背锥上的齿形与圆锥齿轮大端上的齿形十分接近，因此可近似地用背锥上的齿形来代替圆锥齿轮大端的齿形。 背锥可展成平面，展开后得到一扇形齿轮，其轮齿参数与锥齿轮大端轮齿参数完全相同，齿数为圆锥齿轮的真实齿数。将扇形缺口补齐成一圆形齿轮，该圆形齿轮称为圆锥齿轮的当量齿轮，其齿数zy为当量齿数,下一页,上一页,返回,第八节直齿圆锥齿轮机构,三、锥齿轮的参数及几何尺寸计算一对圆锥齿轮正确啮合的条件为,下一页,上一
23、页,返回,第八节直齿圆锥齿轮机构,圆锥齿轮的轮齿通常可分为正常收缩齿和等顶隙收缩齿两种，如图6一43和图6一44所示。 正常收缩齿锥齿轮(图6 - 43)的齿顶圆锥、分度圆锥和齿根圆锥交于一点。当满足啮合条件的一对正常收缩齿圆锥齿轮进行啮合传动时，顶隙由大端至小端逐渐收缩，轮齿小端润滑较差。 等顶隙收缩齿锥齿轮(图6 - 44)的分度圆锥与齿根圆锥交于一点，齿顶圆锥位于它们之下，其母线与另一配对的锥齿轮齿根圆锥母线平行，这种圆锥齿轮传动顶隙由大端至小端是相等的，润滑状况得到改善。,上一页,返回,第九节齿轮传动受力分析,一、圆柱齿轮传动的受力分析1.直齿圆柱齿轮传动的受力分析图6 - 45为一对
24、标准直齿轮啮合时主动轮1齿面受力图,下一页,返回,第九节齿轮传动受力分析,2.抖齿圆柱齿轮传动的受力分析 图6一46为一对标准斜齿轮啮合时主动轮1齿面受力图,下一页,上一页,返回,第九节齿轮传动受力分析,二、圆锥齿轮传动的受力分析 在对圆锥齿轮传动进行受力分析时，假定齿面间的总作用力集中作用在齿宽中点处的分度圆上的C点(啮合节点)处(图6一47 ) ,齿宽中点处的分度圆直径为dm。,上一页,返回,第十节齿轮传动的失效形式、设计准则和齿轮材料,一、齿轮轮齿的失效形式 通常，齿轮的失效主要出现在轮齿部分，常见的轮齿失效形式有齿面损伤和轮齿折断两大类。而齿面损伤又分为齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合和塑
25、性变形等形式 1.轮齿折断 轮齿折断分为弯曲疲劳折断和过载折断，在正常工况下，主要为弯曲疲劳折断。轮齿承载时，齿根处受到较大的交变的弯曲应力作用，再加上齿 根部的小圆角、加工刀痕和材料内部缺陷引起的应力集中，使齿根部产生疲劳裂纹并逐渐扩展，最终导致轮齿疲劳折断。这种折断是由轮齿 齿根弯曲疲劳强度不足而致(图6一48)。,下一页,返回,第十节齿轮传动的失效形式、设计准则和齿轮材料,2.齿面点蚀 轮齿承载时，轮齿工作面受到脉动循环接触应力的反复作用。在交变的接触应力的反复作用下，轮齿齿面的表层出现疲劳裂纹，而后疲劳裂纹逐渐扩展，齿面金属微粒剥落而在齿面上形成小麻坑，称为疲劳点蚀，简称为点蚀。点蚀通
26、常首先出现在轮齿节线附近靠近齿根的表面上，这是因为轮齿在节线附近处啮合，啮合线上同时参与啮合的轮齿的对数少，齿面接触应力大，并且节线附近啮合时齿面间的相对滑动速度小，不易形成油膜，齿面间摩擦力较大(图6一49),下一页,上一页,返回,第十节齿轮传动的失效形式、设计准则和齿轮材料,3.齿面磨损 在齿轮传动中，当一些硬颗粒进入齿面间时，会引起齿面磨粒磨损。齿面严重磨损后，齿廓的渐开线形状受到破坏，传动的振动、噪音加大，且由于磨损使齿厚变薄，最后导致轮齿折断。磨粒磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。 用闭式齿轮传动代替开式齿轮传动;提高齿面硬度和降低齿面粗糙度;改善润滑和密封条件均可提高齿面的抗磨粒磨
27、损的能力。 4.齿面胶合 在齿轮传动中，由于齿面温度过高或压力过大会使齿面金属出现砧在一起的现象，随着齿面间的相对运动，砧结的金属被大片地撕落，使齿面间沿相对运动方向形成条状的沟痕，这种现象称为砧着磨损，即齿面胶合。,下一页,上一页,返回,第十节齿轮传动的失效形式、设计准则和齿轮材料,5.齿面塑性变形 当齿面硬度不高，而又受到较大接触应力时，在摩擦力作用下，齿面材料会沿着摩擦力方向发生塑性流动而使渐开线齿形遭到破坏。根据主、从动轮齿面上的摩擦力方向，塑性变形后，主动轮的工作齿面沿节线处会出现沟痕，而从动齿轮的齿面沿节线处会出现凸棱(如图6一51)。,下一页,上一页,返回,第十节齿轮传动的失效形
28、式、设计准则和齿轮材料,二、设计准则 在实际齿轮传动时，应n一对a轮传动的主要失效形式进行相应的计算。对于闭式a轮传动，因齿面点蚀和齿轮弯曲折断均可能发生，故需同时计算齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度。目前一般的设计方法是按齿面接触疲劳强度设计公式确定a轮的主要尺寸，然后再校核齿根的弯曲疲劳强度;而对于开式齿轮传动，由于主要失效形式是齿面磨损和轮齿断齿，一般按齿根弯曲疲劳强度设计公式计算出模数m，为考虑齿面磨损的影响，将求得的模数m适当增大10%15%,下一页,上一页,返回,第十节齿轮传动的失效形式、设计准则和齿轮材料,三、齿轮材料 齿轮的常用材料为锻钢，如各种碳素结构钢和合金结构钢;其次是
29、铸铁、铸钢及非金属材料 1.锻钢 锻钢的机械强度高，除尺寸大、形状复杂外，大多数齿轮都用锻钢制造。按其齿面硬度不同，可分为两大类。 (1)软齿面齿轮 (2)硬齿面齿轮,下一页,上一页,返回,第十节齿轮传动的失效形式、设计准则和齿轮材料,2.铸钢 当齿轮尺寸较大(例如齿顶圆直径大于400600 mm)或结构较复杂轮坯不易锻造时，可采用铸钢。铸钢的耐磨性和强度均较好，但由于铸造时内应力较大，轮坯加工前，应经正火或退火处理，也可进行调质处理 3.铸铁 铸铁抗弯强度、抗冲击和耐磨性能较差，但抗胶合和点蚀能力较好，成本低，因此常用于低速、轻载、大尺寸和开式齿轮传动中。常用的铸铁牌号有:HT 200 ,H
30、T 300 ,QT 500 -7等 4.非金属材料 高速、轻载、精度要求不高的齿轮传动中，齿轮可用非金属材料制作，如尼龙、夹布塑胶等,上一页,返回,第十一节轮齿的强度计算,一、齿轮的精度 渐开线圆柱齿轮精度国家标准GB/T 10095.1-2001规定了m,0.5 mm的单个渐开线圆柱齿轮同侧齿面的精度。标准中对齿轮规定了13个精度等级。0级的精度最高，12级的精度最低，齿轮副中两个齿轮的精度等级一般取成相同。 实际应用中，齿轮的各项公差可分为三组:第I组公差影响传动的准确性;第II组公差影响传动的平稳性;第IQ组公差影响载荷分布的均匀性。允许各组公差选用不同的精度等级，但同一组中的各项公差应
31、具有相同等级,下一页,返回,第十一节轮齿的强度计算,齿轮受力分析中计算出的总法向力Fn称为名义载荷。而实际工作中，制造、安装误差，轮齿、轴和轴承受载后的变形，原动机与工作机的不同性能，传动中工作载荷与工作速度的变化等因素都会使轮齿实际所受的载荷大于名义载荷。故轮齿强度计算时应考虑上述因素的影响，用计算载荷F.来进行计算。计算载荷Fm等于名义载荷乘以载荷系数K(其值选取见表6一9)，即,下一页,上一页,返回,第十一节轮齿的强度计算,三、许用应力 对于钢和铸铁齿轮，其齿面接触疲劳强度的许用应力H 和齿根弯曲疲劳强度的许用应力F见表6一10四、齿面接触疲劳强度计算1.标准直齿轮传动齿面接触疲劳强度计
32、算 两齿轮啮合时，可以认为是以两齿廓在接触点处的曲率半径为半径的两个圆柱体互相接触(如图6一52)。由于齿面在不同点啮合时，啮合点处的曲率半径是不同的，考虑点蚀通常出现在节点附近，一般来讲，轮齿在节点处啮合时齿面间的接触应力最大，因此以节点作为计算接触应力的计算点。,下一页,上一页,返回,第十一节轮齿的强度计算,下一页,上一页,返回,第十一节轮齿的强度计算,2.抖齿轮齿面接触疲劳强度计算 斜齿圆柱齿轮的强度可近似用其当量圆柱齿轮的强度来代替，因此斜齿轮的强度计算原理与直齿轮相同。考虑到斜齿圆柱齿轮传动齿面接触线为斜直线，接触线长，重合度大，承载能力比较强等特点，可得到斜齿圆柱齿轮齿面接触疲劳强
33、度的计算公式为,下一页,上一页,返回,第十一节轮齿的强度计算,3.锥齿轮齿面接触疲劳强度计异 圆锥齿轮的强度计算可近似地用平均分度圆处的当量圆柱齿轮来代替，齿面接触强度的计算公式为,下一页,上一页,返回,第十一节轮齿的强度计算,4.有关接触强度的两点说明 在对齿轮进行接触强度计算时，两轮的接触应力相同，但许用接触应力一般不同。因此，以上各式中，应取两轮许用应力的较小值代入;在载荷、齿轮材料、传动比和齿宽一定的前提下，接触疲劳强度主要与齿轮的分度圆直径有关。五、弯曲疲劳强度计算1.直齿轮的弯曲疲劳强度计算,下一页,上一页,返回,第十一节轮齿的强度计算,2.抖齿轮弯曲疲劳强度计算 斜齿轮传动时，齿
34、面接触线为斜直线，受载时，轮齿的折断形式多为局部折断。若按局部折断计算斜齿轮的弯曲应力较为困难，考虑斜齿轮的特点，对直齿轮的弯曲疲劳强度的计算公式进行必要修正得斜齿轮的弯曲强度校核和设计公式为,下一页,上一页,返回,第十一节轮齿的强度计算,3.锥齿轮的弯曲疲劳强度计算校核和设计公式分别为,下一页,上一页,返回,第十一节轮齿的强度计算,4.有关弯曲强度的两点说明 在对齿轮进行弯曲强度计算时，两轮的弯曲应力一般是不相等的，许用弯曲应力一般也不同，因此在设计时应代入两轮Yes/F中的大者;在载荷、齿轮材料、传动比和齿宽一定的前提下，弯曲疲劳强度主要与齿轮的模数m有关,上一页,返回,第十二节设计实例,
35、一、齿轮传动主要设计参数的选择1.齿轮齿数z1和模数m2.齿宽系数d或R3.螺旋角二、设计实例 例6 -2设计一带式运输机的单级减速器中的直齿圆柱齿轮传动。已知减速器中的输入功率10 kW ,满载转速n =960 r/min，传动比i12 =4，单向运转、载荷平稳。 解1.选择齿轮材料、确定许用应力,下一页,返回,第十二节设计实例,2.选取设计参数 (1)小齿轮齿数z1 ，对于闭式软齿面齿轮传动，通常z1在2040之间选取。现取z1 =24，则z2 =4 x 24=96 (2)齿数比u = i12 = 96/24 = 4 (3)齿宽系数d. 单级齿轮传动，齿轮相对于两支承对称布置，两轮均为软齿
36、面，查表6一11取d =1. 03.按齿面接触疲劳强度设计(1)小齿轮的转矩 (2)载荷系数(3)按齿面接触疲劳强度设计得(4)确定齿轮模数(5)小齿轮直径,下一页,上一页,返回,第十二节设计实例,4.齿轮几何尺寸计算,下一页,上一页,返回,第十二节设计实例,5.校核弯曲疲劳强度6.齿轮传动的精度等级7.结构设计(略),上一页,返回,第十三节齿轮的结构设计和润滑,一、齿轮的结构 由于锻造后钢材机械性能较好，通常齿顶圆直径小于500 mm的齿轮都用锻造毛坯，当齿顶圆直径大于500 mm时，宜采用铸造毛坯 1.锻造齿轮 (1)齿轮轴当齿轮齿顶圆直径小于2d或齿根圆与轮毅孔键槽槽底的距离小于2. 5
37、md时，通常将齿轮与轴制成一体，这种结构称为齿轮轴(图6一54) (2)实体结构 齿轮齿根圆直径比轴的直径大出两倍齿高，且齿顶圆直径小于160 mm时，一般可制成实体结构(图6一55) (3)腹板结构 齿根圆直径比轴的直径大出两倍齿高，当齿顶圆直径大于160 mm时，一般可制成腹板式结构。为减轻重量，往往在腹板上开一些圆孔(图6 -56),下一页,返回,第十三节齿轮的结构设计和润滑,2.铸造齿轮 当尺寸大于500 mm时，因锻造困难，宜采用铸钢或铸铁铸造毛坯，常用轮腹式结构(图6一57)二、齿轮传动的润滑 齿轮传动常采用的润滑方式有: (1)人工定期加入润滑油或润滑脂，适用于开式、半开式或圆周
38、速度低的闭式齿轮传动中。 (2)将大齿轮浸入润滑油池中，适用于齿轮圆周速度，v 12 m/s的情况下。 (3)喷油润滑，适用于齿轮圆周速度，v12 m/s的情况下,上一页,返回,表6一2标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算公式,返回,表6一4标准斜齿圆柱齿轮几何尺寸计算公式,返回,表6一9载荷系数K,返回,表6一10,返回,图6一1直齿圆柱齿轮传动,返回,图6一2斜齿圆柱齿轮传动,返回,图6一3人字齿轮传动,返回,图6一4圆锥齿轮传动,返回,图6一5 蜗杆传动,返回,图6一6交错轴斜齿轮传动,返回,图6一8渐开线的形成及性质,返回,图6一11,返回,图6一13弦齿厚测量,返回,图6一14公法线长度,返
39、回,图6一15,返回,图6一20,返回,图6一21齿轮与齿条啮合,返回,图6一23齿轮形插刀插尺,返回,图6一24齿条形插刀插尺,返回,图6一25滚刀滚尺,返回,图6 - 29正变位齿轮齿厚变化,返回,图6 - 31,返回,图6 - 32,返回,图6 - 38,返回,图6一41圆锥齿轮传动,返回,图6一42圆锥齿轮的背锥、当量齿轮,返回,图6一43正常收缩丙锥丙轮,返回,图6一44等顶隙收缩齿锥齿轮,返回,图6 - 45直齿圆柱齿轮受力分析,返回,图6 - 46斜齿圆柱齿轮受力分析,返回,图6 - 47圆锥齿轮受力分析,返回,图6一48轮齿折断,返回,图6一49齿面点蚀,返回,图6一5l齿面塑性变形,返回,图6一52断面按触疲劳强度计算,返回,图6一54齿轮轴,返回,图6一55实体结钩齿轮,返回,图6一56腹板式结构的齿轮,返回,图6一57轮辐式结构齿轮,返回,
