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1、第十章 齿轮传动,1.掌握齿轮传动的特点、应用场合、类型及精度选择。2.掌握选用齿轮材料的基本要求、常用热处理方法，合 理地选用齿轮的配对材料。3.掌握齿轮传动受力分析方法，能够正确判断各力的方向。4.掌握齿面接触疲劳强度及齿根弯曲疲劳强度的基本理论及各参数的意义。5.掌握齿轮传动的设计步骤和方法，合理选择齿轮参数。6.理解计算载荷的意义，了解计算载荷中各参数的物理 意义和影响因素。7.了解齿轮失效形式的特点及预防或减轻失效的措施，针对不同失效形式的设计计算准则。8.了解齿轮结构的设计方法、齿轮的润滑及效率。,基本要求,3.按工作条件分：闭式、开式齿轮传动,一.齿轮传动的特点：,1.效率高；2
2、.结构紧凑；3.工作可靠、寿命长；4.传动比稳定；,5.应用范围广。6.制造安装精度要求高，因此 成本高；7.不适于传动距离过大的场合。,二.传动的类型：,1.按轴线位置分：,2.按速度大小分：高速（v15m/s）；中速（v=315m/s）；低速（v 3m/s）。,4.按齿面的软硬分：硬齿面（HBS350或HRC 38）软齿面（HBS350或HRC38）,10-1 概 述,10-2 齿轮传动的 失效形式和设计准则,一.失效形式：,1.轮齿折断：过载折断（淬火钢和铸铁齿轮常见）；疲劳折断,材料及热处理增大模数增大齿根圆角半径消除刀痕；喷丸、滚压处理；增大轴及支承刚度。,折断多发生在齿根部位（另有
3、局部折断）,原因,齿根弯曲应力大齿根应力集中,避免措施,2.齿面点蚀：,形成原因 轮齿在节圆附近一对齿受力，载荷大；滑动速度低形成油膜条件差；接触疲劳产生麻点。,避免措施：提高材料的硬度；加强润滑，提高油的粘度,3.齿面胶合：热胶合、冷胶合,避免措施：减小模数，降低齿高；抗胶合能力强的润滑油；材料的硬度及配对。,原因：高速重载；散热不良；滑动速度大；齿面粘连后撕脱,4.齿面磨损：,措施：加强润滑；采用闭式传动,5.塑性变形：,措施：提高材料的硬度，减小接触应力，改善润滑,原因：重载，齿面软,原因：相对滑动；,二.设计准则：,也可同时按接触和弯曲强度设计齿轮。,对于开式（或半开式）齿轮传动，以保
4、证齿根的疲弯曲疲劳强度为设计准则。为了延长开式（或半开式）齿轮传动的寿命，应将所求得的模数适当增大10%15%。对于大功率（P75kW）的闭式齿轮传动，还应作热平衡计算。对于齿轮的轮圈、轮辐、轮毂等部位的尺寸不进行强度计算，仅按经验作结构设计。,10-3 齿轮材料及选择原则,对齿轮材料的基本要求：齿面要硬，齿芯要韧。,一、常用材料：,齿轮常用材料是各种牌号的中碳钢，中、低碳合金钢，铸钢和铸铁等。一般多采用锻造毛坯或轧制钢材，齿轮尺寸较大或结构复杂且生产批量大时，可采用铸钢或铸铁。表P191表10-1列出了常用齿轮材料牌号、热处理方法、硬度及力学特性。,轮齿具有足够强度和韧性,抵抗轮齿折断,齿面
5、具有较高的硬度,抵抗齿面点蚀、胶合、磨损、塑性变形,1.表面淬火 用于中碳钢和中碳合金钢。表面淬火硬度可达5256HRC,由于齿面的硬度高,耐磨性好,而齿芯的韧性较高,用于轻微冲击、要求结构紧凑、无须磨齿的场合。,二、常用热处理方法：,金属,钢,铸铁,锻钢,铸钢,ZG310-570等,调质钢 45、40Cr、30CrMnSi、35SiMn等,渗碳钢 20Cr、20CrMnTi等,氮化钢 38CrAlA 等,HT250、HT200、QT500-5等,非金属：夹布塑胶、尼龙 常用于小功率、精度不高、噪声低的场合,3.调质 用于中碳钢和中碳合金钢。调质后齿面硬度一般 为220260HBS。适用于无结
6、构尺寸要求。,4.正火（常化）正火用于消除内应力，亦适用于机械强度要求不高 的齿轮。,5.渗氮 渗氮后齿面硬度可达6062HRC，因氮化温度很低（-196），轮齿的变形小，适用于难于磨齿（如内齿 轮），又要求齿面硬度大的场合。,2.渗碳淬火 渗碳钢用于低碳钢和低碳合金钢，表面淬火硬度可 达52-56HRC，齿面的硬度高，耐磨性好，而齿芯的韧性 较高，用于冲击严重、要求结构紧凑的重要齿轮传动。通常渗碳淬火后要磨齿。,上述5种热处理方法中，3、4 两种方法得到的为软齿面齿轮（HB350），其余 3 种得到硬齿面齿轮（HB350）。,三.齿轮材料的选择原则：,1.工作条件的要求：功率、可靠度、质量、
7、环境2.工艺要求：毛坯选择；热处理方式3.硬度选择：*软齿面硬度350HBS；*软齿面齿轮HBS1-HBS23050,说明,10-4 齿轮传动的计算载荷,名义载荷(理论载荷)：,计算载荷(考虑实际因素的载荷)pca：,1.使用系数KA：是考虑轮齿啮合时外部因素引起的附加动载 荷的系数。它主要取决于原动机和从动机械的 特性、质量比、联轴器类型及运行状态等。,载荷系数,其值见P192表10-2。,减小措施：轮齿修缘（图10-6、7）,产生原因：,法节不等,由制造、安装误差及轮齿受载后变形所引起的。,KV的值见P194图10-8,2.动载系数KV：,3.齿间载荷分配系数K：,产生原因：,双对齿啮合区
8、,轮齿弹性变形和制造误差,两对齿上载荷沿接触线不是均匀分配,K的值见P195表10-3,4.齿向载荷分配系数K：,产生原因：轴、轴承、支座的变形、制造、安装误差；齿向误差,减小措施：增大轴、轴承、支座的刚度；对称布置；适当 地限制齿轮的宽度，鼓型轮齿等,KH的值见P196表10-4，KF的值见P197图10-13,10-5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算,一.轮齿受力分析：,力学模型简化：1）作用在齿面上的分布载荷以作用在 齿宽中点上的集中力代替。2）忽略摩擦力。,受力大小,其中：T1小齿轮的扭矩，Nmm;d1小齿轮的节圆直径，mm；压力角，对标准齿轮，=20。,力的方向,径向力、圆周力,二.
9、齿根弯曲疲劳强度计算:,建立力学模型：,危险截面处的弯曲应力：,1）假设全部载荷作用于齿顶；2）不计齿根的压应力；3）用30切线法确定危险截面。,令,C,YFa仅与齿廓形状有关，而与轮齿大小（模数m）无关。,齿根应力图,考虑齿根应力集中及重合度影响,校核公式：,设计公式：,返回,三.齿面的接触疲劳强度计算：,1.赫兹公式,2.齿面接触疲劳强度的计算：,弹性影响系数，P202表10-5,校核公式：,设计公式：,许用接触应力,区域系数ZH，见图10-20,四.齿轮传动强度计算说明：,应力、许用应力、强度的关系:,1.两齿轮弯曲应力是否相同？许用应力呢？,应力是零件受力而产生的,强度是由零件的材料与
10、加工工艺所形成的固有特性,弯曲应力：,代入设计公式,接触应力：,许用接触应力：,一般不相等,2.两齿轮接触强度比较,3.说明：.、b,4.设计计算时，的确定与 有关。,方法：,初选,5.提高齿轮接触疲劳强度的主要措施,加大,适当加大,对开式齿轮：只按弯曲疲劳强度设计，然后将模数放 大1015，,7.注 意,6.提高轮齿弯曲疲劳强度的主要措施,在 一定时，对 的影响比 大,故增大(相应减小),适当加大,回顾设计准则,10-6 齿轮传动的精度、设计参数、与许用应力,制造和安装齿轮不可避免地要产生各种误差，这些误差对齿轮传动带来影响。国标规定了3个公差组：,第公差组。用齿轮一转内的转角误差表示。决定
11、齿轮传递运动的准确性。,2.第公差组。用齿轮一齿内的转角误差表示。决定齿轮运转的平稳性。,3.第公差组。用啮合区域的形状、位置和大小表示。决定齿轮载荷分布的均匀性。,一.齿轮传动的精度：,国标将齿轮传动精度分为13个等级，0级最高，12级最低，常用69级。,根据使用要求不同，允许各公差组选用不同或相同的精度等级。,较高的精度等级,P205表10-6列出了精度等级范围。,例如：,7 H K,7-6-6 G M,（齿厚上下极限偏差CS 14种）,二.齿轮传动设计参数的选择：,闭式传动：z1=2040；开式传动：z1=1720。,1.压力角：,2.小轮齿数z1：,（中心距a为定值）,为均匀磨损，大、
12、小齿轮的齿数应互为质数。,3.齿宽系数,支承刚度好,对称布置,轴的刚度差,悬臂布置,取小值,取大值,标准减速器齿宽系数为：,取标准值,注意,4.模数m,取标准值,传递动力的齿轮模数不得小于1.5mm,5.在齿轮的设计计算中，要注意参数的处理：,模数和压力角必须是标准值；齿宽必须圆整；中心距应尽可能取整；分度圆必须足够精确（最低要求为小数点以后三位数字）。,接触疲劳强度极限，查P211-212图10-25,齿面接触疲劳安全系数，SH=1,接触疲劳寿命系数,查P208图10-23,循环次数：,转速 r/min,一转中同一齿面的啮合次数，j=1,总工作时间，h,三.许用应力：,弯曲疲劳安全系数，SF=1.251.5,齿轮的弯曲疲劳强度极限，P209-210图10-24,弯曲疲劳寿命系数,查P208图10-22,ME、MQ、ML。硬度超过范围 可外插法取值；对称循环弯曲 应力时，应0.7。,
