聊城大学汽车学院机械设计第4章齿轮传动ppt课件

1、汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系教学根本要求教学根本要求 1)1)了解齿轮传动特点、分类；了解齿轮传动特点、分类；2)2)掌握齿轮传动的主要失效方式及设计准那么；掌握齿轮传动的主要失效方式及设计准那么；3)3)了解常用齿轮资料及热处置方法；了解常用齿轮资料及热处置方法；4)4)掌握齿轮传动的受力分析、强度计算方法及主要参数的选择；掌握齿轮传动的受力分析、强度计算方法及主要参数的选择；5)5)了解齿轮传动光滑及齿轮构造。了解齿轮传动光滑及齿轮构造。重点与难点重点与难点 齿轮传动的受力分析、强度计算。齿轮传动的受力分析、强度计算。 汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽

2、车工程系汽车工程系机械中运用最广泛的传动方式之一。机械中运用最广泛的传动方式之一。 4.1 概概 述述4.1.1齿轮传动的特点齿轮传动的特点 1 1效率高效率高; 98%; 98%以上以上 2 2构造紧凑构造紧凑; ;3 3任务可靠、寿命长任务可靠、寿命长; ;4 4传动比准确、恒定传动比准确、恒定; ;5 5适用的速度和功率范围广适用的速度和功率范围广; ; 最高达最高达300M/S300M/S，直径，直径10M 10M 6 6要求加工精度和安装精度较高，制造时需求公用工具要求加工精度和安装精度较高，制造时需求公用工具和设备，因此本钱比较高和设备，因此本钱比较高; ;7 7不宜在两轴中心距很

3、大的场所运用。不宜在两轴中心距很大的场所运用。汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系分分类类开式传动开式传动 半开式传动半开式传动闭式传动闭式传动按齿按齿型分型分按安装按安装型式分型式分按运用按运用情况分情况分硬齿面齿轮齿面硬度硬齿面齿轮齿面硬度 350HBW 直齿圆柱齿轮传动直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动锥齿轮传动锥齿轮传动人字齿轮传动人字齿轮传动动力齿轮动力齿轮 传动齿轮传动齿轮 按齿面按齿面硬度分硬度分软齿面齿轮齿面硬度软齿面齿轮齿面硬度 350HBW 半开式齿轮传动半开式齿轮传动闭式传动闭式传动单级圆柱齿轮单级圆柱齿轮蜗杆传动蜗杆传动按齿按齿廓曲廓

4、曲线线渐开线渐开线圆弧圆弧摆线摆线按轴的按轴的布置分布置分平行轴齿轮传动平行轴齿轮传动交错轴齿轮传动交错轴齿轮传动相交轴齿轮传动相交轴齿轮传动4.1.2 齿轮传动的分类齿轮传动的分类汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系4.2 齿轮传动的失效方式及设计准那么齿轮传动的失效方式及设计准那么 4.2.1齿轮传动的失效方式齿轮传动的失效方式 轮齿折断轮齿折断失效方式失效方式景象：部分折断景象：部分折断整体折断整体折断汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系提高轮齿抗折断才干的措施：提高轮齿抗折断才干的措施：1增大齿根过渡圆角半径，消除加工刀痕，减小齿根增大齿根过

5、渡圆角半径，消除加工刀痕，减小齿根应力集中；应力集中； 2增大轴及支承的刚度，使轮齿接触线上受载较为均匀；增大轴及支承的刚度，使轮齿接触线上受载较为均匀； 3采用适宜的资料和热处置方式使齿面较硬，使轮齿采用适宜的资料和热处置方式使齿面较硬，使轮齿芯部资料具有足够的韧性；芯部资料具有足够的韧性； 4采用喷丸、滚压等工艺，对齿根表层进展强化处置。采用喷丸、滚压等工艺，对齿根表层进展强化处置。 汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系齿面接触疲劳齿面接触疲劳齿面点蚀齿面点蚀轮齿折断轮齿折断失效方式失效方式点蚀：轮齿啮合过程中，接触面点蚀：轮齿啮合过程中，接触面间产生接触应力两物体相

6、互接触时，在外表上产生间产生接触应力两物体相互接触时，在外表上产生的部分压力称为接触应力，该应力是脉动循环变化的部分压力称为接触应力，该应力是脉动循环变化的，在此应力的反复作用下，齿面表层就会产生细微的，在此应力的反复作用下，齿面表层就会产生细微疲劳裂纹，封锁在裂纹中光滑油在压力的作用下，产疲劳裂纹，封锁在裂纹中光滑油在压力的作用下，产生楔挤作用使裂纹扩展，最后导致表层金属小片状剥生楔挤作用使裂纹扩展，最后导致表层金属小片状剥落，出现凹坑，构成麻点状剥伤，称为点蚀。落，出现凹坑，构成麻点状剥伤，称为点蚀。 汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系措施：措施： 1)提高齿面硬度

7、提高齿面硬度2)运用粘度大的光滑油运用粘度大的光滑油点蚀点蚀收敛性点蚀收敛性点蚀扩展性点蚀扩展性点蚀小于等于小于等于350HBW大于大于350HBW汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系齿面点蚀齿面点蚀齿面胶合齿面胶合措施：措施： 1)加抗胶合添加剂加抗胶合添加剂2)减小齿面粗糙度3)添加光滑油粘度4)降低齿高，减小模数轮齿折断轮齿折断失效方式失效方式胶合：在高速重载传动中，常因胶合：在高速重载传动中，常因齿面间相对滑动速度比较高而产齿面间相对滑动速度比较高而产生瞬时高温而导致光滑失效，呵生瞬时高温而导致光滑失效，呵斥齿面间的粘焊景象，粘焊处被斥齿面间的粘焊景象，粘焊处被撕

8、脱后，轮齿外表沿滑动方向构撕脱后，轮齿外表沿滑动方向构成沟痕，这种景象称为齿面胶合成沟痕，这种景象称为齿面胶合汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系齿面胶合齿面胶合齿面磨损齿面磨损措施：措施：1)减小齿面粗糙度减小齿面粗糙度2)改善光滑条件，清洁环境改善光滑条件，清洁环境磨粒磨损磨粒磨损跑合磨损跑合磨损齿面点蚀齿面点蚀轮齿折断轮齿折断失效方式失效方式3)提高齿面硬度提高齿面硬度汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系从动齿从动齿自动齿自动齿从动齿从动齿自动齿自动齿从动齿从动齿自动齿自动齿从动齿从动齿自动齿自动齿齿面胶合齿面胶合齿面磨损齿面磨损齿面点蚀齿面点

9、蚀轮齿折断轮齿折断失效方式失效方式齿面塑性变形齿面塑性变形外表凸出外表凸出外表凹陷外表凹陷措施措施:1)提高齿面硬度提高齿面硬度2)采用黏度大的光滑油采用黏度大的光滑油汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系4.2.2设计准那么设计准那么 设计准那么取决于齿轮能够出现的失效方式。设计准那么取决于齿轮能够出现的失效方式。对于软齿面闭式齿轮传动：常因齿面点蚀而失效，故通常先按齿面对于软齿面闭式齿轮传动：常因齿面点蚀而失效，故通常先按齿面接触疲劳强度进展设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度。接触疲劳强度进展设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度。对于硬齿面闭式齿轮传动：其齿面接触承载才干较高，故

10、通常先按对于硬齿面闭式齿轮传动：其齿面接触承载才干较高，故通常先按齿根弯曲疲劳强度进展设计，然后校核齿面接触疲劳强度。齿根弯曲疲劳强度进展设计，然后校核齿面接触疲劳强度。对于开式齿轮传动：按齿根弯曲疲劳强度进展设计，通常不校核齿对于开式齿轮传动：按齿根弯曲疲劳强度进展设计，通常不校核齿面接触疲劳强度。计算出的模数增大面接触疲劳强度。计算出的模数增大10-15%。短时过载：除以上计算准那么外，还应进展静强度计算。短时过载：除以上计算准那么外，还应进展静强度计算。高速大功率：除以上设计准那么外，还应进展散热才干计算。高速大功率：除以上设计准那么外，还应进展散热才干计算。汽车与交通工程学院汽车与交通

11、工程学院 汽车工程系汽车工程系4.3 齿轮常用资料齿轮常用资料4.3.1常用的齿轮资料常用的齿轮资料 齿轮的齿体应有较高的抗折断才干，齿面应有较强的抗点齿轮的齿体应有较高的抗折断才干，齿面应有较强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合才干，即要求：齿面硬、芯部韧蚀、抗磨损和较高的抗胶合才干，即要求：齿面硬、芯部韧加工工艺性能及热处置性能良好。加工工艺性能及热处置性能良好。 常用齿常用齿轮资料轮资料锻钢锻钢 铸钢铸钢 铸铁铸铁常作为低速、轻载、不太重要的场所的齿常作为低速、轻载、不太重要的场所的齿轮资料；轮资料；适用于高速、轻载、且要求降低适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场所。噪声的场所。 非金属资料

12、非金属资料 钢材的韧性好，耐冲击，经过热处置和化学处置可改善资钢材的韧性好，耐冲击，经过热处置和化学处置可改善资料的机械性能，最适于用来制造齿轮。料的机械性能，最适于用来制造齿轮。 耐磨性及强度较好，常用于大尺寸齿轮。耐磨性及强度较好，常用于大尺寸齿轮。含碳量为含碳量为(0.15(0.150.6)%0.6)%的碳素钢或合金钢。的碳素钢或合金钢。普通齿轮用碳素钢，重要齿轮用合金钢。普通齿轮用碳素钢，重要齿轮用合金钢。汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系表表4-2 4-2 常用齿轮资料及其机械性能常用齿轮资料及其机械性能 资料牌号资料牌号 热处置方法热处置方法 强度极限强度极

13、限 屈服极限屈服极限 硬度硬度 (HBS) (HBS)B / MPa S / Mpa B / MPa S / Mpa 齿芯部齿芯部 齿面齿面HT250 250 170241 HT300 300 187255 HT350 350 197269 QT500-5 500 147241 QT600-2 600 229302 ZG310-570 常化常化 580 320 156217 ZG340-640 650 350 169229 45 580 290 162217 45 217255 4050HRC 40Cr 241286 4855HRC 调质后外调质后外表淬火表淬火汽车与交通工程学院汽车与交通工程

14、学院 汽车工程系汽车工程系续表续表4-2 4-2 常用齿轮资料及其机械性能常用齿轮资料及其机械性能 资料牌号资料牌号 热处置方法热处置方法 强度极限强度极限 屈服极限屈服极限 硬度硬度 (HBS) (HBS)B / MPa S / Mpa B / MPa S / Mpa 齿芯部齿芯部 齿面齿面ZG340640 700 380 241269 45 650 360 217255 30CrMnSi 1100 900 310360 35SiMn 750 450 217269 38SiMnMo 700 550 217269 40Cr 700 500 241286 20Cr 650 400 300 20C

15、rMnTi 1100 850 300 12Cr2Ni4 1100 850 320 35CrAlA 950 750 255321 85HV 渗碳后淬火渗碳后淬火调质调质20Cr2Ni4 1200 1100 350 38CrMnAlA 1000 850 255321 85HV 夹布胶木夹布胶木 100 2535 调质后氮化调质后氮化( (氮氮化层化层0.30.5)0.30.5)汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系4.3.2 齿轮热处置齿轮热处置n1调质或正火调质或正火n2整体淬火整体淬火n3外表淬火外表淬火n4渗碳淬火渗碳淬火n5氮化氮化汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院

16、汽车工程系汽车工程系 外表硬度可达外表硬度可达4555HRC，承载才干高，耐，承载才干高，耐磨性强，适于高速齿轮传动。工艺简单，但轮齿变形大，芯部韧磨性强，适于高速齿轮传动。工艺简单，但轮齿变形大，芯部韧性差。不适于冲击载荷。热处置后需磨齿、研齿等精加工。性差。不适于冲击载荷。热处置后需磨齿、研齿等精加工。 正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处置。大直削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处置。大直径的齿轮可用铸钢正火处置。径的齿轮可用铸钢正火处置。 调质普通用于中碳钢和中碳合金钢，如调质普

17、通用于中碳钢和中碳合金钢，如4545、40Cr40Cr、35SiMn35SiMn等。调质处置后齿面硬度为：等。调质处置后齿面硬度为：220260HBS 220260HBS 。由于。由于硬度不高，故可在热处置后精切齿形，且在运用中易于跑合。硬度不高，故可在热处置后精切齿形，且在运用中易于跑合。1)调质调质2)正火正火3) 整体淬火整体淬火汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系 普通用于中碳钢和中碳合金钢，如普通用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr等。等。外表淬火后轮齿变形小，可不磨齿，硬度可达外表淬火后轮齿变形小，可不磨齿，硬度可达5256HRC，面硬，面硬芯软，能接受一

18、定冲击载荷。芯软，能接受一定冲击载荷。4)外表淬火外表淬火 渗碳钢为含碳量渗碳钢为含碳量0.150.25%的低碳钢和低碳合金的低碳钢和低碳合金钢，如钢，如20、20Cr等。齿面硬度达等。齿面硬度达5662HRC，齿面接触强度高，齿面接触强度高，耐磨性好，齿芯韧性高。常用于受冲击载荷的重要传动。通常渗耐磨性好，齿芯韧性高。常用于受冲击载荷的重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。碳淬火后要磨齿。 渗氮是一种化学处置。渗氮后齿面硬度可达渗氮是一种化学处置。渗氮后齿面硬度可达6062HRC。氮化处置温度低，轮齿变形小，适用于难以磨齿的。氮化处置温度低，轮齿变形小，适用于难以磨齿的场所，如内齿轮。资料为：场所

19、，如内齿轮。资料为：38CrMoAlA.6) 渗氮渗氮 5) 渗碳淬火渗碳淬火汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系特点及运用：特点及运用： 调质、正火处置后的硬度低，调质、正火处置后的硬度低，HBS 350HBS 350，属软齿面，工，属软齿面，工艺简单、用于普通传动；艺简单、用于普通传动； 当大小齿轮都是软齿面时，因小轮齿根薄，弯曲强度低，故当大小齿轮都是软齿面时，因小轮齿根薄，弯曲强度低，故在选材和热处置时，小轮比大轮硬度高在选材和热处置时，小轮比大轮硬度高: 2050HBS: 2050HBS 外表淬火、渗碳淬火、渗氮处置后齿面硬度高，属硬齿面。外表淬火、渗碳淬火、渗

20、氮处置后齿面硬度高，属硬齿面。其承载才干高，但普通需求磨齿。常用于构造紧凑的场所。其承载才干高，但普通需求磨齿。常用于构造紧凑的场所。汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系4.3.3 齿轮资料的选择原那么齿轮资料的选择原那么1) 1) 齿轮资料必需满足任务条件的要求，如强度、寿齿轮资料必需满足任务条件的要求，如强度、寿 命、可靠性、经济性等；命、可靠性、经济性等； 2) 2) 应思索齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处置和应思索齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处置和 制造工艺；制造工艺； 3) 3) 正火碳钢，只能用于制造在载荷平稳或轻度冲击正火碳钢，只能用于制造在载荷平稳或轻度

21、冲击 下任务的齿轮；调质碳钢可用于在中等冲击载荷下任务的齿轮；调质碳钢可用于在中等冲击载荷 下任务的齿轮；下任务的齿轮； 汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系6)6)钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保 持在持在303050HBS50HBS或更多。或更多。 4)4)合金钢常用于制造高速、重载并在冲击载荷下工合金钢常用于制造高速、重载并在冲击载荷下工 作的齿轮；作的齿轮； 5)5)航空齿轮要求尺寸尽能够小，应采用外表硬化处航空齿轮要求尺寸尽能够小，应采用外表硬化处 理的高强度合金钢；理的高强度合金钢； 汽车与交通工程学院汽车与

22、交通工程学院 汽车工程系汽车工程系4.4 直齿圆柱齿轮传动的受力分析与计算载荷直齿圆柱齿轮传动的受力分析与计算载荷4.4.1直齿圆柱齿轮传动的受力分析直齿圆柱齿轮传动的受力分析T1112dTFtcos/tnFFtgFFFtrr21圆周力：圆周力：径向力：径向力：法向力：法向力：小齿轮上的转矩：小齿轮上的转矩：mmNnPPT161611055.910P-P-为传送的功率为传送的功率KWKW1-1-小齿轮上的角速度小齿轮上的角速度n1-n1-小齿轮上的转速小齿轮上的转速d1-d1-小齿轮上的分度圆直径小齿轮上的分度圆直径-压力角压力角各作用力的方向如图：各作用力的方向如图：O22从动从动O1N1N

23、2tt1自动自动T1c d12d22 FrFnFn FtO2O1tt1自动自动N1N2c d12Fn汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系4.4.2计算载荷计算载荷 齿轮传动强度计算中所用的载荷，通常取沿齿面接触线单齿轮传动强度计算中所用的载荷，通常取沿齿面接触线单位长度上所受的载荷，即：位长度上所受的载荷，即： 实践传动中由于原动机、任务机性能的影响以及制造误差实践传动中由于原动机、任务机性能的影响以及制造误差的影响，载荷会有所增大，且沿接触线分布不均匀。的影响，载荷会有所增大，且沿接触线分布不均匀。接触线单位长度上的最大载荷为：接触线单位长度上的最大载荷为：LKFKpp

24、ncaK K为载荷系数，其值为：为载荷系数，其值为：K KKA Kv K K KA Kv K K LFpnFn Fn 为作用于接触线上的法向载荷。为作用于接触线上的法向载荷。式中：式中：KA KA 工况系数工况系数Kv 动载系数动载系数K齿间载荷分配系数齿间载荷分配系数K齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系1 1工况系数工况系数KAKA2 2动载系数动载系数KVKV思索齿轮制造误差及弹性变形引起的附加动载荷思索齿轮制造误差及弹性变形引起的附加动载荷 思索了齿轮啮合时，外部要素引起的附加动载荷对传动思索了齿轮啮合时，外部要素引起的附加动载荷对

25、传动的影响，它与原动机与任务机的类型与特性，联轴器类型的影响，它与原动机与任务机的类型与特性，联轴器类型等有关。等有关。 3 3齿间载荷分配系数齿间载荷分配系数 K K 思索同时有多对齿啮合时各对轮齿间载荷分配的不均匀思索同时有多对齿啮合时各对轮齿间载荷分配的不均匀 4 4齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数K K 思索一对齿啮合时载荷沿接触线分布的不均匀思索一对齿啮合时载荷沿接触线分布的不均匀 修缘齿可以减小内部附加动载荷修缘齿可以减小内部附加动载荷汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系发电机、均匀传送的带式保送机发电机、均匀传送的带式保送机或板式保送机、螺旋保送机、轻或板式

26、保送机、螺旋保送机、轻型升降机、包装机、通风机、均型升降机、包装机、通风机、均匀密度资料搅拌机。匀密度资料搅拌机。不均匀传送的带式保送机或板式不均匀传送的带式保送机或板式保送机、机床的主传动机构、重保送机、机床的主传动机构、重型升降机、工业与矿用风机、重型升降机、工业与矿用风机、重型离心机、变密度资料搅拌机。型离心机、变密度资料搅拌机。橡胶挤压机、橡胶和塑料作延续橡胶挤压机、橡胶和塑料作延续的搅拌机、轻型球磨机、木工机的搅拌机、轻型球磨机、木工机械、钢坯初轧机、提升安装、单械、钢坯初轧机、提升安装、单缸活塞泵等。缸活塞泵等。发掘机、重型球磨机、橡胶揉合发掘机、重型球磨机、橡胶揉合机、破碎机、重

27、型给水机、旋转机、破碎机、重型给水机、旋转式钻探安装、压砖机、带材冷轧式钻探安装、压砖机、带材冷轧机、压坯机等。机、压坯机等。载荷载荷形状形状发电机、均匀发电机、均匀运转的蒸汽机、运转的蒸汽机、燃气轮机燃气轮机蒸汽机、蒸汽机、燃气轮机燃气轮机多多 缸缸内燃机内燃机单单 缸缸内燃机内燃机1.0 1.1 1.25 1.501.0 1.1 1.25 1.501.25 1.35 1.5 1.751.25 1.35 1.5 1.751.50 1.60 1.75 2.001.50 1.60 1.75 2.001.75 1.85 2.00 2.251.75 1.85 2.00 2.25工工 作作 机机 器器

28、均匀均匀平稳平稳细微细微冲击冲击中等中等冲击冲击严重严重冲击冲击原动机原动机注：表中所列值仅适用于减速传动，假设为增速传动，应乘以注：表中所列值仅适用于减速传动，假设为增速传动，应乘以1.11.1倍倍当外部的机械与齿轮安装间经过挠性件相衔接时，当外部的机械与齿轮安装间经过挠性件相衔接时，KAKA可适当减小。可适当减小。表表4-4 任务情况系数任务情况系数KA 汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系动动载载系系数数Kv 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0 10 20 30 40 50 m/s Kv 非常精细的齿轮安装非常精细的齿轮安装10 8 7 6 9 表表4-5

29、齿间载荷分配系数齿间载荷分配系数K 精度等级精度等级II组组 5 6 7 8 5级及更低级及更低KAFt/b 100N/mm 1.34K H 1.34限制限制条件条件K H对称对称非对称非对称悬臂悬臂汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系K HK H1.031.031.061.081.101.21.31.5234561.031.031.061.081.101.21.31.5234561.03 1.044 1.06 1.1 1.2 1.3 1.5 2 3 4弯曲疲劳强度计算用的齿向载荷分布系数弯曲疲劳强度计算用的齿向载荷分布系数 K Fb/h=31264K F汽车与交通工程学

30、院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系改善齿向载荷不均匀的措施：改善齿向载荷不均匀的措施： 1增大轴、轴承及支座的刚度；增大轴、轴承及支座的刚度；5轮齿修形腰鼓齿。轮齿修形腰鼓齿。4尽能够防止悬臂布置；尽能够防止悬臂布置；3适当限制轮齿宽度；适当限制轮齿宽度；2对称轴承配置；对称轴承配置；b汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系改善齿向载荷不均匀的措施：改善齿向载荷不均匀的措施： 1增大轴、轴承及支座的刚度；增大轴、轴承及支座的刚度；5轮齿修形腰鼓齿。轮齿修形腰鼓齿。4尽能够防止悬臂布置；尽能够防止悬臂布置；3适当限制轮齿宽度；适当限制轮齿宽度；2对称轴承配置；对称轴承

31、配置；b(0.00050.001)b汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系NFFFNeeFFeeFFNvPFvFPsmnDveffeffeeevvvv95.72727 .3526 .55126 .5511121127 .352666.1382. 4100010001000666.131000601450180100060010011得由得由汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系222121211111EELFnH2sin111dCN2sin222dCN赫兹公式：赫兹公式：“+用于外啮合，用于外啮合，“-用于内啮合用于内啮合 节圆处齿廓曲率半径：节圆处齿廓

32、曲率半径：齿数比齿数比: u= z2 /z1 = d2 /d1 = 2 /1 1211221)(11sin)(22112dddd O22从动从动O1N1N2tt1自动自动T1c d12d22 C124.5.1 4.5.1 齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算4.5 直齿圆柱齿轮传动的强度计算直齿圆柱齿轮传动的强度计算sin2)(1212ddddsin211duu1汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系表表4-6 弹性影响系数弹性影响系数ZE (Mpa)1/2弹性模量弹性模量EMPa齿轮资料齿轮资料配对齿轮资料配对齿轮资料灰铸铁灰铸铁 球墨铸铁球墨铸铁 铸钢铸钢 锻锻 钢

33、钢 夹布塑料夹布塑料 1.18104 17.3104 20.2104 20.6104 0.785104 锻锻 钢钢 162.0 181.4 188.9 189.8 56.4 铸铸 钢钢 161.4 180.5 188.0 - - 球墨铸铁球墨铸铁 156.6 173.9 - - - 灰铸铁灰铸铁 143.7 - - - - 注：表中所列夹布塑料的泊松比注：表中所列夹布塑料的泊松比为为0.5，其他资料的，其他资料的均为均为0.32221211111EEZE令-弹性影响系数弹性影响系数costnFF 节点处，载荷由一对轮齿来承当：节点处，载荷由一对轮齿来承当：cos211dT汽车与交通工程学院汽车

34、与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系代入赫兹公式得：代入赫兹公式得：E111H1sin2cos2ZuudbdKT引入齿宽系数：引入齿宽系数：d=b/d1sincos2HZ令-区域系数区域系数齿面接触疲劳强度校核公式：齿面接触疲劳强度校核公式： 12H211HuubdKTZZZHE得设计公式：得设计公式：321112HHEdZZZuuKTd规范齿轮：规范齿轮：ZH=2.5汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系运用齿面接触强度设计公式和校核公式的几点阐明：运用齿面接触强度设计公式和校核公式的几点阐明：(4)取大齿轮的齿宽取大齿轮的齿宽 ，为补偿装配和调整时大、小，为补偿装配和调

35、整时大、小齿轮的轴向位置偏移，并保证轮齿接触宽度，取小齿轮的齿轮的轴向位置偏移，并保证轮齿接触宽度，取小齿轮的齿宽齿宽 2d2dbmm)105(21bb模数模数m不能成为衡量齿轮接触疲劳强度的根据。不能成为衡量齿轮接触疲劳强度的根据。(1)一对相啮合的齿轮，齿面接触应力相等。一对相啮合的齿轮，齿面接触应力相等。(2)由于两齿轮的资料、热处置方法不同，因此其许用应力普由于两齿轮的资料、热处置方法不同，因此其许用应力普通不一样，计算时应取两者中的较小值。通不一样，计算时应取两者中的较小值。(3)齿轮传动的接触疲劳强度取决于中心距或齿轮分度圆直径。齿轮传动的接触疲劳强度取决于中心距或齿轮分度圆直径。

36、汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系4.5.2齿根弯曲疲劳强度计算齿根弯曲疲劳强度计算rbO30 30 假定载荷仅由一对轮齿承当，按悬臂梁计算。齿顶啮合时，假定载荷仅由一对轮齿承当，按悬臂梁计算。齿顶啮合时，弯矩达最大值。弯矩达最大值。hFnF2F1S弯曲力矩：弯曲力矩： M=KFnhcos危险界面的弯曲截面系数：危险界面的弯曲截面系数：62bSW WMF0弯曲应力：弯曲应力：coscos62bshKFt2cos6bshKFn危险截面：齿根圆角危险截面：齿根圆角30 切线两切点连线处。切线两切点连线处。齿顶受力：齿顶受力：Fn，可分解成两个分力：，可分解成两个分力：F1

37、= Fn cos F2 = Fn sin-产生弯曲应力；产生弯曲应力；-产生压应力，可忽略产生压应力，可忽略FnABABFc汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系 2121MPazbmYYYKTFSaFahh和和S S与模数与模数m m相关，相关，1102bmdYYYKTYSaFaSaFF轮齿弯曲强度计算公式：轮齿弯曲强度计算公式：故故YFa与模数与模数m无关。无关。弯曲应力：弯曲应力：cos)(cos)(62msmhbmKFtmbdYKTFa112WMF0coscos62bshKFt对于规范齿轮对于规范齿轮, YFa只与轮齿的齿廓外形有关，见下页图。只与轮齿的齿廓外形有关

38、，见下页图。 cos)(cos)(62msmhYFa 齿形系数齿形系数F0 -实际弯曲应力，思索齿根处应力集中的影响：实际弯曲应力，思索齿根处应力集中的影响：应力校正系数应力校正系数汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系表表 齿形系数齿形系数YFa以及应力校正系数以及应力校正系数YSaYFa 2.97 2.91 2.85 2.8 2.76 2.72 2.69 2.65 2.62 2.60 2.57 2.55 2.53YSa 1.52 1.53 1.54 1.55 1.56 1.57 1.575 1.58 1.59 1.595 1.60 1.61 1.62YFa 2.52 2

39、.45 2.402.35 2.32 2.28 2.24 2.22 2.2 2.18 2.14 2.12 2.06YSa 1.625 1.65 1.67 1.68 1.70 1.73 1.75 1.77 1.78 1.79 1.83 1.865 1.97Z(Zv) 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 Z(Zv) 30 35 40 45 50 60 70 80 90 100 150 200 注：注：1)基准齿形的参数为基准齿形的参数为 =20 、h*a=1、C*=0.25 、 =0.38m (m-模数模数) 2)对内齿轮：当对内齿轮：当 =20 、h*a=

40、1、C*=0.25 、 =0.15m 时，时， 齿形系数：齿形系数：YFa =2.053 ; 应力校正系数：应力校正系数：YSa =2.65汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系图图4.16 应力修正系数应力修正系数Ysa(n=20，ha*=1，c*=0.25，f=0.38m)汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系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.

41、81.711 12 13 14 15 16 18 20 25 30 40 50 100 400图图4.18 齿形系数齿形系数YFa计算根切极限计算根切极限实践根切极限实践根切极限规范齿轮规范齿轮汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系普通普通YFa1 YFa2， F1 F2 引入齿宽系数：引入齿宽系数：d=b/d1mmzYYYKTmFdSaFa32112得设计公式：得设计公式：留意：计算时取：留意：计算时取： 、 较大者，计算结果圆整较大者，计算结果圆整, 且且 m 1.5111FSaFaYY222FSaFaYYMPazbmYYYKTFSaFaF2121代入：代入： d1 =

42、 m z1汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系4齿根弯曲应力的大小，主要取决于模数。计算出模数，应取齿根弯曲应力的大小，主要取决于模数。计算出模数，应取规范值，对于传送动力的齿轮，模数不宜过小，普通应规范值，对于传送动力的齿轮，模数不宜过小，普通应使使 。mm)25 . 1 (m1由于弯曲应力与齿数有关，而相啮合的齿轮普通齿数不等，由于弯曲应力与齿数有关，而相啮合的齿轮普通齿数不等，所以所以 ；2F1F2由于两齿轮的资料、热处置方法不同，因此其许用应力由于两齿轮的资料、热处置方法不同，因此其许用应力 和和 普通也不一样。普通也不一样。F12F3按齿根弯曲强度设计时，应代入

43、按齿根弯曲强度设计时，应代入 和和 中较大者，中较大者，齿根弯曲强度校核时，应同时满足齿根弯曲强度校核时，应同时满足 和和 。1F1Sa1FaYY2F2Sa2FaYY1F1F2F2F齿根弯曲强度设计公式和校核公式的几点阐明齿根弯曲强度设计公式和校核公式的几点阐明:汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系4.5.3直齿圆柱齿轮的参数、精度选择和许用应力直齿圆柱齿轮的参数、精度选择和许用应力一、设计参数的选择一、设计参数的选择 ui1齿数比齿数比与传动比与传动比5i7i单级闭式传动，普通常取单级闭式传动，普通常取或二级以上的传动。单级开式传动或手动，普通取或二级以上的传动。单级开

44、式传动或手动，普通取需求更大传动比时，可采用二级需求更大传动比时，可采用二级2齿数齿数1z对于软齿面闭式传动普通可取对于软齿面闭式传动普通可取 40201z对于硬齿面闭式传动及开式传动引荐对于硬齿面闭式传动及开式传动引荐 20171zz1z1m重合度重合度e传动平稳传动平稳抗弯曲疲劳强度降低抗弯曲疲劳强度降低齿高齿高h 切削量切削量、滑动速度、滑动速度、加工工时、加工工时滑动系数滑动系数、传动效率、传动效率毛坯外径毛坯外径、齿轮质量、齿轮质量汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系3齿宽系数齿宽系数d4中心距中心距 a 按承载才干要求算出后，尽能够圆整成整数，最按承载才干要求

45、算出后，尽能够圆整成整数，最好个位数为好个位数为“0或或“5。d d 齿宽齿宽b b 强度强度 ，但，但dd过大将导致过大将导致K K汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系二、齿轮传动的精度二、齿轮传动的精度1)1)误差的影响：误差的影响：a.a.转角与实际不一致，影响运动的不准确性；转角与实际不一致，影响运动的不准确性；b.b.瞬时传动比不恒定，出现速度动摇，引起震动、瞬时传动比不恒定，出现速度动摇，引起震动、 冲击和噪音，影响运动平稳性；冲击和噪音，影响运动平稳性；c.c.齿向误差导致轮齿上的载荷分布不均匀，使轮齿提齿向误差导致轮齿上的载荷分布不均匀，使轮齿提 前损坏，

46、影响载荷分布的不均匀性。前损坏，影响载荷分布的不均匀性。汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系 选择精度等级时，应根据齿轮传动的用途、任务条选择精度等级时，应根据齿轮传动的用途、任务条件、传送功率及圆周速度的大小，以及其他技术要求，件、传送功率及圆周速度的大小，以及其他技术要求，并以主要的精度要求作为选择的根据。并以主要的精度要求作为选择的根据。 2精度等级精度等级1 1运动精度运动精度 指传送运动的准确程度。指传送运动的准确程度。3 3接触精度接触精度 指啮合齿面沿齿宽和齿高的实践指啮合齿面沿齿宽和齿高的实践接触程度影响载荷分布的均匀性。接触程度影响载荷分布的均匀性。2

47、2任务平稳性精度任务平稳性精度 指齿轮传动的平稳程度，指齿轮传动的平稳程度，冲击、振动及噪声的大小。冲击、振动及噪声的大小。汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系三、许用接触应力三、许用接触应力 n许用接触应力应按下式计算：许用接触应力应按下式计算：minHNlimHHSZlimH齿轮资料接触疲劳极限图齿轮资料接触疲劳极限图4.19 NZ接触疲劳强度计算的寿命系数图接触疲劳强度计算的寿命系数图4.20 minHS接触疲劳强度平安系数表接触疲劳强度平安系数表4-10 查取寿命系数 时，其应力循环次数有以下两种情况： NZh60tnN载荷不稳定时载荷不稳定时载荷稳定时载荷稳定时

48、mniTTtnNmaxihi1i60齿轮每转一周，同一侧齿面的啮合次数齿轮每转一周，同一侧齿面的啮合次数 n齿轮转速齿轮转速 ht齿轮的设计寿命齿轮的设计寿命 maxT较长周期作用的最大转矩较长周期作用的最大转矩 ii指第指第 个循环个循环 m指数指数 汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系四、许用弯曲应力四、许用弯曲应力许用弯曲应力的计算公式为许用弯曲应力的计算公式为 minFXNlimFFSYYlimF齿轮的齿根弯曲疲劳极限齿轮的齿根弯曲疲劳极限 图图4.21NY弯曲疲劳强度计算的寿命系数弯曲疲劳强度计算的寿命系数 图图4.22XY尺寸系数图尺寸系数图4.23 minF

49、S弯曲疲劳强度平安系数表弯曲疲劳强度平安系数表4-10 汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系图图4.20 接触疲劳寿命系数接触疲劳寿命系数ZN1.71.61.51.31.21.00.80.7103 104 105 106 107 108 109 1010NZN调质钢、珠光体、贝氏体球铁、可锻铸铁调质钢、珠光体、贝氏体球铁、可锻铸铁N0渗碳淬火钢、外表淬火钢渗碳淬火钢、外表淬火钢N0氮化钢、铁素体球铁、构造钢、灰铸铁氮化钢、铁素体球铁、构造钢、灰铸铁N0氮碳共渗调质钢氮碳共渗调质钢N0汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系图图4.22 弯曲疲劳寿命系数弯

50、曲疲劳寿命系数YN3.02.52.01.81.61.41.21.00.80.7103 104 105 106 107 108 109 1010NYN调质钢、珠光体、贝氏体球铁、可锻铸铁调质钢、珠光体、贝氏体球铁、可锻铸铁N0渗碳淬火钢、外表淬火钢渗碳淬火钢、外表淬火钢N0氮化钢、铁素体球铁、构造钢、灰铸铁氮化钢、铁素体球铁、构造钢、灰铸铁N0氮碳共渗调质钢氮碳共渗调质钢N0汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系6004000200100 200 300 HBSFE (MPa)球墨铸铁球墨铸铁黑色可锻铸铁黑色可锻铸铁灰铸铁灰铸铁MEMEMQMLMQ=MLMEMQ=ML铸铁资料

51、的铸铁资料的FE6004000200FE (MPa)100 200 HBS正火钢的正火钢的FEMEMEML=MQlML=MQl正火处置的铸钢正火处置的铸钢正火处置的构造钢正火处置的构造钢调质钢的调质钢的FE合金调质钢合金调质钢碳钢调质碳钢调质合金铸钢调质合金铸钢调质碳素铸钢调质碳素铸钢调质100 200 300 400 HBS600400200FE (MPa)8001000MLMEMQMLMEMQMQ=MLMQ=MLFE (MPa)渗碳淬火钢及外表硬化钢的渗碳淬火钢及外表硬化钢的FE60040020080010001200450 500 600 700 800 HVI50 55 60 65 H

52、RCMEMQMLMEMQML渗碳淬火钢渗碳淬火钢 外表硬化钢外表硬化钢汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系灰铸灰铸铁的铁的疲劳疲劳极限极限应力应力Hlim (MPa)500400200600700100 200 300 HBS300MEMQ=ML铸铁铸铁资料资料的疲的疲劳极劳极限应限应力力Hlim (MPa)500400600700100 200 300 HBS300MEMQ=MLMEMQ=ML球墨铸铁球墨铸铁黑色可锻铸铁黑色可锻铸铁 氮化氮化及氮及氮碳共碳共渗调渗调质钢质钢的的FE (MPa)60040020080010001200300 400 500 600 700

53、 800 900 HVI30 35 40 45 50 55 60 65 HRC调质、气体氮化处置的氮化钢调质、气体氮化处置的氮化钢 不含铝不含铝调质、气体氮化处置的调质钢调质、气体氮化处置的调质钢调质或正火、碳氮共渗处置的调质钢调质或正火、碳氮共渗处置的调质钢MEMQMLMEMQMLME=MQML汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系正火处置的构造钢和正火处置的构造钢和铸钢的疲劳极限应力铸钢的疲劳极限应力Hlim (MPa)500400600200100 150 200 250 HBS300正火处置的构造刚正火处置的构造刚正火处置的铸刚正火处置的铸刚MEMEML=MQML=

54、MQ调质处置钢的疲劳极限应力调质处置钢的疲劳极限应力合金调质刚合金调质刚碳钢调质碳钢调质合金铸刚调质合金铸刚调质碳钢铸钢调质碳钢铸钢调质MEMEMQ=MLML=MQMXMEMQMLMEMLMQ50040060025030070080090010001100FHlim (MPa)100 200 300 400 HBS汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系渗氮及氮碳共渗调质钢渗氮及氮碳共渗调质钢120013006001500140070080090010001100FHlim (MPa)300 400 500 600 700 800 900HVI35 35 40 45 50 5

55、5 60 65 HRCMQMQ调质调质-气体渗氮处置的渗氮钢气体渗氮处置的渗氮钢调质或正火调质或正火-氮碳共渗处置的调质钢氮碳共渗处置的调质钢调质调质-气体渗氮处置的调质钢气体渗氮处置的调质钢ME=MQME=MQMQMQMEMEMLMLMLMLMLMLMEME400 500 600 700 800 HVI12001300160015001400170080090010001100FHlim (MPa)MQMQMEMEMLMLMQMQMEMEMLML渗碳合金钢渗碳合金钢火焰或感应淬火钢火焰或感应淬火钢渗碳淬火钢和外表淬火渗碳淬火钢和外表淬火钢的疲劳极限应力钢的疲劳极限应力汽车与交通工程学院汽车与

56、交通工程学院 汽车工程系汽车工程系选择齿数，选齿宽系数选择齿数，选齿宽系数fd初选载荷系数初选载荷系数(如如Kt=1.2)m模数规范化模数规范化计算主要尺寸：计算主要尺寸：d1=mz1 d2=mz2 计计 算算 齿齿 宽：宽： b=fd d14.5.4 直齿圆柱齿轮设计的步骤直齿圆柱齿轮设计的步骤 选择齿轮的资料和热处置选择齿轮的资料和热处置按接触强度确定直径按接触强度确定直径d1计算得计算得mH=d1/z1按弯曲强度确定模数按弯曲强度确定模数mF确定模数确定模数mt=maxmH ,mF计算确定载荷系数计算确定载荷系数K= KAKvKK修正计算模数修正计算模数3/ttKKmm 确定齿宽：确定齿

57、宽：B2=int(b) B1= B2+(35)mm开开 始始汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系 齿轮传动设计时，按主要失效方式进展强度计算，确定主要齿轮传动设计时，按主要失效方式进展强度计算，确定主要尺寸，然后按其它失效方式进展必要的校核。尺寸，然后按其它失效方式进展必要的校核。软齿面闭式齿轮传动：软齿面闭式齿轮传动：按接触强度进展设计，按弯曲强度校核：按接触强度进展设计，按弯曲强度校核：硬齿面闭式齿轮传动：硬齿面闭式齿轮传动：按弯曲强度进展设计，按接触强度校核按弯曲强度进展设计，按接触强度校核: 开式齿轮传动：按弯曲强度设计。开式齿轮传动：按弯曲强度设计。mmZuuK

58、TdHEd3211132.2MPazbmYYKTFSaFaF2121mmzYYKTmFdSaFa32112MPauubdKTZE125 . 2H211HmmzYYKTmFdSaFa32112汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系4.6 斜齿圆柱齿轮传动强度计算斜齿圆柱齿轮传动强度计算4.6

59、.1斜齿圆柱齿轮传动的受力分析斜齿圆柱齿轮传动的受力分析nFFd1F11T1T1112dTFtbtgFFtabcosntrtgFF 圆周力：圆周力：径向力：径向力：轴向力：轴向力：轮齿所受总法向力轮齿所受总法向力FnFn可分解为三个分力可分解为三个分力: :FrFtFtFr = F tgn FrFnFnFnc cFaFanrnFFsinbcossinnnttgFbcoscosntFF=Ft /cos tbttFbcoscosabdefghceadacadceacnbcoscosceadcededeadbtbcoscosb汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 汽车工程系汽车工程系trb1ra1r

60、1r2rb2ra2O2O1 由于由于Fatanb，为了不使轴承接受的轴向力过大，为了不使轴承接受的轴向力过大，螺旋角螺旋角b不宜选得过大，常在不宜选得过大，常在 之间选择。之间选择。二、计算载荷二、计算载荷 pbtpbtL-L-为参与啮合接触线长度之和。为参与啮合接触线长度之和。 近似计算公式：近似计算公式：bcosbbL btbtncacoscoscosbbbKFLKFp代入得：代入得： ttcosbKF-端面重合度端面重合度b8b82020bpbtbpa载荷系数载荷系数K K：K KKA Kv K K KA Kv K K LKFpnca单位长度上的载荷：单位长度上的载荷： 汽车与交通工程学