第11章+齿轮传动Cppt课件

1、桑塔纳轿车的主传动系统桑塔纳轿车的主传动系统第第1111章章 齿轮传动齿轮传动 光驱 理光相机 深圳钟表展(2006.4) ：巨型机械表芯外径31.3cm，厚度6.35cm，“表把直径7cm，全部零件按实际机芯放大10倍制作，重15kg，连续精确走时48h 第第1111章章 齿轮传动齿轮传动11.1 齿轮传动的失效形式及计算准则齿轮传动的失效形式及计算准则11.2 齿轮材料及精度选择齿轮材料及精度选择11.3 齿轮传动的载荷计算齿轮传动的载荷计算11.4 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11.5 斜齿圆柱齿轮传动的强度计算斜齿圆柱齿轮传动的强度计算11.6 直齿圆锥齿轮传动

2、的强度计算直齿圆锥齿轮传动的强度计算11.7 齿轮的结构设计齿轮的结构设计11.8 齿轮的润滑齿轮的润滑重点：重点： 1.1.齿轮的失效形式、计算准则齿轮的失效形式、计算准则2.2.齿轮传动受力分析齿轮传动受力分析( (直齿、斜齿、锥齿直齿、斜齿、锥齿) )3.3.齿轮传动强度计算齿轮传动强度计算作业：（作业：（11.1511.15）、）、11.711.7、11.9 11.9 介绍直齿圆柱、斜齿圆柱、直齿圆锥齿轮传动的设计。 按工作 条件 分 类按载荷 情况分 类 闭式传动硬齿面 HBS350开式传动齿轮传动的分类齿轮传动的分类:低速轻载: V13m/S ; Fn510kN中速中载: 3m/S

3、V10m/S ;10kNFn50kN高速重载: V10m/S ; Fn50kN软齿面 HBS350前 言11.1 轮齿的失效形式及计算准则轮齿的失效形式及计算准则(一一)轮齿的失效形式轮齿的失效形式疲劳折断过载折断全齿折断(齿根)(直齿)局部折断(斜齿受载不均)1.轮齿折断轮齿折断3.各种场合的主要失效形式各种场合的主要失效形式2.齿面失效齿面点蚀齿面胶合齿面磨损齿面塑性变形(二二) 齿轮传动常用计算准则齿轮传动常用计算准则疲劳折断：轮齿受的弯曲应疲劳折断：轮齿受的弯曲应力是循环变化的，在齿根的力是循环变化的，在齿根的过渡圆角处具有较大的应力过渡圆角处具有较大的应力集中。易发生轮齿疲劳折断。集

4、中。易发生轮齿疲劳折断。过载折断：齿轮受到过载或过载折断：齿轮受到过载或冲击时冲击时, ,引起轮齿的突然折断。引起轮齿的突然折断。闭式硬齿面、脆性材料闭式硬齿面、脆性材料齿轮传动的主要破坏形式齿轮传动的主要破坏形式轮齿折断机理轮齿折断机理发生部位：一般出现在节发生部位：一般出现在节线附近靠近齿根表面处。线附近靠近齿根表面处。（载荷大；速度低难形成（载荷大；速度低难形成油膜油膜) )H反复裂纹扩展麻点状脱落2.齿面失效齿面失效闭式软齿面齿轮传动闭式软齿面齿轮传动的主要破坏形式。的主要破坏形式。1) 1) 齿面疲劳点蚀齿面疲劳点蚀齿面点蚀机理齿面点蚀机理齿形破坏、轮齿变薄1磨粒磨损：由于金属微粒，

5、灰石砂粒进入齿轮引起的磨损。2跑合磨损：一般指新机器。开式齿轮传动易发开式齿轮传动易发生磨粒磨损。生磨粒磨损。2)2)齿面磨粒磨损齿面磨粒磨损当齿面所受的压力很大且润滑效果差，或压力很大而速度很高时，由于发热大，瞬时温度高，相啮合的齿面发生粘联现象，此时两齿面有相对滑动，粘接的地方被撕裂。 热胶合。润滑失效润滑失效表面粘连表面粘连沿运动方向撕裂沿运动方向撕裂 低速重载的齿轮，油膜遭破坏也发生胶合现象。齿面温度无明显增高，冷胶合。高速重载、低速重载闭式高速重载、低速重载闭式传动的主要破坏形式。传动的主要破坏形式。3) 3) 齿面胶合齿面胶合齿面沿摩擦力方向塑性变形主凹、从凸21低速重载软齿面闭式

6、传动低速重载软齿面闭式传动的主要破坏形式。的主要破坏形式。4)4)齿面塑性变形齿面塑性变形从动齿从动齿节线起脊节线起脊主动齿主动齿节线出沟节线出沟折断折断:疲劳折断过载折断全齿折断(齿根)(直齿)局部折断(斜齿受载不均)H反复裂纹扩展麻点状脱落靠近节线的齿根表面 齿面胶合齿面胶合:齿面磨粒磨损齿面磨粒磨损:润滑失效表面粘连沿运动方向撕裂磨粒磨损齿形破坏齿面塑性变形齿面塑性变形: 齿面沿摩擦力方向塑性变形 主凹、从凸齿面点蚀齿面点蚀:.齿面失效:提高轮齿的抗疲劳折断能力：提高轮齿的抗疲劳折断能力：提高齿面硬度、增大齿根圆角半径、降低表面粗糙度值、提高齿面硬度、增大齿根圆角半径、降低表面粗糙度值、

7、采用表面强化处理、选用韧性好的材料等采用表面强化处理、选用韧性好的材料等提高齿面抗点蚀能力：齿面硬度越高，抗点蚀能力越强。提高齿面抗点蚀能力：齿面硬度越高，抗点蚀能力越强。此外，提高润滑油的粘度和采用适当的添加剂，对防止点此外，提高润滑油的粘度和采用适当的添加剂，对防止点蚀有明显的效果。蚀有明显的效果。防止或减轻齿面磨粒磨损：防止或减轻齿面磨粒磨损：提高齿面硬度、降低表面粗糙度值、注意润滑油的清洁提高齿面硬度、降低表面粗糙度值、注意润滑油的清洁和定期更换，开式传动中注意环境清洁等。和定期更换，开式传动中注意环境清洁等。增强抗胶合能力：提高齿面硬度，减小粗糙度，采用有增强抗胶合能力：提高齿面硬度

8、，减小粗糙度，采用有抗胶合添加剂的润滑油以及合适的材料配对等。抗胶合添加剂的润滑油以及合适的材料配对等。 防止和减轻塑性变形：防止和减轻塑性变形：提高轮齿硬度和润滑油黏度均有利于。提高轮齿硬度和润滑油黏度均有利于。 *闭式传动 *开式传动 *闭式高速重载传动软齿面硬齿面齿面点蚀轮齿折断齿面磨粒磨损齿面胶合*低速重载软齿面齿面塑性变形3.各种场合的主要失效形式各种场合的主要失效形式折断折断:疲劳折断过载折断全齿折断(齿根)(直齿)局部折断(斜齿受载不均)H反复裂纹扩展麻点状脱落靠近节线的齿根表面 齿面胶合齿面胶合:齿面磨粒磨损齿面磨粒磨损:润滑失效表面粘连沿运动方向撕裂磨粒磨损齿形破坏齿面塑性变

9、形齿面塑性变形: 齿面沿摩擦力方向塑性变形 主凹、从凸齿面点蚀齿面点蚀:.齿面失效: *闭式传动 *开式传动 *闭式高速重载传动软齿面硬齿面齿面点蚀轮齿折断齿面磨粒磨损齿面胶合*低速重载软齿面齿面塑性变形3.各种场合的主要失效形式各种场合的主要失效形式(二二) 齿轮传动常用计算准则齿轮传动常用计算准则: 防齿面点蚀防轮齿折断防轮齿折断齿面接触疲劳强度计算求中心距a齿根弯曲疲劳强度计算求模数常用的计算方法: 硬齿面(折断):按齿面强度设计(先求a) 按弯曲强度校核按弯曲强度设计(先求m )按齿面强度校核按弯曲强度设计(求m ) 考虑磨损将F (0.70.8) (许用弯曲应力)软齿面软齿面(点蚀点

10、蚀): 开式传动: (磨损)闭式传动闭式传动按主要失效形式进行强度计算，确定主要按主要失效形式进行强度计算，确定主要尺寸，再对其他失效形式进行必要校核。尺寸，再对其他失效形式进行必要校核。 1.齿面要硬齿面要硬, 齿芯要韧齿芯要韧 2.易于加工及热处理易于加工及热处理对齿轮材料的基本要求：对齿轮材料的基本要求：一一. 常用的齿轮材料常用的齿轮材料二二. 齿轮材料的选择齿轮材料的选择11.2 齿轮材料及精度选择齿轮材料及精度选择 三三. 齿轮精度齿轮精度一一. 常用的齿轮材料常用的齿轮材料 钢钢 用于开式、低速传动的齿轮强度差,易成型 1. 灰口铸铁 HT200、HT300 2. 球墨铸铁 QT

11、500-7 用于小功率、速度高低噪音含碳量为0.10.6常用 性能最好(可通过热处理提高机械性能)1.锻钢钢材经锻造, 性能提高最常用 45、35SiMn、42SiMn、40Cr、35CrMo 2.铸钢齿轮较大(d400600mm)时采用 ZG310-570、ZG340-640 铸铁铸铁非金属材料非金属材料常用齿轮材料及其机械性能：表11-1 1.齿轮材料必须满足工作条件的要求齿轮材料必须满足工作条件的要求 用于飞行器上的齿轮，要满足质量小、传递功率大和用于飞行器上的齿轮，要满足质量小、传递功率大和可靠性高的要求，必须选择机械性能高的合金钢；可靠性高的要求，必须选择机械性能高的合金钢； 矿山机

12、械中的齿轮传动，一般功率很大、工作速度较矿山机械中的齿轮传动，一般功率很大、工作速度较低、周围环境中粉尘含量极高，往往选择铸钢或铸铁低、周围环境中粉尘含量极高，往往选择铸钢或铸铁等材料；等材料； 家用及办公用机械的功率很小，但要求传动平稳、低家用及办公用机械的功率很小，但要求传动平稳、低噪声、以及能在少润滑或无润滑状态下正常工作，常噪声、以及能在少润滑或无润滑状态下正常工作，常选用工程塑料作为齿轮材料。选用工程塑料作为齿轮材料。 2.应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法 大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯，可选用铸钢或铸铁大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯，可选用铸钢或铸铁

13、作为齿轮材料。中等或中等以下尺寸、要求较高的齿作为齿轮材料。中等或中等以下尺寸、要求较高的齿轮常选用锻造毛坯，可选择锻钢制作。尺寸较小而又轮常选用锻造毛坯，可选择锻钢制作。尺寸较小而又要求不高时，可选用圆钢作毛坯。要求不高时，可选用圆钢作毛坯。二二. 齿轮材料的选择齿轮材料的选择 3.应考虑热处理方法及工艺应考虑热处理方法及工艺 齿轮常用的热处理方法有：齿轮常用的热处理方法有： 整体淬火整体淬火 ：常用材料为中碳钢或中碳合金钢。这种热处：常用材料为中碳钢或中碳合金钢。这种热处理工艺较简单，但轮齿变形较大，心部韧度较低，质量理工艺较简单，但轮齿变形较大，心部韧度较低，质量不易保证，不适于承受冲击

14、载荷。热处理后必须进行磨不易保证，不适于承受冲击载荷。热处理后必须进行磨齿、研齿等精加工。齿、研齿等精加工。 表面淬火表面淬火 ：常用材料为中碳钢或中碳合金钢。由于芯部：常用材料为中碳钢或中碳合金钢。由于芯部韧度高，能用于承受中等冲击载荷。因只在薄层表面加韧度高，能用于承受中等冲击载荷。因只在薄层表面加热，轮齿变形不大，可不最后磨齿，但若硬化层较深，热，轮齿变形不大，可不最后磨齿，但若硬化层较深，则变形较大，应进行最后精加工。则变形较大，应进行最后精加工。 渗碳淬火渗碳淬火 ：常用材料为低碳钢或低碳合金钢。低碳钢渗：常用材料为低碳钢或低碳合金钢。低碳钢渗碳淬火后，因其芯部强度较低，且与渗碳层不

15、易很好结碳淬火后，因其芯部强度较低，且与渗碳层不易很好结合，载荷较大时有剥离的可能，轮齿的弯曲强度也较低，合，载荷较大时有剥离的可能，轮齿的弯曲强度也较低，重要场合宜采用低碳合金钢。齿轮经渗碳淬火后，轮齿重要场合宜采用低碳合金钢。齿轮经渗碳淬火后，轮齿变形较大，应进行磨齿。变形较大，应进行磨齿。 渗氮渗氮 ：常用渗氮钢为：常用渗氮钢为38CrMoA1A等。渗氮齿轮硬度高、等。渗氮齿轮硬度高、变形小，适用于内齿轮和难于磨削的齿轮。由于硬化层变形小，适用于内齿轮和难于磨削的齿轮。由于硬化层很薄，在冲击载荷下易破碎，磨损较严重时也会因硬化很薄，在冲击载荷下易破碎，磨损较严重时也会因硬化层被磨掉而报废

16、，宜用于载荷平稳、润滑良好的传动。层被磨掉而报废，宜用于载荷平稳、润滑良好的传动。 碳氮共渗碳氮共渗 ：碳氮共渗工艺时间短，且有渗氮的优点，：碳氮共渗工艺时间短，且有渗氮的优点，可以代替渗碳淬火，其材料和渗碳淬火的相同。可以代替渗碳淬火，其材料和渗碳淬火的相同。 正火和调质：材料为中碳钢或中碳合金钢。正火和调质：材料为中碳钢或中碳合金钢。 4.金属制的软齿面齿轮，配对两轮齿面的硬度差应保金属制的软齿面齿轮，配对两轮齿面的硬度差应保持为持为3050HBS或更多或更多 当小齿轮与大齿轮的齿面具有较大的硬度差，且速度当小齿轮与大齿轮的齿面具有较大的硬度差，且速度又较高时，较硬的小齿轮齿面对较软的大齿

17、轮齿面会又较高时，较硬的小齿轮齿面对较软的大齿轮齿面会起较显著的冷作硬化效应，从而提高了大齿轮齿面的起较显著的冷作硬化效应，从而提高了大齿轮齿面的疲劳极限。因而，当配对的两齿轮齿面具有较大的硬疲劳极限。因而，当配对的两齿轮齿面具有较大的硬度差时，大齿轮的接触疲劳许用应力可提高约度差时，大齿轮的接触疲劳许用应力可提高约20，但应注意硬度高的齿面，粗糙度值也要相应地减小。但应注意硬度高的齿面，粗糙度值也要相应地减小。相对运动 储存润滑剂 组: 传递运动的准确性组: 传递运动的平稳性组: 载荷分布的均匀性GB12级, 常用69级齿轮精度等级齿轮精度等级标准齿轮标准齿轮:理论上理论上 (分度圆分度圆)

18、齿厚齿厚=齿槽齿槽 实际上实际上齿厚齿厚齿槽齿槽齿轮副侧隙齿厚减薄选择选择:表表11-2 齿轮传动的质量和承载能力齿轮传动的质量和承载能力 1-2级是待发展的精度等级，35级为高精度等级，68级为中等精度等级，912级为低精度等级。 三三. 齿轮精度齿轮精度制造时 齿形误差 齿距误差 齿向误差 安装时(两轴线不平行)齿轮副侧隙齿轮副侧隙(二二)斜齿圆柱齿轮传动作用力分析斜齿圆柱齿轮传动作用力分析(三三)直齿圆锥齿轮传动作用力分析直齿圆锥齿轮传动作用力分析 (四四)计算载荷计算载荷11.3 齿轮传动载荷计算齿轮传动载荷计算 设一对标准齿轮正确安装，齿廓在C点接触，略去f不计轮齿间的总压力为n ,

19、 沿啮合线指向齿面(一一)直齿圆柱齿轮传动作用力分析直齿圆柱齿轮传动作用力分析2121rrttFFFF圆周力圆周力t ：径向力径向力r ：Fn Ft2T1/1 FrFt tan Fn Ft / cosFrFnFtmmNnPT61055. 9P功率功率kW，n转速转速r/min2. 作用力的大小：作用力的大小：1:小齿轮转矩小齿轮转矩mm,1:小齿轮分度圆直径小齿轮分度圆直径mm, :压力压力角角1. n 的分解：的分解：圆周力圆周力t ：径向力径向力r ：Fn沿分度圆切线方向指向齿面沿半径方向指向齿面3. 作用力的方向及判断作用力的方向及判断与1 反向 与2 同向t2 (从):由啮合点指向轮心

20、 (外)Ft2Fr2Fr1Ft1Fr1Fr2Ft2示意图示意图Ft12121rrttFFFFC12Ft2Ft1Fr2Fr1Vt1 (主):tr cos2cos21111dTFFtgFFdTFtntrt圆周力径向力法向力大小大小同同向向与与反反向向，与与节节从从从从节节主主主主vFvFtt圆周力:径向力:法向力:方向方向指指向向本本轮轮轮轮心心指指向向本本轮轮齿齿面面212121 nnrrttFFFFFF 关系关系(一一)直齿圆柱齿轮传动作用力分析直齿圆柱齿轮传动作用力分析(二二)斜齿圆柱齿轮传动作用力分析斜齿圆柱齿轮传动作用力分析右右 左 左1. n 的分解：的分解：其轮齿沿螺旋线方向均匀地分

21、布在圆柱体左、右旋端面轴面Fn法面1XYZ过C建立OXYZ坐标切面FrXYZFtFan 圆周力t ：沿分度圆 切线方向指向齿面 轴向力a ：与轴线 平行并指向齿面径向力r ：沿半径方 向指向齿面FnrFtFrFan1F切面：F = Ft/cos Fa= Ft tan法面：Fr= F tan n 圆周力: t21d1径向力: rt tan ncos 轴向力: at tan(11-2) 2. 作用力的大小：作用力的大小：3. 作用力的方向及判断：作用力的方向及判断：Ft1Fr1Ft1Fr1Fr2Ft2Fr2左左右右Fa1Fa1Fa2Fa2Ft2 主动轮用左右手定则主动轮用左右手定则 (左旋左手、右

22、旋右手、左旋左手、右旋右手、 四指转向、拇指轴向四指转向、拇指轴向) 示意图示意图主主从从轴向力轴向力a ：与轴线平行并指向齿面：与轴线平行并指向齿面212121aarrttFFFFFFtt1主）主）: 与与1 反向反向 t2从）：与从）：与2 同向同向 r 由啮合点指向轮心由啮合点指向轮心 a 212121aarrttFFFFFF圆周力径向力轴向力法向力大大小小圆周力:径向力:轴向力:方方向向11t2dTF costan2costan1n1nrdTFFt11tatan2tandTFF coscos2coscosn11ntndTFF同同向向与与反反向向，与与节节从从从从节节主主主主vFvFtt

23、指指向向本本轮轮轮轮心心主主动动轮轮左左右右手手定定则则判判定定(二二)斜齿圆柱齿轮传动作用力分析斜齿圆柱齿轮传动作用力分析 * 配对齿轮旋向相反 Ft1Ft2Fr1Fr2Fa1Fa2Ft3Fr3Fa3Ft4Fr4Fa4同轴齿轮 旋向相同 (非同级齿轮)例题：例题：(三三)直齿圆锥齿轮传动作用力分析直齿圆锥齿轮传动作用力分析1.n 的分解：的分解：与斜齿轮类似与斜齿轮类似(三三)直齿圆锥齿轮传动作用力分析直齿圆锥齿轮传动作用力分析2. 作用力的大小作用力的大小 :分度圆锥角分度圆锥角当1+ 2=90sin 1= cos2sin2 = cos 1法面：法面：F=Ft tan轴面：轴面：Fr=F

24、cos Fa=F sinFt21m1rttan cosattan sinFnFtFaFr1.n 的分解：的分解：(11-3)Fr2Z1Z2a 由小端指向大端由小端指向大端Ft1Ft2Fa1Fa2Fr1示意图示意图21ttFF21raFF21arFFt t1主）主）:与与1 反向反向 t2从）从）:与与2 同向同向r 由啮合点指向轮心由啮合点指向轮心3. 作用力的方向及判断：作用力的方向及判断：圆周力:径向力:轴向力：方方向向同同向向与与反反向向，与与节节从从从从节节主主主主vFvFtt指指向向本本轮轮轮轮心心指指向向大大端端圆周力径向力轴向力法向力大大小小11t2mdTF costanrtFF

25、 ntncos FFsintanatFF 关系关系212121 raarttFFFFFF (三三)直齿圆锥齿轮传动作用力分析直齿圆锥齿轮传动作用力分析计算载荷: Fc = KFn (实际载荷不均匀,附加动载荷) Fn名义载荷，K载荷系数查表11-3 p.190(四四)计算载荷计算载荷载荷状态工作机举例原动机的工作特性及其示例均匀平稳轻微冲击中等冲击严重冲击电动机、汽轮机、液压马达多缸内燃机单缸内燃机平稳轻微冲击均匀加料的运输机和喂料机、发电机、透平鼓风机和压缩机、机床辅助传动等11.21.21.61.61.8中等冲击不均匀加料的运输机和喂料机、重型卷扬机、球磨机、多缸往复式压缩机等1.21.6

26、1.61.81.82.0较大冲击冲床、剪床、钻机、轧机、挖掘机、重型给水泵、破碎机、单缸往复式压缩机1.61.81.92.12.22.4注：1、斜齿、圆周速度低、精度高、齿宽系数小时取小值；直齿、圆周速度高、精度低、齿宽系数大时取大值；齿轮在两轴承间对称布置取小值，非对称布置或悬臂布置时取大值 2、对于增速传动，根据经验建议取表中值的1.1倍。按主要失效形式决定按主要失效形式决定按齿面接触疲劳强度设计按齿根弯曲疲劳强度校核按齿根弯曲疲劳强度设计按齿面接触疲劳强度校核 按齿根弯曲疲劳强度设计考虑磨损将 F (0.70.8)齿轮强度计算齿轮强度计算:开式传动: (磨损):式 硬齿面(折断): 软齿

27、面(点蚀):闭11.5 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 接触强度(H)表面强度(p, p, H)点、线接触，接触。特点： F12 bF1,1,与 成正比接触小,且分布不均中心1.5接触面小，大在反复作用下 疲劳裂纹扩展点蚀振动、噪音。(受载弹性变形)小矩形、小椭圆。(一)齿面接触疲劳强度计算 -综合曲率半径综合曲率半径 泊松比E1,E2 弹性系数计算式(赫兹公式)一对圆柱体222121211111EEbFnHFn-轮齿上的法向力 b-齿宽21111-外接触；一外接触；一-内接触内接触-综合曲率半径综合曲率半径1. 强度条件强度条件 1.以赫兹公式为基础一对圆柱 体(线接触

28、)接触面上的接触应 力HH 2.以节点作为计算点以节点作为计算点 以齿以齿 廓节点处的廓节点处的作为圆柱体作为圆柱体 的半径的半径1212121sin2111zzdduduu12212/sin112111udddadPN2. 齿面接触疲劳强度公式齿面接触疲劳强度公式: 1.校核公式校核公式 (尺寸参数已知尺寸参数已知校核齿面强度校核齿面强度)HHbuauKT231) 1(335当配对齿轮非钢制当配对齿轮非钢制.192 倒倒5式中式中: H轮齿齿面接触应力轮齿齿面接触应力 MPa; 泊松比泊松比E1,E2 弹性系数弹性系数 ; T1小轮传递的转矩小轮传递的转矩 Nmm ; 中心距中心距 mm ;

29、 K载荷系数载荷系数(表表11-3) ; u齿数比齿数比(uz大大z小小) ; i=z从从/z主主 ; b(大大)齿轮的宽度齿轮的宽度mm , b=b2 , b1= b2+(510) 。a当 一对钢制齿轮E1= E2=2.06 105 MPa 1 20.3 , 202.设计公式设计公式312335) 1(uKTuaaH H轮齿的许用接触应力轮齿的许用接触应力MPa 当配对齿轮非钢制.192 倒5HHHSlim Hlim查图11-11 p.193SH查表(11-4) p.192mm 当 20,一对钢制齿轮E=2.06105MPaHlim(MPa)图11-11(b)a(按齿面强度确定主参数中心距

30、)aba-齿宽系数, p192: 4.(3)a中心距中心距 (d1)成对计算取较小H代入计算当一对齿轮的材料、传动比、齿宽系数一时，轮齿的表面接触强度仅取决于 H1 H2 ; H1 H2F312335) 1(uKTuaaHHHbuauKT231) 1(335接触强度分析接触强度分析:舍去（二）（二） 齿根弯曲疲劳强度计算齿根弯曲疲劳强度计算 强度公式建立的依据强度公式建立的依据: 1. 载荷作用在齿顶, 仅由一对轮齿承担(79级)2. 30切线法确定危险截面WMF/一一.公式的建立：公式的建立：2.求求W:F2FnF1FnFnFFFFsincos21F(弯曲)(压)FnlKFMcos s62b

31、sW 1.求求M: l302cos6bslKFFnFcos/tnFF coscos62msmlbmKFFtFncoscos62msmlbmKFFtFcoscos62msmlFYF:齿形系数齿形系数与齿形与齿形(尺尺寸比例寸比例)有关有关, 与与m无关无关 (l和和s均与模数成正比均与模数成正比 ) zYF F 令：令：图图11-13 YFz(zV)斜:zV=z/cos3锥:zV=z/cos= YFYF齿形系数齿形系数FFFFmbzYKTmbdYKT21111223211) 1(4FaFzuYKTm YF一齿形系数 查图11-13 ; z1一小轮齿数 F一许用弯曲应力MPa MPamm1.校核公

32、式校核公式:2.设计公式设计公式:FFFS/lima齿宽系数； u齿数比二二. 强度计算公式强度计算公式:Flim弯曲疲劳极限弯曲疲劳极限 ( =0) (图图11-14 p.195) 当当 = -1 数据数据0.7 p.194倒倒7 SF安全系数安全系数 表表11-4, p.192三三.弯曲强度计算说明弯曲强度计算说明:当轮齿单侧工作当轮齿单侧工作, F 当轮齿双侧工作当轮齿双侧工作, F F1 F2 ; F1 F2 轮齿的弯曲强度主要取决于，必取标准值轮齿的弯曲强度主要取决于，必取标准值 查表查表(5-1 ) p.72。 传递动力齿轮模数传递动力齿轮模数m1.5mm分别计算 ;11FF22F

33、F分别校核0 (脉动循环应力)1(对称循环应力)FFFmbdYKT1123211) 1(4FaFuzYKTm校核时:设计时:11FFY取 与 中较大者计算22FFYz1宜取多宜取多 (2040) 保证平稳保证平稳z1不宜过多不宜过多(1720)平稳平稳,弯曲强度弯曲强度z1宜取少宜取少 保证轮齿弯曲强度保证轮齿弯曲强度 z1 17(1720)(标准齿轮标准齿轮)重合度大，平稳性好m小，轮齿弯曲强度差z1多 小轮齿数z1:闭式软齿面闭式软齿面闭式硬齿面闭式硬齿面开式开式 例例11-1：设计起重机用传动装置中的高速级标准直齿圆柱：设计起重机用传动装置中的高速级标准直齿圆柱齿轮传动。知：原动机为电机

34、，传递功率齿轮传动。知：原动机为电机，传递功率P=7 kW，小齿，小齿轮转速轮转速n1=960r/min，传动比，传动比i=3，单向传动，载荷有中等，单向传动，载荷有中等冲击。冲击。 解：解： (1)设采用设采用8级精度软齿面闭式传动级精度软齿面闭式传动(表表11-2, p.186)。 根据计算准则，按接触疲劳强度进行设计计算，按弯曲根据计算准则，按接触疲劳强度进行设计计算，按弯曲疲劳强度校核计算。疲劳强度校核计算。 选材料选材料, 定定 H , F 小齿轮用小齿轮用40Cr调制，齿面硬度调制，齿面硬度270HB表表11-1,p.185）；）； 大齿轮用大齿轮用45钢调制，齿面硬度钢调制，齿面

35、硬度240HB表表11-1）；）； 查图查图11-11(c),p.193，Hlim1=710MPa，Hlim2=570MPa 查表查表11-4,p.192，SH=1.1， SF=1.3MPaSHHH6451 . 17101lim1MPaSHHH5181 . 15702lim2 查图11-14,p.195，Flim1=245MPa，Flim2=195MPa(2)按齿面接触疲劳强度设计按齿面接触疲劳强度设计MPaSFFF1883 . 12451lim1MPaSFFF1503 . 11952lim2312335)1(uKTuaaHH = H2 =518MPa, 齿宽系数a= 0.3, p.192,

36、u=i=3,mmNnPT6963596071055. 91055. 96161初求中心距初求中心距 a=149.1mm 。 取齿数z1=30, z2=iz1=90。P.195求模数mmzzam49. 290301 .1492221取标准模数取标准模数m=2.5mm确定实际中心距：确定实际中心距： mmzzma150)9030(25 . 2)(221齿宽：b=a=0.3a=45mm = b2 , b1=b2+5=50mm取载荷系数K=1.6(表11-3)p.190(3) 验算轮齿弯曲疲劳强度验算轮齿弯曲疲劳强度查齿形系数查齿形系数(图图11-13,p.194)得：得：YF1=2.60，YF2=2

37、.22。验算轮齿弯曲强度验算轮齿弯曲强度平安MPaMPazbmYKTFFF1887 .682112111MPaMPaYYFFFFF1506 .5821212(4) 齿轮的圆周速度齿轮的圆周速度smndv/77. 310006011对照表11-2，p.187选用8级精度是合适的。（按（按b=b2=45mm计算）计算）斜齿轮强度:斜齿轮传动的特点:1.重合度大重合度大承载力大承载力大斜齿轮 左旋螺旋角 参 轮齿 右旋 (分度圆柱) 数端面t, t法面n, n规范3.当量齿轮当量齿轮 分度圆直径大分度圆直径大 zv较多较多斜齿轮 接触强度 弯曲强度直齿轮直齿轮与法面当量直齿圆柱齿轮的相当 11.5

38、斜齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动2.轮齿接触线倾斜轮齿接触线倾斜逐渐进入及退出啮合逐渐进入及退出啮合平稳平稳zv=z/cos3231) 1(305buauKTH312305) 1(uKTuaaH注意注意:MPa mm cos2)(21zzman校核校核设计设计231) 1(335buauKTH312335) 1(uKTuaaH一对钢制标准齿轮1.当配对齿轮非钢制p.197第14(一)齿面接触疲劳强度公式2.求 选z、=820 求mn , 取标准重算 , 取整修正 (精确到小数后34位) (d、da、df)aaaFFFFmbzYKTmbdYKT2111122FnFnFFmbzYKTmbdYKT2

39、1111cos6 . 16 . 132121) 1(cos2 . 3FaFnuzYKTmMPa mm 注意注意: 1.YF用用zV查查例11-2 p.197 自学校核：校核：设计设计3211) 1(4FaFuzYKTm（二） 弯曲强度公式2.设计先选z1、=820求mn , 取标准求 取整修正 (精确到小数后34位) (d、da、df)aa11.6 直齿圆锥齿轮传动直齿圆锥齿轮传动只介绍=90直齿圆锥齿轮传动的强度设计 其轮齿在分度圆锥上与轴线相交(分度圆锥角)沿齿宽d,m,齿廓大小均不同大端齿廓大承载力大,小端反之载荷沿齿宽分布不均假设Fn集中作用于齿宽中点处,即dm处。(m , d 大端)

40、以齿宽中点处的当量直齿圆柱齿轮作为强度计算依据zV=z/cos(一)齿面接触强度公式 (=90,钢)校核公式:设计公式: mmHHubKTubR132) 1(5 . 0335齿宽系数 R = b/R3122)5 . 01 (3351uKTuRRHR122212221uzmzzmRR外锥距mm;b齿寛mmu齿数比求求R 选齿数选齿数z1、z2求求mmm平均模数mmYF齿形系数 (按zV查 图11-13 p.194)m1小齿轮齿寛中点的分度圆直径mm(二)齿根弯曲强度公式:校核公式:(11-20)设计公式:(11-21)MPazbmYKTmbdYKTFmFmmFF1211122mmzuYKTmFR

41、RFm321211)5 . 01 (4Rmmm5 . 01 ; m大端模数mm(三)锥齿轮接触强度分析:1.zVmin=17 , zmin=zVmincos=17cos17, 取Z=1630 ;R=0.250.32.锥齿轮接触强度,弯曲强度直齿轮3.锥齿轮加工困难,(尤其是m较大)改变轴的方向才采用尽量置于高速轴,使m。4.锥齿轮精度低,振动噪音大用于V较低处1、通过强度计算确定出了齿轮的齿数z、模数m、齿宽b、螺旋角b、分度圆直径d 等主要尺寸。3 3、在综合考虑齿轮几何尺寸，毛坯，资料，加工方法，使用要求及经济性、在综合考虑齿轮几何尺寸，毛坯，资料，加工方法，使用要求及经济性等各方面因素的

42、基础上，按齿轮的直径大小，选定合适的结构形式，再根据等各方面因素的基础上，按齿轮的直径大小，选定合适的结构形式，再根据推荐的经验数据进行结构尺寸计算。推荐的经验数据进行结构尺寸计算。 4 4、常见的齿轮结构形式、常见的齿轮结构形式2 2、齿轮的结构设计主要是确定轮缘，轮辐，轮毂等结构形式及尺寸大小。、齿轮的结构设计主要是确定轮缘，轮辐，轮毂等结构形式及尺寸大小。 实心式齿轮齿轮轴小尺寸齿轮小尺寸齿轮腹板式结构中型尺寸齿轮中型尺寸齿轮轮辐式结构大尺寸齿轮大尺寸齿轮11.7 齿轮的结构设计齿轮的结构设计由直径确定齿轮轴 (22.5)mn或da2D1d 很小 d500mm d400mm 锻或铸 实心齿轮 腹板式齿轮(或带加强筋)铸铁、铸钢 轮幅式齿轮组装式齿轮组装式齿轮(螺栓或过盈联接螺栓或过盈联接)11.7 齿轮的结构设计齿轮的结构设计开式或半