第6章齿轮传动课件

1、第6章 齿轮传动6.2 轮齿的失效形式及设计准则 6.8 齿轮材料及选用原则 6.9 齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择 6.3 齿轮传动的计算载荷 6.4 齿轮传动的受力分析 6.7 标准圆锥齿轮传动的强度计算 6.10 齿轮的结构设计 6.11 齿轮传动的润滑 6.1 概述6.6 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 6.5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算作用： 不仅用来传递运动、而且还要传递动力。要求： 运转平稳、足够的承载能力。分类开式传动 有简单防护罩，大齿轮浸入油池，润滑得到改善、适于非重要应用；裸露、灰尘、易磨损，适于低速传动。6.1 概述 半开式传动闭式传动全封闭、润滑良好、适于

2、重要应用。按类型分按装置型式分按使用情况分硬齿面齿轮（齿面硬度350HBS） 直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传锥齿轮传动人字齿轮传动动力齿轮 传动齿轮 按齿面硬度分软齿面齿轮（齿面硬度350HBS） 以动力传输为主，常为高速重载或低速重载传动。以运动准确为主，一般为轻载高精度传动。齿轮传动的特点： 传动效率高可达99；在常用的机械传动中，齿轮传动的效率为最高； 结构紧凑;与带传动、链传动相比，在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间一般较小； 工作可靠，寿命长；与各类传动相比 传动比稳定;无论是平均值还是瞬时值。这也是齿轮传动获得广泛应用的原因之一； 制造及安装精度要求高，价格较贵。与带传动、链传

3、动相比学习本章的目的 本章学习的根本目的是掌握齿轮传动的设计方法，也就是要能够根据齿轮工作条件的要求，能设计出传动可靠的齿轮。设计齿轮-设计确定齿轮的主要参数以及结构形式。主要参数有：模数m、齿数z、螺旋角以及压力角a、 齿高系数h*a、径向间隙系数c*。潘存云教授研制6.2 轮齿的失效形式及设计准则 轮齿折断一般发生在齿根处，严重过载突然断裂、疲劳折断。一、轮齿的失效形式 失效形式潘存云教授研制提高轮齿抗折断能力的措施：1）增大齿根过渡圆角半径，消除加工刀痕，减小齿根应力集中； 2）增大轴及支承的刚度，使轮齿接触线上受载较为均匀； 3）采用合适的热处理，使轮齿芯部材料具有足够的韧性； 4）采

4、用喷丸、滚压等工艺对，对齿根表层进行强化处理。 潘存云教授研制潘存云教授研制齿面接触疲劳齿面接触应力按脉动循环变化当超过疲劳极限时，表面产生微裂纹、高压油挤压使裂纹扩展、微粒剥落。点蚀首先出现在节线处，齿面越硬，抗点蚀能力越强。软齿面闭式齿轮传动常因点蚀而失效。齿面点蚀6.2 轮齿的失效形式及设计准则 轮齿折断失效形式一、轮齿的失效形式 轮齿工作时，其接触应力是脉动循环变应力，在载荷重复作用下，首先在表层内约20m处产生初始疲劳裂纹，然后裂纹逐渐扩展(润滑油被挤迸裂纹中将产生高压，使裂纹加快扩展，终于使表层金属呈小片状剥落下来，而在零件表面形成一些小坑 ，这种现象称为疲劳点蚀。点蚀首先出现在节

5、线靠近齿根处。为什么？后果：减少了接触面积、损坏了零件的光滑表面、降低了承载能力、引起振动和噪音。措施： 1.提高齿面硬度2.减小齿面粗糙度3.增加润滑油粘度低速齿面点蚀齿面胶合高速重载传动中，常因啮合区温度升高而引起润滑失效，致使齿面金属直接接触而相互粘连。当齿面向对滑动时，较软的齿面沿滑动方向被撕下而形成沟纹。措施： 1.提高齿面硬度2.减小齿面粗糙度3.增加润滑油粘度低速4.加抗胶合添加剂高速6.2 轮齿的失效形式及设计准则 轮齿折断失效形式一、轮齿的失效形式 一般发生在齿顶。潘存云教授研制齿面胶合齿面磨损措施：1.减小齿面粗糙度2.改善润滑条件，清洁环境磨粒磨损跑合磨损跑合磨损、磨粒磨

6、损。齿面点蚀6.2 轮齿的失效形式及设计准则 轮齿折断失效形式一、轮齿的失效形式 3.提高齿面硬度潘存云教授研制从动齿主动齿从动齿主动齿从动齿主动齿从动齿主动齿齿面胶合齿面磨损齿面点蚀6.2 轮齿的失效形式及设计准则 轮齿折断失效形式齿面塑性变形一、轮齿的失效形式 表面凸出表面凹陷二、齿轮的设计准则 保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断。保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。由工程实践得知：闭式软齿面齿轮传动，以保证齿面接触疲劳强度为主。对高速重载齿轮传动，除以上两设计准则外，还应 按齿面抗胶合能力的准则进行设计。闭式硬齿面或开式齿轮传动，以保证齿根弯曲疲劳强度为主。闭式软齿面

7、齿轮传动：主要失效形式为疲劳点蚀。闭式硬齿面齿轮传动：主要失效形式为轮齿的折断。设计准则：开式齿轮传动：主要失效形式为轮面的磨损。按齿根的弯曲疲劳强度设计计算，并考虑磨损的影响将模数增大1015，不需验算。按齿面的接触疲劳强度设计计算；校核齿根的弯曲疲劳强度。按齿根的弯曲疲劳强度设计计算；校核齿面的接触疲劳强度。6.3 齿轮传动的计算载荷 由齿轮传递的功率计算出的载荷为名义载荷。实际传动中由于原动机、工作机性能的影响以及齿轮制造、安装误差的影响，载荷在啮合的各轮齿间分配不均匀，沿齿宽方向分布也不均匀的影响。在计算强度时，应将名义载荷乘以载荷系数得计算载荷。计算载荷为：K为载荷系数，其值为：KK

8、A Kv K K 式中：KA 使用系数Kv 动载系数K齿间载荷分配系数K齿向载荷分布系数Fn为齿轮的法向力 发电机、均匀传送的带式输送机或板式输送机、螺旋输送机、轻型升降机、包装机、通风机、均匀密度材料搅拌机。不均匀传送的带式输送机或板式输送机、机床的主传动机构、重型升降机、工业与矿用风机、重型离心机、变密度材料搅拌机。橡胶挤压机、橡胶和塑料作间断的搅拌机、轻型球磨机、木工机械、钢坯初轧机、提升装置、单缸活塞泵等。挖掘机、重型球磨机、橡胶揉合机、破碎机、重型给水机、旋转式钻探装置、压砖机、带材冷轧机、压坯机等。载荷状态发电机、均匀运转的蒸汽机、燃气轮机蒸汽机、燃气轮机多 缸内燃机单 缸内燃机1

9、.0 1.1 1.25 1.501.25 1.35 1.5 1.751.50 1.60 1.75 2.001.75 1.85 2.00 2.25 或更大工 作 机 器均匀平稳轻微冲击中等冲击严重冲击原动机注：表中所列值仅适用于减速传动，若为增速传动，应乘以1.1倍当外部的机械与齿轮装置间通过挠性件相连接时，KA可适当减小。表6-1 使用系数KA 考虑齿轮啮合外部因素引起的附加动载荷影响的系数潘存云教授研制潘存云教授研制动载系数Kv 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0 10 20 30 40 50 v(m/s) Kv 十分精密的齿轮装置10 8 7 6 9 表6-2 齿间载荷分配系数K

10、精度等级II组 5 6 7 8 5级及更低KAFl/b 100N/mm 1.34K H 1.34限制条件K H对称非对称悬臂K FK F1.031.031.061.081.101.21.31.5234561.031.031.061.081.101.21.31.5234561.03 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 K Fb/h=31264K F潘存云教授研制改善齿向载荷不均匀的措施： 1）增大轴、轴承及支座的刚度；5）轮齿修形（腰鼓齿）。4）尽可能避免悬臂布置；3）适当限制轮齿宽度；2）对称轴承配置；b(0.00050.001

11、)b设计：潘存云设计：潘存云O2O1tt1（主动）N1N2c d12 FnT16.4 齿轮传动的受力分析一、直齿圆柱轮齿上的作用力圆周力：径向力：法向力：小齿轮上的转矩：P为传递的功率（KW）1-小齿轮上的角速度，n1-小齿轮上的转速d1-小齿轮上的分度圆直径，-压力角1、各作用力的大小O22（从动）O1N1N2tt1（主动）T1c d12d22 FtFrFnFn为了计算轮齿强度，设计轴和轴承，有必要分析轮齿上的作用力。、各作用力的方向()圆周力t 在主动轮上是阻力，它与其 旋转方向相反，在从动轮上是驱动力，它与其旋转方向相同。(主反从同）(2)径向力r分别指向各自的轮心。3、各作用力之间的关

12、系t1= - Ft2r1= - Fr2设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云d12FFF二、 斜齿圆柱齿轮上的作用力1T1圆周力：径向力：轴向力：轮齿所受总法向力Fn可分解为三个分力 :圆周力Ft的方向在主动轮上与运动方向相反，在从动论上与运动方向相同；径向力指向各自的轴心；轴向力的方向由螺旋方向和轮齿工作面而定。FrFtFt长方体底面长方体对角面即轮齿法面F=Ft /cos Fr = F tgn nFrFnFnFncFaFa1、各作用力的大小、各作用力的方向()圆周力t 在主动轮上与其旋转方向相反，在从动轮上与其旋转方向相同。 (主反从同）(2)径向力r分别指向各自的轮心。3、各作用力之间的关

13、系t1= - Ft2r1= - Fr2(3)轴向力a可利用“主动轮左、右手定则”来判断，对主动轮，左(右)旋用左(右)手，以四指弯曲的方向表示主动轮的旋转方向，则大拇指的指向表示主动轮所受的轴向力的方向。a1= - Fa2设计：潘存云dm2d2b12三、直齿圆锥齿轮上的作用力小齿轮齿宽中点分度圆直径： dm12Fnc假设力集中作用在轮齿中点分度圆处。 d1b/2dm1d1AB=(b/2)sin1dm1= d1-2ABdm11AB=d1-bsin1 1、各作用力的大小设计：潘存云Ft的方向在主动轮上与运动方向相反，在从动论上与运动方向相同；dm12圆周力：径向力：轴向力：轴向力Fa的方向对两个齿

14、轮都是背着锥顶。轮齿所受总法向力Fn可分解为三个分力 :1T1FtFaFrFFnFtFFrFasin1=cos2cos1=sin2径向力指向各自的轴心；当1+2 = 90 时，有： Ft1 =Fa2Fa1 =Ft2于是有：cFn 、各作用力的方向()圆周力t 在主动轮上与其旋转方向相反，在从动轮上与其旋转方向相同(主反从同)。(2)径向力r分别指向各自的轮心。3、各作用力之间的关系t1= - Ft2a1= - Fr2(3)轴向力a从小端指向大端。r1= - Fa2潘存云教授研制潘存云教授研制b由弹性力学可知，应力为：对于钢或铸铁取泊松比： 1=2=0.3 , 则有简化公式。上述公式称为赫兹(H

15、Hertz)公式 “+”用于外接触，“-”用于内接触。HH21Fn1Fnb2HH6.5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算一、直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算潘存云教授研制H -最大接触应力或赫兹应力;b -接触长度;Fn -作用在圆柱体上的载荷; -综合曲率半径; -综合弹性模量; E1、 E2 分别为两 圆柱体的弹性模量。 接触疲劳强度的判定条件为：bFn潘存云教授研制齿轮强度计算是根据齿轮可能出现的失效形式来进行的。在一般闭式齿轮传动中，轮齿的失效主要是齿面接触疲劳点蚀和轮齿弯曲疲劳折断。齿面疲劳点蚀与齿面接触应力的大小有关，而齿面的最大接触应力可近似用赫兹公式进行计算。赫兹公式：“+”用

16、于外啮合，“-”用于内啮合 实验表明：齿根部分靠近节点处最容易发生点蚀，故取节点处的应力作为计算依据。节圆处齿廓曲率半径：齿数比: u= z2 /z1 = d2 /d1 = 2 /1 1O22（从动）O1N1N2tt1（主动）T1c d12d22 C12潘存云教授研制-弹性影响系数节点处，载荷由一对轮齿来承担：将ZE和Fn代入赫兹公式表6-6 弹性影响系数ZE (Mpa)1/2弹性模量EMPa齿轮材料配对齿轮材料灰铸铁 球墨铸铁 铸钢 锻 钢 夹布塑料 1.18104 17.3104 20.2104 20.6104 0.785104 锻 钢 162.0 181.4 188.9 189.8 56

17、.4 铸 钢 161.4 180.5 188.0 - - 球墨铸铁 156.6 173.9 - - - 灰铸铁 143.7 - - - - 注：表中所列夹布塑料的泊松比为0.5，其余材料的均为0.3代入赫兹公式得：引入齿宽系数：d=b/d1-区域系数齿面接触疲劳强度校核公式： 得设计公式：标准齿轮：ZE=2.5讨论：3.在传动比u，载荷及齿宽系数d一定时，齿面的接触强度只取决于中心距a或齿轮分度圆直径d，即与mz乘积有关，而与m、z单项无关。所以在一定意义上说齿面的接触强度取决于传动的中心距或齿轮直径。1.因两个齿轮的H1= H2 ，但H 1H 2，故按此强度准则设计齿轮传动时，公式中应代入H

18、 1和H 2中较小者。 2.b为两齿轮的接触齿宽，一般取b2。4.设计公式中计算d时，动载系数Kv不能确定，要试选载荷系数Kt= 1.21.6，则算出的d也为试算值d1t，然后按d1t算v,再查Kv算K，计算K与Kt相差不多，不修改原计算；若相差大，则应校正：5.设计出d选取z1算m（标准化）几何尺寸计算对于闭式齿轮按弯曲强度校核。潘存云教授研制rbO30 30 二、直齿圆柱齿轮的齿根弯曲疲劳强度计算 假设：载荷仅由一对轮齿承担，按悬臂梁计算；齿顶啮合时，弯矩达最大值。hFnF2F1SF分量F2产生压缩应力可忽略不计，弯曲力矩： M=KFnhcos F 危险界面的弯曲截面系数：弯曲应力：危险截

19、面：齿根圆角30 切线两切点连线处。齿顶受力：Fn，可分解成两个分力：F1 = Fn cos F F2 = Fn sin F -产生弯曲应力；- 产生压应力，可忽略FnABABFF 计算点：齿根受拉的一侧。h和S与模数m相关，轮齿弯曲强度计算公式：故YFa与模数m无关。弯曲应力：对于标准齿轮, YFa仅取决于齿数Z，取值见下页图。 YFa 齿形系数Sa -理论弯曲应力，考虑齿根处应力集中的影响：潘存云教授研制6-4 齿形系数YFa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

20、.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 2.45 2.40 2.35 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 1.7 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：1)基准齿形的

21、参数为 =20 、h*a=1、C*=0.25 、 =0.38m (m-模数) 2)对内齿轮：当 =20 、h*a=1、C*=0.25 、 =0.15m 时， 齿形系数：YFa =2.053 ; 应力校正系数：YSa =2.65潘存云教授研制潘存云教授研制3.73.63.53.43.33.23.13.02.92.82.72.62.52.42.32.22.12.01.91.81.73.73.63.53.43.33.23.13.02.92.82.72.62.52.42.32.22.12.01.91.81.711 12 13 14 15 16 18 20 25 30 40 50 100 400齿形系数

22、YF计算根切极限实际根切极限标准齿轮注意：1.一般YFa1 YFa2， YSa1 YSa2， F1 F2， F1 F2，计算时取： 较大者。引入齿宽系数：d=b/d1得设计公式：代入： d1 = m z12.齿根弯曲强度主要与载荷，材料性能，尺寸参数及齿形有关，其中m对弯曲强度影响最大，所以在一定意义上说齿根的弯曲强度取决于轮齿的大小即模数m。5.在满足弯曲强度的条件下可适当选取较多的齿数，以使传动平稳。3.用设计公式初步计算模数m时，因载荷系数中的KV不能预先确定，故可先试选一载荷系数Kt(1.2-1.6)。算出mt后，然后计算d1t及圆周速度v，再查取KV计算Kt 。若K与Kt接近，则不必

23、修改原设计。否则，按下式修正原设计。4.对开式齿轮传动，因未考虑磨损，可将F 降低，取0.7-0.8的系数，或将m增大15，再圆整成标准值。对于传递动力的齿轮一般m2mm。 齿轮传动设计时，按主要失效形式进行强度计算，确定主要尺寸，然后按其它失效形式进行必要的校核。闭式软齿面齿轮传动：按接触强度进行设计，按弯曲强度校核：闭式硬齿面齿轮传动：按弯曲强度进行设计，按接触强度校核:开式齿轮传动：按弯曲强度设计。其失效形式为磨损，点蚀形成之前齿面已磨掉。潘存云教授研制基圆柱 齿廓曲面一、齿面接触疲劳强度计算 仍以节点处的接触应力为代表，将节点处的法面曲率半径rn代入计算。b法面曲率半径: 啮合平面(发

24、生面)ntP综合曲率半径: b选取图在下页 6.6 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算法面曲率半径以及综合曲率半径有以下关系为： 接触线的长度比直齿轮长，且是变动的。可用作为接触线的长度。斜齿圆柱齿轮传动的强度计算是按轮齿的法面进行的，其基本原理与直齿轮相同。但是，斜齿轮的重合度大，同时啮合的轮齿较多，轮齿的接触线是倾斜的，在法面内斜齿轮的当量齿轮的分度圆半径较大，因此斜齿轮的接触强度和弯曲强度较直齿轮低。校核计算公式： 其中： ZE-弹性影响系数参照直齿轮齿面接触疲劳强度计算公式，并引入根据上述关系后可得：端面重合度：潘存云教授研制潘存云教授研制2.5 2.42.32.22.12.01.90 5

25、 10 15 20 25 30 35 40 45 ZH得设计计算公式： 斜齿轮的区域系数ZH按下图选取：引入齿宽系数：d=b/d1注：求得分度圆之后，可选定齿数Z1和螺旋角求出mnmn圆整为标准值由中心距故若z1、z2取整， mn符合标准,a已预先决定或需圆整，则需调整为：通常螺旋角: =8 15 潘存云教授研制二、齿根弯曲疲劳强度计算按当量齿轮计算强度：潘存云教授研制斜齿轮齿面上的接触线为一斜线。轮齿的失效形式 : 局部折断 YSa-应力校正系数；Y -螺旋角影响系数。查图 YFa -齿形系数；根据当量齿数 由图表查得。 -为斜齿轮的端面重合度，按机械原理的公式计算。或潘存云教授研制6-4

26、齿形系数YFa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 2.45 2.40 2.35 2.32 2.28 2.24 2.22 2.2 2.18 2.14 2.12 2.0YSa 1.625 1.65 1.67 1.68 1.7 1.73 1.75 1.77 1.78 1.79 1.83 1.865 1.97Z(Zv) 17 1

27、8 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：1)基准齿形的参数为 =20 、h*a=1、C*=0.25 、 =0.38m (m-模数) 2)对内齿轮：当 =20 、h*a=1、C*=0.25 、 =0.15m 时， 齿形系数：YFa =2.053 ; 应力校正系数：YSa =2.65潘存云教授研制Y1.000.900.800.750 10 20 30 40 螺旋角影响系数 Y 0.10.30.50.60.70.80.90.20.41=0潘存云教授研制设计计算公式：潘存云教授研

28、制dm是平均分度圆直径 强度计算时，是以锥齿轮齿宽中点处的当量齿轮作为计算时的依据。6.7 直齿圆锥齿轮传动对轴交角为90的直齿锥齿轮传动： 一、设计参数大端参数为标准值，锥距： 当量齿轮的锥距： Rm=R-0.5b 两个三角形相似令fR=b/R为齿宽系数，设计中常取:fR =0.250.35Rd1d2bb/212R-0.5bdm2dm1潘存云教授研制Rd1d2BB/212R-0.5bdm2dm112ao1o2当量齿轮分度圆直径：o1o2当量齿轮的齿数：当量齿轮的齿数比：为了保证不根切，应有： Zv17 平均模数：二、齿面接触疲劳强度计算 综合曲率为：利用赫兹公式，并代入齿宽中点处的当量齿轮相

29、应参数，可得锥齿轮齿面接触疲劳强度计算公式如下： 校核计算公式： 设计计算公式： 直齿锥齿轮的齿面接触疲劳强度，仍按齿宽中点处的当量圆柱齿轮计算。式中K=KAKVKK，KV按图中低一级精度查取，vm为平均直径dm处的切线速度；K取1； K按以下情况选取：两锥齿为两端支承时， K1.51.65；当其中之一为悬臂时， K1.651.88；当两齿轮均为悬臂时， K1.882.25。三、齿根弯曲疲劳强度计算 一对直齿圆锥齿轮传动与其当量齿轮的强度近似相等。可直接套用直齿轮的计算公式，代入当量齿轮参数。载荷系数K的计算：KKA Kv K K 取：K 1 KA见下页发电机、均匀传送的带式输送机或板式输送机

30、、螺旋输送机、轻型升降机、包装机、通风机、均匀密度材料搅拌机。不均匀传送的带式输送机或板式输送机、机床的主传动机构、重型升降机、工业与矿用风机、重型离心机、变密度材料搅拌机。橡胶挤压机、橡胶和塑料作间断的搅拌机、轻型球磨机、木工机械、钢坯初轧机、提升装置、单缸活塞泵等。挖掘机、重型球磨机、橡胶揉合机、破碎机、重型给水机、旋转式钻探装置、压砖机、带材冷轧机、压坯机等。载荷状态发电机、均匀运转的蒸汽机、燃气轮机蒸汽机、燃气轮机多 缸内燃机单 缸内燃机1.0 1.1 1.25 1.501.25 1.35 1.5 1.751.50 1.60 1.75 2.001.75 1.85 2.00 2.25 或

31、更大工 作 机 器均匀平稳轻微冲击中等冲击严重冲击原动机注：表中所列值仅适用于减速传动，若为增速传动，应乘以1.1倍当外部的机械与齿轮装置间通过挠性件相连接时，KA可适当减小。表6-2 使用系数KA 潘存云教授研制-轴承系数动载系数Kv按比直齿轮低一级精度选取。齿向载荷分配系数： KF KF 1.5 KFbe飞机、车辆 1.00 1.10 1.25 工业、船舶 1.00 1.25 1.50两者都是两端支承 一个两端支承一个悬臂 都是悬臂 应用 小轮和大轮的支承 表6-9 轴承系数Kfbe 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0 10 20 30 40 50 m/s 十分精密的齿轮装置10

32、8 7 6 Kv 9 8代入 由 得： 代入得设计公式： 又 得校核公式： 计算所得模数me ,应圆整为标准值。 锥齿轮模数（GB12368-90） mm 1 1.125 1.25 1.375 1.5 1.75 2 2.25 2.5 2.75 3 3.25 3.5 3.75 4 4.5 5 6 6.5 7 8 9 10一、对齿轮材料性能的要求 齿轮的齿体应有较高的抗折断能力，齿面应有较强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力，即要求：齿面硬、芯部韧。 6.8 齿轮材料及选用准则 常用齿轮材料锻钢 铸钢 铸铁常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿轮材料；适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。 非金属

33、材料 二、常用齿轮材料 钢材的韧性好，耐冲击，通过热处理和化学处理可改善材料的机械性能，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。含碳量为(0.150.6)%的碳素钢或合金钢。一般用齿轮用碳素钢，重要齿轮用合金钢。潘存云教授研制表6-5 常用齿轮材料及其机械性能 材料牌号 热处理方法 强度极限 屈服极限 硬度 (HBS)B / MPa S / Mpa 齿芯部 齿面HT250 250 170241 HT300 300 187255 HT350 350 197269 QT500-5 500 147241 QT600-2 600 229302 ZG310-570 常化 580 320

34、 156217 ZG340-640 650 350 169229 45 580 290 162217 45 217255 4050HRC 40Cr 241286 4855HRC 调质后表面淬火潘存云教授研制续表6-7 常用齿轮材料及其机械性能 材料牌号 热处理方法 强度极限 屈服极限 硬度 (HBS)B / MPa S / Mpa 齿芯部 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 2

35、41286 20Cr 650 400 300 20CrMnTi 1100 850 300 12Cr2Ni4 1100 850 320 35CrAlA 950 750 255321 85HV 渗碳后淬火调质20Cr2Ni4 1200 1100 350 38CrMnAlA 1000 850 255321 85HV 夹布胶木 100 2535 调质后氮化(氮化层0.30.5)热处理方法表面淬火渗碳淬火调质正火渗氮 一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr等。表面淬火后轮齿变形小，可不磨齿，硬度可达5256HRC，面硬芯软，能承受一定冲击载荷。1.表面淬火-高频淬火、火焰淬火三、齿轮材料的热处理和

36、化学处理 2. 渗碳淬火 渗碳钢为含碳量0.150.25%的低碳钢和低碳合金钢，如20、20Cr等。齿面硬度达5662HRC，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。通常渗碳淬火后要磨齿。 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、35SiMn等。调质处理后齿面硬度为：220260HBS 。因为硬度不高，故可在热处理后精切齿形，且在使用中易于跑合。3.调质4. 正火 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理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。 渗氮是一种化学处理。渗氮后齿面硬度可达6062HRC。氮化处理温度低，

37、轮齿变形小，适用于难以磨齿的场合，如内齿轮。材料为：38CrMoAlA.5. 渗氮特点及应用： 调质、正火处理后的硬度低，HBS 350，属软齿面，工艺简单、用于一般传动。当大小齿轮都是软齿面时，因小轮齿根薄，弯曲强度低，故在选材和热处理时，小轮比大轮硬度高: 3050HBS 表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高，属硬齿面。其承载能力高，但一般需要磨齿。常用于结构紧凑的场合。四、齿轮材料选用的基本原则 1) 齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿 命、可靠性、经济性等； 2)应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和 制造工艺； 3)正火碳钢，只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击 下工作的

38、齿轮；调质碳钢可用于在中等冲击载荷 下工作的齿轮； 6)钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保 持在3050HBS或更多。 4)合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工 作的齿轮； 5)航空齿轮要求尺寸尽可能小，应采用表面硬化处 理的高强度合金钢； 一、齿轮传动设计参数的选择 1压力角a的选择2齿数的选择一般，闭式软齿面齿轮传动: z1=20403齿宽系数fd的选择当d1已按接触疲劳强度确定时，z1m重合度e传动平稳抗弯曲疲劳强度降低齿高h 切削量 、滑动率因此，在保证弯曲疲劳强度的前提下，齿数选得多一些好！fd 齿宽b 强度 ，但fd过大将导致K一般情况下取 a =20 fd的选取可参

39、考齿宽系数表 6.9 齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择 硬齿面、开式齿轮传动: z11720 z2=uz14齿宽b大齿轮：b= fd d1 ,大齿轮：b1=b+(510) mm说明：1)大小齿轮皆为硬齿面时， fd应取小值，否则取大值； 2)括号内的数值用于人字齿轮； 3）机床中的齿轮，若传递功率不大时， fd可小到0.2 4)非金属齿轮可取： fd =0.51.2表6-8 圆柱齿轮的齿宽系数表fd =b/d1 装置状况两支撑相对小齿轮对称布置两支撑相对小齿轮非作对称布置悬臂布置fd 0.91.4 (1.21.9) 0.71.5 (1.11.65) 0.40.6对锥齿轮R 不宜太大：常取

40、R=0.25-0.35, 常用 R=1/3 5、模数计算出的模数应圆整成标准值，m2mm. 6、分度圆螺旋角 一般取8o20o表6-8 安全系数SH和SFSHSF安全系数软齿面（HBS 350）硬齿面（HBS 350）重要的传动、渗碳淬火齿轮或铸造齿轮1.01.11.31.41.11.21.41.61.62.21.3二、齿轮传动的许用应力 许用接触应力：Hlim 、Flim -实验齿轮的接触、弯曲疲劳极限。 SH 、 SF -疲劳、弯曲强度安全系数，查表6-8 确定。Z N、 Y N -接触、弯曲疲劳强度的寿命系数，可查图。许用弯曲应力：Y st -实验齿轮的应力修正系数，取Y st 2。弯曲

41、疲劳寿命系数ZN3.02.52.01.81.61.41.21.00.80.7103 104 105 106 107 108 109 1010NKFN潘存云教授研制调质钢、珠光体、贝氏体球铁、可锻铸铁N0渗碳淬火钢、表面淬火钢N0氮化钢、铁素体球铁、结构钢、灰铸铁N0氮碳共渗调质钢N0N=60njLh6004000200100 200 300 HBSFE (MPa)球墨铸铁黑色可锻铸铁灰铸铁MEMEMQMLMQ=MLMEMQ=ML铸铁材料的FE6004000200FE (MPa)100 200 HBS正火钢的FEMEMEML=MQlML=MQl正火处理的铸钢正火处理的结构钢调质钢的FE合金调质钢

42、碳钢调质合金铸钢调质碳素铸钢调质100 200 300 400 HBS600400200FE (MPa)8001000MLMEMQMLMEMQMQ=MLMQ=MLFE (MPa)渗碳淬火钢及表面硬化钢的FE60040020080010001200450 500 600 700 800 HVI50 55 60 65 HRCMEMQMLMEMQML渗碳淬火钢 表面硬化钢灰铸铁的疲劳极限应力Hlim (MPa)500400200600700100 200 300 HBS300MEMQ=ML铸铁材料的疲劳极限应力Hlim (MPa)500400600700100 200 300 HBS300MEMQ=

43、MLMEMQ=ML球墨铸铁黑色可锻铸铁 氮化及氮碳共渗调质钢的FE (MPa)60040020080010001200300 400 500 600 700 800 900 HVI30 35 40 45 50 55 60 65 HRC调质、气体氮化处理的氮化钢 （不含铝）调质、气体氮化处理的调质钢调质或正火、碳氮共渗处理的调质钢MEMQMLMEMQMLME=MQML正火处理的结构钢和铸钢的疲劳极限应力Hlim (MPa)500400600200100 150 200 250 HBS300正火处理的结构刚正火处理的铸刚MEMEML=MQML=MQ调质处理钢的疲劳极限应力合金调质刚碳钢调质合金铸刚

44、调质碳钢铸钢调质MEMEMQ=MLML=MQMXMEMQMLMEMLMQ50040060025030070080090010001100FHlim (MPa)100 200 300 400 HBS潘存云教授研制潘存云教授研制渗碳淬火钢和表面淬火钢的疲劳极限应力渗氮及氮碳共渗调质钢的三、 齿轮传动的精度等级制造和安装齿轮传动装置时，不可避免会产生齿形误差、齿距误差、齿向误差、两轴线不平行误差等。.误差的影响：1.转角与理论不一致，影响运动的不准确性；2.瞬时传动比不恒定，出现速度波动，引起震动、 冲击和噪音影响运动平稳性；3.齿向误差导致轮齿上的载荷分布不均匀，使轮齿提 前损坏，影响载荷分布的不

45、均匀性。 国标GB10095-88给齿轮副规定了12个精度等级。其中1级最高，12级最低，常用的为69级精度。 按照误差的特性及它们对传动性能的主要影响，将齿轮的各项公差分成三组，分别反映传递运动的准确性，传动的平稳性和载荷分布的均匀性。精度选择是以传动的用途，使用条件，传递功率，圆周速度等为依据来确定。潘存云教授研制潘存云教授研制7-6-6-XX 8-7-7-XX 6-5-5-XX 7-6-6-XX 圆柱齿轮传动 0 20 40 60 80 100 4003002001000Pca(N/mm)v(m/s)圆锥齿轮传动 0 20 40 60 80 100 4003002001000Pca(N/

46、mm)v(m/s)机器名称 精度等级 机器名称 精度等级 汽轮机 36 拖拉机 68 切削机床 38 通用减速器 68 航空发动机 48 锻压机床 69 轻型汽车 58 起重机 710 载重汽车 79 农机 811 注：主传动齿轮或重要齿轮传动，选靠上限； 辅助齿轮传动或一般齿轮传动，居中或靠下限选择。表6-6 各类机器所用齿轮传动的精度等级范围潘存云教授研制潘存云教授研制四、直齿圆柱齿轮设计的步骤 选择齿轮的材料和热处理选择齿数，选齿宽系数fd初选载荷系数(如Kt=1.2-1.6)按接触强度确定直径dt或按弯曲强度确定模数mt根据直径d，计算圆周速度v计算确定载荷系数K= KAKvKKm模数标准化计算主要尺寸：d1=mz1 d2=mz2 计 算 齿 宽： b=fd d1确定齿宽：B2=int(b) B1= B2+(35)mm开 始修正计算直径修正计算模数6.10 齿轮的结构设计 由强度计算只能确定齿轮的主要参