齿轮传动课件

§11.1概述§11.2齿轮传动的主要参数§11.3齿轮常见的失效形式§11.4齿轮的材料及其热处理§11.6圆柱齿轮传动的载荷计算§11.7

直齿圆柱齿轮传动的强度计算§11.8斜齿圆柱齿轮传动的强度计算§11.9齿轮结构§11.10齿轮传动的效率和润滑齿轮传动1.功能：传递两轴间的运动或动力2.应用：传递功率P可达数万千瓦，圆周速度可达150m/s（最高00m/s），直径能做到10m以上，单级传动比可达8或更大，因此应用很广。

齿轮传动概述3.优缺点：不宜用于轴间距离大的传动优点

瞬时传动比为常数，传动效率高

结构紧凑

功率和速度适用范围广

工作可靠，使用寿命长缺点齿轮制造需专用设备，成本高精度低时，振动和噪音较大4.齿轮传动的分类齿轮传动分类见分类总表开式闭式软齿面:HBS<350硬齿面:HBS>350按齿面硬度按工作条件按轴布置方式和齿线相对于齿轮母线方向划分的常用齿轮传动类型如下页表。

齿轮传动概述齿轮传动平面齿轮传动空间齿轮传动直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动传递相交运动传递交错轴运动内啮合外啮合齿轮齿条内啮合外啮合齿轮齿条直齿斜齿交错轴斜齿轮传动蜗杆涡轮准双曲面齿轮曲线齿人字齿齿轮运动5基本要求

传动平稳

承载能力高

齿轮传动概述6.齿轮各部分的名称和符号有限元分析

§11－1齿轮的失效形式闭式软齿面齿轮传动：在保证齿面接触疲劳强度前提下，满足齿根弯曲疲劳强度。设计准则主要失效形式：齿面点蚀闭式硬齿面或开式齿轮传动：在保证齿根弯曲疲劳强度前提下，

满足齿面接触疲劳强度。

先按齿面接触疲劳强度进行设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度。主要失效形式：轮齿折断

先按齿根弯曲疲劳强度进行设计，然后校核齿面接触疲劳强度。(齿面接触承载能力较高)齿轮的材料及其选择原则一齿轮材料基本要求

足够的硬度和耐磨性

足够的弯曲疲劳强度

价格较低

良好的加工和热处理工艺性最常用的材料是钢，其次是铸铁，还有非金属材料。

§11－2齿轮材料及热处理齿轮的材料及其选择原则1.钢（1）锻钢除尺寸过大和结构复杂的齿轮，一般常用锻钢。

硬齿面（HB>350）：对毛坯调质或正火后切齿，然后表面硬化（渗碳、渗氮和碳氮共渗）后磨齿。可达4、5级精度软齿面（HB350）：对毛坯调质，正火后精切齿。可达7、8级精度（2）铸钢

毛坯应进行正火处理以消除残余应力和硬度不均匀现象。常用ZG70－500～ZG340-640，或ZG40Mn、ZG40Cr。直径较大（顶圆直径）的齿轮采用铸钢。

§11－2齿轮材料及热处理齿轮的材料及其选择原则3.铸铁

常用HT200～HT350。球墨铸铁可替代某些调质钢齿轮，常用QT500－7、QT600－3等。

常用于低速、无冲击和大尺寸的场合。

铸造性能和切削性能好，价廉，抗点蚀和抗胶合能力强，有自润滑能力；但弯曲强度低，冲击韧性差。4.非金属材料高速、小功率和精度不高的齿轮传动可采用夹布胶木、尼龙等非金属材料。

§11－2齿轮材料及热处理齿轮的材料及其选择原则1.整体淬火

整体淬火后再低温回火。二齿轮的热处理

特点：热处理工艺简单，但轮齿变形较大，心部韧度较低，不适于承受冲击载荷，热处理后需精加工（磨齿、研齿）。

常用材料：中碳钢、中碳合金钢

表面淬火后再低温回火。

特点：轮齿变形部大，可承受中等冲击载荷，热处理后不需要精加工。

常用材料：中碳钢、中碳合金钢2.表面淬火

§11－2齿轮材料及热处理齿轮的材料及其选择原则3.渗碳淬火

特点：轮齿变形较大，热处理后需磨齿，载荷大时渗碳层易剥落。

常用材料：低碳钢、低碳合金钢

特点：冲击载荷下硬化层易破碎，用于载荷平稳、润滑良好处。

常用材料：内齿圈、难磨削齿轮4.渗氮齿轮的材料及其选择原则5.碳氮共渗

特点：工艺时间短，具有氮化和渗碳淬火的优点

常用材料：和渗碳淬火的材料相同

特点：热处理后需精加工，为了减少胶合的危险小齿轮齿面硬度应比大齿轮高数十个HB单位。

常用材料：中碳钢、中碳合金钢6.正火和调质齿轮的常用材料及其力学性能见表11－1

§11－2齿轮材料及热处理

在渐开线圆柱齿轮和锥齿轮精度标准（GB10095－88和GB11365－89）中规定了12个精度等级。其中，1，2等级为远景级；

3，4，5级为高精度级；

6，7，8为中精度级，常用；

9，10，11，12级为低精度级。

§11－3齿轮传动的精度在制造和安装时，不可避免地会产生各种误差。影响传递运动准确性误差影响传递运动平稳性误差影响载荷分布的均匀性误差误差如：齿距误差如：齿形误差如：齿向误差1直齿圆柱齿轮的受力分析以节点P处的啮合力为分析对象，并不计啮合轮齿间的摩擦力Fu，可得：

§11－3直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷计算载荷上述的法向力Fn

为名义载荷。理论上Fn

应沿齿宽均匀分布。但因轴和轴承的变形、传动装置的制造和安装误差等原因，载荷沿齿宽的分布并不是均匀的，即出现载荷集中现象。Fn-----名义载荷KFn-----计算载荷修正：K为载荷系数，参考表11－3选取1、计算公式取节点处ρ1、ρ2

，将式12.7中的变量ρ换为定值，同时计算偏于安全。2、推导

§11－5直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算实践证明：齿根部分靠近节线处最易发生点蚀故取节点处的接触应力为计算依据①②③④⑤图12.15一对钢制标准齿轮传动的齿面接触强度验算公式：[

]H－许用接触应力MPa

Hlim---试验齿轮的齿面接触疲劳极限，Mpa(按图11－7查取)SH---安全系数（按表11－4查取）

§11－5直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算3o齿宽系数

注：1o

式中“＋”号用于外啮合，“－”号用于内啮合

2o[σH]=4o齿轮传动的接触疲劳强度取决于分度圆直径d1、d2和中心距a，

与模数m无关.m不能作为衡量齿轮接触强度的依据。齿面接触疲劳强度的设计公式:轻型减速器取中型减速器取重型减速器取min{[σH]1，[σH]2}

§11－5直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算1.计算公式30度切线法确定齿根处的危险截面：如右图所示，作与轮齿对称中线成30度并与齿根过渡曲线相切的切线，通过两切点平行于齿轮轴线的截面，即齿根危险截面。图12.20齿根危险截面应力

§11－6直齿圆柱齿轮传动的齿根弯曲强度计算强度条件将轮齿看成宽度为b的悬臂梁,其弯曲应力为得，轮齿弯曲强度验算公式注：1oYF—齿形系数，可查表11－9

通常YF1、YF2不同，应分别验算大、小两轮的弯曲强度。2o[

]H－许用接触应力

Flim---试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限，Mpa(按图11－10查取)SF---安全系数（按表11－4查取）

§11－6直齿圆柱齿轮传动的齿根弯曲强度计算

代入，得到设计公式：2o“－”用于内齿轮传动注1o3om主要影响齿根弯曲强度,算得的模数应圆整成标准值；对于传递动力的齿轮模数一般应大于1.5～2mm。

§11－6直齿圆柱齿轮传动的齿根弯曲强度计算计算参数的选择

§11－6直齿圆柱齿轮传动的齿根弯曲强度计算模数m：主要影响齿根弯曲强度，可按弯曲强度条件设计。也可按经验公式m=(0.01~0.02)a确定，圆整为标准值。

齿数z1:对于软齿面闭式传动，传动尺寸主要取决于接触疲劳强度，而弯曲疲劳强度往往比较富裕。此时，在传动尺寸不变的前提下，齿数宜取多些（模数相应减小）。可取齿数20～40。对于硬齿面闭式传动，传动尺寸有可能取决于轮齿弯曲疲劳强度，故齿数不宜过多。开式传动的尺寸主要取决于轮齿弯曲疲劳强度，齿数不宜过多。对于标准齿轮，齿数不少于17，以免根切。

由于Fa∝tanb，为了不使轴承承受的轴向力过大，螺旋角b不宜选得过大，常在b=8º～20º之间选择。111圆周力径向力轴向力主动轮与从动轮受力大小关系：

在Adams环境下斜齿圆柱齿轮啮合过程受力情况分析

§11－7斜齿圆柱齿轮传动

§11－7斜齿圆柱齿轮传动1.对于齿数很少的小齿轮（d<1.8ds）,可采用齿轮轴的形式

§11－9齿轮的结构2.1顶圆直径da

≥500mm的齿轮通常式锻造（重要的齿轮）或铸造的

。

锻造齿轮一般采用腹板式结构，小的可做成实心的。2.2顶圆直径da≤400mm的齿轮常用铸铁或铸钢铸成。铸造齿轮常做成轮辐式的。2.3尺寸很大的齿轮，为节约贵重材料，常采用齿圈套装于轮心上的组合结构。2.4单件生产的大齿轮，可采用焊接结构。2.齿轮直径比轴直径大得多，应把齿轮和轴分开。12.10齿轮的效率和润滑1.齿轮传动的润滑1.2闭式齿轮传动的润滑方式主要取决于齿轮的圆周速度。1.1开式和半开式齿轮传动，速度低，一般人工定期加油或在齿面涂抹润滑脂当

<12m/s时，采用浸油润滑当

>12m/s时，采用喷油润滑12.10齿轮的效率和润滑1.3.润滑剂的选择

在选择润滑油时，先根据齿轮的工作条件以及圆周速度由下表查得运动粘度值，再根据选定的粘度值确定润滑油的牌号（也可采用表12.22）。2.齿轮传动的效率

齿轮传动中的损失，主要包括啮合中的摩擦损失、轴承中的摩擦损失和搅动润滑油的功率损失。

进行