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机械设计机械设计第10章 齿轮传动1第10章 齿轮传动10-1概述(齿轮传动的特点：功率、速度范围广 效率高;结构紧凑;工作寿命长;传动比稳定。(开式传动：开式传动：润滑差，常用于低精度、低速传动；闭式传动闭式传动：齿轮置于封闭严密的箱体内，精度高。润滑及防护条件好。2第第10章章 齿轮传动齿轮传动10-2齿轮传动的失效形式及设计准则齿轮传动的失效形式及设计准则 （一）失效形式（一）失效形式 1.轮齿折断轮齿折断直齿直齿-整个齿折断整个齿折断(b小时小时)斜齿斜齿-齿局部折断齿局部折断齿根弯曲应力大；齿根应力集中 措施：(1)增大齿根圆角半径及消除加工刀痕；(2)增大轴及支承刚性,使接触线上受载均匀;(3)热处理使齿芯材料有足够韧性;(4)对齿根表层强化处理：喷丸、滚压处理。3.轮齿折断4 失效形式2.2.齿面磨损齿面磨损 砂粒、金属屑 措施：加强润滑；开式改闭式传动5失效形式 2.齿面磨损磨损7第10章 齿轮传动 3.3.齿面点蚀齿面点蚀措施：提高材料的硬度；加强润滑，提高油的粘度 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；由于接触疲劳产生的小裂纹-扩展-脱落-凹坑。9第10章 齿轮传动 4.4.齿面胶合齿面胶合高速重载；散热不良；滑动速度大；齿面粘连后撕脱措施：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10 失效形式 5.5.齿面塑性变形齿面塑性变形措施：材料的选择及硬度12磨损、塑性变形13弯曲折断点蚀胶合磨损塑性变形齿轮的失效形式现象与原因？改进措施？。1410-2齿轮传动的失效形式及设计准则齿轮传动的失效形式及设计准则（二）设计准则（二）设计准则 通常只按保证通常只按保证齿根弯曲疲劳强度齿根弯曲疲劳强度及及保证保证齿面接触疲劳强度齿面接触疲劳强度两准则进行计算两准则进行计算硬齿面齿轮：轮齿工作面硬度大于硬齿面齿轮：轮齿工作面硬度大于 350HBS或或38HRC；软齿面齿轮：轮齿工作面硬度小于软齿面齿轮：轮齿工作面硬度小于 350HBS或或38HRC；15闭式传动：闭式传动：(1)(1)软齿面软齿面(主要失效形式是点蚀主要失效形式是点蚀):):先按保证齿面接触疲劳强度进行设计计算,然后对其轮齿的抗弯疲劳强度进行校核。(2)(2)硬齿面硬齿面(主要失效形式是弯曲折断主要失效形式是弯曲折断):):先按齿根抗弯曲疲劳强度设计计算,然后再校核其齿面的接触疲劳强度。开式传动：开式传动：按保证齿根弯曲疲劳强度进行计算，考虑磨损的影响适当增大模数。（1015%）16浙江大学考研试题浙江大学考研试题对于开式齿轮传动，在工程设计中，一般 。A.按接触强度设计齿轮尺寸，再验算弯曲强度；B.只按接触强度设计；C.按弯曲强度设计齿轮尺寸，再验算接触强度；D.只需按弯曲强度设计。17第10章 齿轮传动10-310-3齿轮的材料及其选择原则齿轮的材料及其选择原则（一）常用齿轮材料及力学性能见（P189表表10-110-1）钢 45、40Cr、20CrMnTi 铸钢 ZG310-570 铸铁 HT300、QT500-7 有色金属：铜合金、铝合金 非金属：夹布塑胶、尼龙18对齿轮材料的基本要求对齿轮材料的基本要求：齿面要硬，齿芯要韧齿面要硬，齿芯要韧。选择时应考虑选择时应考虑：经济性；毛坯选择工艺要求；热处理方式等10-310-3齿轮的材料及其选择原则齿轮的材料及其选择原则19具体选择原则：具体选择原则：（1 1）满足工作条件要求；满足工作条件要求；（2 2）考虑齿轮尺寸、毛坯成型方法及热处理和考虑齿轮尺寸、毛坯成型方法及热处理和制造工艺；制造工艺；（3 3）正火碳钢正火碳钢只能用于载荷平稳或轻度冲击下只能用于载荷平稳或轻度冲击下工作齿轮；工作齿轮；调质碳钢调质碳钢可用于中等冲击下工作齿轮；可用于中等冲击下工作齿轮；（4 4）合金钢合金钢用于高速、重载并在冲击载荷下工用于高速、重载并在冲击载荷下工作齿轮；作齿轮；（5 5）飞行器中齿轮采用表面硬化处理的飞行器中齿轮采用表面硬化处理的高强度高强度合金钢合金钢；（6 6）硬度选择：硬度选择：*软齿面硬度软齿面硬度 350HBS350HBS或或38HRC38HRC；*软齿面齿轮软齿面齿轮HBSHBS1 1-HBS-HBS2 2 3030505020第10章 齿轮传动10-410-4齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷 沿齿面接触线单位长度上的沿齿面接触线单位长度上的平均载荷平均载荷P(N/mm)P(N/mm)：P P=F Fn n/L L计算载荷计算载荷：P Pcaca =KPKP=KFKFn n/L L21第10章 齿轮传动10-4齿轮的计算载荷载荷状况工作机器原动机电机内燃机均匀平稳1.01.11.251.5轻微冲击1.251.351.51.75中等冲击1.51.61.752.0严重冲击1.751.852.02.25工作机、原动机2210-4齿轮传动的计算载荷制造和安装误差，法节不相等，瞬时传动比不准确，产生角加速度 齿轮修缘23第6章 齿轮传动6.4齿轮传动的计算载荷齿轮精度、速度齿轮精度、速度2410-410-4齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷 （表10-3）两对以上齿轮啮合时，载荷分配不均两对以上齿轮啮合时，载荷分配不均 表面硬度：硬度愈高，载荷分配愈不均 精度等级：精度低，载荷分配不均严重25鼓形10-410-4齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷轮齿载荷沿接触线分布不均匀轴上位置；轴上位置；轴及支承刚度；轴及支承刚度；制造和安装精度。制造和安装精度。图10-1126272810-510-5标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 （一）轮齿的受力分析（一）轮齿的受力分析2910-510-5标准直齿圆柱齿轮传动的标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算强度计算（二）（二）齿根弯曲疲劳强度计算齿根弯曲疲劳强度计算 建立力学模型：建立力学模型：假设全部载荷作用于齿顶；假设全部载荷作用于齿顶；不计径向分力产生的压力；不计径向分力产生的压力；用用30切线法确定危险面；切线法确定危险面；假设轮齿为为悬臂梁，单位假设轮齿为为悬臂梁，单位齿宽齿宽b=1。30P Pcaca =KPKP=KFKFn n /L L3132333435上海交大考研试题上海交大考研试题一圆柱齿轮传动一圆柱齿轮传动,其它条件不变其它条件不变,仅将齿轮宽度提仅将齿轮宽度提高一倍高一倍,则轮齿的齿根弯曲应力则轮齿的齿根弯曲应力 与原来的与原来的 相比较相比较,有有 .A.B.C.D.36(三三)齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算37（三）齿面接触疲劳强度计算（三）齿面接触疲劳强度计算弹性影响系数3839404142P Pcaca =KFKFn n /L L=KFKFt t/bcos/bcos43ZH=2.5设计式设计式设计式设计式校核式校核式校核式校核式4445但但 H H 1 1不等于不等于 H H 2 246474849第10章 齿轮传动直齿圆柱齿轮传动的强度计算小结直齿圆柱齿轮传动的强度计算小结1.应力、许用应力、强度的关系两齿轮弯曲应力弯曲应力是否相同？许用弯曲应力许用弯曲应力呢？2.齿轮弯曲强度比较503.3.两轮接触强度比较两轮接触强度比较4.预选载荷系数Kt)两齿轮接触应力接触应力是否相同？许用接触应力许用接触应力呢？51中南大学考研试题中南大学考研试题一对标准圆柱齿轮传动,已知Z1=20,Z2=50,它们的齿形系数是 ;A.YF1YF2。齿根弯曲应力是 ；A.F1 F2;B.F1=F2;C.F1 H2;B.H1=H2;C.H1 H2。52清华大学考研试题清华大学考研试题 有两对闭式直齿圆柱齿轮传动，它们的参数分别为：(1)z1=18,z2=42,m=2,b=60,a=62;(2)z1=18,z2=42,m=2,b=60,a=60,=20;两对齿轮的材料、热处理硬度、载荷，工况和制造精度相同，其中：第 对齿轮齿面接触应力大，第 对齿轮轮齿接触强度高。535410-610-6齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择(一一)齿轮传动设计参数的选择齿轮传动设计参数的选择 1.齿数比u 压力角a压力角 齿厚 曲率半径 弯曲强度 接触强度2.小轮齿数小轮齿数z z1 1（d d不变，即中心距不变，即中心距a a为定值）为定值）z z1 1 重叠系重叠系数大，传动平稳；数大，传动平稳；模数小，节约材料及加工量；但抗弯曲差；模数小，节约材料及加工量；但抗弯曲差；齿高减小，降低齿高减小，降低V VS S，抗胶合能力强。，抗胶合能力强。开式传动开式传动 ：z1=1720；闭式传动：闭式传动：z1=20405510-610-6齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择(一一)齿轮传动设计参数的选择齿轮传动设计参数的选择(1.压力角的选择:20、25(2.齿数Z的选择：闭式Z1=20-40；开式Z1=17-20；为避免根切：=20时，Z117 为使相啮合齿对磨损均匀、传动平稳：两齿数互质。(3.齿宽系数d 的选择：推荐值推荐值565758（二）齿轮传动许用应力（二）齿轮传动许用应力寿命系数寿命系数齿轮疲劳极限齿轮疲劳极限5960616263（二）（二）齿轮传动许用应力齿轮传动许用应力 一般取中间MQ偏下值；硬度超过范围可外插法取值；对称循环弯曲应力取70%。6465（三）齿轮精度的选择（三）齿轮精度的选择（1级）766 G M GB1009588齿厚下偏差第公差组精度（平稳性精度）第公差组精度（接触精度）精度等级选择参考表10-8齿厚上偏差7 F L GB1009588第公差组精度（运动精度）第、公差组精度6667686970717273747576分析中间齿轮接触应力和弯曲应力的特点分析中间齿轮接触应力和弯曲应力的特点？771轮主动时轮主动时1轮每转一周，同一侧齿面啮合一次，接触应力轮每转一周，同一侧齿面啮合一次，接触应力按脉动循环变化，弯曲应力按脉动循环变化按脉动循环变化，弯曲应力按脉动循环变化;2轮每转一周，同一侧齿面啮合一次，接触应力轮每转一周，同一侧齿面啮合一次，接触应力按脉动循环变化，弯曲应力按对称循环变化按脉动循环变化，弯曲应力按对称循环变化;3轮每转一周，同一侧齿面啮合一次，接触应力轮每转一周，同一侧齿面啮合一次，接触应力按脉动循环变化，弯曲应力按脉动循环变化按脉动循环变化，弯曲应力按脉动循环变化;782轮主动时轮主动时1轮每转一周，同一侧齿面啮合一次，接触应力轮每转一周，同一侧齿面啮合一次，接触应力按脉动循环变化，弯曲应力按脉动循环变化按脉动循环变化，弯曲应力按脉动循环变化;2轮每转一周，同一侧齿面啮合两次，接触应力轮每转一周，同一侧齿面啮合两次，接触应力按脉动循环变化，弯曲应力按脉动循环变化按脉动循环变化，弯曲应力按脉动循环变化;3轮每转一周，同一侧齿面啮合一次，接触应力轮每转一周，同一侧齿面啮合一次，接触应力按脉动循环变化，弯曲应力按脉动循环变化按脉动循环变化，弯曲应力按脉动循环变化;79