機(jī)械設(shè)計(jì)(電子工業(yè)出版社)-齒輪傳動(dòng)

1、機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)（8 8）概概 述述 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng) 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算齒輪傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則齒輪傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 第八章第八章 齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)齒輪的材料和許用應(yīng)力齒輪的材料和許用應(yīng)力圓錐齒輪傳動(dòng)圓錐齒輪傳動(dòng)一、齒輪傳動(dòng)的主要特點(diǎn)：一、齒輪傳動(dòng)的主要特點(diǎn)： 傳動(dòng)效率高傳動(dòng)效率高可達(dá)可達(dá)9999。在常用的機(jī)械傳動(dòng)中，齒輪傳動(dòng)的效率最高；。在常用的機(jī)械傳動(dòng)中，齒輪傳動(dòng)的效率最高； 結(jié)構(gòu)緊湊結(jié)構(gòu)緊湊與帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)相比，在同樣的使用條件下，齒輪傳動(dòng)所需與帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)相比，在同樣的使用條件下，齒輪傳動(dòng)所需

2、 的空間一般較小；的空間一般較小； 與各類傳動(dòng)相比，齒輪傳動(dòng)與各類傳動(dòng)相比，齒輪傳動(dòng)工作可靠，壽命長(zhǎng)工作可靠，壽命長(zhǎng)； 傳動(dòng)比穩(wěn)定傳動(dòng)比穩(wěn)定無(wú)論是平均值還是瞬時(shí)值。無(wú)論是平均值還是瞬時(shí)值。 與帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)相比，齒輪的與帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)相比，齒輪的制造及安裝精度要求高，價(jià)格較貴制造及安裝精度要求高，價(jià)格較貴。8.1 8.1 概概 述述二、齒輪傳動(dòng)的分類二、齒輪傳動(dòng)的分類平行軸平行軸齒齒輪輪傳傳動(dòng)動(dòng)直齒直齒斜齒斜齒人字齒人字齒按兩齒輪軸線的相對(duì)位置分按兩齒輪軸線的相對(duì)位置分相交軸相交軸相錯(cuò)軸相錯(cuò)軸按齒向分按齒向分按工作條件分按工作條件分閉式閉式開式開式按齒面硬度分按齒面硬度分軟齒面（軟齒面（HB3

3、50）硬齒面（硬齒面（HB350）8.1 8.1 概概 述述8.1 8.1 概概 述述2112i三、齒輪傳動(dòng)的基本要求三、齒輪傳動(dòng)的基本要求8.2 8.2 齒輪傳動(dòng)的失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則齒輪傳動(dòng)的失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一、齒輪的主要失效形式一、齒輪的主要失效形式1 1、輪齒折斷、輪齒折斷 3 3、齒面疲勞點(diǎn)蝕、齒面疲勞點(diǎn)蝕 2 2、齒面磨損、齒面磨損 4 4、齒面膠合、齒面膠合 5 5、齒面塑性變形、齒面塑性變形齒面塑性變形齒面塑性變形齒面疲勞點(diǎn)蝕齒面疲勞點(diǎn)蝕輪齒折斷輪齒折斷齒面磨損齒面磨損齒面膠合齒面膠合8.2 8.2 齒輪傳動(dòng)的失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則齒輪傳動(dòng)的失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則二、齒輪的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則二、

4、齒輪的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則目前對(duì)磨損、膠合等是失效形式尚無(wú)成熟的計(jì)算方法。目前對(duì)一般工況下的齒目前對(duì)磨損、膠合等是失效形式尚無(wú)成熟的計(jì)算方法。目前對(duì)一般工況下的齒輪傳動(dòng)，其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是：輪傳動(dòng)，其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是： 保證足夠的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，以免發(fā)生齒根折斷。保證足夠的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，以免發(fā)生齒根折斷。 保證足夠的齒面接觸疲勞強(qiáng)度，以免發(fā)生齒面點(diǎn)蝕。保證足夠的齒面接觸疲勞強(qiáng)度，以免發(fā)生齒面點(diǎn)蝕。開式齒輪傳動(dòng)開式齒輪傳動(dòng)：主要失效形式是齒面磨損，只按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算：主要失效形式是齒面磨損，只按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 模數(shù)模數(shù)m，再根據(jù)情況將算出的，再根據(jù)情況將算出的m加大加大10%20%的辦法來(lái)的辦法來(lái) 考

5、慮磨損的影響。考慮磨損的影響。軟齒面（硬度軟齒面（硬度350HBS）時(shí)，主要的失效形式為齒面點(diǎn)蝕，時(shí)，主要的失效形式為齒面點(diǎn)蝕，通常按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。通常按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。閉式齒輪傳動(dòng)閉式齒輪傳動(dòng)硬齒面（硬度硬齒面（硬度350HBS）時(shí)，主要失效形式為齒根折斷，通時(shí)，主要失效形式為齒根折斷，通常按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核。常按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核。一、輪齒的受力分析一、輪齒的受力分析以節(jié)點(diǎn)以節(jié)點(diǎn) P 處的嚙合力為分析對(duì)象，不考慮摩擦力時(shí)，輪齒所受總作用力處的嚙合力為分析對(duì)象，不考慮摩

6、擦力時(shí)，輪齒所受總作用力Fn將沿著嚙合線方向，將沿著嚙合線方向，F(xiàn)n稱為法向力。稱為法向力。Fn在分度圓上可分解為切于分度圓的在分度圓上可分解為切于分度圓的切向力切向力Ft和沿半徑方向并指向輪心的徑向力和沿半徑方向并指向輪心的徑向力Fr 。 8.3 8.3 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算d1小齒輪節(jié)圓直徑小齒輪節(jié)圓直徑11t2dTF 圓周力：圓周力：cos2cos11tndTFF法向力：法向力：徑向力方向：指向各自輪心徑向力方向：指向各自輪心徑向力：徑向力：tan2tan11trdTFF主動(dòng)輪：與轉(zhuǎn)速方向相反主動(dòng)輪：與轉(zhuǎn)速方向相反從動(dòng)輪：與轉(zhuǎn)速方向相同從動(dòng)輪：與轉(zhuǎn)速方向相同圓

7、周力方向圓周力方向8.3 8.3 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算Fn-法向力（法向力（名義載荷名義載荷）受力變形受力變形制造誤差制造誤差安裝誤差安裝誤差附加動(dòng)載荷附加動(dòng)載荷載荷集中載荷集中 計(jì)算齒輪強(qiáng)度時(shí)，采用計(jì)算齒輪強(qiáng)度時(shí)，采用計(jì)算載荷計(jì)算載荷Fnc=KFn代替名義載荷代替名義載荷Fn以考慮載荷集以考慮載荷集中和附加動(dòng)載荷的影響。中和附加動(dòng)載荷的影響。K為載荷系數(shù)，其值為：為載荷系數(shù)，其值為：KKA Kv K式中：式中：KA 使用系數(shù)使用系數(shù)（表（表8-2）Kv 動(dòng)載系數(shù)動(dòng)載系數(shù)（KV=1.11.2）K齒向載荷分布系數(shù)齒向載荷分布系數(shù)（圖（圖8-4）二、輪齒的計(jì)算載荷二、輪

8、齒的計(jì)算載荷三、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算三、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 基本公式基本公式赫茲應(yīng)力計(jì)算公式，即赫茲應(yīng)力計(jì)算公式，即: :nc12H22121211()11()FbEE8.3 8.3 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算 實(shí)驗(yàn)表明：齒根部分靠近節(jié)點(diǎn)處最容易發(fā)生實(shí)驗(yàn)表明：齒根部分靠近節(jié)點(diǎn)處最容易發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕，故取疲勞點(diǎn)蝕，故取節(jié)點(diǎn)處節(jié)點(diǎn)處的應(yīng)力作為計(jì)算依據(jù)。的應(yīng)力作為計(jì)算依據(jù)。2sin111dCN2sin222dCN節(jié)圓處齒廓曲率半徑：節(jié)圓處齒廓曲率半徑：211221)(11sin)(22112dddd sin211duu齒數(shù)比齒數(shù)比:2211zduzd+：外嚙合；：外嚙合；-：內(nèi)

9、嚙合：內(nèi)嚙合齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核式：齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核式： tHEHH11KF uZ Zd bu齒面接觸疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)齒面接觸疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)式：式：21HE31dH21)KTZ Zudu costncnFFK FK計(jì)算法向力：計(jì)算法向力：8.3 8.3 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算E221212111ZEE令：令：H2cossinZ節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)區(qū)域系數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪：標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪：ZH=2.5）彈性影響系數(shù)彈性影響系數(shù)（查表查表8-1）tH2211212121cossin11KF ud buEE齒寬系數(shù)齒寬系數(shù)d1bd危險(xiǎn)截面危險(xiǎn)截面：齒根圓角：齒根圓角3

10、0 切線兩切點(diǎn)連線處。切線兩切點(diǎn)連線處。齒頂受力齒頂受力：Fn，可分解成兩個(gè)分力：，可分解成兩個(gè)分力：危險(xiǎn)截面的彎曲截面系數(shù)危險(xiǎn)截面的彎曲截面系數(shù)：62FbSW F1 = Fn cosF F2 = Fn sinF -產(chǎn)生彎曲應(yīng)力產(chǎn)生彎曲應(yīng)力；-壓應(yīng)力，小而忽略壓應(yīng)力，小而忽略。假定載荷僅由一對(duì)輪齒承擔(dān)，按懸臂梁計(jì)算。齒頂嚙合時(shí)，彎矩達(dá)最大值。假定載荷僅由一對(duì)輪齒承擔(dān)，按懸臂梁計(jì)算。齒頂嚙合時(shí)，彎矩達(dá)最大值。彎曲力矩彎曲力矩：nFFcosMK Fh四、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算四、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算8.3 8.3 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算ncostFFWMF彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力：

11、26cosnFFFK F hbS26coscostFFFFKF hbSF齒頂法向載荷作用角齒頂法向載荷作用角計(jì)入計(jì)入應(yīng)力修正系數(shù)應(yīng)力修正系數(shù)Ysa(查圖查圖8-7)后，后，彎曲強(qiáng)度校核公式彎曲強(qiáng)度校核公式為：為： tFFasaFKFY Ybm3Fasa12d 1F2Y YKTmz因?yàn)橐驗(yàn)镾F和和hF均與模數(shù)成正比，所以齒形系數(shù)均與模數(shù)成正比，所以齒形系數(shù)YFa僅與齒形僅與齒形有關(guān)而與模數(shù)有關(guān)而與模數(shù)m無(wú)關(guān)，其值可根據(jù)齒數(shù)無(wú)關(guān)，其值可根據(jù)齒數(shù)查圖查圖8-6獲得。獲得。8.3 8.3 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算彎曲應(yīng)力：彎曲應(yīng)力：26()cos() cosFFtFhKFmSb

12、mmFatKFYbm26coscostFFFFKF hbS26()cos() cosFFFhmSmYFa 齒形系數(shù)齒形系數(shù)引入引入齒寬系數(shù)齒寬系數(shù) ，且因?yàn)?，且因?yàn)?，可得，可得彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式： 1dbd1t12TFd8.4 8.4 齒輪的材料和許用應(yīng)力齒輪的材料和許用應(yīng)力 一、對(duì)齒輪材料性能的要求一、對(duì)齒輪材料性能的要求 齒輪的齒體應(yīng)有較高的抗折斷能力，齒面應(yīng)有較強(qiáng)的抗點(diǎn)蝕、抗磨損齒輪的齒體應(yīng)有較高的抗折斷能力，齒面應(yīng)有較強(qiáng)的抗點(diǎn)蝕、抗磨損和較高的抗膠合能力，即要求：和較高的抗膠合能力，即要求：齒面硬、芯部韌齒面硬、芯部韌。 二、常用的齒輪材料二、常用的齒輪材料 鋼鋼：許多

13、鋼材經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砘虮砻嫣幚?，可以成為常用的齒輪材料；：許多鋼材經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砘虮砻嫣幚?，可以成為常用的齒輪材料； 鑄鐵鑄鐵：常作為低速、輕載、不太重要的場(chǎng)合的齒輪材料；：常作為低速、輕載、不太重要的場(chǎng)合的齒輪材料； 非金屬材料非金屬材料：適用于高速、輕載、且要求降低噪聲的場(chǎng)合。：適用于高速、輕載、且要求降低噪聲的場(chǎng)合。 三、齒輪材料選用的基本原則三、齒輪材料選用的基本原則 q 齒輪材料必須滿足工作條件的要求，如強(qiáng)度、壽命、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等；齒輪材料必須滿足工作條件的要求，如強(qiáng)度、壽命、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等； q 應(yīng)考慮齒輪尺寸大小，毛坯成型方法及熱處理和制造工藝；應(yīng)考慮齒輪尺寸大小，毛坯成型方法

14、及熱處理和制造工藝； q 鋼制軟齒面齒輪，其配對(duì)兩輪齒面的硬度差應(yīng)保持在鋼制軟齒面齒輪，其配對(duì)兩輪齒面的硬度差應(yīng)保持在3050HBS或更多?；蚋唷?8.4 8.4 齒輪的材料和許用應(yīng)力齒輪的材料和許用應(yīng)力 四、齒輪的許用應(yīng)力四、齒輪的許用應(yīng)力 NHlimHHminZS1.1. 許用接觸應(yīng)力：許用接觸應(yīng)力：Hlim -接觸疲勞極限應(yīng)力接觸疲勞極限應(yīng)力, 由實(shí)驗(yàn)確定。（由實(shí)驗(yàn)確定。（圖圖8-8） SHmin -安全系數(shù)，安全系數(shù)，查表查表8-4 確定。確定。ZN -接觸疲勞壽命系數(shù)，簡(jiǎn)化可取接觸疲勞壽命系數(shù)，簡(jiǎn)化可取ZN=1。2.2. 許用彎曲應(yīng)力：許用彎曲應(yīng)力：FlimSTNTFFminY Y

15、SFlim彎曲疲勞極限應(yīng)力，由實(shí)驗(yàn)確定。（彎曲疲勞極限應(yīng)力，由實(shí)驗(yàn)確定。（圖圖8-9）SFmin安全系數(shù)，安全系數(shù)，查表查表8-4確定。確定。YST -齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)，齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)，YST=2。YNT -彎曲疲勞壽命系數(shù)，簡(jiǎn)化可取彎曲疲勞壽命系數(shù)，簡(jiǎn)化可取YNT=1。一、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇一、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇* *齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)與實(shí)例齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)與實(shí)例1壓力角壓力角 的選擇的選擇2齒數(shù)的選擇齒數(shù)的選擇一般情況下，一般情況下，閉式軟齒面齒輪傳動(dòng)閉式軟齒面齒輪傳動(dòng): z1=2040 閉式硬齒面或開式齒輪傳動(dòng)閉式硬齒面或開式齒輪傳動(dòng): z1=1720 z2=uz1當(dāng)

16、當(dāng)d1已按接觸疲勞強(qiáng)度確定時(shí)，已按接觸疲勞強(qiáng)度確定時(shí)，z1m重合度重合度e e傳動(dòng)平穩(wěn)傳動(dòng)平穩(wěn)抗彎曲疲勞強(qiáng)度降低抗彎曲疲勞強(qiáng)度降低齒高齒高h(yuǎn) 減小切削量、減小滑動(dòng)率減小切削量、減小滑動(dòng)率因此，在保證彎曲疲勞強(qiáng)度的前提下，齒數(shù)選得多一些好！因此，在保證彎曲疲勞強(qiáng)度的前提下，齒數(shù)選得多一些好！一般情況下取一般情況下取 =20 d 齒寬齒寬b 有利于提高強(qiáng)度，但有利于提高強(qiáng)度，但 d過(guò)大將過(guò)大將會(huì)使載荷沿齒向分布不均程會(huì)使載荷沿齒向分布不均程度嚴(yán)重，從而度嚴(yán)重，從而導(dǎo)致導(dǎo)致K（可按表選?。砂幢磉x?。?齒寬系數(shù)齒寬系數(shù) d的選擇的選擇* *齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)與實(shí)例齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)與實(shí)例按承載

17、能力要求算出后，盡可能按承載能力要求算出后，盡可能圓整圓整成整數(shù)，成整數(shù)，最好個(gè)位數(shù)為最好個(gè)位數(shù)為“0”0”或或“5”5”。4中心距中心距a的選擇的選擇5齒寬齒寬b1、b2取大齒輪的齒寬取大齒輪的齒寬b2=b= dd1；為補(bǔ)償裝配和調(diào)整時(shí)大、小齒輪的軸向位置偏移，并保證輪齒接觸寬度，為補(bǔ)償裝配和調(diào)整時(shí)大、小齒輪的軸向位置偏移，并保證輪齒接觸寬度，取小齒輪的齒寬取小齒輪的齒寬b1=b2+(510)mm。二、齒輪精度的選擇二、齒輪精度的選擇齒輪精度共分齒輪精度共分1212級(jí)，級(jí)，1 1級(jí)精度最高，第級(jí)精度最高，第1212級(jí)精度最低，常用級(jí)精度最低，常用6969級(jí)。級(jí)。精度選擇是以傳動(dòng)的用途，使用條

18、件，傳遞功率，圓周速度等為依據(jù)的。精度選擇是以傳動(dòng)的用途，使用條件，傳遞功率，圓周速度等為依據(jù)的。* *齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)與實(shí)例齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)與實(shí)例三、齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算說(shuō)明三、齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算說(shuō)明 q 接觸強(qiáng)度計(jì)算中接觸強(qiáng)度計(jì)算中，因兩對(duì)齒輪的，因兩對(duì)齒輪的H1= H2 ，故按此強(qiáng)度準(zhǔn)則設(shè)計(jì)齒輪，故按此強(qiáng)度準(zhǔn)則設(shè)計(jì)齒輪 傳動(dòng)時(shí)，公式中傳動(dòng)時(shí)，公式中應(yīng)代應(yīng)代H1 和和H2 中較小者中較小者。 * *齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)與實(shí)例齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)與實(shí)例q 彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)中彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)中，因大、小齒輪的，因大、小齒輪的F 、YFa、YSa 值不同，故按此強(qiáng)度值不同，故按此強(qiáng)度準(zhǔn)則設(shè)計(jì)齒輪傳

19、動(dòng)時(shí)，公式中準(zhǔn)則設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，公式中應(yīng)代應(yīng)代 和和 中較大者中較大者。 Fa2 Sa2F2Y YFa1 Sa1F1Y Y四、直齒圓柱齒輪設(shè)計(jì)的大致過(guò)程四、直齒圓柱齒輪設(shè)計(jì)的大致過(guò)程 選擇齒輪的選擇齒輪的材料和熱處理材料和熱處理選擇選擇齒數(shù)齒數(shù)z1，z2=uz1；選擇選擇齒寬系數(shù)齒寬系數(shù) d根據(jù)材料硬度確定根據(jù)材料硬度確定設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（按？設(shè)計(jì)；按？校核）（按？設(shè)計(jì)；按？校核）確定主要參數(shù)：確定主要參數(shù)：中心距中心距a圓整圓整模數(shù)模數(shù)m取標(biāo)準(zhǔn)值取標(biāo)準(zhǔn)值反求齒數(shù)反求齒數(shù)z1、z2計(jì)算小、大齒輪的各計(jì)算小、大齒輪的各許用應(yīng)力許用應(yīng)力H1、 H2、 F1 、F2計(jì)算主要尺寸：計(jì)算主要尺寸：d1=

20、mz1（滿足設(shè)計(jì)條件滿足設(shè)計(jì)條件）d2=mz2 計(jì)計(jì) 算算 齒齒 寬：寬： b= d d1 b2=b b1=b2+(510)mm強(qiáng)度校核強(qiáng)度校核（兩種情況）（兩種情況） 齒輪齒輪主要參數(shù)計(jì)算主要參數(shù)計(jì)算結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)* *齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)與實(shí)例齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)與實(shí)例按設(shè)計(jì)公式按設(shè)計(jì)公式設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)d1（或（或m）* *齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)與實(shí)例齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)與實(shí)例例題：例題：設(shè)計(jì)一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)的兩級(jí)減速器高速級(jí)的齒輪傳動(dòng)。已設(shè)計(jì)一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)的兩級(jí)減速器高速級(jí)的齒輪傳動(dòng)。已知傳遞的功率知傳遞的功率P1=5.5kW，小輪轉(zhuǎn)速，小輪轉(zhuǎn)速n1=960r/min，齒數(shù)比

21、，齒數(shù)比u=4.45。解：解： 1.1.選定齒輪材料及熱處理方式、齒數(shù)、齒寬系數(shù)選定齒輪材料及熱處理方式、齒數(shù)、齒寬系數(shù)由表由表8-38-3選擇常用的調(diào)制鋼為材料。選擇常用的調(diào)制鋼為材料。小輪：小輪：45調(diào)質(zhì)，調(diào)質(zhì)，HB1=210230大輪：大輪：45正火，正火，HB2=170210取小輪齒數(shù)取小輪齒數(shù)z1=22，則大輪齒數(shù)，則大輪齒數(shù)z2=uz1=4.452298，對(duì)該兩級(jí)減速器，取齒寬系數(shù)對(duì)該兩級(jí)減速器，取齒寬系數(shù) d=1。2.2.確定許用應(yīng)力確定許用應(yīng)力許用彎曲應(yīng)力：許用彎曲應(yīng)力：Flim STNTFFlimY YS 查圖查圖8-8(c)，取，取Hlim1=560MPa， Hlim2=5

22、20MPa； 查圖查圖8-9(c)，取，取Flim1=210MPa， Flim2=200MPa； ZN=1，YST=2，YNT=1。查表。查表8-4，取，取SHlim=SFlim=1；許用接觸應(yīng)力：許用接觸應(yīng)力：NHlimHHlimZSH11 560560(MPa)1H21 520520(MPa)1F12102 1420(MPa)1 F2200 2 1400(MPa)1 設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)原則：軟齒面。按接觸：軟齒面。按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)；按彎曲強(qiáng)度校核強(qiáng)度設(shè)計(jì)；按彎曲強(qiáng)度校核* *齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)與實(shí)例齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)與實(shí)例3.3.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)（軟齒面）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)（軟齒面）21HE

23、31dH21KTZ Zudu小輪直徑：小輪直徑：(1)取齒寬系數(shù)取齒寬系數(shù) d1.01.0 1.15 1.09 1.01.25K 查表查表8-2，取，取KA=1.0；查圖；查圖8-4(b)，取，取K=1.09；取取Kv=1.15；(2)載荷系數(shù)載荷系數(shù) KKA Kv K(3)彈性系數(shù)彈性系數(shù) ZE189.8（表（表8-1） 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH2.5661115.59.55 109.55 1054713.5(N mm)960PTn(4)小輪傳遞的轉(zhuǎn)矩小輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T1(5)取取H=H2=520MPa232 1.25 54713.5 4.45 1 189.8 2.551.86(mm)1.

24、04.455204.4.確定主要參數(shù)確定主要參數(shù)* *齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)與實(shí)例齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)與實(shí)例(1)求中心距求中心距a2121111212121251.8614.452141.32(mm)daddddidid圓整后，取圓整后，取a=145mm；反求；反求d1=2a/(1+i)=53.2mm(2)計(jì)算模數(shù)計(jì)算模數(shù)m1153.2 222.4(mm)mdz取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=2.5mm(3)計(jì)算總齒數(shù)計(jì)算總齒數(shù)zc、小輪齒數(shù)、小輪齒數(shù)z1、大輪齒數(shù)、大輪齒數(shù)z2c1222 145 2.5 116zzza m 1c11+i116 14.4521.28z =22zz取2c11162294

25、zzz2194 224.27izz實(shí)際傳動(dòng)比:4.454.270.045%4.45i 傳動(dòng)比變動(dòng)量:Zc不等于整數(shù)時(shí)，可改變模數(shù)不等于整數(shù)時(shí)，可改變模數(shù)* *齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)與實(shí)例齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)與實(shí)例5. 5. 校核彎曲強(qiáng)度校核彎曲強(qiáng)度F1F11.25 1989.62.78 1.6180.95420MPa552.5F2F22.22 1.8780.9575.08400MPa2.78 1.61(4)計(jì)算齒輪分度圓直徑計(jì)算齒輪分度圓直徑d1、d2222.5 94235mmdmz112.5 2255mm51.86mmdmz(5) 齒輪工作寬度齒輪工作寬度bd11 5555mmbd m=2.5

26、mm，z1=22，z2=94，分度圓：分度圓：d1=55mm，d2=235mm，齒頂圓：齒頂圓：da1=m(z1+2)=2.5(22+2)=60mm；da2=m(z2+2)=2.5(94+2)=240mm齒根圓：齒根圓：df1=m(z1-2.5)=2.5(22-2.5)=48.75mm； df2=m(z2-2.5)=2.5(94-2.5)=228.75mm齒寬：齒寬：b1=60mm，b2=55mm，中心距：中心距：a=(d1+d2)/2=(55+235)/2=145mm6. 6. 主要幾何尺寸主要幾何尺寸齒寬：取齒寬：取b2=b=55mm，b1=b2+5=60mm8.5 8.5 斜齒圓柱齒輪傳

27、動(dòng)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)一、輪齒的受力分析一、輪齒的受力分析cos2cos11tdTFF由于由于Fatan，為了不使軸承承受的軸向，為了不使軸承承受的軸向力過(guò)大，力過(guò)大，分度圓螺旋角分度圓螺旋角不宜選得過(guò)大，常取不宜選得過(guò)大，常取=820。11t2dTF 圓周力圓周力Ft：costan2tan1n1nrdTFF徑向力徑向力Fr：11tatan2tandTFF軸向力軸向力Fa：coscos2cosn11nndTFF法向力法向力Fn： 法向力法向力Fn可以分解為周向力可以分解為周向力Ft、徑向、徑向力力Fr和軸向力和軸向力Fa8.5 8.5 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)各力的方向判斷：各力的方向判斷

28、：1. 圓周力圓周力Ft和徑向力和徑向力Fr方向的確定與直齒輪傳動(dòng)相同。方向的確定與直齒輪傳動(dòng)相同。2. 軸向力軸向力Fa的方向可以用的方向可以用主動(dòng)輪左、右手定則主動(dòng)輪左、右手定則判定：左旋主動(dòng)輪用左手，判定：左旋主動(dòng)輪用左手，右旋主動(dòng)輪用右手，判定時(shí)四指方向與主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)向相同，拇指的指向即右旋主動(dòng)輪用右手，判定時(shí)四指方向與主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)向相同，拇指的指向即為主動(dòng)輪所受軸向力的方向。而從動(dòng)輪軸向力的方向與主動(dòng)輪的相反。為主動(dòng)輪所受軸向力的方向。而從動(dòng)輪軸向力的方向與主動(dòng)輪的相反。1 主動(dòng)21 主動(dòng)21tF2tFFa22rF2rF1rF1rFFa1二、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算二、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算

29、斜齒輪齒面接觸強(qiáng)度仍以節(jié)點(diǎn)處的接觸應(yīng)斜齒輪齒面接觸強(qiáng)度仍以節(jié)點(diǎn)處的接觸應(yīng)力為代表，將節(jié)點(diǎn)處的力為代表，將節(jié)點(diǎn)處的法面曲率半徑法面曲率半徑 n代入計(jì)代入計(jì)算。法面曲率半徑以及算。法面曲率半徑以及綜合曲率半徑綜合曲率半徑 有以下關(guān)有以下關(guān)系為：系為： btbtncos2sincosd斜齒圓柱齒輪法面曲率半徑斜齒圓柱齒輪法面曲率半徑uud1sincos2111t1bn2n1借助直齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式，借助直齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式，并引入根據(jù)上述關(guān)系后可得：并引入根據(jù)上述關(guān)系后可得：8.5 8.5 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng) 接觸疲勞強(qiáng)度校核公式：接觸疲勞強(qiáng)度校核公式： tHEHH

30、11KF uZ Z Zbdu接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式：接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式： 2EH131dH21 Z Z ZKT udu重合度影響系數(shù)重合度影響系數(shù)=815時(shí)，時(shí)，ZH=2.462.42=830時(shí)，時(shí)，Z=0.850.78ZE查表查表8-1三、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算三、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，通常以斜齒輪的當(dāng)量齒輪為對(duì)強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，通常以斜齒輪的當(dāng)量齒輪為對(duì)象，借助直齒輪齒根彎曲疲勞計(jì)算公式，并引入象，借助直齒輪齒根彎曲疲勞計(jì)算公式，并引入斜齒輪斜齒輪螺旋角影響系數(shù)螺旋角影響系數(shù)Y，得：，得： 斜齒輪齒面上的接觸線為一斜線。受載時(shí)，斜齒輪齒面上的接觸線為一斜線。受載時(shí)，輪齒的失效形式為局部

31、折斷（如右圖）。輪齒的失效形式為局部折斷（如右圖）。 彎曲強(qiáng)度校核公式：彎曲強(qiáng)度校核公式： tFFaSaFnKFY Y Ybm彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式：彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式：2FaSa13n2d1F2cosY Y YKTmz式中：式中：YFa、YSa均按當(dāng)量齒數(shù)均按當(dāng)量齒數(shù) zv=z/cos3 查圖查圖8686、8787確定。確定。斜齒圓柱齒輪輪齒受載及折斷斜齒圓柱齒輪輪齒受載及折斷8.5 8.5 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)查圖查圖8-11mn法面模數(shù)法面模數(shù)對(duì)軸交角為對(duì)軸交角為90的直齒錐齒輪傳動(dòng)：的直齒錐齒輪傳動(dòng)： 8.6 8.6 圓錐齒輪傳動(dòng)圓錐齒輪傳動(dòng)一、設(shè)計(jì)參數(shù)一、設(shè)計(jì)參數(shù)直齒錐齒輪傳動(dòng)是

32、以直齒錐齒輪傳動(dòng)是以大端參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值大端參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值，強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，是強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，是以錐齒輪以錐齒輪齒寬中點(diǎn)處的當(dāng)量齒輪齒寬中點(diǎn)處的當(dāng)量齒輪作為計(jì)算時(shí)的依據(jù)。作為計(jì)算時(shí)的依據(jù)。直齒錐齒輪傳動(dòng)的幾何參數(shù)直齒錐齒輪傳動(dòng)的幾何參數(shù)m1m2m120.510.5ddmRbbddmRR )5 . 01 ()5 . 01 (RmRmmmdd以及則有：令令R=b/R為錐齒輪傳動(dòng)的齒寬系數(shù)，設(shè)計(jì)中常取為錐齒輪傳動(dòng)的齒寬系數(shù)，設(shè)計(jì)中常取R =0.250.35。211212tancotddzzu齒數(shù)比：齒數(shù)比：2122212221udddR錐距：錐距：直齒錐齒輪的輪齒受力分析模型如下圖，將總法向載荷集中作用于齒寬中直

33、齒錐齒輪的輪齒受力分析模型如下圖，將總法向載荷集中作用于齒寬中點(diǎn)處的法面截面內(nèi)。點(diǎn)處的法面截面內(nèi)。Fn可分解為圓周力可分解為圓周力Ft，徑向力，徑向力Fr和軸向力和軸向力Fa三個(gè)分力。三個(gè)分力。 各分力計(jì)算公式：各分力計(jì)算公式： tan2tan1m1tdTFF軸向力軸向力Fa的方向總是由錐齒輪的小端指向大端。的方向總是由錐齒輪的小端指向大端。二、圓錐齒輪的受力分析二、圓錐齒輪的受力分析 8.6 8.6 圓錐齒輪傳動(dòng)圓錐齒輪傳動(dòng)1m1t2dTF 圓周力：圓周力：1111a2m12costancosrTFFFd 徑向力：徑向力：cos2cos1m1tndTFF法向力：法向力：1111r2m12si

34、ntansinaTFFFd 軸向力：軸向力： 齒面接觸疲勞強(qiáng)度，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度，按齒寬中點(diǎn)處的當(dāng)量圓柱齒輪齒寬中點(diǎn)處的當(dāng)量圓柱齒輪計(jì)算。齒寬為圓錐齒輪計(jì)算。齒寬為圓錐齒輪的齒寬的齒寬b。代入齒寬中點(diǎn)處的當(dāng)量齒輪相應(yīng)參數(shù)，得齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算公。代入齒寬中點(diǎn)處的當(dāng)量齒輪相應(yīng)參數(shù)，得齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式如下：式如下： 2HHEH11tmKFuZ Zbdu 接觸強(qiáng)度校核公式：接觸強(qiáng)度校核公式： 21EH31RRH4.(1 0.5)KTZ Zdu接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式：接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式： 三、圓錐齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算三、圓錐齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 式中：載荷系數(shù)式中：載荷系數(shù)K=KAKVK。

35、KAKVK 取法與直齒圓柱齒輪相同。取法與直齒圓柱齒輪相同。8.6 8.6 圓錐齒輪傳動(dòng)圓錐齒輪傳動(dòng)小圓錐齒輪小圓錐齒輪的平均直徑的平均直徑四、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算四、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 直齒錐齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度可近似地按齒寬中點(diǎn)處的當(dāng)量圓柱齒輪進(jìn)行計(jì)直齒錐齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度可近似地按齒寬中點(diǎn)處的當(dāng)量圓柱齒輪進(jìn)行計(jì)算。采用直齒圓柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算公式，并代入當(dāng)量齒輪的相應(yīng)參數(shù)，得直齒錐算。采用直齒圓柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算公式，并代入當(dāng)量齒輪的相應(yīng)參數(shù)，得直齒錐齒輪彎曲強(qiáng)度校核式和設(shè)計(jì)式如下：齒輪彎曲強(qiáng)度校核式和設(shè)計(jì)式如下： tFFaFmKFYbm彎曲強(qiáng)度校核公式：彎曲強(qiáng)度校核公式：Fa13222FRR1

36、41 0.51YKTmzu彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式：彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式：8.6 8.6 圓錐齒輪傳動(dòng)圓錐齒輪傳動(dòng)式中：載荷系數(shù)式中：載荷系數(shù)K=KAKVK。KAKVK 取法與直齒圓柱齒輪相同；取法與直齒圓柱齒輪相同； YF按當(dāng)量齒數(shù)按當(dāng)量齒數(shù) zv=z/cos由圖由圖8-6選取。選取。平均模數(shù)平均模數(shù)齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)q 通過(guò)強(qiáng)度計(jì)算確定出了齒輪的齒數(shù)通過(guò)強(qiáng)度計(jì)算確定出了齒輪的齒數(shù)z、模數(shù)、模數(shù)m、齒寬、齒寬b、螺旋角、螺旋角 、分度圓直、分度圓直徑徑d 等主要尺寸。等主要尺寸。q 在綜合考慮齒輪幾何尺寸，毛坯，材料，加工方法，使用要求及經(jīng)濟(jì)性等在綜合考慮齒輪幾何尺寸，毛坯，材料，加工方法，使

37、用要求及經(jīng)濟(jì)性等各方面因素的基礎(chǔ)上，按齒輪的直徑大小，選定合適的結(jié)構(gòu)形式，再根據(jù)各方面因素的基礎(chǔ)上，按齒輪的直徑大小，選定合適的結(jié)構(gòu)形式，再根據(jù)推薦的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算。推薦的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算。 q 常見的結(jié)構(gòu)形式有常見的結(jié)構(gòu)形式有q 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是確定輪緣，輪輻，輪轂等結(jié)構(gòu)形式及尺寸大小。齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是確定輪緣，輪輻，輪轂等結(jié)構(gòu)形式及尺寸大小。 輪輻式結(jié)構(gòu)實(shí)心式齒輪齒輪軸中型尺寸齒輪結(jié)構(gòu)中型尺寸齒輪結(jié)構(gòu)小尺寸齒輪結(jié)構(gòu)小尺寸齒輪結(jié)構(gòu)大尺寸齒輪結(jié)構(gòu)大尺寸齒輪結(jié)構(gòu) 腹板式結(jié)構(gòu)8.7 8.7 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、齒輪有哪些失效形式？失效原因各是什么？可采取哪些措施來(lái)提高抗失效的能、齒輪有哪些失效形式？失效原因各是什么？可采取哪些措施來(lái)提高抗失效的能力？力？2、在選擇