機械設計基礎第五版第十一章

1、第十一章 齒輪傳動閉式傳動：適用于重要的齒輪傳動。開式傳動：適用于低速齒輪傳動。1、 輪齒折斷 一般發(fā)生在齒根部位11-1 輪齒的失效形式過載折斷：因短時嚴重過載引起。疲勞折斷：因載荷重復作用，彎曲應 力超過彎曲疲勞極限引起。1、 輪齒折斷措施： 提高材料的硬度,加強潤滑，提高油的粘度。在節(jié)圓附近一對齒受力,載荷大,滑動速度低形成油膜條件差；接觸疲勞產(chǎn)生小裂紋-擴展-脫落-凹坑 。2、齒面點蝕軟齒面齒輪在閉式齒輪傳動中失效形式：點蝕)350(HBS3、齒面膠合措施：齒面硬度 ，粗糙度 ，抗膠合能力 。高速重載，散熱不良；滑動速度大；齒面粘連后撕脫。4、齒面磨損：磨粒磨損跑合磨損主動被動磨粒磨損

2、：灰塵、硬屑粒進入齒面間引起的磨損。跑合磨損：新齒輪副，由于加工后表面具有一定粗糙度，受載后只有峰頂接觸，引起的磨損。5、齒面塑性變形：在重載下，較軟的齒面上產(chǎn)生局部的塑性變形，使齒廓失去正確的齒形。11-2 齒輪材料及熱處理材料：優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金結構鋼、鑄鋼、鑄鐵 （表11-1）開式低速傳動可采用灰鑄鐵、球墨鑄鐵常用熱處理方法：1、表面淬火：適用于中碳鋼、中碳合金鋼，如45、40Cr齒面硬度：5662HRC2、滲碳淬火:適用于含碳量0.150.25%的低碳鋼、低碳合金鋼。如20、20Cr齒面硬度：5662HRC常用熱處理方法：3、調(diào)質(zhì)： 用于中碳鋼、中碳合金鋼。 如45、40Cr、35SiM

3、n 齒面硬度：220 260HBS4、正火： 用于機械強度要求不高的齒輪， 大直徑的齒輪。常用熱處理方法：5、滲氮：常用的滲氮鋼：38CrMoAlA齒面硬度：60-62HRC軟齒面調(diào)質(zhì)、正火處理后齒面硬度較低)350(HBS大小齒輪均為軟齒面時，小齒輪的齒面硬度比大齒輪高2050HBS。硬齒面當大小齒輪均為硬齒面時，小齒輪的硬度應略高，也可和大齒輪相等。表面淬火、滲碳淬火、滲氮處理后齒面硬度較高 承載能力高，常用于要求結構緊湊或生產(chǎn)批量大的齒輪。但需專門設備磨齒。11-3 齒輪傳動的精度制造、安裝齒輪傳動裝置時，會產(chǎn)生誤差誤差對傳動的影響：1、影響傳遞運動的準確性。2、影響傳動平穩(wěn)性。3、齒輪

4、上的載荷分布不均勻。GB10095-88對圓柱齒輪及齒輪副規(guī)定了12個精度等級常用：69級 如表11-211-4 直齒輪傳動的作用力及計算載荷一、輪齒上的作用力齒廓在C點接觸，不計摩擦力，齒輪所受總壓力：法向力 FnFnFntt一、輪齒上的作用力Fn圓周力Ft徑向力FrFnttFtFrNtgFFtrNCOSFFtn方向：指向輪心徑向力計算：圓周力計算：211dFTtNdTFt11211611055. 9nPT方向：主動輪上與 相反，在從動輪上與 相同。12T1齒輪上的轉矩P1傳遞的功率 小齒輪的角速度n1 小齒輪轉速d1小齒輪分度圓直徑 壓力角1二、計算載荷 稱為名義載荷，理論上，它應沿齒寬均

5、勻分布。 Fn考慮應力集中，附加動載荷，計算齒輪強度時，引入計算載荷KFn K載荷系數(shù)，查表113圖11-6 軸的彎曲變形引起的齒向偏載11-5 直齒圓柱齒輪傳動的 齒面接觸強度計算計算齒輪節(jié)點處的接觸應力（易發(fā)生點蝕）2221212111)11(EEbFnH赫茲公式計算齒輪節(jié)點處的接觸應力對于標準齒輪傳動，節(jié)圓處齒廓曲率半徑sin2111dNC d1N1Csin2222dNC 計算齒輪節(jié)點處的接觸應力uzzdd1212令udd12）（）（中心距1221112uaddd12) 1(1112uaudddd計算齒輪節(jié)點處的接觸應力) 1 (21)(21112112211221SinuuSinddd

6、dd) 2(COSFFtn計算齒輪節(jié)點處的接觸應力將（1）、（2）代入公式：2221212111)11(EEbFnH齒輪節(jié)點處的接觸應力)11(1sin22221211EEbuudFnHCOSFFtn)11(1sin2cos2221211EEbuudFtH齒輪節(jié)點處的接觸應力)11(1222121EEZE令sincos2HZ5 . 2411171輪區(qū)域系數(shù)，標準齒表彈性系數(shù)，查HHEZZPZ)11(1sin2cos2221211EEbuudFtHuubdFZZtHEH11KdTFt同時引入載荷系數(shù)112HHEHuubdKTZZ12211齒面接觸強度驗算公式：注意代公式計算時，各參數(shù)的單位。 H

7、許用接觸應力設計公式：1dbd取齒寬系數(shù) 得設計公式：mmHHEddZZuuTK321)() 1(21HHEHuubdKTZZ12211設計公式：選取表根據(jù)611175pd psaHHHMlim齒輪接觸疲勞極限 查p166表11-1安全系數(shù) 查p171表11-5limHsH注意：應取配對齒輪中的較小的 代入設計公式。 H11-6 直齒圓柱齒輪傳動的 輪齒彎曲強度計算建立力學模型：假設全部載荷作用于齒頂；用30切線法確定危險截面。 危險截面處厚度sFF 分解：FnFFcos1使齒根產(chǎn)生彎曲應力FnFFsin2產(chǎn)生壓縮應力，較小不計。FFn齒根危險截面的彎曲力矩：hKFhKFFFnFMcos1K載

8、荷系數(shù) 彎曲力臂hF危險截面的彎曲截面系數(shù)W：62sFbW 危險截面的彎曲應力：shFFFnFbkFWM2cos6cosFFtncoscos)( 6coscos6)(22mShFshFmbmkbkFFFtFFFtFYFa齒形系數(shù)根據(jù)齒數(shù)Z查圖11-8輪齒彎曲強度的驗算公式：YFFtFbmK得：引入應力集中系數(shù)sattYmmzTFzddTF11111122pzmYKTaFsaFaFMbY1212驗算公式注意：必須分別驗算兩齒輪的彎曲強度輪齒彎曲強度的設計公式：11mzdbdd引入齒寬系數(shù)， 代入驗算公式得： FdsaFazYmYKT21312pzmYKTaFsaFaFMbY1212齒輪彎曲強度設

9、計公式：mmYKmFdsaFazYT32112z1FT1小齒輪上的轉矩，Nmm 小齒輪的齒數(shù)m模數(shù)，mm 許用彎曲應力齒輪彎曲強度設計公式 1、 應代入 、 中較大者 2、算得的模數(shù)應按表4-1圓整成標準值 3、傳遞動力的齒輪模數(shù)不宜小于1.5mm 4、對于開式傳動，將算得m加大1015%FsaFaYY111FsaFaYY222FsaFaYY注意：許用彎曲應力 計算：FFFEFsFEFs齒輪的齒根彎曲疲勞極限 查表11-1（單側工作） 雙側工作：FEFE7 . 0輪齒彎曲疲勞安全系數(shù)，查表11-5設計準則設計準則軟齒面閉式傳動：先按齒面接觸疲勞強度設計公式確定傳動的尺寸驗算輪齒彎曲強度。（常因

10、點蝕失效）硬齒面閉式傳動：先按彎曲強度設計公式確定模數(shù)等尺寸驗算齒面接觸疲勞強度。（抗點蝕能力強）設計準則設計準則開式傳動：按保證齒根彎曲疲勞強度進行計算，考慮磨損的影響，許用彎曲應力：) 8 . 07 . 0(FF開11-8 斜齒圓柱齒輪傳動一、輪齒上的作用力：FnFtFaFrCT總法向力Fn圓周力徑向力軸向力FtFrFa圓周力：FnFtFaFrCabeT1dTFt112方向：主動輪上與運動方向相反。從動輪上與運動方向相同。1FnFtFaFrCabeTn在 中：abccosFtF Fbce在 中：cosntnrtgFtgFF分度圓螺旋角 法向壓力角n方向：指向各自軸心徑向力：軸向力：FnFt

11、FaFrCbea在 中：abctgFFta方向：當主動輪為右旋右手定則當主動輪為左旋左手定則1受力方向：主動被動圓周力：主動輪與轉向相反；從動輪與轉向相同。徑向力：指向軸心。軸向力：可用左、右手定則判斷。aFaFrFrF受力方向：nnaFrFrFtFtFaF（主動）二、斜齒圓柱齒輪強度計算：在法面上進行分析，基本原理與直齒圓柱齒輪相似。齒面接觸疲勞強度計算（鋼制、標準斜齒輪）：驗算公式HHEHuubdKTZZZ12211cos螺旋角系數(shù)ZZ設計公式： Nmm MpaK載荷系數(shù)如表11-3T1HmmHHEddZZZuuTK321)() 1(21齒面接觸疲勞強度設計：算出 d后 選定 計算 ）（、

12、nmzz21）（nm設計公式：21cos2zzamn按表41圓整成標準值amzzn2)(arccos21通常：人字齒2084527斜齒圓柱齒輪齒根彎曲疲勞強度計算：計算：驗算公式pYKTaFnsaFaFMmbdY112811查圖齒形系數(shù)，由當量齒數(shù)FaY3coszzv911齒數(shù)查圖應力修正系數(shù)，由當量saY設計公式：法向模數(shù)nmmmYKmFdsaFanzYT33211cos211-9 直齒圓錐齒輪傳動一、直齒圓錐齒輪受力分析：FrFnFtFaabde總法向力Fn圓周力徑向力軸向力FtFrFa一、直齒圓錐齒輪受力分析：FrFnFtFaabd112mtdTF 圓周力大?。簣A周力大小：1T小齒輪上的

13、轉矩小齒輪齒寬中點 分度圓直徑1md方向：方向： 主動輪上與運動方向相反。從動輪上與運動方向相同。徑向力：2coscosatrFtgFFF方向：垂直指向 齒輪軸線FrFnFtFaabd在 中：abctgFFt在 中：deceF軸向力：2sinrtaFtgFFcostnFF FrFnFtFaabde在 中：decFsinFFa方向：分別指向 各輪大端 直齒圓錐齒輪傳動的作用力當 時902121212121sincoscossinraarFFFF1aF1rF2rF2aF12二、強度計算：9021 的一對鋼制直齒的一對鋼制直齒圓錐齒輪的齒面與位于齒寬中點的一對當量圓柱齒輪傳動的強度相當。接觸強度計算

14、：齒面接觸強度計算：HvvmvtHEHuubdKFZZ111當量齒輪直徑小齒輪在平均直徑處的1mvd大小當量齒輪的齒數(shù)比vu齒面接觸強度計算：HRtHEHuubdKFZZ1)5 . 01 (211將有關當量齒輪的幾何關系式代入：3 . 025. 0齒寬系數(shù)，一般取RR驗算公式eRRb設計公式：mmHHERRdZZuTK321)()5 . 01 (421齒根彎曲疲勞強度計算：YFa齒形系數(shù)，按當量齒數(shù) 由圖11-8查取YSa齒根應力修正系數(shù)，按當量齒數(shù) 由圖11-9查取mm 平均模數(shù)coszzvFmsaFatFbmYYKF1齒根彎曲疲勞強度計算：關系與大端 mmmmeemmmbRRdd5.011

15、Rmmm5 .01eRRe-0.5b1md1d齒根彎曲疲勞強度計算：FRsaFatFbmYYKF)5 . 01 (1-校核公式設計公式：mmYYuzKTmHsaFaRR3222111)5 . 01 (4m-圓整成標準值11-10 齒輪的構造整體式：齒輪和軸作成一體（齒輪軸） 適用于直徑較小、齒根圓直徑與軸徑 接近的鋼質(zhì)齒輪。分體式：齒輪和軸分開制造 適用于齒輪的直徑比軸的直徑大得多 的場合。整 體 式：分體式：齒頂圓直徑 時，鍛造或鑄造。mmda500Ld ad wd 腹板式齒輪分體式：直徑較小時可作成實心的。分體式：時，鑄造。mmda400輪輻式齒輪焊接式：單件或小批生產(chǎn)大型齒輪可采用裝配式結構：對較大尺寸的合金鋼齒輪常采用因制造工藝的原因而采用裝配式結構齒圈輪芯11-11 齒輪傳動的潤滑和效率開式齒輪傳動潤滑：人工定期加油潤滑。油潤滑油潤滑脂一.齒輪傳動的潤滑閉式齒輪傳動潤滑方式：油池潤滑：齒輪圓周速度 時采用。噴油潤滑：齒輪圓周速度 時采用。smv 12smv 121、油池潤滑：大齒輪浸入油池一定深度，齒輪