機械設(shè)計基礎(chǔ)第10章 齒輪傳動

1、第第1010章章 齒輪傳動齒輪傳動本章提示本章提示10.1 概述概述10.2 齒輪的失效形式及計算準則齒輪的失效形式及計算準則10.3 齒輪的材料、熱處理及傳動精度齒輪的材料、熱處理及傳動精度10.4 直齒圓柱齒輪傳動的作用力及計算載荷直齒圓柱齒輪傳動的作用力及計算載荷10.5 直齒圓柱齒輪傳動承載能力計算直齒圓柱齒輪傳動承載能力計算10.6 直齒圓柱齒輪傳動的設(shè)計直齒圓柱齒輪傳動的設(shè)計10.7 斜齒圓柱齒輪傳動斜齒圓柱齒輪傳動10.8 直齒錐齒輪傳動直齒錐齒輪傳動10.9 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計及齒輪傳動的潤滑和效率齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計及齒輪傳動的潤滑和效率10.10 蝸桿傳動蝸桿傳動 本章提示本章提示1

2、.通過分析齒輪傳動的工作條件和失效形式，制定出齒輪通過分析齒輪傳動的工作條件和失效形式，制定出齒輪傳動的計算準則，介紹齒輪的材料及熱處理方式，并對齒傳動的計算準則，介紹齒輪的材料及熱處理方式，并對齒輪傳動的精度作簡要說明。輪傳動的精度作簡要說明。2.重點論述漸開線直齒圓柱齒輪傳動的受力分析和承載能重點論述漸開線直齒圓柱齒輪傳動的受力分析和承載能力計算，以此為基礎(chǔ)，討論斜齒圓柱齒輪傳動、直齒錐齒力計算，以此為基礎(chǔ)，討論斜齒圓柱齒輪傳動、直齒錐齒輪傳動、蝸桿傳動的承載能力計算。輪傳動、蝸桿傳動的承載能力計算。3.說明齒輪傳動、蝸桿傳動的效率和潤滑方式以及蝸桿傳說明齒輪傳動、蝸桿傳動的效率和潤滑方式

3、以及蝸桿傳動的熱平衡計算。動的熱平衡計算。4.列舉齒輪、蝸桿和蝸輪的常用結(jié)構(gòu)型式。列舉齒輪、蝸桿和蝸輪的常用結(jié)構(gòu)型式。 10.1 10.1 概述概述一、齒輪傳動的類型一、齒輪傳動的類型1.按照工作條件，按照工作條件，可分為閉式齒輪傳動和開式齒輪傳動?？煞譃殚]式齒輪傳動和開式齒輪傳動。2.按照使用情況，按照使用情況，可分為低速、高速及輕載、重載齒輪傳動?？煞譃榈退佟⒏咚偌拜p載、重載齒輪傳動。3.按照齒面硬度，按照齒面硬度， 可分為軟齒面可分為軟齒面（HBW350）、硬齒面、硬齒面（HBW350）齒輪。）齒輪。二、對齒輪傳動的基本要求二、對齒輪傳動的基本要求1.傳動準確平穩(wěn)。傳動準確平穩(wěn)。2.具有

4、足夠的承載能力。具有足夠的承載能力。 可提高齒面硬度，降低可提高齒面硬度，降低齒面粗糙度，增大綜合曲率半徑，增大潤滑油粘度。齒面粗糙度，增大綜合曲率半徑，增大潤滑油粘度。 點蝕首先出現(xiàn)在齒根點蝕首先出現(xiàn)在齒根表面靠近節(jié)線處，然后再向其他部位擴展。表面靠近節(jié)線處，然后再向其他部位擴展。 可增大齒根圓角半徑，可增大齒根圓角半徑，對齒根噴丸、碾壓等強化處理，使輪齒芯部變韌、對齒根噴丸、碾壓等強化處理，使輪齒芯部變韌、表面變硬，采用合理的變位等。表面變硬，采用合理的變位等。 10.2 10.2 齒輪的失效形式及計算準則齒輪的失效形式及計算準則一、輪齒的失效形式一、輪齒的失效形式齒面膠合齒面膠合齒面點蝕

5、齒面點蝕輪齒折斷輪齒折斷在正常的工作條件下，主要是輪齒彎曲疲勞折在正常的工作條件下，主要是輪齒彎曲疲勞折斷。斷。 還可能發(fā)生過載折斷、局部折斷。還可能發(fā)生過載折斷、局部折斷。為提高輪齒抗折斷能力，為提高輪齒抗折斷能力，點蝕屬于接觸疲勞失效。點蝕屬于接觸疲勞失效。 在潤滑在潤滑良好的閉式傳動中，常見的失效形式多為點蝕。良好的閉式傳動中，常見的失效形式多為點蝕。為增強輪齒抗點蝕能力，為增強輪齒抗點蝕能力，膠合一般發(fā)生在高速重載的閉式齒輪傳動中。膠合一般發(fā)生在高速重載的閉式齒輪傳動中。為增強齒面抗膠合能力，為增強齒面抗膠合能力， 可提高齒面的硬度、可提高齒面的硬度、降低齒面的粗糙度，將配對齒輪副采用

6、不同的材降低齒面的粗糙度，將配對齒輪副采用不同的材料組合，在低速齒輪傳動中增大潤滑油的粘度，料組合，在低速齒輪傳動中增大潤滑油的粘度，在高速齒輪傳動中采用抗膠合添加劑的潤滑油。在高速齒輪傳動中采用抗膠合添加劑的潤滑油。 可提高齒面硬度，降低齒面粗可提高齒面硬度，降低齒面粗糙度，選擇合適的潤滑及密封裝置。糙度，選擇合適的潤滑及密封裝置。 磨損后的輪齒會失去正磨損后的輪齒會失去正確的齒形。確的齒形。 應(yīng)按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，然后應(yīng)按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，然后驗算輪齒彎曲疲勞強度。驗算輪齒彎曲疲勞強度。 按彎曲疲勞強度設(shè)計，并適當(dāng)降低許用按彎曲疲勞強度設(shè)計，并適當(dāng)降低許用彎曲應(yīng)力。彎曲應(yīng)力。 應(yīng)按

7、齒根彎曲疲勞強度設(shè)計，然應(yīng)按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計，然后驗算齒面接觸疲勞強度。后驗算齒面接觸疲勞強度。 常見于過載常見于過載嚴重、起動頻繁及硬度低的齒輪傳動中。嚴重、起動頻繁及硬度低的齒輪傳動中。 可提高輪齒表面可提高輪齒表面的硬度，采用粘度大或加有減摩添加劑的潤滑油。的硬度，采用粘度大或加有減摩添加劑的潤滑油。齒面材料因過載產(chǎn)生了塑性流動。齒面材料因過載產(chǎn)生了塑性流動。 10.2 10.2 齒輪的失效形式及計算準則齒輪的失效形式及計算準則二、齒輪傳動的計算準則二、齒輪傳動的計算準則齒面磨損齒面磨損齒面塑性變形齒面塑性變形磨粒磨損因雜物而產(chǎn)生，磨粒磨損因雜物而產(chǎn)生，磨粒磨損是開式傳動的主要失效形

8、式。磨粒磨損是開式傳動的主要失效形式。為減輕齒面磨損，為減輕齒面磨損，為防止或減緩齒面塑性變形，為防止或減緩齒面塑性變形，1.閉式軟齒面齒輪傳動閉式軟齒面齒輪傳動2.閉式硬齒面齒輪傳動閉式硬齒面齒輪傳動3.開式齒輪傳動開式齒輪傳動輪齒折斷輪齒折斷齒面點蝕齒面點蝕齒面膠合齒面膠合齒面磨損齒面磨損齒面塑性變形齒面塑性變形 當(dāng)齒輪徑向尺寸較大或形狀復(fù)雜不易鍛造時，當(dāng)齒輪徑向尺寸較大或形狀復(fù)雜不易鍛造時，才采用鑄鋼。才采用鑄鋼。正火處理能消除內(nèi)應(yīng)力，細化晶粒，改善材料的力學(xué)性能和切正火處理能消除內(nèi)應(yīng)力，細化晶粒，改善材料的力學(xué)性能和切削性能。適用于中碳鋼齒輪和大直徑的鑄鋼齒輪。削性能。適用于中碳鋼齒輪

9、和大直徑的鑄鋼齒輪。 10.3 10.3 齒輪的材料、熱處理及傳動精度齒輪的材料、熱處理及傳動精度一、齒輪的常用材料一、齒輪的常用材料1.對齒輪材料的要求對齒輪材料的要求齒面要硬，齒芯要韌。齒面要硬，齒芯要韌。2.齒輪的材料和毛坯齒輪的材料和毛坯常用的是鍛鋼。常用的是鍛鋼。 在一些低速輕載、無沖擊的開式傳動中，也采用鑄在一些低速輕載、無沖擊的開式傳動中，也采用鑄鐵齒輪。鐵齒輪。二、齒輪的熱處理二、齒輪的熱處理1.軟齒面齒輪采用調(diào)質(zhì)和正火軟齒面齒輪采用調(diào)質(zhì)和正火調(diào)質(zhì)處理用于中碳鋼和中碳合金鋼齒輪，調(diào)質(zhì)后材料的綜合性調(diào)質(zhì)處理用于中碳鋼和中碳合金鋼齒輪，調(diào)質(zhì)后材料的綜合性能良好，容易切削和跑合。能良

10、好，容易切削和跑合。2.硬齒面齒輪采用表面淬火、表面滲碳淬火和滲氮等硬齒面齒輪采用表面淬火、表面滲碳淬火和滲氮等 表面淬火用于中碳鋼和中碳合金鋼齒輪，淬火后的齒輪齒面硬表面淬火用于中碳鋼和中碳合金鋼齒輪，淬火后的齒輪齒面硬度可達度可達4055HRC，且輪齒變形不大。，且輪齒變形不大。 10.3 10.3 齒輪的材料、熱處理及傳動精度齒輪的材料、熱處理及傳動精度表面滲碳淬火用于低碳鋼和低碳合金鋼，處理后硬度一般為表面滲碳淬火用于低碳鋼和低碳合金鋼，處理后硬度一般為5662HRC。表面滲碳淬火后的輪齒變形較大，一般要經(jīng)過磨齒。表面滲碳淬火后的輪齒變形較大，一般要經(jīng)過磨齒等精加工工序。等精加工工序。

11、滲氮用于中碳合金鋼齒輪，經(jīng)過滲氮處理后的齒面硬度很高滲氮用于中碳合金鋼齒輪，經(jīng)過滲氮處理后的齒面硬度很高（如（如38CrMoAlA滲氮后硬度可達滲氮后硬度可達65HRC），輪齒變形小，但由于），輪齒變形小，但由于齒面滲氮硬化層很薄，不適用于有沖擊或磨粒磨損的場合。齒面滲氮硬化層很薄，不適用于有沖擊或磨粒磨損的場合。三、齒輪傳動的精度三、齒輪傳動的精度齒輪精度等級的選擇，應(yīng)當(dāng)根據(jù)齒輪的用途、使用條件、圓周齒輪精度等級的選擇，應(yīng)當(dāng)根據(jù)齒輪的用途、使用條件、圓周速度及傳遞功率的大小，以及有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟指標，參考表速度及傳遞功率的大小，以及有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟指標，參考表10-2確定。確定。在主動輪上與運動方在

12、主動輪上與運動方向相反，在從動輪上向相反，在從動輪上與運動方向相同。與運動方向相同。 10.4 10.4 直齒圓柱齒輪傳動的作用力及計算載荷直齒圓柱齒輪傳動的作用力及計算載荷一、直齒圓柱齒輪傳動的受力分析一、直齒圓柱齒輪傳動的受力分析1.問題簡化問題簡化按輪齒在分度圓上嚙合，忽略齒按輪齒在分度圓上嚙合，忽略齒面間的摩擦力，用作用在齒寬中點的面間的摩擦力，用作用在齒寬中點的集中力代替分布力。集中力代替分布力。2.受力分析受力分析圓周力圓周力1t12TFd徑向力徑向力FFtantr法向力法向力FFcostn1611055. 9nPT式中式中指向各自輪心。指向各自輪心。二、計算載荷二、計算載荷設(shè)法向

13、力設(shè)法向力Fn是名義載荷，是名義載荷，K為載荷系數(shù)（表為載荷系數(shù)（表10-3），）， 用計算載荷用計算載荷KFn代替名義載荷代替名義載荷Fn以考慮偏載和附加動以考慮偏載和附加動載荷的影響。載荷的影響。 10.5 10.5 直齒圓柱齒輪傳動承載能力計算直齒圓柱齒輪傳動承載能力計算一、齒面接觸疲勞強度計算一、齒面接觸疲勞強度計算1.赫茲公式赫茲公式兩個軸線平行的圓柱體在承受法向載荷兩個軸線平行的圓柱體在承受法向載荷Fn時，最大接觸應(yīng)力為時，最大接觸應(yīng)力為22212121nH11)11(EEbF-式中式中Fn 兩圓柱體上作用的法向力；兩圓柱體上作用的法向力；b 接觸線長度；接觸線長度；E1、 E2分

14、別為兩圓柱體材料的彈性模量；分別為兩圓柱體材料的彈性模量；1、 2 分別為兩圓柱體材料的泊松比；分別為兩圓柱體材料的泊松比；1、2 分別為兩圓柱體在接觸處的曲率半徑。分別為兩圓柱體在接觸處的曲率半徑?！?、” 分別用于外接觸和內(nèi)接觸。分別用于外接觸和內(nèi)接觸。 10.5 10.5 直齒圓柱齒輪傳動承載能力計算直齒圓柱齒輪傳動承載能力計算一、齒面接觸疲勞強度計算一、齒面接觸疲勞強度計算2.齒面接觸疲勞強度計算齒面接觸疲勞強度計算由于點蝕首先出現(xiàn)在節(jié)線附近的齒根表由于點蝕首先出現(xiàn)在節(jié)線附近的齒根表面上，故常取節(jié)點處的接觸應(yīng)力為計算依據(jù)。面上，故常取節(jié)點處的接觸應(yīng)力為計算依據(jù)。節(jié)點處齒廓曲率半徑為節(jié)點

15、處齒廓曲率半徑為sin21111dCN sin21222dCN 令令齒數(shù)比齒數(shù)比u=d2 / d1= z2 / z11，則，則 21112112sin)(22112dddd uud1sin21cos2cos 11tndKTFKKF而已知一對鋼制齒輪的彈性模量已知一對鋼制齒輪的彈性模量E1= E2 = 2.06105 MPa，泊松，泊松比比1 = 2 = 0.3，壓力角，壓力角 =20，中心距，中心距a=(d2d1)/2= d1 (u1)/2 。代入赫茲公式得：代入赫茲公式得： 10.5 10.5 直齒圓柱齒輪傳動承載能力計算直齒圓柱齒輪傳動承載能力計算一、齒面接觸疲勞強度計算一、齒面接觸疲勞強

16、度計算) 1(335H213HubaKTu 驗算公式驗算公式引入齒寬系數(shù)引入齒寬系數(shù) a=b/a，得，得3a12H335) 1(uKTua設(shè)計設(shè)計公式公式3.影響齒面接觸強度的因素影響齒面接觸強度的因素 (1)若配對齒輪材料為鋼對鑄鐵或鑄鐵對鑄鐵，則應(yīng)將公式中若配對齒輪材料為鋼對鑄鐵或鑄鐵對鑄鐵，則應(yīng)將公式中的系數(shù)的系數(shù)335分別改為分別改為285和和250。(2) H1 = H2 ，而當(dāng)，而當(dāng) H1 H2 時，則計算接觸疲勞強度時時，則計算接觸疲勞強度時H的代入值為的代入值為H1、H2中較小者。中較小者。(3)增大齒寬增大齒寬b或中心距或中心距a都能使都能使H降低，但增大中心距降低，但增大中

17、心距a的效果的效果更顯著。更顯著。 10.5 10.5 直齒圓柱齒輪傳動承載能力計算直齒圓柱齒輪傳動承載能力計算二、齒根彎曲疲勞強度計算二、齒根彎曲疲勞強度計算1.齒根彎曲疲勞強度計算齒根彎曲疲勞強度計算問題簡化：問題簡化：(1)將齒輪視為一懸臂梁。將齒輪視為一懸臂梁。則則 F1 = Fn cos F F2 = Fn sin F齒根危險截面處的彎矩為齒根危險截面處的彎矩為F1hFM 危險截面的抗彎截面系數(shù)為危險截面的抗彎截面系數(shù)為FFncoshKF/62FbsW 危險截面的彎曲應(yīng)力為危險截面的彎曲應(yīng)力為WMF2FFFncos6bshKFcoscos62FFFtbshKFcoscos62FFFt

18、msmhbmKFcoscos62FFFFmsmhY令，稱為齒形系數(shù)。，稱為齒形系數(shù)。(2) 假定全部載荷由一對輪齒承擔(dān)，且假定全部載荷由一對輪齒承擔(dān)，且作用于齒頂。同時忽略掉摩擦力。作用于齒頂。同時忽略掉摩擦力。(3)齒根處危險截面用齒根處危險截面用30切線法確定。切線法確定。 將齒將齒形系數(shù)形系數(shù)YF修正為復(fù)合齒形系數(shù)修正為復(fù)合齒形系數(shù)YFS ， 10.5 10.5 直齒圓柱齒輪傳動承載能力計算直齒圓柱齒輪傳動承載能力計算考慮齒根應(yīng)力集中和危險截面上切應(yīng)力及壓應(yīng)力的影響，考慮齒根應(yīng)力集中和危險截面上切應(yīng)力及壓應(yīng)力的影響，如表如表10-4， YFS只與齒數(shù)有關(guān)。只與齒數(shù)有關(guān)。bmYKFFStF

19、則bmdYKT1FS1212FS12zbmYKTF驗算公式驗算公式aab 令)(5 . 012add ) 1(5 . 0a1umz3F21aFS1) 1(4zuYKTm得得設(shè)計設(shè)計公式公式2.影響齒根彎曲強度的因素影響齒根彎曲強度的因素 (1)通常兩輪齒數(shù)不等，使得通常兩輪齒數(shù)不等，使得Y FS1、Y FS2不相同，兩齒輪的齒不相同，兩齒輪的齒根彎曲應(yīng)力有根彎曲應(yīng)力有F1F2，若，若F1F2，則應(yīng)分別驗算兩輪的輪齒，則應(yīng)分別驗算兩輪的輪齒彎曲疲勞強度。彎曲疲勞強度。 (2) 應(yīng)取應(yīng)取 和和 的較大者作為設(shè)計計算時的代入值。的較大者作為設(shè)計計算時的代入值。FS1F1YFS2F2Y (3)增大模數(shù)

20、增大模數(shù)m、齒寬、齒寬b和齒數(shù)和齒數(shù)z1都可以降低輪齒的彎曲應(yīng)力，都可以降低輪齒的彎曲應(yīng)力，但增大模數(shù)效果最顯著。但增大模數(shù)效果最顯著。 10.5 10.5 直齒圓柱齒輪傳動承載能力計算直齒圓柱齒輪傳動承載能力計算(4)開式齒輪傳動應(yīng)將許用彎曲應(yīng)力開式齒輪傳動應(yīng)將許用彎曲應(yīng)力 F乘以（乘以（0.70.8）。）。三、齒輪的許用應(yīng)力三、齒輪的許用應(yīng)力HlimHHSFlimFFS式中式中 Hlim試驗齒輪的齒面接觸疲勞極限，由圖試驗齒輪的齒面接觸疲勞極限，由圖10-6查?。徊槿?； Flim試驗齒輪的齒根彎曲疲勞極限，由圖試驗齒輪的齒根彎曲疲勞極限，由圖10-7查?。徊槿?； SH 齒面接觸疲勞安全系數(shù)

21、，由表齒面接觸疲勞安全系數(shù)，由表10-5查??；查??； SF 輪齒彎曲疲勞安全系數(shù)，由表輪齒彎曲疲勞安全系數(shù)，由表10-5查取。查取。 承載能力主要取決于取承載能力主要取決于取決于輪齒的彎曲疲勞強度，決于輪齒的彎曲疲勞強度， 齒數(shù)齒數(shù)z1、齒、齒寬系數(shù)寬系數(shù)a需要首先選定。需要首先選定。 確定齒輪的主要參數(shù)和幾何尺寸，進行齒輪的結(jié)確定齒輪的主要參數(shù)和幾何尺寸，進行齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并繪制齒輪零件工作圖。構(gòu)設(shè)計，并繪制齒輪零件工作圖。 傳遞的功率傳遞的功率P、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速n1、傳動比、傳動比i、原動機及工作機、原動機及工作機的載荷特性、結(jié)構(gòu)要求、外形尺寸的限制等。的載荷特性、結(jié)構(gòu)要求、外形尺寸的限制等

22、。 10.6 10.6 直齒圓柱齒輪傳動的設(shè)計直齒圓柱齒輪傳動的設(shè)計一、概述一、概述原始參數(shù)：原始參數(shù)：設(shè)計內(nèi)容：設(shè)計內(nèi)容：參數(shù)確定：參數(shù)確定： 模數(shù)模數(shù)m、中心距、中心距a是由強度計算決定的，是由強度計算決定的，二、參數(shù)的選擇二、參數(shù)的選擇 齒數(shù)比齒數(shù)比u與齒數(shù)與齒數(shù)z1減速傳動時，減速傳動時，u = i ；增速傳動時，；增速傳動時，u = 1 / i。閉式軟齒面齒輪傳動，閉式軟齒面齒輪傳動， 承載能力主要取決于齒面接觸疲勞強度，承載能力主要取決于齒面接觸疲勞強度，z 1=2040。閉式硬齒面齒輪傳動和開式齒輪傳動，閉式硬齒面齒輪傳動和開式齒輪傳動，z 1=1720。 選小齒輪材料為選小齒輪

23、材料為45鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度230HBW；大齒輪用大齒輪用45鋼正火，齒面硬度鋼正火，齒面硬度190HBW。 10.6 10.6 直齒圓柱齒輪傳動的設(shè)計直齒圓柱齒輪傳動的設(shè)計 模數(shù)模數(shù)m傳遞動力時，模數(shù)傳遞動力時，模數(shù)m不宜過小，一般取不宜過小，一般取m2 mm。模數(shù)必須取標準值。模數(shù)必須取標準值。 齒寬系數(shù)齒寬系數(shù)a閉式齒輪傳動取閉式齒輪傳動取a = 0.30.6，常用，常用a = 0.4。開式齒輪傳動取。開式齒輪傳動取a = 0.10.3。齒寬齒寬b = aa，其值需加以圓整，且，其值需加以圓整，且b 1 = b 2 +（510）mm。三、例題三、例題試設(shè)計電機驅(qū)動的閉式外嚙

24、合直齒圓柱齒輪傳動。已知輸入功試設(shè)計電機驅(qū)動的閉式外嚙合直齒圓柱齒輪傳動。已知輸入功率率P =7.5 kW，小齒輪轉(zhuǎn)速，小齒輪轉(zhuǎn)速n1=750 r / min，傳動比，傳動比i =3.1，中等沖擊，中等沖擊，單向運轉(zhuǎn)，齒輪相對軸承對稱布置。單向運轉(zhuǎn)，齒輪相對軸承對稱布置。解：解： 選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力 Hlim1=570 MPa， Hlim2 =530 MPa。由由表表 10-1查查圖圖10-6得得 10.6 10.6 直齒圓柱齒輪傳動的設(shè)計直齒圓柱齒輪傳動的設(shè)計 Flim1=190 MPa， Flim2 =180 MPa。 S H =1，S F =1.3。57

25、0MPaH1limHH1S530MPaH2limHH2SMPa461H1limFF1S138MPaH2limFF2S 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計按齒面接觸疲勞強度設(shè)計設(shè)齒輪按設(shè)齒輪按8級精度制造，級精度制造，K=1.4，取齒寬系數(shù)取齒寬系數(shù)a= 0.4，作用在小齒輪上的轉(zhuǎn)矩作用在小齒輪上的轉(zhuǎn)矩T1664117.59.55 109.55 10N mm9.55 10750PTnNmm取小齒輪齒數(shù)取小齒輪齒數(shù)z1= 30， 則大齒輪齒數(shù)則大齒輪齒數(shù)z2 = z1 i =303.1= 93則中心距則中心距224331H3353351.4 9.55 1013.1 1mm143.75300.4 3.1aKTa

26、uumm查查圖圖10-7得得查查表表10-5得得查查表表10-3得得 10.6 10.6 直齒圓柱齒輪傳動的設(shè)計直齒圓柱齒輪傳動的設(shè)計模數(shù)模數(shù)1222 143.7mm2.343093amzzmm取取m =2.5 mm12()2.5 (3093)mm153.7522m zzamm確定中心距確定中心距齒寬齒寬0.4 153.75mm61.5abamm取取 b2 = 62 mm，b1= 68 mm 驗算齒根彎曲疲勞強度驗算齒根彎曲疲勞強度得復(fù)合齒形系數(shù)得復(fù)合齒形系數(shù)YFS1=4.09，YFS2=3.9112FS11F12zbmYKTMPa305 . 26209. 41055. 94 . 1224MP

27、a1 .94F1FS1FS2F1F2YYMPa09. 491. 31 .94 .0MPa09F2齒輪彎曲疲勞強度滿足要求。齒輪彎曲疲勞強度滿足要求。查查表表6-1，查查表表10-4， 可知選可知選8級精度是合適的。級精度是合適的。 10.6 10.6 直齒圓柱齒輪傳動的設(shè)計直齒圓柱齒輪傳動的設(shè)計 計算齒輪的圓周速度計算齒輪的圓周速度1 13.14 2.5 30 750m/s2.9460 10060 1000d nvm/s 齒輪結(jié)構(gòu)及潤滑等齒輪結(jié)構(gòu)及潤滑等 （略）（略）對照對照表表10-2材料牌號材料牌號熱處理熱處理方式方式截面尺寸截面尺寸/mm力學(xué)性能力學(xué)性能 /MPa 硬硬 度度直徑直徑壁厚

28、壁厚強度極限強度極限 b 屈服極限屈服極限 s（ 0.2）HBWHRC（齒面）（齒面）45正正 火火1005058829416921710130051150569284162217調(diào)調(diào) 質(zhì)質(zhì)1005064737322928610130051150628343217255表面淬火表面淬火405042SiMn調(diào)調(diào) 質(zhì)質(zhì)1005078451022928610120051100735461217269表面淬火表面淬火455542CrMo調(diào)調(diào) 質(zhì)質(zhì)4010020509808332552861012505112573558920726937SiMn2MoV調(diào)調(diào) 質(zhì)質(zhì)20010086368626930220

29、1400101200814637241286表面淬火表面淬火505540Cr調(diào)調(diào) 質(zhì)質(zhì)1005073553924128610130051150686490241286表面淬火表面淬火485520Cr滲碳淬火滲碳淬火+回回火火60306373925662表表 10-1 10-1 齒輪的常用材料和力學(xué)性能齒輪的常用材料和力學(xué)性能圖圖10-610-6 齒輪的齒面接觸疲勞極限齒輪的齒面接觸疲勞極限Hlim230190570530圖圖10-7 10-7 齒輪的齒根彎曲疲勞極限齒輪的齒根彎曲疲勞極限Flim230190190180表表10-5 安全系數(shù)安全系數(shù)SH和和SF安全系數(shù)安全系數(shù)軟齒面軟齒面硬齒面

30、硬齒面重要重要的傳動的傳動S HS F1.01.11.31.41.11.21.41.61.31.61.62.2表表10-3 載荷系數(shù)載荷系數(shù)K原動機原動機工作機械的載荷特性工作機械的載荷特性均勻平穩(wěn)均勻平穩(wěn)輕微沖擊輕微沖擊中等沖擊中等沖擊嚴重沖擊嚴重沖擊電動機電動機1.01.01.21.21.21.21.41.41.41.41.61.61.71.71.81.8多缸內(nèi)燃機多缸內(nèi)燃機1.21.21.31.31.41.41.61.61.71.71.81.81.91.92.12.1單缸內(nèi)燃機單缸內(nèi)燃機1.41.41.61.61.71.71.81.81.91.92.02.02.22.22.42.4注：斜

31、齒、圓周速度低、精度高、齒寬系數(shù)小時取小值；直齒、圓周速度高、精度低、齒寬系數(shù)大時取大值。軸承相對齒輪對稱布置時取小值；軸承相對齒輪非對稱布置或齒輪懸臂布置時取大值。表表 6-1 標準模數(shù)系列標準模數(shù)系列第一系列第一系列1 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50第二系列第二系列1.125 1.375 1.75 2.25 2.75 3.5 4.5 5.5 （6.5） 7 9 11 14 18 22 28 36 45注注：1.本表適用于漸開線圓柱齒輪，對斜齒輪是指法向模數(shù)本表適用于漸開線圓柱齒輪，對斜齒輪是指法向模數(shù)。 2.應(yīng)優(yōu)先采用第一系

32、列，括號內(nèi)的模數(shù)應(yīng)優(yōu)先采用第一系列，括號內(nèi)的模數(shù)盡可能盡可能 不用不用。 3.不適于汽車齒輪不適于汽車齒輪表表 10-4 標準外嚙合齒輪的復(fù)合齒形系數(shù)標準外嚙合齒輪的復(fù)合齒形系數(shù)YFSz z（z z v v）171718181919202021212222232324242525262627272929Y Y FS FS4.514.514.454.454.394.394.344.344.314.314.274.274.244.244.194.194.174.174.154.154.114.114.104.10z z（z z v v）3535404045455050606070708080909

33、0100100150150200200Y Y FS FS4.044.044.014.013.953.953.943.943.943.943.923.923.933.933.923.923.903.903.923.923.953.954.064.06精精 度度 等等 級級6級級7級級8級級9級級加加 工工 方方 法法用展成法在精用展成法在精密機床上精磨密機床上精磨或精剃或精剃用展成法在精用展成法在精密機床上精插密機床上精插或精滾，對淬或精滾，對淬火齒輪需磨齒火齒輪需磨齒或研齒或研齒用展成法插齒用展成法插齒或滾齒或滾齒用展成法或成用展成法或成形法粗滾或型形法粗滾或型銑銑齒面粗糙度齒面粗糙度Ra/

34、/m硬齒面硬齒面0.81.63.23.2軟齒面軟齒面1.63.26.36.36.3應(yīng)應(yīng) 用用 范范 圍圍用于分度機構(gòu)用于分度機構(gòu)或高速重載的或高速重載的齒輪，如機床、齒輪，如機床、精密儀器、汽精密儀器、汽車、船舶及飛車、船舶及飛機中的重要齒機中的重要齒輪輪用于中、高速用于中、高速重載齒輪，如重載齒輪，如機床、汽車、機床、汽車、內(nèi)燃機中較重內(nèi)燃機中較重要齒輪，標準要齒輪，標準系列減速器中系列減速器中的齒輪的齒輪一般機械中的一般機械中的齒輪，飛機、齒輪，飛機、汽車、拖拉機汽車、拖拉機中不重要的齒中不重要的齒輪，紡織機械、輪，紡織機械、農(nóng)業(yè)機械中的農(nóng)業(yè)機械中的重要齒輪重要齒輪輕載傳動中的輕載傳動中的

35、不重要齒輪，不重要齒輪，對精度要求不對精度要求不高，并且低速高，并且低速工作的齒輪工作的齒輪圓周速度圓周速度v /( (m/ /s) )圓柱圓柱齒輪齒輪直齒直齒151053斜齒斜齒302096圓錐圓錐齒輪齒輪直齒直齒9632.5表表10-2 齒輪精度等級、加工方法及應(yīng)用范圍齒輪精度等級、加工方法及應(yīng)用范圍Fa1 10.7 10.7 斜齒圓柱齒輪傳動斜齒圓柱齒輪傳動一、受力分析一、受力分析力的大小力的大小圓周力：圓周力：1t12TFd軸向力：軸向力：tantaFF 徑向力：徑向力：costanntrFF 力的方向力的方向指向各自輪心。指向各自輪心。在主動輪上與運動相反，在主動輪上與運動相反，在從

36、動輪上與運動相同。在從動輪上與運動相同。圓周力：圓周力：徑向力：徑向力：軸向力：軸向力： 主動輪左右手定則。主動輪左右手定則。輪輪1左旋左旋Fa1Fa2Fa2 (1) 若配對材料為鋼對鑄鐵為，系數(shù)若配對材料為鋼對鑄鐵為，系數(shù)305應(yīng)修正為應(yīng)修正為260；鑄鐵對鑄鐵時，系數(shù)鑄鐵對鑄鐵時，系數(shù)305應(yīng)修正為為應(yīng)修正為為228。 10.7 10.7 斜齒圓柱齒輪傳動斜齒圓柱齒輪傳動二、斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算二、斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算1.齒面接觸疲勞強度計算齒面接觸疲勞強度計算對于一對鋼制標準斜齒輪傳動對于一對鋼制標準斜齒輪傳動31HH2(1)305uKTuba驗算公式驗算公式設(shè)計設(shè)計公式公式

37、231H305(1)aKTauu說明：說明：(2)設(shè)計時，先選定齒數(shù)設(shè)計時，先選定齒數(shù)z1、z2及初選螺旋角及初選螺旋角后，后，計算并圓整計算并圓整a，按下式計算法向模數(shù)按下式計算法向模數(shù)m n并按標準值圓整并按標準值圓整n122 cosamzz 10.7 10.7 斜齒圓柱齒輪傳動斜齒圓柱齒輪傳動再按下式重新確定螺旋角再按下式重新確定螺旋角n12()arccos2mzza斜齒輪的螺旋角斜齒輪的螺旋角 = 820。2.齒根彎曲疲勞強度計算齒根彎曲疲勞強度計算1FS1FSFF2n1n11.61.6cosKTYKTYbm dbm z驗算公式驗算公式231FSn21F3.2cos(1)aKTYmuz

38、設(shè)計設(shè)計公式公式復(fù)合齒形系數(shù)復(fù)合齒形系數(shù)YFS應(yīng)按當(dāng)量齒數(shù)應(yīng)按當(dāng)量齒數(shù)zv查表。查表。 10.8 10.8 直齒錐齒輪傳動直齒錐齒輪傳動一、受力分析一、受力分析力的大小力的大小圓周力：圓周力：軸向力：軸向力：徑向力：徑向力：1m1t2dTF sintantaFF costantrFF 式中式中 dm1齒輪齒輪1分度圓錐的分度圓錐的平均直徑平均直徑；111msinbdd力的方向力的方向指向各自輪心。指向各自輪心。在主動輪上與運動相反，在主動輪上與運動相反，圓周力：圓周力：徑向力：徑向力：軸向力：軸向力： 沿各自的軸線方向指向輪齒大端。沿各自的軸線方向指向輪齒大端。在從動輪上與運動相同。在從動輪上

39、與運動相同。軸交角軸交角 = 1 + 2 = 90F r1 = F a2 F a1 = F r2 10.8 10.8 直齒錐齒輪傳動直齒錐齒輪傳動二、直齒錐齒輪傳動的強度計算二、直齒錐齒輪傳動的強度計算1.齒面接觸疲勞強度計算齒面接觸疲勞強度計算對于軸交角為對于軸交角為90的一對鋼制直齒錐齒輪傳動的一對鋼制直齒錐齒輪傳動231H(1)3350.5uKTRbubH驗算公式驗算公式取齒寬與錐距之比為齒寬系數(shù)，即取齒寬與錐距之比為齒寬系數(shù)，即 ，則得，則得RbR=3221H3351(1 0.5)RRKTuuR設(shè)計設(shè)計公式公式2.齒根彎曲疲勞強度計算齒根彎曲疲勞強度計算22F12mFS1mm1FS1F

40、zbmYKTmbdYKT驗算公式驗算公式3FS1222F14(1 0.5)1RRYKTmzu設(shè)計設(shè)計公式公式為圓柱齒輪時，若齒根圓到鍵槽底部的距離為圓柱齒輪時，若齒根圓到鍵槽底部的距離e2mt（mt為端為端面模數(shù)）；當(dāng)為錐齒輪時，若小端齒根圓與鍵槽底部的距離面模數(shù)）；當(dāng)為錐齒輪時，若小端齒根圓與鍵槽底部的距離e1.6m（m為大端模數(shù)）時，應(yīng)采用此結(jié)構(gòu)。為大端模數(shù)）時，應(yīng)采用此結(jié)構(gòu)。 10.9 10.9 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計及齒輪傳動的潤滑和效率齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計及齒輪傳動的潤滑和效率一、齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計一、齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)齒輪直徑的大小，選擇合理的結(jié)構(gòu)型式。根據(jù)齒輪直徑的大小，選擇合理的結(jié)構(gòu)型式。齒輪軸

41、齒輪軸 10.9 10.9 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計及齒輪傳動的潤滑和效率齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計及齒輪傳動的潤滑和效率實心式齒輪實心式齒輪 腹板式齒輪腹板式齒輪輪輻式齒輪輪輻式齒輪當(dāng)齒頂圓直徑當(dāng)齒頂圓直徑da160 mm時，可做成實心式結(jié)構(gòu)，采用鍛鋼時，可做成實心式結(jié)構(gòu)，采用鍛鋼制造。制造。齒頂圓直徑齒頂圓直徑da =160500 mm時，可做成腹板式結(jié)構(gòu)，常用鍛時，可做成腹板式結(jié)構(gòu)，常用鍛鋼制造，也可采用鑄造毛坯。鋼制造，也可采用鑄造毛坯。當(dāng)齒頂圓直徑當(dāng)齒頂圓直徑da 500 mm時，可做成輪輻式結(jié)構(gòu)，常用鑄鋼時，可做成輪輻式結(jié)構(gòu)，常用鑄鋼或鑄鐵制造?；蜩T鐵制造。 通常用油池潤滑（通常用油池潤滑（v15 m/

42、s）或噴油潤滑）或噴油潤滑（ v 15 m/s ）。潤滑油可參照表）。潤滑油可參照表10-6選取。選取。 開式齒輪傳動開式齒輪傳動 10.9 10.9 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計及齒輪傳動的潤滑和效率齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計及齒輪傳動的潤滑和效率二、齒輪傳動的潤滑二、齒輪傳動的潤滑通常用潤滑油或潤滑脂由人工定期潤滑。通常用潤滑油或潤滑脂由人工定期潤滑。 閉式齒輪傳動閉式齒輪傳動油池潤滑油池潤滑噴油潤滑噴油潤滑三、齒輪傳動的效率三、齒輪傳動的效率齒輪傳動的功率損耗包括：齒輪傳動的功率損耗包括：嚙合損耗、攪油損耗、軸承損耗。嚙合損耗、攪油損耗、軸承損耗。表表 10-7 10-7 齒輪傳動的平均效率齒輪傳動的平均效率傳動

43、裝置傳動裝置6 6級或級或7 7級精度的閉式傳動級精度的閉式傳動8 8級精度的閉式傳動級精度的閉式傳動開式傳動開式傳動圓柱齒輪圓柱齒輪錐齒輪錐齒輪0.980.980.970.970.970.970.960.960.950.950.930.93 10.10 10.10 蝸桿傳動蝸桿傳動一、蝸桿傳動的運動分析與受力分析一、蝸桿傳動的運動分析與受力分析1.蝸輪轉(zhuǎn)向的判斷蝸輪轉(zhuǎn)向的判斷右旋蝸桿右旋蝸桿左旋蝸桿左旋蝸桿在蝸桿處用在蝸桿處用“左右手法則左右手法則”確定。確定。 10.10 10.10 蝸桿傳動蝸桿傳動2.蝸桿傳動的滑動速度蝸桿傳動的滑動速度vs蝸桿與蝸輪在節(jié)點處嚙合時的相對速度。蝸桿與蝸輪

44、在節(jié)點處嚙合時的相對速度。2221svvvcos1v式中：式中：v1、v2為蝸桿、蝸輪分度圓的圓周速度，為蝸桿、蝸輪分度圓的圓周速度，為導(dǎo)程角。為導(dǎo)程角。滑動速度增大，有助于改善潤滑。但滑滑動速度增大，有助于改善潤滑。但滑動速度過大，容易使輪齒產(chǎn)生磨損和膠合。動速度過大，容易使輪齒產(chǎn)生磨損和膠合。3.蝸桿傳動的受力分析蝸桿傳動的受力分析112a1 t2-dTFF222t1a2-dTFFtan-2t2r1rFFF指向各自輪心。指向各自輪心。Ft1與主動輪運動相反。與主動輪運動相反。Ft1與從動輪運動相同。與從動輪運動相同。式中：式中：T1、T2作用于蝸桿和蝸輪上的轉(zhuǎn)矩；作用于蝸桿和蝸輪上的轉(zhuǎn)矩；其中其中T2 = T1i，為蝸桿傳動的效率。為蝸桿傳動的效率。 10.10 10.10 蝸桿傳動