第6章齒輪傳動(2設計部分)課件

一、對齒輪材料性能的要求

齒輪的齒體應有較高的抗折斷能力，齒面應有較強的抗點蝕、抗磨損和較高的抗膠合能力，即要求：齒面硬、芯部韌。6.5

齒輪材料與制造常用齒輪材料鍛鋼鑄鋼鑄鐵常作為低速、輕載、不太重要的場合的齒輪材料；適用于高速、輕載、且要求降低噪聲的場合。非金屬材料二、常用齒輪材料

鋼材的韌性好，耐沖擊，通過熱處理和化學處理可改善材料的機械性能，最適于用來制造齒輪。耐磨性及強度較好，常用于大尺寸齒輪。含碳量為(0.15~0.6)%的碳素鋼或合金鋼。一般齒輪用碳素鋼，重要齒輪用合金鋼。

牛牛文庫文檔分享一、對齒輪材料性能的要求齒輪的齒體應有較高的抗折斷能1

表6-3

常用齒輪材料及其機械性能材料牌號熱處理方法強度極限屈服極限硬度(HBS)σB

/MPaσS

/Mpa齒芯部齒面HT250250170~241HT300300187~255HT350350197~269QT500-5500147~241QT600-2600229~302ZG310-570?；?/p>

580320156~217ZG340-640650350169~22945580290162~21745

217~25540~50HRC

40Cr

241~28648~55HRC

調質后表面淬火

牛牛文庫文檔分享表6-3常用齒輪材料及其機械性能材料牌號2

續(xù)表6-3

常用齒輪材料及其機械性能材料牌號熱處理方法強度極限屈服極限硬度(HBS)σB

/MPaσS

/Mpa齒芯部齒面ZG340~640700380241~26945650360217~25530CrMnSi1100900310~36035SiMn750450217~26938SiMnMo700550217~26940Cr700500241~28620Cr65040030020CrMnTi110085030012Cr2Ni4110085032035CrAlA950750255~321>85HV滲碳后淬火調質20Cr2Ni41200110035038CrMnAlA1000850255~321>85HV夾布膠木

10025~35調質后氮化(氮化層δ>0.3~0.5)

牛牛文庫文檔分享續(xù)表6-3常用齒輪材料及其機械性能材料牌號3熱處理方法表面淬火滲碳淬火調質正火滲氮

一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr等。表面淬火后輪齒變形小，可不磨齒，硬度可達52~56HRC，面硬芯軟，能承受一定沖擊載荷。1.表面淬火----高頻淬火、火焰淬火三、齒輪材料的熱處理和化學處理2.滲碳淬火

滲碳鋼為含碳量0.15~0.25%的低碳鋼和低碳合金鋼，如20、20Cr等。齒面硬度達56~62HRC，齒面接觸強度高，耐磨性好，齒芯韌性高。常用于受沖擊載荷的重要傳動。通常滲碳淬火后要磨齒。

牛牛文庫文檔分享熱處理方法表面淬火滲碳淬火調質正火滲氮一般用于中碳鋼4

調質一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr、35SiMn等。調質處理后齒面硬度為：220~260HBS。因為硬度不高，故可在熱處理后精切齒形，且在使用中易于跑合。3.調質4.正火

正火能消除內應力、細化晶粒、改善力學性能和切削性能。機械強度要求不高的齒輪可用中碳鋼正火處理。大直徑的齒輪可用鑄鋼正火處理。

滲氮是一種化學處理。滲氮后齒面硬度可達60~62HRC。氮化處理溫度低，輪齒變形小，適用于難以磨齒的場合，如內齒輪。材料為：38CrMoAlA.5.滲氮

牛牛文庫文檔分享調質一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr、355特點及應用：調質、正火處理后的硬度低，HBS≤350，屬軟齒面，工藝簡單、用于一般傳動。當大小齒輪都是軟齒面時，因小輪齒根薄，彎曲強度低，故在選材和熱處理時，小輪比大輪硬度高:20~50HBS

表面淬火、滲碳淬火、滲氮處理后齒面硬度高，屬硬齒面。其承載能力高，但一般需要磨齒。常用于結構緊湊的場合。

牛牛文庫文檔分享特點及應用：表面淬火、滲碳淬火、滲氮處理后齒面硬度高，屬6四、齒輪材料選用的基本原則1)

齒輪材料必須滿足工作條件的要求，如強度、壽命、可靠性、經(jīng)濟性等；2)應考慮齒輪尺寸大小，毛坯成型方法及熱處理和制造工藝；3)正火碳鋼，只能用于制作在載荷平穩(wěn)或輕度沖擊下工作的齒輪；調質碳鋼可用于在中等沖擊載荷下工作的齒輪；6)鋼制軟齒面齒輪，其配對兩輪齒面的硬度差應保持在30~50HBS或更多。4)合金鋼常用于制作高速、重載并在沖擊載荷下工作的齒輪；5)航空齒輪要求尺寸盡可能小，應采用表面硬化處理的高強度合金鋼；

牛牛文庫文檔分享四、齒輪材料選用的基本原則1)齒輪材料必須滿足工作條件的7

6.8輪齒的失效形式及設計準則輪齒折斷一般發(fā)生在齒根處，嚴重過載突然斷裂、疲勞折斷。一、輪齒的失效形式失效形式

牛牛文庫文檔分享6.8輪齒的失效形式及設計準則輪齒折斷一般發(fā)生8提高輪齒抗折斷能力的措施：1）增大齒根過渡圓角半徑，消除加工刀痕，減小齒根應力集中；

2）增大軸及支承的剛度，使輪齒接觸線上受載較為均勻；3）采用合適的熱處理，使輪齒芯部材料具有足夠的韌性；4）采用噴丸、滾壓等工藝對，對齒根表層進行強化處理。

牛牛文庫文檔分享提高輪齒抗折斷能力的措施：2）增大軸及支承的剛度，使輪齒接觸9

齒面接觸疲勞齒面接觸應力按脈動循環(huán)變化當超過疲勞極限時，表面產生微裂紋、高壓油擠壓使裂紋擴展、微粒剝落。點蝕首先出現(xiàn)在節(jié)線處，齒面越硬，抗點蝕能力越強。軟齒面閉式齒輪傳動常因點蝕而失效。齒面點蝕6.8

輪齒的失效形式及設計準則輪齒折斷失效形式一、輪齒的失效形式

牛牛文庫文檔分享齒面接觸疲勞齒面接觸應力按脈動循環(huán)變化當超過疲勞極限10齒面點蝕齒面膠合高速重載傳動中，常因嚙合區(qū)溫度升高而引起潤滑失效，致使齒面金屬直接接觸而相互粘連。當齒面向對滑動時，較軟的齒面沿滑動方向被撕下而形成溝紋。措施：

1.提高齒面硬度2.減小齒面粗糙度3.增加潤滑油粘度低速4.加抗膠合添加劑高速6.8輪齒的失效形式及設計準則輪齒折斷失效形式一、輪齒的失效形式

牛牛文庫文檔分享齒面點蝕齒面膠合高速重載傳動中，常因嚙合區(qū)溫度升高而引起潤滑11

齒面膠合齒面磨損措施：1.減小齒面粗糙度2.改善潤滑條件，清潔環(huán)境磨粒磨損跑合磨損跑合磨損、磨粒磨損。齒面點蝕輪齒折斷失效形式一、輪齒的失效形式3.提高齒面硬度

牛牛文庫文檔分享齒面膠合齒面磨損措施：1.減小齒面粗糙度2.改善潤滑條件12

從動齒主動齒從動齒主動齒從動齒主動齒從動齒主動齒齒面膠合齒面磨損齒面點蝕6.8輪齒的失效形式及設計準則輪齒折斷失效形式齒面塑性變形一、輪齒的失效形式表面凸出表面凹陷

牛牛文庫文檔分享從動齒主動齒從動齒主動齒從動齒主動齒從動齒主動齒齒面膠合13二、齒輪的設計準則▲保證足夠的齒根彎曲疲勞強度，以免發(fā)生齒根折斷?！ＷC足夠的齒面接觸疲勞強度，以免發(fā)生齒面點蝕。由工程實踐得知：▲閉式軟齒面齒輪傳動，按齒面接觸疲勞強度設計、彎曲強度校核。▲對高速重載齒輪傳動，除以上兩設計準則外，還應按齒面抗膠合能力的準則進行設計?！]式硬齒面齒輪傳動，同時計算齒面接觸疲勞強度和齒根彎曲疲勞強度▲開式齒輪傳動，只計算齒根彎曲疲勞強度。

牛牛文庫文檔分享二、齒輪的設計準則▲保證足夠的齒根彎曲疲勞強度，以免發(fā)146.9漸開線圓柱齒輪傳動的精度GB10095.1—2001GB10095.2—2001漸開線圓柱齒輪精度：GB10095—1988錐齒輪：GB11365—1989圓柱齒輪精度制GB/T10095—200812個等級1(高)——12(低)

一般機械常用：6、7、8級不同等級——不同的最高圓周速度

牛牛文庫文檔分享6.9漸開線圓柱齒輪傳動的精度GB10095.1—20015

T1圓周力：徑向力：法向力：小齒輪上的轉矩：P為傳遞的功率（KW）ω1----小齒輪上的角速度，n1----小齒輪上的轉速d1----小齒輪上的分度圓直徑，α----壓力角各作用力的方向如圖O2ω2（從動）O1N1N2ttω1（主動）T1cα

α

d12d22α

FtFrFnFn為了計算輪齒強度，設計軸和軸承，有必要分析輪齒上的作用力。6.10

標準直齒圓柱齒輪傳動的強度計算α

O2O1ttω1（主動）N1N2cα

α

d12Fn一、輪齒受力分析

牛牛文庫文檔分享T1圓周力：徑向力：法向力：小齒輪上的轉矩：P為傳遞16二、齒輪傳動的計算載荷實際傳動中由于原動機、工作機性能的影響以及制造誤差的影響，載荷會有所增大（產生附加動載荷），且沿接觸線分布不均勻（引起載荷集中）。K為載荷系數(shù)，其值為：K＝KA

Kv

Kα

KβFn：輪齒所受的法向載荷，理論載荷，名義載荷。式中：KA

─使用系數(shù)Kv

─動載系數(shù)Kα─齒間載荷分配系數(shù)Kβ─齒向載荷分布系數(shù)KFn：計算載荷。

牛牛文庫文檔分享二、齒輪傳動的計算載荷實際傳動中由于原動機、工作機176.11直齒圓柱齒輪的設計計算齒面接觸疲勞強度計算齒根彎曲疲勞強度計算

牛牛文庫文檔分享6.11直齒圓柱齒輪的設計計算齒面接觸疲勞強度計算齒根彎曲18

齒輪強度計算是根據(jù)齒輪可能出現(xiàn)的失效形式來進行的。在一般閉式齒輪傳動中，輪齒的失效主要是齒面接觸疲勞點蝕和輪齒彎曲疲勞折斷。齒面疲勞點蝕與齒面接觸應力的大小有關，而齒面的最大接觸應力可近似用赫茲公式進行計算。一、齒面接觸疲勞強度計算赫茲公式：“+”用于外嚙合，“-”用于內嚙合實驗表明：齒根部分靠近節(jié)點處最容易發(fā)生點蝕，故取節(jié)點處的應力作為計算依據(jù)。節(jié)圓處齒廓曲率半徑：齒數(shù)比:u=z2/z1=d2/d1

=ρ2/ρ1

≥1O2ω2（從動）O1N1N2ttω1（主動）T1cα

α

d12d22α

Cρ1ρ2對赫茲公式進行簡化，可得：

牛牛文庫文檔分享齒輪強度計算是根據(jù)齒輪可能出現(xiàn)的失效形式來進行的。在一般19引入齒寬系數(shù)：----節(jié)點區(qū)域系數(shù)齒面接觸疲勞強度校核公式：得設計公式：標準齒輪：ZE=2.5模數(shù)m不能成為衡量齒輪接觸強度的依據(jù)。注意：因兩個齒輪的σH1=σH2

，故按此強度準則設計齒輪傳動時，公式中應代入[σH]1和[σH]2中較小者。----材料的彈性系數(shù)表6－7----重合度系數(shù)

牛牛文庫文檔分享引入齒寬系數(shù)：----節(jié)點區(qū)域系數(shù)齒面接觸疲勞強度校核公式：20二、齒根彎曲疲勞強度計算

假定載荷僅由一對輪齒承擔，按懸臂梁計算。齒頂嚙合時，彎矩達最大值。齒根彎曲強度計算公式：——復合齒形系數(shù)圖6－20——重合度系數(shù)

牛牛文庫文檔分享二、齒根彎曲疲勞強度計算假定載荷僅由一對輪齒承擔，按21注意：計算時?。狠^大者，計算結果應圓整,一般

[σF1]

≠[σF2]

引入齒寬系數(shù)：ψd=b/d1得設計公式：

在滿足彎曲強度的條件下可適當選取較多的齒數(shù)，以使傳動平穩(wěn)。代入：

d1

=mz1

牛牛文庫文檔分享注意：計算時取：較大者，22

齒輪傳動設計時，按主要失效形式進行強度計算，確定主要尺寸，然后按其它失效形式進行必要的校核。軟齒面閉式齒輪傳動：按接觸強度進行設計，按彎曲強度校核：硬齒面閉式齒輪傳動：按彎曲強度進行設計，按接觸強度校核:開式齒輪傳動：按彎曲強度設計。其失效形式為磨損，點蝕形成之前齒面已磨掉。

牛牛文庫文檔分享齒輪傳動設計時，按主要失效形式進行強度計算，確定主要23三、齒輪傳動的許用應力----接觸疲勞極限,由實驗確定,---接觸疲勞強度安全系數(shù)1許用接觸應力：2許用彎曲應力：----彎曲疲勞極限,由實驗確定,---彎曲疲勞強度安全系數(shù)

牛牛文庫文檔分享三、齒輪傳動的許用應力----接觸疲勞極限,由實驗確24

四、直齒圓柱齒輪設計的步驟選擇齒輪的材料和熱處理選擇齒數(shù)，選齒寬系數(shù)fd初選載荷系數(shù)(如K=1.2)按接觸強度確定直徑d1計算得mH=d1/z1按彎曲強度確定模數(shù)mF確定模數(shù)mt=max{mH,mF}計算確定載荷系數(shù)K=KAKvKαKβ修正計算模數(shù)m模數(shù)標準化計算主要尺寸：d1=mz1

d2=mz2…計算齒寬：b=fdd1確定齒寬：B2=int(b)B1=B2+(3~5)mm開始

牛牛文庫文檔分享四、直齒圓柱齒輪設計的步驟選擇齒輪的材料和熱處理選25

d12βF’F’ββF’6-12斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算一、輪齒上的作用力ω1T1圓周力：徑向力：軸向力：輪齒所受總法向力Fn可分解為三個分力:圓周力Ft的方向在主動輪上與運動方向相反，在從動論上與運動方向相同；徑向力指向各自的軸心；軸向力的方向由螺旋方向和輪齒工作面而定。FrFtFt長方體底面長方體對角面即輪齒法面F’=Ft/cosβFr=

F’tgαn

αnFrFnF’αnFncFaFa

牛牛文庫文檔分享d12βF’F’ββF’6-12斜齒圓柱齒26

dm是平均分度圓直徑強度計算時，是以錐齒輪齒寬中點處的當量齒輪作為計算時的依據(jù)。6.13

直齒圓錐齒輪傳動對軸交角為90o的直齒錐齒輪傳動：一、設計參數(shù)大端參數(shù)為標準值，錐距：當量齒輪的錐距：Rm=R-0.5b兩個三角形相似令fR=b/R為齒寬系數(shù)，設計中常取:fR=0.25~0.35Rd1d2BB/2δ1δ2R-0.5bdm2dm1

牛牛文庫文檔分享dm是平均分度圓直徑27

Rd1d2BB/2δ1δ2R-0.5bdm2dm1δ1δ2αao1o2當量齒輪分度圓直徑：o1o2當量齒輪的齒數(shù)：當量齒輪的齒數(shù)比：為了保證不根切，應有：Zv≥17

平均模數(shù)：

牛牛文庫文檔分享Rd1d2BB/2δ1δ2R-0.5bdm2dm1δ1δ28

δdm12cFt的方向在主動輪上與運動方向相反，在從動論上與運動方向相同；圓周力：徑向力：軸向力：軸向力Fa的方向對兩個齒輪都是背著錐頂。輪齒所受總法向力Fn可分解為三個分力:ω1T1FtFaFrF’FnFtF’FrFasinδ1=cosδ2cosδ1=sinδ2徑向力指向各自的軸心；當δ1+δ2=90?

時，有：Ft1=Fa2Fa1=Ft2于是有：Fnα

ααδδ二、輪齒受力分析

牛牛文庫文檔分享δdm12cFt的方向在主動輪上與運動方向相反，在從動論296-14齒輪的結構設計由強度計算只能確定齒輪的主要參數(shù)：如齒數(shù)z、模數(shù)m、齒寬B、螺旋角b、分度圓直徑d等。方法：經(jīng)驗設計為主即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)濟性等各方面因素的基礎上，按齒輪的直徑大小，選定合適的結構形式，再根據(jù)推薦的經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行結構尺寸計算。齒輪結構設計的內容：主要是確定輪緣，輪輻，輪轂等結構形式及尺寸大小。其它尺寸由結構設計確定一、概述

牛牛文庫文檔分享6-14齒輪的結構設計由強度計算只能確定齒輪30

直徑較小的鋼質齒輪，當齒根圓直徑與軸徑接近時，可以將齒輪與軸做成一體，稱為齒輪軸。否則可能引起輪緣斷裂。1.齒輪軸二、常見的結構形式e圓柱齒輪：e<2mt

e圓錐齒輪：e<1.6mt

牛牛文庫文檔分享直徑較小的鋼質齒輪，當齒根圓直徑與軸31圓錐齒輪軸圓柱齒輪軸2.實心齒輪

牛牛文庫文檔分享圓錐齒輪軸圓柱齒輪軸2.實心齒輪www.niuw32

dh=1.6ds;lh=(1.2.~1.5)ds,并使lh

≥b

c=0.3b;δ=(2.5.~4)mn,但不小于8mmd0和d按結構取定，當d較小時可不開孔3.腹板式齒輪

dd0bdsdhda斜度1:10lhδc

牛牛文庫文檔分享dh=1.6ds;lh=(1.2.~1.5)d333.腹板式齒輪dh=1.6ds;lh=(1.2.~1.5)ds,并使lh

≥b

c=0.3b;δ=(2.5.~4)mn,但不小于8mmd0和d按結構取定。

bdsdhda斜度1:10lhδc

適用于中型尺寸的齒輪。

牛牛文庫文檔分享3.腹板式齒輪dh=1.6ds;lh=(1.2.~34

dh=1.6ds;lh=(1.2.~1.5)ds

c=(0.2~0.3)b;?=(2.5~4)me;但不小于10mmd0和d按結構取定

dd0Rbdsdhdalh斜度1:10?

3.腹板式齒輪

牛牛文庫文檔分享dh=1.6ds;lh=(1.2.~1.535

d0d?

Rbdsdhdalh斜度1:20dh=(1.6~1.8)ds;lh=(1.2.~1.5)ds

c=(0.2~0.3)b;s=0.8c;?=(2.5~4)me;但不小于10mmd0和d按結構取定

牛牛文庫文檔分享d0d?Rbdsdhdalh斜度1:20dh=(1.36

dh=1.6ds(鑄鋼);dh=1.6ds(鑄鐵)lh=(1.2.~1.5)ds,并使lh

≥b

c=0.2b;但不小于10mmδ=(2.5.~4)mn,但不小于8mmh1=0.8ds;h2=0.8h1;s=1.5h1;但不小于10mme=0.8ds;h2=0.8h1

bdsdhda斜度1:20cδlhh1eeh2s4.輪輻式齒輪這種結構適用于大型尺寸的齒輪。

牛牛文庫文檔分享dh=1.6ds(鑄鋼);dh=1.6ds37油池潤滑采用惰輪的油池潤滑噴油潤滑三齒輪傳動的潤滑和效率潤滑方式：開式及半閉式或低速齒輪傳動常采用人工定期潤滑?？捎脻櫥突驖櫥?。閉式齒輪傳動的潤滑方式由圓周速度v確定。當v≤12m/s時，采用油池潤滑。當v>12m/s時，采用油泵噴油潤滑。潤滑的目的：齒輪傳動時，齒面間產生摩擦和磨損，增加能量消耗。潤滑的目的：減少摩擦磨損、散熱和防銹蝕。齒輪傳動時，相嚙合的齒面間有相對滑動，因此就會產生摩擦和磨損，增加動力消耗，降低傳動效率。

牛牛文庫文檔分享油池潤滑采用惰輪的油池潤滑噴油潤滑三齒輪傳動的潤滑和38高速齒輪傳動采用噴油潤滑的理由：

1)v過高，油被甩走，不能進入嚙合區(qū)；2)攪油過于激烈，使油溫升高，降低潤滑性能；3)攪起箱底沉淀的雜質，加劇輪齒的磨損。潤滑劑的選擇：齒輪傳動常用的潤滑劑為潤滑油或潤滑脂。選用時，應根據(jù)齒輪的工作情況（轉速高低、載荷大小、環(huán)境溫度等），選擇潤滑劑的粘度、牌號。表6-13齒輪傳動潤滑油粘度薦用值塑料、鑄鐵、青銅齒輪材料強度極限圓周速度v(m/s)運動粘度v/cSt（40℃

）滲碳或表面淬火鋼鋼3505~12.512.5~25>252.5~51~2.50.5~1<0.52201501008055450~10001000~12501250~1580500350220150100805005003502201501009005005003502201505580100

牛牛文庫文檔分享高速齒輪傳動采用噴油潤滑的理由：2)攪油過于激烈，使油溫升高39一、對齒輪材料性能的要求

齒輪的齒體應有較高的抗折斷能力，齒面應有較強的抗點蝕、抗磨損和較高的抗膠合能力，即要求：齒面硬、芯部韌。6.5

齒輪材料與制造常用齒輪材料鍛鋼鑄鋼鑄鐵常作為低速、輕載、不太重要的場合的齒輪材料；適用于高速、輕載、且要求降低噪聲的場合。非金屬材料二、常用齒輪材料

鋼材的韌性好，耐沖擊，通過熱處理和化學處理可改善材料的機械性能，最適于用來制造齒輪。耐磨性及強度較好，常用于大尺寸齒輪。含碳量為(0.15~0.6)%的碳素鋼或合金鋼。一般齒輪用碳素鋼，重要齒輪用合金鋼。

牛牛文庫文檔分享一、對齒輪材料性能的要求齒輪的齒體應有較高的抗折斷能40

表6-3

常用齒輪材料及其機械性能材料牌號熱處理方法強度極限屈服極限硬度(HBS)σB

/MPaσS

/Mpa齒芯部齒面HT250250170~241HT300300187~255HT350350197~269QT500-5500147~241QT600-2600229~302ZG310-570常化

580320156~217ZG340-640650350169~22945580290162~21745

217~25540~50HRC

40Cr

241~28648~55HRC

調質后表面淬火

牛牛文庫文檔分享表6-3常用齒輪材料及其機械性能材料牌號41

續(xù)表6-3

常用齒輪材料及其機械性能材料牌號熱處理方法強度極限屈服極限硬度(HBS)σB

/MPaσS

/Mpa齒芯部齒面ZG340~640700380241~26945650360217~25530CrMnSi1100900310~36035SiMn750450217~26938SiMnMo700550217~26940Cr700500241~28620Cr65040030020CrMnTi110085030012Cr2Ni4110085032035CrAlA950750255~321>85HV滲碳后淬火調質20Cr2Ni41200110035038CrMnAlA1000850255~321>85HV夾布膠木

10025~35調質后氮化(氮化層δ>0.3~0.5)

牛牛文庫文檔分享續(xù)表6-3常用齒輪材料及其機械性能材料牌號42熱處理方法表面淬火滲碳淬火調質正火滲氮

一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr等。表面淬火后輪齒變形小，可不磨齒，硬度可達52~56HRC，面硬芯軟，能承受一定沖擊載荷。1.表面淬火----高頻淬火、火焰淬火三、齒輪材料的熱處理和化學處理2.滲碳淬火

滲碳鋼為含碳量0.15~0.25%的低碳鋼和低碳合金鋼，如20、20Cr等。齒面硬度達56~62HRC，齒面接觸強度高，耐磨性好，齒芯韌性高。常用于受沖擊載荷的重要傳動。通常滲碳淬火后要磨齒。

牛牛文庫文檔分享熱處理方法表面淬火滲碳淬火調質正火滲氮一般用于中碳鋼43

調質一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr、35SiMn等。調質處理后齒面硬度為：220~260HBS。因為硬度不高，故可在熱處理后精切齒形，且在使用中易于跑合。3.調質4.正火

正火能消除內應力、細化晶粒、改善力學性能和切削性能。機械強度要求不高的齒輪可用中碳鋼正火處理。大直徑的齒輪可用鑄鋼正火處理。

滲氮是一種化學處理。滲氮后齒面硬度可達60~62HRC。氮化處理溫度低，輪齒變形小，適用于難以磨齒的場合，如內齒輪。材料為：38CrMoAlA.5.滲氮

牛牛文庫文檔分享調質一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr、3544特點及應用：調質、正火處理后的硬度低，HBS≤350，屬軟齒面，工藝簡單、用于一般傳動。當大小齒輪都是軟齒面時，因小輪齒根薄，彎曲強度低，故在選材和熱處理時，小輪比大輪硬度高:20~50HBS

表面淬火、滲碳淬火、滲氮處理后齒面硬度高，屬硬齒面。其承載能力高，但一般需要磨齒。常用于結構緊湊的場合。

牛牛文庫文檔分享特點及應用：表面淬火、滲碳淬火、滲氮處理后齒面硬度高，屬45四、齒輪材料選用的基本原則1)

齒輪材料必須滿足工作條件的要求，如強度、壽命、可靠性、經(jīng)濟性等；2)應考慮齒輪尺寸大小，毛坯成型方法及熱處理和制造工藝；3)正火碳鋼，只能用于制作在載荷平穩(wěn)或輕度沖擊下工作的齒輪；調質碳鋼可用于在中等沖擊載荷下工作的齒輪；6)鋼制軟齒面齒輪，其配對兩輪齒面的硬度差應保持在30~50HBS或更多。4)合金鋼常用于制作高速、重載并在沖擊載荷下工作的齒輪；5)航空齒輪要求尺寸盡可能小，應采用表面硬化處理的高強度合金鋼；

牛牛文庫文檔分享四、齒輪材料選用的基本原則1)齒輪材料必須滿足工作條件的46

6.8輪齒的失效形式及設計準則輪齒折斷一般發(fā)生在齒根處，嚴重過載突然斷裂、疲勞折斷。一、輪齒的失效形式失效形式

牛牛文庫文檔分享6.8輪齒的失效形式及設計準則輪齒折斷一般發(fā)生47提高輪齒抗折斷能力的措施：1）增大齒根過渡圓角半徑，消除加工刀痕，減小齒根應力集中；

2）增大軸及支承的剛度，使輪齒接觸線上受載較為均勻；3）采用合適的熱處理，使輪齒芯部材料具有足夠的韌性；4）采用噴丸、滾壓等工藝對，對齒根表層進行強化處理。

牛牛文庫文檔分享提高輪齒抗折斷能力的措施：2）增大軸及支承的剛度，使輪齒接觸48

齒面接觸疲勞齒面接觸應力按脈動循環(huán)變化當超過疲勞極限時，表面產生微裂紋、高壓油擠壓使裂紋擴展、微粒剝落。點蝕首先出現(xiàn)在節(jié)線處，齒面越硬，抗點蝕能力越強。軟齒面閉式齒輪傳動常因點蝕而失效。齒面點蝕6.8

輪齒的失效形式及設計準則輪齒折斷失效形式一、輪齒的失效形式

牛牛文庫文檔分享齒面接觸疲勞齒面接觸應力按脈動循環(huán)變化當超過疲勞極限49齒面點蝕齒面膠合高速重載傳動中，常因嚙合區(qū)溫度升高而引起潤滑失效，致使齒面金屬直接接觸而相互粘連。當齒面向對滑動時，較軟的齒面沿滑動方向被撕下而形成溝紋。措施：

1.提高齒面硬度2.減小齒面粗糙度3.增加潤滑油粘度低速4.加抗膠合添加劑高速6.8輪齒的失效形式及設計準則輪齒折斷失效形式一、輪齒的失效形式

牛牛文庫文檔分享齒面點蝕齒面膠合高速重載傳動中，常因嚙合區(qū)溫度升高而引起潤滑50

齒面膠合齒面磨損措施：1.減小齒面粗糙度2.改善潤滑條件，清潔環(huán)境磨粒磨損跑合磨損跑合磨損、磨粒磨損。齒面點蝕輪齒折斷失效形式一、輪齒的失效形式3.提高齒面硬度

牛牛文庫文檔分享齒面膠合齒面磨損措施：1.減小齒面粗糙度2.改善潤滑條件51

從動齒主動齒從動齒主動齒從動齒主動齒從動齒主動齒齒面膠合齒面磨損齒面點蝕6.8輪齒的失效形式及設計準則輪齒折斷失效形式齒面塑性變形一、輪齒的失效形式表面凸出表面凹陷

牛牛文庫文檔分享從動齒主動齒從動齒主動齒從動齒主動齒從動齒主動齒齒面膠合52二、齒輪的設計準則▲保證足夠的齒根彎曲疲勞強度，以免發(fā)生齒根折斷?！ＷC足夠的齒面接觸疲勞強度，以免發(fā)生齒面點蝕。由工程實踐得知：▲閉式軟齒面齒輪傳動，按齒面接觸疲勞強度設計、彎曲強度校核?！鴮Ω咚僦剌d齒輪傳動，除以上兩設計準則外，還應按齒面抗膠合能力的準則進行設計?！]式硬齒面齒輪傳動，同時計算齒面接觸疲勞強度和齒根彎曲疲勞強度▲開式齒輪傳動，只計算齒根彎曲疲勞強度。

牛牛文庫文檔分享二、齒輪的設計準則▲保證足夠的齒根彎曲疲勞強度，以免發(fā)536.9漸開線圓柱齒輪傳動的精度GB10095.1—2001GB10095.2—2001漸開線圓柱齒輪精度：GB10095—1988錐齒輪：GB11365—1989圓柱齒輪精度制GB/T10095—200812個等級1(高)——12(低)

一般機械常用：6、7、8級不同等級——不同的最高圓周速度

牛牛文庫文檔分享6.9漸開線圓柱齒輪傳動的精度GB10095.1—20054

T1圓周力：徑向力：法向力：小齒輪上的轉矩：P為傳遞的功率（KW）ω1----小齒輪上的角速度，n1----小齒輪上的轉速d1----小齒輪上的分度圓直徑，α----壓力角各作用力的方向如圖O2ω2（從動）O1N1N2ttω1（主動）T1cα

α

d12d22α

FtFrFnFn為了計算輪齒強度，設計軸和軸承，有必要分析輪齒上的作用力。6.10

標準直齒圓柱齒輪傳動的強度計算α

O2O1ttω1（主動）N1N2cα

α

d12Fn一、輪齒受力分析

牛牛文庫文檔分享T1圓周力：徑向力：法向力：小齒輪上的轉矩：P為傳遞55二、齒輪傳動的計算載荷實際傳動中由于原動機、工作機性能的影響以及制造誤差的影響，載荷會有所增大（產生附加動載荷），且沿接觸線分布不均勻（引起載荷集中）。K為載荷系數(shù)，其值為：K＝KA

Kv

Kα

KβFn：輪齒所受的法向載荷，理論載荷，名義載荷。式中：KA

─使用系數(shù)Kv

─動載系數(shù)Kα─齒間載荷分配系數(shù)Kβ─齒向載荷分布系數(shù)KFn：計算載荷。

牛牛文庫文檔分享二、齒輪傳動的計算載荷實際傳動中由于原動機、工作機566.11直齒圓柱齒輪的設計計算齒面接觸疲勞強度計算齒根彎曲疲勞強度計算

牛牛文庫文檔分享6.11直齒圓柱齒輪的設計計算齒面接觸疲勞強度計算齒根彎曲57

齒輪強度計算是根據(jù)齒輪可能出現(xiàn)的失效形式來進行的。在一般閉式齒輪傳動中，輪齒的失效主要是齒面接觸疲勞點蝕和輪齒彎曲疲勞折斷。齒面疲勞點蝕與齒面接觸應力的大小有關，而齒面的最大接觸應力可近似用赫茲公式進行計算。一、齒面接觸疲勞強度計算赫茲公式：“+”用于外嚙合，“-”用于內嚙合實驗表明：齒根部分靠近節(jié)點處最容易發(fā)生點蝕，故取節(jié)點處的應力作為計算依據(jù)。節(jié)圓處齒廓曲率半徑：齒數(shù)比:u=z2/z1=d2/d1

=ρ2/ρ1

≥1O2ω2（從動）O1N1N2ttω1（主動）T1cα

α

d12d22α

Cρ1ρ2對赫茲公式進行簡化，可得：

牛牛文庫文檔分享齒輪強度計算是根據(jù)齒輪可能出現(xiàn)的失效形式來進行的。在一般58引入齒寬系數(shù)：----節(jié)點區(qū)域系數(shù)齒面接觸疲勞強度校核公式：得設計公式：標準齒輪：ZE=2.5模數(shù)m不能成為衡量齒輪接觸強度的依據(jù)。注意：因兩個齒輪的σH1=σH2

，故按此強度準則設計齒輪傳動時，公式中應代入[σH]1和[σH]2中較小者。----材料的彈性系數(shù)表6－7----重合度系數(shù)

牛牛文庫文檔分享引入齒寬系數(shù)：----節(jié)點區(qū)域系數(shù)齒面接觸疲勞強度校核公式：59二、齒根彎曲疲勞強度計算

假定載荷僅由一對輪齒承擔，按懸臂梁計算。齒頂嚙合時，彎矩達最大值。齒根彎曲強度計算公式：——復合齒形系數(shù)圖6－20——重合度系數(shù)

牛牛文庫文檔分享二、齒根彎曲疲勞強度計算假定載荷僅由一對輪齒承擔，按60注意：計算時?。狠^大者，計算結果應圓整,一般

[σF1]

≠[σF2]

引入齒寬系數(shù)：ψd=b/d1得設計公式：

在滿足彎曲強度的條件下可適當選取較多的齒數(shù)，以使傳動平穩(wěn)。代入：

d1

=mz1

牛牛文庫文檔分享注意：計算時?。狠^大者，61

齒輪傳動設計時，按主要失效形式進行強度計算，確定主要尺寸，然后按其它失效形式進行必要的校核。軟齒面閉式齒輪傳動：按接觸強度進行設計，按彎曲強度校核：硬齒面閉式齒輪傳動：按彎曲強度進行設計，按接觸強度校核:開式齒輪傳動：按彎曲強度設計。其失效形式為磨損，點蝕形成之前齒面已磨掉。

牛牛文庫文檔分享齒輪傳動設計時，按主要失效形式進行強度計算，確定主要62三、齒輪傳動的許用應力----接觸疲勞極限,由實驗確定,---接觸疲勞強度安全系數(shù)1許用接觸應力：2許用彎曲應力：----彎曲疲勞極限,由實驗確定,---彎曲疲勞強度安全系數(shù)

牛牛文庫文檔分享三、齒輪傳動的許用應力----接觸疲勞極限,由實驗確63

四、直齒圓柱齒輪設計的步驟選擇齒輪的材料和熱處理選擇齒數(shù)，選齒寬系數(shù)fd初選載荷系數(shù)(如K=1.2)按接觸強度確定直徑d1計算得mH=d1/z1按彎曲強度確定模數(shù)mF確定模數(shù)mt=max{mH,mF}計算確定載荷系數(shù)K=KAKvKαKβ修正計算模數(shù)m模數(shù)標準化計算主要尺寸：d1=mz1

d2=mz2…計算齒寬：b=fdd1確定齒寬：B2=int(b)B1=B2+(3~5)mm開始

牛牛文庫文檔分享四、直齒圓柱齒輪設計的步驟選擇齒輪的材料和熱處理選64

d12βF’F’ββF’6-12斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算一、輪齒上的作用力ω1T1圓周力：徑向力：軸向力：輪齒所受總法向力Fn可分解為三個分力:圓周力Ft的方向在主動輪上與運動方向相反，在從動論上與運動方向相同；徑向力指向各自的軸心；軸向力的方向由螺旋方向和輪齒工作面而定。FrFtFt長方體底面長方體對角面即輪齒法面F’=Ft/cosβFr=

F’tgαn

αnFrFnF’αnFncFaFa

牛牛文庫文檔分享d12βF’F’ββF’6-12斜齒圓柱齒65

dm是平均分度圓直徑強度計算時，是以錐齒輪齒寬中點處的當量齒輪作為計算時的依據(jù)。6.13

直齒圓錐齒輪傳動對軸交角為90o的直齒錐齒輪傳動：一、設計參數(shù)大端參數(shù)為標準值，錐距：當量齒輪的錐距：Rm=R-0.5b兩個三角形相似令fR=b/R為齒寬系數(shù)，設計中常取:fR=0.25~0.35Rd1d2BB/2δ1δ2R-0.5bdm2dm1

牛牛文庫文檔分享dm是平均分度圓直徑66

Rd1d2BB/2δ1δ2R-0.5bdm2dm1δ1δ2αao1o2當量齒輪分度圓直徑：o1o2當量齒輪的齒數(shù)：當量齒輪的齒數(shù)比：為了保證不根切，應有：Zv≥17

平均模數(shù)：

牛牛文庫文檔分享Rd1d2BB/2δ1δ2R-0.5bdm2dm1δ1δ67

δdm12cFt的方向在主動輪上與運動方向相反，在從動論上與運動方向相同；圓周力：徑向力：軸向力：軸向力Fa的方向對兩個齒輪都是背著錐頂。輪齒所受總法向力Fn可分解為三個分力:ω1T1FtFaFrF’FnFtF’FrFasinδ1=cosδ2cosδ1=sinδ2徑向力指向各自的軸心；當δ1+δ2=90?

時，有：Ft1=Fa2Fa1=Ft2于是有：Fnα

ααδδ二、輪齒受力分析

牛牛文庫文檔分享δdm12cFt的方向在主動輪上與運動方向相反，在從動論686-14齒輪的結構設計由強度計算只能確定齒輪的主要參數(shù)：如齒數(shù)z、模數(shù)m、齒寬B、螺旋角b、分度圓直徑d等。方法：經(jīng)驗設計為主即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)濟性等各方面因素的基礎上，按齒輪的直徑大小，選定合適的結構形式，再根據(jù)推薦的經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行結構尺寸計算。齒輪結構設計的內容：主要是確定輪緣，輪輻，輪轂等結構形式及尺寸大小。其它尺寸由結構設計確定一、概述

牛牛文庫文檔分享6-14齒