機械設計基礎 第4版 課件 第6章 齒輪機構(gòu)及傳動

（第4版）機械設計基礎第6章齒輪機構(gòu)及傳動目

錄6.1概述6.3漸開線標準直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)6.4漸開線標準直齒圓柱齒輪的嚙合傳動6.2漸開線齒廓的嚙合特性6.5漸開線齒輪加工原理和根切現(xiàn)象6.6*

圓柱齒輪精度簡介6.9斜齒圓柱齒輪傳動6.8標準直齒圓柱齒輪傳動的疲勞強度計算6.7齒輪傳動的失效形式、設計準則與材料選擇6.10圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)設計和齒輪傳動的維護實例分析第6章齒輪機構(gòu)及傳動1）標準直齒圓柱齒輪、斜齒輪的幾何尺寸計算的能力。2）齒輪材料選擇的能力。3）齒輪傳動受力分析的能力。4）標準齒輪傳動強度設計的能力；

能力目標

教學要求第6章齒輪機構(gòu)及傳動1）齒輪傳動的類型、特點及應用場合。2）漸開線圓柱齒輪的基本參數(shù)及其幾何尺寸計算。3）漸開線齒輪嚙合原理、切齒原理及根切現(xiàn)象。4）圓柱齒輪精度的相關知識。5）齒輪失效形式、強度設計、齒輪結(jié)構(gòu)、潤滑與維護。6）斜齒圓柱齒輪傳動基本知識。7）圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)設計和齒輪傳動的維護知識要素第6章齒輪機構(gòu)及傳動1.漸開線齒輪嚙合原理。2.漸開線圓柱齒輪的基本參數(shù)及其幾何尺寸計算。3.標準齒輪強度設計計算方法；學習重點與難點

技能要求1.齒輪范成及參數(shù)測定。2.測量齒輪1.通過齒輪標準的學習，培養(yǎng)學生的標準意識，在未來的工作中要嚴格執(zhí)行國家標準。2.通過學習大國工匠周建民的優(yōu)秀事跡，培養(yǎng)學生精益求精、追求卓越的工匠精神，努力踐行工匠精神，成就出彩人生。3.通過學習“港珠澳”大橋這一專題，激發(fā)同學們學習我國科學家和工程技術人員為國爭光、勇挑重擔、勇于創(chuàng)新的崇高敬業(yè)精神。價值情感目標第6章齒輪機構(gòu)及傳動圖6-1齒輪傳動

在普通機械設備中，圖6-1所示的齒輪傳動應用非常廣泛。點擊播放第6章齒輪機構(gòu)及傳動6-2牛頭刨床

圖6-2所示牛頭刨床中的傳動裝置就是齒輪傳動系統(tǒng)。擺動導桿機構(gòu)的擺動運動是由小齒輪與大齒輪組成的齒輪傳動驅(qū)動，主動件小齒輪帶動大齒輪轉(zhuǎn)動時，安裝在大齒輪上的滑塊隨著大齒輪的轉(zhuǎn)動帶著擺動導桿機構(gòu)作往復擺動。點擊播放第6章齒輪機構(gòu)及傳動齒輪傳動的特點齒輪傳動依靠主動齒輪與從動齒輪的嚙合傳遞運動和動力，與其他傳動相比，齒輪傳動有下列優(yōu)點:

1）

兩輪瞬時傳動比(角速度之比)恒定。

2）

適用的圓周速度和傳動功率范圍較大。3）

傳動效率較高、壽命較長。

4）

能實現(xiàn)平行、相交、交錯軸間傳動。

與其他傳動相比，有下列缺點：1）制造和安裝精度要求較高，成本也高。

2）不適用于較遠距離的運動和動力傳動。6.1概述第6章齒輪機構(gòu)及傳動直齒外齒輪傳動直齒內(nèi)齒輪傳動齒輪齒條傳動點擊播放點擊播放點擊播放齒輪傳動的類型第6章齒輪機構(gòu)及傳動斜齒輪傳動人字形齒輪傳動直齒錐齒輪傳動點擊播放點擊播放點擊播放齒輪傳動的類型第6章齒輪機構(gòu)及傳動曲齒錐齒輪傳動交錯軸齒輪傳動蝸桿蝸輪傳動點擊播放點擊播放點擊播放齒輪傳動的類型第6章齒輪機構(gòu)及傳動返回目錄

圖6-4所示為一對漸開線齒輪嚙合。設兩漸開線齒輪基圓半徑分別為rb1

和rb2

，兩齒廓在K點接觸，由于兩輪基圓的大小和安裝位置均固定不變，同一方向上的內(nèi)公切線只有一條，所以它與兩輪連心線O102的交點P必為定點，傳動比為圖6-4漸開線齒輪嚙合＝常數(shù)

1.漸開線齒廓傳動比恒定不變點擊播放6.2漸開線齒廓的嚙合過程第6章齒輪機構(gòu)及傳動兩齒廓嚙合時的接觸點又稱為嚙合點。漸開線齒輪在嚙合過程中，嚙合點沿著兩輪基圓的內(nèi)公切線N1N2移動，N1N2為嚙合點的軌跡線，常稱之為嚙合線。嚙合線與兩節(jié)圓內(nèi)公切線t-t所夾的銳角α′稱為嚙合角。顯然，嚙合角α′即為節(jié)點P處的壓力角。

圖6-4漸開線齒輪嚙合第6章齒輪機構(gòu)及傳動2.中心距具有可分性

當一對漸開線齒輪制成后，兩輪的基圓半徑已確定，則即使安裝時兩輪中心距有一些變化，根據(jù)式（6-1）可知，其傳動比一定不變。漸開線齒輪中心距的改變不影響傳動比的這種性質(zhì)，稱為漸開線齒輪傳動中心距的可分性。它給制造和安裝帶來極大的方便，也是漸開線齒輪得到廣泛應用的原因之一。＝常數(shù)

(6-1)第6章齒輪機構(gòu)及傳動第6章齒輪機構(gòu)及傳動點擊播放-PPT點擊播放-視頻第6章齒輪機構(gòu)及傳動

一對漸開線齒輪嚙合時，嚙合點一定在嚙合線N1N2上，N1N2又是漸開線齒廓的公法線，所以齒廓之間傳遞的壓力一定沿著公法線N1N2的方向。這表明，一對漸開線齒輪在嚙合時，無論嚙合點在何處，其受力方向始終不變，從而使傳動平穩(wěn)。點擊播放3.嚙合時傳遞壓力的方向不變圖6-4漸開線齒輪嚙合第6章齒輪機構(gòu)及傳動返回目錄6.3漸開線標準直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)圖6-5齒輪各部分的名稱齒輪各部分的名稱第6章齒輪機構(gòu)及傳動1.齒數(shù)

z形狀相同，沿圓周方向均勻分布的輪齒個數(shù)，稱為齒數(shù)，用z表示。

2.模數(shù)

m已知分度圓直徑d、齒距p與齒數(shù)z，則分度圓周長

πd=zP

，可得

式中，π為無理數(shù)，為計算和測量的方便，令p/π＝m，稱為模數(shù)，于是上式可改寫為：d=mz

（6-2）

模數(shù)m是齒輪的重要參數(shù)，其單位為mm。模數(shù)越大，則輪齒越大，各部分的尺寸也越大，主要參數(shù)

齒輪的模數(shù)為標準值，國家標準GB/T1357-2008規(guī)定的齒輪模數(shù)系列見表6-2）。第6章齒輪機構(gòu)及傳動m=4z=16m=2z=16m=1z=16圖6-6同齒數(shù)不同模數(shù)齒輪的比較相同齒數(shù)不同模數(shù)的齒輪大小的比較見圖6-6。點擊播放第6章齒輪機構(gòu)及傳動第6章齒輪機構(gòu)及傳動返回70頁

4.齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)

為計算齒輪的全部幾何尺寸，還需知道另外兩個基本參數(shù)齒頂高系數(shù)

和頂隙系數(shù)

，則齒頂高、齒根高的計算公式為ha

=mc=m

hf=m+c=(+)m

對于正常齒制：=l，=0.25；

對于短齒制：=0.8，=0.3。

m、α、、均為標準值，且s＝e的齒輪稱為標準齒輪。圖6-7齒輪頂隙點擊播放3.壓力角

我國國家標準規(guī)定：分度圓處的壓力角為標準壓力角,標準值為α=20°。(6-3)第6章齒輪機構(gòu)及傳動第6章齒輪機構(gòu)及傳動圖6-8內(nèi)齒輪的結(jié)構(gòu)和幾何尺寸關系點擊播放第6章齒輪機構(gòu)及傳動第6章齒輪機構(gòu)及傳動

例6-1

國產(chǎn)某機床的傳動系統(tǒng)，需換一個損壞的齒輪。測得其齒數(shù)z=24，齒頂圓直徑77.95mm，已知為正常齒制，試求齒輪的模數(shù)和主要尺寸。

解

國產(chǎn)機床，齒輪壓力角為20°，正常齒制，

1）求齒輪的模數(shù)根據(jù)表6-3，得

查表6-2并圓整為標準值，取m=3mm。

2）計算主要尺寸

第6章齒輪機構(gòu)及傳動返回目錄如圖6-9表示，一對漸開線齒輪同時有兩對齒參加嚙合，前一對齒在K′點接觸，后一對齒在K點接觸。兩個嚙合點都在嚙合線NIN2上，只有當兩輪相鄰兩齒的同側(cè)齒廓間法向距離相等，即

才能保證兩輪正確嚙合,和為兩齒輪的法向齒距，由漸開線相關性質(zhì)得

圖6-9齒輪正確嚙合條件經(jīng)過推導，可得一對漸開線齒輪正確嚙合的條件為m1=m2=mα1=α2=20°

因此正確嚙合的條件是：兩齒輪的模數(shù)和壓力角必須分別相等，并等于標準值。6.4漸開線標準直齒圓柱齒輪的嚙合傳動正確嚙合條件(6-4)第6章齒輪機構(gòu)及傳動

對于標準齒輪采用標準中心距安裝，齒數(shù)只要大于12，就可保持連續(xù)傳動。如圖6-10所示，1為主動輪，2為從動輪，兩輪開始嚙合時，由主動輪的齒根處推動從動輪的齒頂，即從動輪齒頂圓與嚙合線的交點B2

為開始嚙合點。隨著輪1推動輪2轉(zhuǎn)動，當嚙合點移動到齒輪1的齒頂圓與嚙合線的交點B1時，齒廓嚙合終止。線段B2B1為嚙合點的實際軌跡，稱為實際嚙合線，N1N2稱為理論嚙合線。連續(xù)傳動條件進入嚙合退出嚙合圖6-10齒輪嚙合過程點擊播放第6章齒輪機構(gòu)及傳動

保證無齒側(cè)間隙的安裝稱為正確安裝。一對標準圓柱齒輪（外嚙合）正確安裝時（6-11），由于分度圓上s1=e1=s2=e2，故節(jié)圓與分度圓重合，其中心距為a=r1′+r2′=r1+r2=m(z1+z2)/2此時的中心距a為標準中心距，其嚙合角α′=α。應該指出，單個齒輪只有分度圓和壓力角，不存在節(jié)圓和嚙合角。如果不按標準中心距安裝，則雖兩齒輪的節(jié)圓仍然相切，但兩輪的分度圓并不相切，此時兩嚙合齒輪的實際中心距為a′=r1′+r2′≠r1+r2當然，嚙合角α′≠α。圖6-11漸開線標準直齒圓柱齒輪外嚙合傳動第6章齒輪機構(gòu)及傳動返回目錄6.5漸開線齒輪加工原理和根切現(xiàn)象圖6-12盤形銑刀加工齒輪

仿形法就是在普通銑床上，用與齒廓形狀相同的成形銑刀進行銑削加工。圖6-12為用盤狀銑刀加工齒輪。1.仿形法點擊播放第6章齒輪機構(gòu)及傳動圖6-13指狀銑刀加工齒輪圖6-13所示為用指狀銑刀加工齒輪。成形法常用于齒輪修配和大模數(shù)齒輪的單件生產(chǎn)中。表6-4各號銑刀加工的齒數(shù)范圍點擊播放第6章齒輪機構(gòu)及傳動圖6-14用齒輪插刀加工齒輪點擊播放動畫-1

圖6-14為用齒輪插刀加工齒輪的情形。插齒時，插刀與輪坯嚴格按一對齒輪嚙合關系作旋轉(zhuǎn)運動（展成運動），同時插刀沿輪坯的軸線作上下的切削運動。退刀時，輪坯還需作小距離的讓刀運動。為了切出輪齒的整個高度，插刀還需要向輪坯中心移動，作徑向進給運動。點擊播放視頻-3點擊播放視頻-22.展成法插齒加工點擊播放視頻-4第6章齒輪機構(gòu)及傳動圖6-15用齒條插刀加工齒輪當齒輪插刀的齒數(shù)增加到無窮多時，其基圓半徑變?yōu)闊o窮大，則齒輪插刀演變成齒條插刀，如圖6-15所示。切制齒廓時，刀具與輪坯的展成運動相當于齒條與齒輪嚙合傳動，其切齒原理與用齒輪插刀加工齒輪的原理相同。點擊播放第6章齒輪機構(gòu)及傳動圖6-16用齒輪滾刀加工齒輪點擊播放動畫

用齒條刀具加工齒輪為斷續(xù)切削，生產(chǎn)效率較低。滾齒是利用滾刀在滾齒機上加工齒輪的（圖6-16）。在垂直于輪坯軸線并通過滾刀軸線的主剖面內(nèi)，刀具與齒坯相當于齒條（刀具刃形）與齒輪的嚙合。滾齒加工過程接近于連續(xù)過程，故生產(chǎn)效率較高。點擊播放視頻滾齒加工第6章齒輪機構(gòu)及傳動圖6-17根切現(xiàn)象與切齒干涉的參數(shù)關系

用齒條插刀或齒輪滾刀加工齒輪時，當α=20°、ha*＝1時，由圖6-17可推得不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)為

為避免根切，通常選擇齒數(shù)不小于17。當用展成法加工齒輪時，如果齒數(shù)太少，則刀具的齒頂會將輪坯的根部過多地切去，如圖所示，這種現(xiàn)象稱為根切現(xiàn)象。標準齒輪加工動畫齒輪加工根切動畫≈17（6-6）zmin=第6章齒輪機構(gòu)及傳動返回目錄

我國國家標準GB/T10095.1—2008規(guī)定齒輪精度等級共13級。從0級到12級，精度從高到低依次排列，其中0級是最高的精度等級，12級是最低的精度等級。一般機械傳動中，常用的齒輪精度等級為6～8級。

齒輪精度等級的選擇，應考慮傳動的用途、使用條件、傳動功率、圓周速度、性能指標及其他技術要求。

表6-5給出了齒輪常用精度等級的應用實例。6.6*

圓柱齒輪精度簡介

第6章齒輪機構(gòu)及傳動返回72頁點擊播放-PPT點擊播放-視頻返回目錄第6章齒輪機構(gòu)及傳動圖6-18齒根疲勞斷裂圖6-19齒輪軸輪齒折斷齒輪工作時，輪齒根部將產(chǎn)生相當大的交變彎曲應力，在載荷多次作用下，當應力值超過彎曲疲勞極限時，將產(chǎn)生疲勞裂紋，如圖6-18所示。隨著裂紋的不斷擴展，最終將引起輪齒折斷，這種折斷稱為彎曲疲勞折斷。圖6-19為齒輪軸實物輪齒折斷的失效情況。為提高齒輪抗折斷的能力，可采用提高材料的疲勞強度和輪齒心部的韌性、加大齒根圓角半徑、提高齒面制造精度、增大模數(shù)以加大齒根厚度、進行齒面噴丸處理等方法來實現(xiàn)。1.輪齒折斷6.7齒輪傳動的失效形式、設計準則與材料選擇第6章齒輪機構(gòu)及傳動圖6-20斜齒輪的點蝕齒面在接觸應力長時間地反復作用下，表層出現(xiàn)裂紋，裂紋的擴展，導致齒面金屬以甲殼狀的小微粒剝落，形成麻點，這種現(xiàn)象稱為齒面點蝕。閉式齒輪傳動的主要失效形式是齒面點蝕。2.齒面點蝕為防止過早出現(xiàn)疲勞點蝕，可采用增大齒輪直徑、提高齒面硬度、降低齒面的表面粗糙度值和增加潤滑油的粘度等方法。第6章齒輪機構(gòu)及傳動圖6-21齒輪的膠合由于齒面間壓力很大，相對滑動時的摩擦使齒面工作區(qū)的局部瞬時溫度很高，造成齒面金屬直接接觸并相互粘連。當兩齒面相對滑動時，較軟齒面的金屬沿滑動方向被撕下而形成溝紋狀，這種現(xiàn)象稱為膠合。3.齒面膠合為防止膠合的產(chǎn)生，可采用良好的潤滑方式、限制油溫和采用抗膠合添加劑的合成潤滑油等方法；也可采用不同材料制造配對齒輪，或一對齒輪采用同種材料不同硬度的方法。第6章齒輪機構(gòu)及傳動圖6-22輪齒磨損由于嚙合齒面間的相對滑動，引起齒面的摩擦磨損。開式齒輪傳動的主要失效形式是磨損，圖6-22所示為輪齒磨損的實際失效情況4.齒面磨損為防止過快磨損，可采用保證工作環(huán)境清潔、定期更換潤滑油、提高齒面硬度、加大模數(shù)以增大齒厚等方法。第6章齒輪機構(gòu)及傳動圖6-23齒面塑性變形在過大的應力作用下，輪齒材料因屈服而產(chǎn)生塑性變形，致使嚙合不平穩(wěn)，因此噪聲和振動增大，破壞了齒輪的正常嚙合傳動。這種失效常發(fā)生在有大的過載、頻繁起動和齒面硬度較低的齒輪上。圖6-23為齒面塑性變形的機理，5.齒面塑性變形第6章齒輪機構(gòu)及傳動圖6-25齒面凸起塑性變形圖6-24為主動輪齒面下凹的實際失效情況，圖6-25為從動輪齒面凸起的實際失效情況。為防止齒面塑性變形，可通過提高齒面硬度或采用較高粘度的潤滑油等方法來解決。圖6-24齒面下凹塑性變形第6章齒輪機構(gòu)及傳動齒輪傳動的設計準則輪齒的失效形式很多，但對某些具體情況而言，它們并不可能同時發(fā)生，所以必須進行具體分析，針對其主要失效形式確立相應的設計準則。對于閉式齒輪傳動：對軟齒面（硬度小于350HBW）的齒輪，其主要失效形式是齒面點蝕，故通常按齒面接觸疲勞強度進行設計，然后再按彎曲疲勞強度進行校核；

對硬齒面（硬度大于350HBW）的齒輪，其主要失效形式是輪齒折斷，此時可按齒根彎曲疲勞強度進行設計，然后再按齒面接觸疲勞強度進行校核。第6章齒輪機構(gòu)及傳動對于開式齒輪傳動，其主要失效形式是齒面磨損。由于目前對齒面磨損尚無行之有效的計算方法和設計數(shù)據(jù)，故通常只按輪齒折斷進行齒根彎曲疲勞強度設計，考慮磨損因素，適當增大模數(shù)10%～20%。點擊播放第6章齒輪機構(gòu)及傳動

常用的齒輪材料是優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼，其次是鑄鋼和鑄鐵。除尺寸較小普通用途的齒輪采用圓軋鋼外，大多數(shù)齒輪都采用鍛鋼制造；對形狀復雜、直徑較大（d≥500mm)和不易鍛造的齒輪，可采用鑄鋼；傳遞功率不大、低速、無沖擊及開式齒輪傳動中的齒輪，可選用灰鑄鐵。

非鐵金屬僅用于制造有特殊要求（如抗腐蝕、防磁性等）的齒輪。

對高速、輕載及精度要求不高的齒輪，為減小噪聲，也可采用非金屬材料（如塑料、尼龍、夾布膠木等）做成小齒輪，大齒輪仍用鋼或鑄鐵制造。齒輪傳動的設計準則第6章齒輪機構(gòu)及傳動

對于軟齒面（硬度小于350HBW）齒輪，可以在熱處理后切齒，其制造容易、成本較低，常用于對傳動尺寸無嚴格限制的一般傳動。常用的齒輪材料有35、45、35SiMn、40Cr等，其熱處理方法為調(diào)質(zhì)或正火處理，切齒后的精度一般為8級，精切時可達7級。為了便于切齒和防止刀具切削刃不致迅速磨損變鈍，調(diào)質(zhì)處理后的硬度一般不超過280～300HBW。由于小齒輪齒根強度較弱，轉(zhuǎn)速較高，其齒面接觸承載次數(shù)較多，故當兩齒輪材料及熱處理相同時，小齒輪的損壞概率高于大齒輪。在傳動中，為使大、小齒輪的壽命接近，常使小齒輪齒面硬度比大齒輪齒面硬度值高出30～50HBW，傳動比大時，其硬度差還可更大些。第6章齒輪機構(gòu)及傳動

硬齒面（硬度大于350HBW）齒輪通常是在調(diào)質(zhì)后切齒，然后進行表面硬化處理。有的齒輪在硬化處理后還要進行精加工（如磨齒、珩齒等），故調(diào)質(zhì)后的切齒應留有適當?shù)募庸び嗔?。硬齒面主要用于高速、重載或要求尺寸緊湊等重要傳動中。表面硬化處理常采用表面淬火（一般用于中碳鋼或中碳合金鋼）、滲碳淬火（常用于低碳合金鋼）、滲氮處理（用于含鉻、鉬、鋁等合金元素的滲氮鋼）等。第6章齒輪機構(gòu)及傳動第6章齒輪機構(gòu)及傳動返回67頁第6章齒輪機構(gòu)及傳動返回目錄如圖6-26所示，在一對標準安裝的標準齒輪傳動中，若不計摩擦力，則作用在輪齒上的法向力垂直作用于齒面。設小齒輪1為主動輪，為分析計算方便，在節(jié)點C上將分解成與節(jié)圓(假設與分度圓重合)相切的圓周力和沿齒輪直徑方向的徑向力，則圓周力

徑向力

圖6-26直齒圓柱齒輪傳動受力分析輪齒受力分析6.8標準直齒圓柱齒輪傳動的疲勞強度計算（6-7）法向力第6章齒輪機構(gòu)及傳動式中T1——小齒輪上的轉(zhuǎn)矩(N.mm)，T1=9.55×106；d1——小齒輪分度圓直徑(mm)；α——壓力角，

α=20°；P——傳遞的功率(kW)；n1——小齒輪的轉(zhuǎn)速(r／min)。

如圖6-26所示，圓周力的方向在主動輪上與嚙合點運動方向相反，在從動輪上與嚙合點運動方向相同。徑向力的方向，分別由嚙合點指向各自的軸心。第6章齒輪機構(gòu)及傳動輪齒受力分析（平面表示各力的方法）z2Ft2Ft1Fr2Fr1n1z1×．n2Ft1Ft2Fr1Fr2n1n2·表示力的方向穿出平面表示力的方向進入平面第6章齒輪機構(gòu)及傳動×為了防止齒面點蝕的發(fā)生，就必須限制嚙合齒面的接觸應力。考慮到點蝕常發(fā)生在節(jié)點附近，故取節(jié)點處的接觸應力為計算依據(jù)。根據(jù)彈性力學接觸應力的公式，代入齒輪參數(shù)經(jīng)整理可導得一對鋼制標準直齒圓柱齒輪在節(jié)點處最大接觸應力的驗算公式

若令式（6-8）中

b=Ψdd1，則導得設計公式為

（6-8）（6-9）齒面接觸疲勞強度計算第6章齒輪機構(gòu)及傳動

式中K——載荷系數(shù)，取值見表6-7；b——齒寬（mm）T1——主動輪轉(zhuǎn)矩（N·mm）；ψd——齒寬系數(shù)，取值參見表6-8；

i——傳動比

，i=z2/z1

；“+”用于外嚙合傳動；“-”用于內(nèi)嚙合傳動?！拨襀〕——許用接觸應力（MPa），推薦按下式確定：〔σH〕=0.9σHlim，σHlim為試驗齒輪的接觸疲勞極限，各種材料齒輪在不同加工方法及熱處理下的σHlim,可由圖6-27查得。第6章齒輪機構(gòu)及傳動

考慮到齒輪的安裝誤差，通常小齒輪齒寬b1比大齒輪齒寬b2寬5～10mm，故計算時b應按b2值代入。應用式（6-8）和式（6-9）計算時應注意以下幾點：

1）由于嚙合時兩齒輪接觸處的接觸應力相等，即σH1=σH2,但兩齒輪材料及齒面硬度不同，許用應力也不同，故以〔σH1〕、〔σH2〕中較小值代入式（6-8）和式（6-9）。2）如齒輪配對并非鋼對鋼，則驗算公式及設計公式中的常數(shù)671應修正為671×，ZE為材料系數(shù)，取值參見表6-9。第6章齒輪機構(gòu)及傳動第6章齒輪機構(gòu)及傳動返回68頁圖6-27試驗齒輪接觸疲勞極限第6章齒輪機構(gòu)及傳動表6-9材料系數(shù)ZE小齒輪材料大齒輪材料鋼鑄鋼球墨鑄鐵鑄鐵189.8188.9188.0181.4180.5173.9162.0161.4156.6143.7第6章齒輪機構(gòu)及傳動鋼鑄鋼球墨鑄鐵鑄鐵返回88頁齒根彎曲疲勞強度計算（6-10）式中K、T1、b三個參數(shù)含義同前；M——危險截面的最大彎矩（N.mm）；W——危險截面的抗彎截面系數(shù)（mm3）；

輪齒折斷與齒根彎曲強度有關。計算齒根彎曲疲勞強度時，假設全部載荷僅由一對輪齒承擔，并認為載荷Fn作用于輪齒的齒頂，將受載輪齒可視作懸臂梁。折斷現(xiàn)象通常出現(xiàn)在輪齒根部，故將齒根部所在的截面定為危險截面。

經(jīng)推導整理，可得齒根彎曲疲勞強度的驗算公式第6章齒輪機構(gòu)及傳動圖6-28外齒輪的復合齒形系數(shù)σF——齒根彎曲應力（MPa）；YFS——復合齒形系數(shù)，見圖6-28；〔σF〕——輪齒的許用彎曲應力（MPa）；推薦按下式確定：輪齒單向受力時〔σF〕=0.7σFlim；輪齒雙向受力或開式齒輪〔σF〕=0.5σFlim；σFlim為試驗齒輪的彎曲疲勞極限，各種材料齒輪在不同加工方法及熱處理條件下的σFlim可由圖6-29查得。第6章齒輪機構(gòu)及傳動返回直齒輪圖6-29試驗齒輪彎曲疲勞極限第6章齒輪機構(gòu)及傳動引入齒寬系數(shù)ψd=b/d1，可推得計算模數(shù)m的簡化設計公式

齒寬系數(shù)可按表6-8選取。材料系數(shù)ZE按表6-9選取。

應用式（6-10）和式（6-11）計算時應注意以下幾點：1）由于兩齒輪齒面硬度和齒數(shù)不同，故大、小齒輪的許用應力及復合齒形系數(shù)也不相等，所以應分別用式（6-10）驗算大、小齒輪的彎曲強度，即滿足σF1≤〔σF1〕和σF2≤〔σF2〕。2）由式（6-11）求出的模數(shù)m應圓整成標準值。3）在應用式（6-11）時，由于配對齒輪的齒數(shù)和材料不同，故應以YFS1/〔σF1〕和YFS2/〔σF2〕中的較大值代入。（6-11）第6章齒輪機構(gòu)及傳動參數(shù)選擇

1）傳動比i。

對于一般單級減速傳動，一般取值范圍為i≤8；當

i＞8時，宜采用兩級傳動。

2)齒輪寬度b。

b為嚙合齒寬，大齒輪的齒寬b2按不小于嚙合齒寬數(shù)值選取。為便于安裝和補償軸向尺寸誤差，小齒輪齒寬b1比大齒輪齒寬b2加大5～10mm。強度校核公式中的齒寬b取b2。

3）齒數(shù)z1和模數(shù)m。

對于軟齒面(≤350HBW)齒輪的閉式傳動，z1一般取值范圍為20～28。在滿足齒根彎曲強度條件下，適當增加齒數(shù)，減小模數(shù)，可以提高重合度，對傳動平穩(wěn)性有利；同時齒頂圓直徑減小，可節(jié)省材料。對于開式傳動及硬齒面(＞350HBW)齒輪或鑄鐵齒輪的閉式傳動，選齒數(shù)z1≥17，適當減少齒數(shù)，增大模數(shù)，以防止輪齒折斷。第6章齒輪機構(gòu)及傳動設計步驟

對于軟齒面齒輪閉式傳動，可用齒面接觸疲勞強度公式初估分度圓直徑d，確定齒輪傳動參數(shù)和幾何尺寸，再進行齒根彎曲疲勞強度校核；對于硬齒面齒輪閉式傳動，按齒根彎曲疲勞強度求出模數(shù)，確定齒輪傳動參數(shù)和幾何尺寸，再校核齒面接觸疲勞強度。

第6章齒輪機構(gòu)及傳動

對于開式齒輪傳動或鑄鐵齒輪傳動，通常只需按彎曲疲勞強度求出模數(shù)，并適當加大10％～30％后，按表6-2取標準值。

例6-2試設計兩級齒輪減速器中一對低速直齒圓柱齒輪傳動。原動機是電動機，工作機是貨物提升機（中等沖擊載荷）。齒輪相對于軸承位置非對稱，單向運轉(zhuǎn)。已知傳遞功率P=10kW，小齒輪轉(zhuǎn)速n1=400r／min，傳動比=3.5。

解1）選擇齒輪材料，確定許用應力

無特殊要求，可采用調(diào)質(zhì)鋼。由表6-6，小齒輪采用45鋼調(diào)質(zhì)，240HBW；大齒輪采用45鋼正火，200HBW。

由圖6-27c中碳鋼調(diào)質(zhì)或正火圖線

小齒輪240HBW查得

σHlim1=590MPa

大齒輪200HBW查得

σHlim2=550MPa許用接觸應力

〔σH1〕=0.9σHlim1=0.9×590MPa=531MPa〔σH2〕=0.9σHlim2=0.9×550MPa=495MPa第6章齒輪機構(gòu)及傳動表6-27c

2）

按齒面接觸強度設計計算對鋼制、軟齒面閉式傳動應按齒面接觸疲勞強度設計公式（6-9）計算小齒輪直徑d1。由表6-7查得

電動機驅(qū)動，中等沖擊載荷，取K=1.5由表6-8查得ψd=1；〔σH〕取較小的〔σH2〕=495MPa代入小齒輪240HBW查得

σFlim1=225MPa大齒輪200HBW查得

σFlim2=210MPa

許用彎曲應力

〔σF1〕=0.7σFlim1=0.7×225MPa=157.5MPa〔σF2〕=0.7σFlim2=0.7×210MPa=147MPa由圖6-29c中碳鋼調(diào)質(zhì)或正火圖線第6章齒輪機構(gòu)及傳動小齒輪所受轉(zhuǎn)矩第6章齒輪機構(gòu)及傳動

（1）選齒數(shù)取z1=27，z2=z1·i=27×3.5=94.5取z2=95（2）確定模數(shù)

m=94.58/27=3.5，由表6-2，取模數(shù)=4mm

d1=27×4mm=108mmd2=95×4mm=380mmda1=m(z1+2ha*

)=4mm×(27+2)=116mmda2=m(z2+2ha*

)=4mm×(95+2)=388mm

（3）確定中心距（4）計算傳動的主要尺寸

b=ψdd1=108mm，取b2=108mm,b1=b2+(5～10）mm=113～118mm，取b1=113mm

第6章齒輪機構(gòu)及傳動其他尺寸略。3）

確定齒輪的參數(shù)，計算主要尺寸

z1=27，z2=95，由圖6-28查得復合齒形系數(shù)YFS1=4.16，YFS2=3.96，由式（6-10）得

故齒根彎曲疲勞強度滿足要求。＜〔σF1〕＜〔σF2〕σF1＜〔σF1〕σF2＜〔σF2〕第6章齒輪機構(gòu)及傳動4）校核齒根彎曲疲勞強度5）確定齒輪精度6）齒輪結(jié)構(gòu)設計圖6-30為大齒輪的結(jié)構(gòu)圖。齒輪圓周速度：查表6-5，選擇8級精度。第6章齒輪機構(gòu)及傳動圖6-30圓柱齒輪零件工作圖第6章齒輪機構(gòu)及傳動返回目錄根據(jù)輪齒在圓柱體上的排列方向是否和軸線有傾斜角度，圓柱齒輪可分為直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種類型。直齒圓柱齒輪斜齒圓柱齒輪點擊播放點擊播放6.9斜齒圓柱齒輪傳動第6章齒輪機構(gòu)及傳動

漸開線直齒圓柱齒輪齒廓是這樣形成的：如圖6-31a所示，當與基圓柱相切的發(fā)生面S繞基圓柱作純滾動時，發(fā)生面上一條與基圓柱母線CC＇平行的直線BB＇的軌跡為一漸開線曲面（BB＇上任一點的軌跡均為一條漸開線），對稱的兩反向漸開線曲面即構(gòu)成了直齒圓柱齒輪的一個齒廓。a）齒廓曲面的形成圖6-31直齒圓柱齒輪b）接觸線第6章齒輪機構(gòu)及傳動斜齒輪的螺旋形輪齒使一對輪齒的嚙合過程延長、重合度增大，因此斜齒輪較直齒圓柱齒輪傳動平穩(wěn)、承載能力大。但斜齒輪在傳動中有軸向力Fa

，為了克服這一缺點，可采用人字齒輪，使兩邊產(chǎn)生的軸向力Fa相互抵消。點擊播放a）齒廓曲面的形成圖6-32直齒圓柱齒輪b）接觸線斜齒圓柱齒輪的傳動特點第6章齒輪機構(gòu)及傳動圖6-33斜齒輪分度圓柱面展開圖

右旋

左旋

分度圓柱面與輪齒相貫的螺旋線展開成一條斜直線，它與軸線的夾角為β，稱為斜齒輪分度圓柱上的螺旋角。

斜齒輪旋向的判別方法是：面對軸線，若齒輪螺旋線右高左低為右旋；反之則為左旋。點擊播放第6章齒輪機構(gòu)及傳動與齒線垂直的平面稱為法面，與軸線垂直的面稱為端面。法面齒距除以圓周率π所得的商，稱為法面模數(shù)，用mｎ表示。

端面齒距除以圓周率π所得的商，稱為端面模數(shù)，用mｔ表示。mn＝mtcosβ模數(shù)第6章齒輪機構(gòu)及傳動以αn和αt分別表示法向和端面壓力角，則它們之間有如下關系

tanαn＝tanαtcosβ

斜齒輪的齒頂高和齒根高，不論從法面或端面來看都是相同的，因此

ha=han*mn

hf=(han*＋cn

*)mn式中，法向齒頂高系數(shù)han*＝l；法向頂隙系數(shù)cn

*＝0.25。壓力角齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)

第6章齒輪機構(gòu)及傳動如圖6-35所示，過斜齒輪齒線上任一點P作法平面，與分度圓柱交線為一橢圓。橢圓上P點附近的齒廓，可視為斜齒圓柱齒輪的法向(面)齒廓，以橢圓P點的曲率半徑為分度圓半徑，以斜齒輪的法向(面)模數(shù)為模數(shù)，壓力角為的直齒圓柱齒輪，其齒廓與斜齒輪的法向齒廓近似相同。當量齒數(shù)

該直齒圓柱齒輪稱為所述斜齒輪的當量齒輪，其齒數(shù)稱為斜齒輪的當量齒數(shù)，用zv表示。圖6-35斜齒輪的當量圓柱齒輪第6章齒輪機構(gòu)及傳動當量齒輪的齒數(shù)

（6-17）式中，z為斜齒輪的實際齒數(shù)。

標準斜齒圓柱齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)zmin可由其當量齒輪的最少齒數(shù)求出

zmin=zvmincos3β=17cos3β

（6-18）

由此可見，斜齒輪不根切的最少齒數(shù)小于17，這是斜齒輪傳動的優(yōu)點之一。

外嚙合標準斜齒圓柱齒輪的幾何尺寸計算公式見表6-10。第6章齒輪機構(gòu)及傳動第6章齒輪機構(gòu)及傳動斜齒圓柱齒輪正確嚙合條件斜齒圓柱齒輪傳動，相當于其端面上一對直齒圓柱齒輪傳動。因此，一對外嚙合斜齒圓柱齒輪的正確嚙合條件是：兩齒輪的端面模數(shù)和端面壓力角分別相等，且兩齒輪的螺旋角大小相等，旋向相反。因端面參數(shù)不是標準值，故正確嚙合的常用條件為

式中，“—”表示旋向相反。（6-19）第6章齒輪機構(gòu)及傳動斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算圖6-36斜齒圓柱齒輪受力分析

圖6-36所示為斜齒圓柱齒輪傳動的受力情況，若不計摩擦力，按分度圓上受力進行計算，以主動小齒輪為研究對象，作用于齒寬中點處的法向力垂直于齒面。為了便于分析計算，把分解為互相垂直的三個分力：圓周力徑向力

軸向力受力分析（6-20）第6章齒輪機構(gòu)及傳動式中

T1——主動輪所受的轉(zhuǎn)矩（N?mm)；d1——主動輪分度圓直徑(mm)；

αn——法向(面)壓力角，αn=20°；

β——螺旋角。根據(jù)作用與反作用定律可知，兩輪所受法向力及其分力圓周力、徑向力、軸向力大小分別相等，方向分別相反。主動輪和從動輪所受的圓周力、徑向力的方向，與直齒圓柱齒輪傳動情況相同。其所受軸向力的方向決定于輪齒螺旋線方向和齒輪的轉(zhuǎn)向，可用下面方法確定：第6章齒輪機構(gòu)及傳動根據(jù)主動輪輪齒螺旋線方向?qū)米笫只蛴沂?，主動輪的轉(zhuǎn)向?qū)闹笍澢较?，則大拇指所指方向即為主動輪所受軸向力Fx1的方向，如圖6-37所示。從動輪所受軸向力方向由作用力與反作用力關系確定。圖6-37斜齒圓柱齒輪傳動主動輪軸向力方向判定第6章齒輪機構(gòu)及傳動輪齒受力分析（平面表示各力的方法）z2Ft2Ft1Fx1Fx2Fr2Fr1n1z1×．n2·表示力的方向穿出平面表示力的方向進入平面×第6章齒輪機構(gòu)及傳動

斜齒輪的齒面接觸疲勞強度計算與直齒輪基本相似。對于一對鋼制齒輪，其簡化接觸強度校核公式為簡化接觸強度設計公式則為式中，當配對齒輪材料不是鋼對鋼時，常數(shù)590可根據(jù)配對材料系數(shù)ZE（表6-9）修正為590ZE/189.8。（6-21）（6-22）齒面接觸疲勞強度計算

第6章齒輪機構(gòu)及傳動斜齒圓柱齒輪的齒根彎曲強度，按其法面上的當量直齒圓柱齒輪計算。對一對鋼制的標準斜齒輪傳動，其簡化彎曲強度校核公式為

（6-23）式中mn——為法向模數(shù)(mm)；

YFS——為符合齒形系數(shù)，應根據(jù)當量齒數(shù)（zv=z/cos3β）由圖6-28查取；[σF]——為許用彎曲應力，與直齒圓柱齒輪傳動的計算方法相同。齒面彎曲疲勞強度計算

第6章齒輪機構(gòu)及傳動式（6-23）和（6-24）中其余各符號的意義，單位和確定方法與直齒圓柱齒輪傳動相同。由于配對大、小齒輪的復合齒形系數(shù)YFS和許用彎曲應力不同，因此應分別進行校核。

簡化彎曲強度設計公式為（6-24）

第6章齒輪機構(gòu)及傳動

增加實例：一對正常齒標準斜齒輪傳動的z1=33,z2=66,mn=5mm。若標準中心距a為250mm，試求螺旋角和分度圓、齒頂圓、齒根圓直徑。設計時，若不改變模數(shù)和齒數(shù)，可否將中心距增大到a'=255mm?解：第6章齒輪機構(gòu)及傳動此時分度圓也相應改變。由此可見，通過改變螺旋角能滿足中心距要求（β要在8°～20°范圍內(nèi)）。第6章齒輪機構(gòu)及傳動查表6-6查表6-7查表6-8查圖6-29d查圖6-27d第6章齒輪機構(gòu)及傳動查表6-2查圖6-28第6章齒輪機構(gòu)及傳動第6章齒輪機構(gòu)及傳動返回目錄第6章齒輪機構(gòu)及傳動1.齒輪軸

對于齒頂圓直徑不大或直徑與相配軸直徑相差很?。X輪直徑da＜2軸徑d）的鋼制齒輪，可將齒輪與軸制成一體。一般情況下，對于圓柱齒輪當齒根圓與鍵槽頂部的距離δ＜2.5m,可將齒輪與軸制成一體，稱為齒輪軸，如圖6-38所示。圖6-38齒輪軸6.10圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)設計和齒輪傳動的維護點擊播放第6章齒輪機構(gòu)及傳動圖6-39實心式圓柱齒輪（da＜200mm）對于齒頂圓直徑da≤200mm的中、小尺寸的鋼制齒輪，一般常采用鍛造毛坯的實心式結(jié)構(gòu)，實心式圓柱齒輪如圖6-39所示。2.實心式齒輪點擊播放第6章齒輪機構(gòu)及傳動圖6-40腹板式圓柱齒輪（da≤500mm）

對于齒頂圓直徑da≤500mm的較大尺寸的齒輪，為減輕質(zhì)量和節(jié)約材料，常制成腹板式結(jié)構(gòu)。腹板式齒輪一般采用鍛造毛坯，輻板式圓柱齒輪結(jié)構(gòu)如圖6-40所示。3.腹板式齒輪點擊播放點擊播放第6章齒輪機構(gòu)及傳動腹板式圓柱齒輪結(jié)構(gòu)尺寸圖第6章齒輪機構(gòu)及傳動圖6-41輪輻式齒輪

當齒頂圓直徑da=400～1000mm時，齒輪毛坯因受鍛造設備的限制，往往改用鑄鐵或鑄鋼澆鑄成輪輻式結(jié)構(gòu)，如圖6-41所示。4.輪輻式齒輪點擊播放第6章齒輪機構(gòu)及傳動輪幅式圓柱齒輪結(jié)構(gòu)尺寸圖第6章齒輪機構(gòu)及傳動齒輪傳動的維護1.安裝與跑合

齒輪、軸、鍵等零件安裝在軸上，注意固定和定位都應符合技術要求。使用一對新齒輪，先做跑合運轉(zhuǎn)，即在空載或逐步加載的方式下，運轉(zhuǎn)十幾個小時至幾十個小時，然后清洗箱體，更換新油，才能正式使用。第6章齒輪機構(gòu)及傳動正確安裝軸線傾斜中心距偏大中心距偏小圖6-42圓柱齒輪齒面接觸情況2.檢查齒面接觸情況

采用涂色法檢查，若色跡處于齒寬中部，且接觸面積較大，說明接觸良好。若接觸面積過小或接觸部位不合理，都會使載荷分布不均，如圖6-42所示。通?？赏ㄟ^調(diào)整軸承座位置以及修理齒面等方法解決。第6章齒輪機構(gòu)及傳動通過看、摸、聽，監(jiān)視有無超常溫度、異常響聲、振動等不正常現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，應及時加以解決，禁止其“帶病工作”。對高速、重載或重要的齒輪傳動，可采用自動檢測裝置，對齒輪運行狀態(tài)的信息搜集處理、故障診斷及報警等，實現(xiàn)自動控制，確保齒輪傳動的安全、可靠。3.保證正常潤滑4.監(jiān)控運轉(zhuǎn)狀態(tài)5.裝防護罩

按規(guī)定潤滑方式，定時、定質(zhì)、定量加潤滑劑。對自動潤滑方式，注意油路是否暢通，潤滑機構(gòu)是否靈活。

對于開式齒輪傳動，應裝防護罩，防止灰塵、切屑等雜物侵入齒面，加速齒面磨損，同時也保護人身安全。第6章齒輪機構(gòu)及傳動拓展內(nèi)容生產(chǎn)實踐中要注意安全生產(chǎn)

生產(chǎn)實踐中各環(huán)節(jié)都要嚴格遵守工廠的各種規(guī)章制度，規(guī)范操作，樹立“安全第一，預防為主”的安全生產(chǎn)理念，時刻提高安全防護意識，干好各自的本職工作。

以“鐵嶺鋼包脫落事件”為例，講清楚安全生產(chǎn)的重要性，一旦出現(xiàn)生產(chǎn)責任事故，就會造成重大損失——2007年4月18日7時53分,鐵嶺清河特種鋼有限公司生產(chǎn)車間的鋼水包整體平移到鑄錠臺上方時突然整體脫落，倒向正開班組會的交接班室，直接導致32人被燒燙死，6人受重傷。第6章齒輪機構(gòu)及傳動返回目錄第6章齒輪機構(gòu)及傳動第6章齒輪機構(gòu)及傳動點擊播放實例二日常生活中，我們可以見到很多齒輪的應用實例，如由齒輪機構(gòu)和棘輪機構(gòu)組成的“饸饹機”。點擊播放第6章齒輪機構(gòu)及傳動知識小結(jié)第6章齒輪機構(gòu)及傳動第6章齒輪結(jié)構(gòu)傳動知識小結(jié)第6章齒輪結(jié)構(gòu)傳動知識小結(jié)謝

謝

觀

看返回93頁第6章齒輪機構(gòu)及傳動第6章齒輪機構(gòu)及傳動返回93頁圖6-27試驗齒輪接觸疲勞極限第6章齒輪機構(gòu)及傳動返回93頁圖6-29試驗齒輪彎曲疲勞極限返回93頁第6章齒輪機構(gòu)及傳動圖6-28外齒輪的復合齒形系數(shù)返回94頁第6章齒輪機構(gòu)及傳動返回94頁第6章齒輪機構(gòu)及傳動《機械設計基礎》課程拓展內(nèi)容中國驕傲—港珠澳大橋港珠澳大橋是一座跨海大橋，連接香港大嶼山、澳門半島和廣東省珠海市，橋隧全長55千米，其中主橋29.6千米、香港口岸至珠澳口岸41.6千米；橋面為雙向六車道高速公路，設計速度100千米/小時；工程項目總投資額1269億元。該大橋是集橋、島、隧道于一體，是世界上最長的跨海大橋，是中國建設史上里程最長、投資最多、施工難度最大的跨海橋梁，對促進香港、澳門和珠江三角洲西岸地區(qū)經(jīng)濟上的進一步發(fā)展具重要的策略意義。2009年12月15日，港珠澳大橋主體建造工程開工建設；2017年7月7日，港珠澳大橋?qū)崿F(xiàn)了主體工程全線貫通；2018年10月24日開通運營。港珠澳大橋沉管隧道是全球最長的公路沉管隧道和全球唯一的深埋沉管隧道，生產(chǎn)和安裝技術有一系列創(chuàng)新，為世界海底隧道工程技術提供了獨特的樣本和寶貴的經(jīng)驗。港珠澳大橋港珠澳大橋香港到珠海之間的原公路距離205公里左右，正常行駛需三個半小時左右。港珠澳大橋香港到珠海和澳門之間的直線距離只有35公里左右。港珠澳大橋是國家工程、國之重器，其建設創(chuàng)下多項世界之最，非常了不起，體現(xiàn)了一個國家逢山開路、遇水架橋的奮斗精神，體現(xiàn)了我國綜合國力、自主創(chuàng)新能力，體現(xiàn)了勇創(chuàng)世界一流的民族志氣。這是一座圓夢橋、同心橋、自信橋、復興橋。大橋建成通車，進一步堅定了我們對中國特色社會主義的道路自信、理論自信、制度自信、文化自信，充分說明社會主義是干出來的，新時代也是干出來的?。ㄖ泄仓醒肟倳洝抑飨暯?018年10月23日在港珠澳大橋通車時的講話）港珠澳大橋港珠澳大橋建成通車，極大縮短香港、珠海和澳門三地間的時空距離；作為中國從橋梁大國走向橋梁強國的里程碑之作，該橋被業(yè)界譽為橋梁界的“珠穆朗瑪峰”，被英媒《衛(wèi)報》稱為“現(xiàn)代世界七大奇跡”之一；不僅代表了中國橋梁先進水平，更是中國國家綜合國力的體現(xiàn)。建設港珠澳大橋是中國中央政府支持香港、澳門和珠三角地區(qū)城市快速發(fā)展的一項重大舉措，是“一國兩制”下粵港澳密切合作的重大成果。（人民網(wǎng)評）港珠澳大橋

大橋靠近香港方向有一個重要的深水航道——伶仃洋航道，它是大型運輸船只在這片海域通行的唯一通道。這里是全球最重要的貿(mào)易航道，每天有4000多艘船只穿行，目前達到10萬噸級通航等級，遠期30萬噸油輪可以通行，如要造橋就要求橋梁必須是單跨1500米以上的多跨形式，橋梁要建幾個超過170來米高度的橋塔。但香港、澳門、珠海、深圳等幾個機場的航空限高不能超過120米。

綜合考慮通航需求和航空限高，港珠澳大橋采取6.7公里長的海底隧道和22.9公里長的跨海大橋的聯(lián)合方案，即橋—島—隧集群的方案。港珠澳大橋港珠澳大橋港珠澳大橋港珠澳大橋港珠澳大橋

根據(jù)海水潮位資料，確定人工島地面標高為5米，能防御珠江口300年一遇的洪潮。

島體結(jié)構(gòu)采用深插式大直徑鋼圓筒和拋石斜坡堤組合結(jié)構(gòu)，鋼圓筒沿人工島岸壁前沿線布置，西人工島使用61個圓鋼筒，東人工島則使用圓鋼筒59個。用120個巨型鋼筒直接固定在海床上插入到海底，然后在中間填土形成人工島。120個超大的圓鋼筒串起，形成隧道兩端的圓心島，每個圓鋼筒的直徑22.5米，幾乎和籃球場一樣大，高度55米，相當于18層樓的高度，而重量達到550噸，相當于一架A380“空中客車”港珠澳大橋——人工島港珠澳大橋——人工島籃球場地長28米，寬15米，面積420平方米。面積397.6平方米。港珠澳大橋——人工島相當于18層樓高重量相當于A380飛機港珠澳大橋——人工島上海振華重工（集團）股份有限公司生產(chǎn)的圓鋼筒港珠澳大橋生產(chǎn)好的圓鋼筒由上海運到1600公里以外的珠海安裝。港珠澳大橋——人工島吊裝圓鋼筒圍成人工島。港珠澳大橋——人工島吊裝圓鋼筒圍成人工島。用震錘將圓鋼筒穿透37米的海床進入指定的位置。港珠澳大橋——人工島港珠澳大橋——人工島用圓鋼筒圍成的人工島。港珠澳大橋——人工島建設中人工島。港珠澳大橋——人工島人工島效果圖。橋梁總長約23公里，按照六車道高速公路標準建設，設計行車速度每小時100公里。橋梁由非通航孔橋和通航孔橋相連組成，通航孔橋共有3座斜拉橋，自東向西依次是：青洲航道橋、江海直達航道橋、九州島航道橋。

橋體是在廣東中山的拼裝廠機械化生產(chǎn)好后，運到施工現(xiàn)場。港珠澳大橋——橋體港珠澳大橋——橋體港珠澳大橋——橋體港珠澳大橋——橋體港珠澳大橋——橋體港珠澳大橋——橋體港珠澳大橋——橋體港珠澳大橋——橋體港珠澳大橋——橋體港珠澳大橋——沉管隧道

在整個大橋項目中，島隧工程是最具控制性的部分，其中連接大橋東、西人工島的沉管部分是國內(nèi)首條于外海建設的超大型沉管隧道，海底隧道由33個巨型沉管組成。每節(jié)管道長180米，寬37．95米，高11．4米，單節(jié)重約6．9萬噸。

沉管隧道由鋼筋混凝土澆筑而成，最厚的地方達到1.8米，每節(jié)沉管要用7200噸的鋼筋，相當于搭建整個埃菲爾鐵塔所使用的鋼材；每節(jié)沉管的排水量約75000噸，比遼寧號航母的排水量還要大。沉管隧道港珠澳大橋——沉管隧道

沉管預制好之后，兩頭將密封起來，形成一個巨大的中空管子，像造船一樣漂浮在“深塢”中，通過向沉管內(nèi)部灌水和抽水控制沉管的浮沉?！芭潘慷啻缶涂梢援a(chǎn)生多大的浮力，沉管兩端封閉后排水量是75000噸，也就是說足以讓它自己浮起來，不用借助其他浮力。”兩艘巨大的安裝船一前一后橫跨在沉管上方，8艘拖輪通過巨大的特制尼龍纜與沉管相連，分別在沉管的前后左右位置，由生產(chǎn)基地向預定的海域拖運。港珠澳大橋——沉管隧道港珠澳大橋——沉管隧道港珠澳大橋——沉管隧道港珠澳大橋——沉管隧道沉管拖運工程中港珠澳大橋——沉管隧道沉管下埋海床中的示意圖港珠澳大橋——沉管隧道沉管下埋海床中的示意圖

沉管橫截面四周安裝有巨大的橡膠止水帶，相當于一個大膠圈。兩節(jié)沉管在海底對接拉合到一定程度后，膠圈形成了一個密封的狀態(tài)，這時候?qū)蓚€管節(jié)封閉門之間的水和空氣抽掉，形成了一個真空的空腔，海水巨大的壓力將會推動待接沉管往前壓，使橡膠止水帶充分壓縮，從而完成了兩個沉管的對接。

再經(jīng)過微調(diào)使沉管完全到位之后，就以混凝土和碎石等對沉管外回填，固定好已在海底對接的沉管，這時整個對接過程才算完成。港珠澳大橋——沉管隧道港珠澳大橋港珠澳大橋是世界最長的跨海通道，6700米的海底隧道是大橋的控制性工程。其中沉管段長5664米，由33節(jié)巨型沉管和1個合龍段最終接頭組成，最大安裝水深超過40米，是我國建設的規(guī)模最大的公路沉管隧道和世界罕見的深埋沉管隧道。最終接頭位于E29和E30沉管之間，距東人工島587m，基床水深27.937m，是海底隧道貫通的控制性節(jié)點。最終接頭結(jié)構(gòu)整體呈楔形，底板長9.6米，頂板長12米，寬37.95米，重達6000多噸。

港珠澳大橋設計使用為120年，并要求抗8級地震，抵御16級臺風。港珠澳大橋安裝最后的沉管接頭港珠澳大橋安裝最后的沉管接頭港珠澳大橋安裝最后的沉管接頭港珠澳大橋安裝最后的沉管接頭外海沉管有挑戰(zhàn)，最終一節(jié)的接頭合龍就是這個挑戰(zhàn)最困難的部分，一百多年來也沒有找到特別好的方法，最后還是中國工程師經(jīng)過4年的研究和攻關找到了辦法。2017年5月2日５時５０分，沉管接頭開始安裝，如沿用歐洲百年不變的方式，完成這項安裝要超過4個多月，我們在新方法的指導下，２２時33分，重達６0００多噸的港珠澳大橋沉管隧道最后接頭在經(jīng)過１６個多小時的吊裝沉放后，最終安裝成功。在水下30米，對接的最大誤差只有2.6毫米，最小誤差是0.8毫米，這是全世界最小的誤差，史無前例。港珠澳大橋沉管需要埋到海床下40多米，第一次做到了海底隧道“滴水不漏”。港珠澳大橋插入劉曉東的演講

“神九與天宮一號的對接，被人們稱為太空之吻，而我們這個深海之吻，難度可以與之并論，甚至會更難?！表椖坎扛笨偣こ處焺喥秸f，“對接在環(huán)境復雜的海底進行，受多種環(huán)境介質(zhì)影響，共需對接33次，耗時3年，堪稱馬拉松賽跑?！?/p>

沉管在海底的沉放和對接過程中，完全在不可視的環(huán)境下進行，采用了由遙控壓載、精確聲納測控和數(shù)控拉合組成的數(shù)字化集成控制系統(tǒng)，所有的控制都可在船上的電腦上完成。

在建設過程中，我國對沉管的設計、生產(chǎn)和安裝技術進行了一系列創(chuàng)新，貢獻64項技術創(chuàng)新，為世界海底隧道工程技術，提供了獨特的樣本和寶貴的經(jīng)驗。港珠澳大橋港珠澳大橋大橋施工創(chuàng)造了多個世界之最：1.最長

港珠澳大橋全長5664米的海底隧道，由33節(jié)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的沉管對接而成，是世界上最長的海底沉管隧道。2.最大

沉管隧道浮在水中的時候，每一節(jié)的排水量約75000噸，而遼寧號航母滿載時的排水量也只有67500噸。

3.最重

沉管預制由工廠化標準生產(chǎn)，使用鋼筋量相當于埃菲爾鐵塔。在這75000噸重的沉管下面，是預先安裝好的256個液壓千斤頂。港珠澳大橋

4.最精心

海上的氣候條件，很大程度上決定了沉管浮運和對接的成敗。工程方一年多前就與國家海洋局海洋環(huán)境預報中心合作，做精細化、小區(qū)域的海洋環(huán)境預報，每天堅持監(jiān)測預報，花費達3000萬元，只為每個沉管找兩三天的作業(yè)時間。

5.最精細

在沉管隧道安裝之前，還要在挖好的基槽中做碎石基床基礎，即要在40米深的海底，鋪設一條42米寬、30厘米厚平坦的“石褥子”，而這條“石褥子”的平整度誤差要控制在4厘米以內(nèi)。

6.最精準

沉管對接堪稱世界最大難度的“深海之吻”，沉管在海平面以下13米至44米不等的水深處無人對接。對接在環(huán)境復雜的海底進行，受多種環(huán)境介質(zhì)影響，共需對接33次，耗時3年。沉管連接處橡膠止水帶要可用120年，對接誤差控制在2厘米以內(nèi)。中國有八座世界上最高的十座大橋中國有五座世界上最長的十座跨海大橋，觀

后

感通過這個案例的學習，應有以下的收獲或提高：

1.通過港珠澳大橋的建設，學習我國科學家和工程技術人員的那種為國增光、勇挑重擔、勇于創(chuàng)新、敢于去干前人沒有干過的事的那種敬業(yè)的崇高的精神。

2.通過了解港珠澳大橋的建設，從大橋施工的艱辛程度，可看出我國在橋梁建設方面的偉大成就。

3.通過觀看世界上最高的大橋和最長的跨海大橋，既要為我國橋梁建設取得成就感到自豪，也要樹立堅守信念、不怕困難、踏實工作、永攀科技高峰、爭創(chuàng)一流的信心和決心。

4.大橋的整個建造的過程，處處都是機械制造方面的特大型制造技術的應用。

5.學習這種不怕吃苦的精神和精益求精、一絲不茍的工作作風。

《機械設計基礎》課程拓展內(nèi)容《精益精神》—大國工匠周建民

周建民，中國兵器淮海工業(yè)集團有限公司工具鉗工，高級技師，中國兵器首席技師，正高級工程師。參加工作40年來，共完成16000余項專用量規(guī)的制造，創(chuàng)新成果1100余項，為公司創(chuàng)造價值3100余萬元。是山西省第一位大國工匠，第一個國家級技能大師工作室的帶頭人。先后榮獲全國勞動模范、全國優(yōu)秀共產(chǎn)黨員、全國五一勞動獎章、中華技能大獎、國家技能人才培育突出貢獻個人、大國工匠年度人物等，享受國務院特殊津貼，是黨的十八大、十九大代表。

進口高精密數(shù)控機床干不了的精細活，他能用純手工做出來，他加工出的測量導彈零件的量具精度在微米級，角度的公差也在秒級，精度可以達到我們頭發(fā)絲的1/60。以他名字命名的操作法填補了山西省國防工業(yè)系統(tǒng)量具生產(chǎn)上的空白。被華北機電等十幾所學校聘請為兼職教師，在學校建有“周建民技能大師工作室指導站”，經(jīng)常到學校指導教師和學生。2015年11月27日上午，國家質(zhì)檢總局、中國防偽行業(yè)協(xié)會秘書長殷榮伍一行4人檢查淮海集團十四分廠的“國家級周建民技能大家工作室”，周建民在工作室現(xiàn)場展示“蒙眼研磨”，即在蒙著眼睛的情況下，通過手工研磨的方法，將量具磨去