机械设计基础与实践齿轮传动

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1、§10.1齿轮传动的失效形式及设计准则§10.2齿轮常用材料及许用应力§10.3直齿圆柱齿轮传动的强度计算§10.4斜齿圆柱齿轮传动的强度计算§10.5齿轮结构设计§10.6齿轮传动的润滑及传动效率第10章齿轮传动10.1齿轮常见的失效形式与设计准则10.1齿轮轮齿的失效形式（表10.10）2设计准则●对于软齿面（硬度≤350HBS）的闭式齿轮传动，由于齿面抗点蚀能力差，润滑条件良好，齿面点蚀将是主要的失效形式。在设计计算时，通常按齿面接触疲劳强度设计，再作齿根弯曲疲劳强度校核。●对于硬齿面（硬度＞350HBS）的闭式齿轮传动，齿面抗点蚀能力强，但易发生齿

2、根折断，齿根疲劳折断将是主要失效形式。在设计计算时，通常按齿根弯曲疲劳强度设计，再作齿面接触疲劳强度校核。●对于开式传动，其主要失效形式将是齿面磨损。但由于磨损的机理比较复杂，到目前为止尚无成熟的设计计算方法，通常只能按齿根弯曲疲劳强度设计，再考虑磨损，将所求得的模数增大10%～20%。强度计算按国家标准GB3480—1997“渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法”及GB100063—88“通用机械渐开线圆柱齿轮承载能力简化计算方法”进行。对其胶合计算，可参看GB6413—86“渐开线圆柱齿轮胶合承载能力计算方法”。10.1齿轮常见的失效形式与设计准则10.2.

3、1齿轮材料的基本要求齿轮的齿体应有较高的抗折断能力，齿面应有较强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力，即要求：齿面硬、芯部韧、加工工艺性能及热处理性能良好。钢：许多钢材经适当的热处理或表面处理，可以成为常用的齿轮材料；铸铁：常作为低速、轻载、不太重要场合的齿轮材料；非金属材料：适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。常用材料10.10.2齿轮常用材料及其热处理（1）锻钢。锻钢具有强度高、韧性好、便于加工制造等特点，且可通过各种热处理方法来改善其机械性能，故大多数齿轮都用锻钢制造。按热处理后的齿轮齿面硬度不同，将锻钢齿轮分为软齿面（齿面硬度）齿轮和硬齿面（齿面硬

4、度）齿轮。10.2齿轮的常用材料及许用应力1）软齿面齿轮。这类齿轮经调质或正火处理后进行切齿，切齿精度一般为8级，精切可达7级。对于强度、速度及精度要求不高的齿轮常用软齿面,其制造工艺简单，成本低。常用材料牌号有45、40Cr等中碳钢和中碳合金钢。为提高小齿轮的寿命，对软齿面齿轮传动，小齿轮齿面硬度应比大齿轮的高25～50HBS。2）硬齿面齿轮。这类齿轮通常切齿后进行表面硬化处理（如表面淬火、渗碳、氮化、氰化等），然后再磨齿，齿轮精度可达5级或4级。所以精度高，成本也高，选择时要慎重。主要用于尺寸及质量有较高要求的场合，如汽车、飞机中的齿轮。常用牌号有20

5、Cr、20CrMnTi、35SiMn、45等。（2）铸钢。常用于不便锻造的大齿轮（大于400-600mm）齿轮。可用铸造的方法制成铸钢齿坯，由于铸钢晶粒较粗，故需进行正火处理。（3）铸铁。普通铸铁的抗弯强度、抗冲击和耐磨性能较差，但铸造时浇铸容易、加工方便，成本较低，故铸铁齿轮一般仅用于低速、轻载、冲击小的不重要的齿轮传动中。10.2齿轮的常用材料及许用应力10.2齿轮的常用材料及许用应力10.2.3许用应力试验齿轮的接触疲劳极限sHlim查表试验齿轮的弯曲疲劳极限sFlim查表铸铁正火结构钢和铸钢调质钢和铸钢渗碳淬火及表面淬火钢铸铁正火结构钢和铸钢调质钢和

6、铸钢渗碳淬火及表面淬火钢弯曲疲劳寿命系数YN接触疲劳寿命系数ZN10.2齿轮的常用材料及许用应力10.3.1轮齿的受力分析以节点P处的啮合力为分析对象，并不计啮合轮齿间的摩擦力，可得：10.3直齿圆柱齿轮传动的强度计算受力方向判断10.3.2轮齿的计算载荷齿轮传动在实际工作时，由于原动机和工作机的工作特性不同，会产生附加载荷。齿轮、轴、轴承的加工、安装误差及弹性变形会引起载荷集中，使实际载荷增加。计算载荷用符号Fnc表示。即Fnc=KFn10.3直齿圆柱齿轮传动的强度计算10.3.3齿面接触疲劳强度计算基本公式──赫兹应力计算公式，即:在节点啮合时，接触应力

7、较大，故以节点为接触应力计算点。齿面接触疲劳强度的校核式：齿面接触疲劳强度的设计式：上述式中：u─齿数比，u=z2/z1；ZE─弹性系数(表10.6)；齿宽系数10.3直齿圆柱齿轮传动的强度计算应用上式时应注意以下几点：1）当两轮的许用接触应力与不等时，应代入其中小值者进行计算。2)齿轮的齿面疲劳强度取决于小齿轮直径或中心距的大小，而与模数不直接相关。3）一般情况下，两轮齿面接触应力与大小相等。10.3.3齿面接触疲劳强度计算图10.4410.3直齿圆柱齿轮传动的强度计算10.3.4齿根弯曲疲劳强度计算中等精度齿轮传动的弯曲疲劳强度计算的力学模型如下图所示。

8、根据该力学模型可得齿根理论弯曲应力计入齿根应力校正系