机械设计-第八章 齿轮传动.ppt

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1、机械设计（8）概述斜齿圆柱齿轮传动齿轮的结构设计标准直齿圆柱齿轮的强度计算齿轮传动的失效形式和设计准则第八章齿轮传动齿轮的材料和许用应力圆锥齿轮传动一、齿轮传动的主要特点：传动效率高可达99％。在常用的机械传动中，齿轮传动的效率最高；结构紧凑与带传动、链传动相比，在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间一般较小；与各类传动相比，齿轮传动工作可靠，寿命长；传动比稳定无论是平均值还是瞬时值。与带传动、链传动相比，齿轮的制造及安装精度要求高，价格较贵。§8.1概述二、齿轮传动的分类平行轴齿轮传动直齿斜齿人字齿按两齿轮轴线的相对位置分相交轴相错轴按齿向分按工作条件分闭式开式按齿面硬度分

2、软齿面（HB≤350）硬齿面（HB>350）§8.1概述§8.1概述传动准确和平稳（任意瞬时传动比恒定）——由齿轮轮廓和制造精度决定。传动比承载能力强（足够强度、刚度、耐磨）——由齿轮尺寸、材料和工艺决定。三、齿轮传动的基本要求§8.2齿轮传动的失效形式与设计准则一、齿轮的主要失效形式1、轮齿折断3、齿面疲劳点蚀2、齿面磨损4、齿面胶合5、齿面塑性变形齿面塑性变形齿面疲劳点蚀轮齿折断齿面磨损齿面胶合§8.2齿轮传动的失效形式与设计准则二、齿轮的设计准则目前对磨损、胶合等是失效形式尚无成熟的计算方法。目前对一般工况下的齿轮传动，其设计准则是：保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生

3、齿根折断。保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。开式齿轮传动：主要失效形式是齿面磨损，只按齿根弯曲疲劳强度计算模数m，再根据情况将算出的m加大10%～20%的办法来考虑磨损的影响。软齿面（硬度≤350HBS）时，主要的失效形式为齿面点蚀，通常按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核。闭式齿轮传动硬齿面（硬度＞350HBS）时，主要失效形式为齿根折断，通常按齿根弯曲疲劳强度设计，再按齿面接触疲劳强度校核。一、轮齿的受力分析以节点P处的啮合力为分析对象，不考虑摩擦力时，轮齿所受总作用力Fn将沿着啮合线方向，Fn称为法向力。Fn在分度圆上可分解为切于分度圆的切向力F

4、t和沿半径方向并指向轮心的径向力Fr。§8.3标准直齿圆柱齿轮强度计算d1——小齿轮节圆直径圆周力：法向力：径向力方向：指向各自轮心径向力：◆主动轮：与转速方向相反◆从动轮：与转速方向相同圆周力方向§8.3标准直齿圆柱齿轮强度计算Fn---法向力（名义载荷）受力变形制造误差安装误差附加动载荷载荷集中计算齿轮强度时，采用计算载荷Fnc=KFn代替名义载荷Fn以考虑载荷集中和附加动载荷的影响。K为载荷系数，其值为：K＝KAKvKβ式中：KA─使用系数（表8-2）Kv─动载系数（KV=1.1~1.2）Kβ─齿向载荷分布系数（图8-4）二、轮齿的计算载荷三、齿面接触疲劳强度计算基本公

5、式──赫兹应力计算公式，即:§8.3标准直齿圆柱齿轮强度计算实验表明：齿根部分靠近节点处最容易发生疲劳点蚀，故取节点处的应力作为计算依据。节圆处齿廓曲率半径：齿数比:+：外啮合；-：内啮合齿面接触疲劳强度的校核式：齿面接触疲劳强度的设计式：计算法向力：§8.3标准直齿圆柱齿轮强度计算令：节点区域系数（标准直齿圆柱齿轮：ZH=2.5）弹性影响系数（查表8-1）齿宽系数危险截面：齿根圆角30˚切线两切点连线处。齿顶受力：Fn，可分解成两个分力：危险截面的弯曲截面系数：F1=FncosαFF2=FnsinαF---产生弯曲应力；---压应力，小而忽略。假定载荷仅由一对轮齿承担，按悬

6、臂梁计算。齿顶啮合时，弯矩达最大值。弯曲力矩：四、齿根弯曲疲劳强度计算§8.3标准直齿圆柱齿轮强度计算∵弯曲应力：αF—齿顶法向载荷作用角计入应力修正系数Ysa(查图8-7)后，弯曲强度校核公式为：因为SF和hF均与模数成正比，所以齿形系数YFa仅与齿形有关而与模数m无关，其值可根据齿数查图8-6获得。§8.3标准直齿圆柱齿轮强度计算弯曲应力：YFa–齿形系数引入齿宽系数，且因为，可得弯曲强度设计公式：§8.4齿轮的材料和许用应力一、对齿轮材料性能的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。二、常用的齿轮材料钢

7、：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、不太重要的场合的齿轮材料；非金属材料：适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。三、齿轮材料选用的基本原则齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿命、可靠性、经济性等；应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺；钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保持在30~50HBS或更多。§8.4齿轮的材料和许用应力四、齿轮的许用应力1.许用接触应力：σHlim----接触疲劳极限应力,由实验确定。（图8-8）SHmin