1、机械结构分析与设计 第11章齿轮传动设计 11 1 1齿轮的失效形式 2 齿面点蚀 失效形式 1 轮齿折断 4 齿面胶合 失效形式 3 齿面磨损 11 1 1齿轮的失效形式 5 齿面塑性变形 失效形式 11 1 1齿轮的失效形式 1 轮齿折断2 齿面点蚀3 齿面磨损4 齿面胶合5 齿面塑性变形 11 1 1齿轮的失效形式 1 闭式软齿面齿轮传动 配对齿轮之一的硬度 350HBS 先按齿面接触疲劳强度进行设计 然后校核齿根弯曲疲劳强度 2 闭式硬齿面齿轮传动 配对齿轮的硬度均 350HBS 先按齿根弯曲疲劳强度进行设计 然后校核齿面接触疲劳强度 3 开式齿轮传动 一般按齿根弯曲疲劳强度进行计算
2、对于磨损的影响可通过将设计所得模数放大10 15 或降低许用应力加以考虑 设计准则 11 1 1齿轮的失效形式 11 1 2 齿轮传动的材料及热处理 1 选材原则 1 使齿面具有足够的硬度和耐磨性 2 合理选择材料配对 课本275页 3 材料具有良好的加工工艺性 2 常用材料 优质碳素结构钢 合金结构钢 铸钢 铸铁和非金属材料 3 常用热处理方法1 表面淬火2 渗碳淬火3 渗氮4 调质5 正火 4合理选择材料配对 软齿面齿轮 小齿轮硬度 大齿轮硬度 30 50HBS 硬齿面齿轮 两齿轮硬度相当 11 1 2 齿轮传动的材料及热处理 5 齿轮传动的精度精度等级 高 低1 2 3 5 6 7 8
3、9 10 11 12远等级常用精度规范 运动精度规范 第 公差组 工作平稳性精度规范 第 公差组 接触精度规范 第 公差组 齿轮副侧隙 齿坯公差精度等级选择 按用途 工作条件 传动功率和圆周速度V来确定 可参考表 11 1 2 齿轮传动的材料及热处理 11 1 3直齿圆柱齿轮传动的设计 计算 合成为一个法向合力Fn Fn Fn 11 1 3直齿圆柱齿轮传动的设计 计算 一对齿轮之间力是作用力与反作用力的关系 11 1 3直齿圆柱齿轮传动的设计 计算 力的方向判断 径向力Fr 分别指向各自的轮心 圆周力Ft 主动轮圆周力对对其轴之矩与主动轮转向相反 从动轮上的圆周力对其轴之矩与从动轮转向相同 1
4、1 1 3直齿圆柱齿轮传动的设计 计算 11 1 3直齿圆柱齿轮传动的设计 计算 Fn是理想情况下的载荷 称为为名义载荷 在计算齿轮强度时 需要引入载荷系数K来考虑各种附加载荷的影响 从而有计算载荷Fcn KFn 是设计计算的载荷依据载荷系数K的取值按表11 3选取 11 1 3直齿圆柱齿轮传动的设计 计算 齿面接触疲劳强度计算 H 齿面接触应力 ZE 材料的弹性系数 表11 4 K 载荷系数 T1 主动轮上的转矩 b 齿宽 u 两轮齿数比 u z2 z1 d1 小齿轮分度圆直径 H 许用接触应力 校核公式 检验是否产生疲劳点蚀的公式 11 1 3直齿圆柱齿轮传动的设计 计算 齿面接触疲劳强度
5、计算 得到分度圆直径后 由d mz可以进一步求出模数 从而求出齿轮尺寸 设计公式 保证不发生疲劳点蚀的设计公式 齿宽系数 d b d1 表11 5 11 1 3直齿圆柱齿轮传动的设计 计算 一对钢制齿轮 校核计算公式 设计计算公式 11 1 3直齿圆柱齿轮传动的设计 计算 齿根弯曲疲劳强度计算 校核计算公式 检验是否产生轮齿折断公式 T1 主动轮转矩 b 轮齿的接触宽度 m 模数 z1 主动轮齿数 YF 齿形修正系数 见表11 6 YS 应力修正系数 见表11 6 F 为轮齿的许用弯曲应力 设计计算公式 保证不发生轮齿折断的设计公式 11 1 3直齿圆柱齿轮传动的设计 计算 主要参数的选择和设
6、计步骤 1 小齿轮齿数z1 选取 闭式软齿面齿轮 d1大小不变且满足齿根弯曲疲劳强度的条件下 宜采用较多齿数和较小模数 一般z1 20 40 闭式硬齿面齿轮和开式传动齿轮 采用较少齿数和较大模数 一般可以取z1 17 20 对于周期性变化的载荷 为避免最大载荷总是作用在某一对齿或某几对齿上而使磨损过于集中 z1 z2应互为质数 11 1 3直齿圆柱齿轮传动的设计 计算 2 模数m 要取标准值 在满足轮齿弯曲强度的条件下 取较小的模数 以利于增大齿数 减少切齿量 主要参数的选择和设计步骤 对于传递动力的齿轮传动 为了防止因过载而导致轮齿折断 一般模数m不小于2mm 11 1 3直齿圆柱齿轮传动的
7、设计 计算 3 齿宽系数 d 齿宽系数不宜过大或过小 按推荐值选取 一般精度的圆柱齿轮减速器中 为补偿加工和装配的误差 应使小齿轮比大齿轮宽一些 小齿轮的齿宽取b1 b2 5 10 mm 主要参数的选择和设计步骤 11 1 3直齿圆柱齿轮传动的设计 计算 1 选择齿轮材料 热处理方式 4 计算齿轮的几何尺寸 2 选择精度等级 3 承载能力计算 5 确定齿轮的结构形式 6 绘制齿轮工作图 例 传动功率P 7 5KW 电动机驱动 小齿轮转速n1 950r min 传动比i 2 5 单向运转 载荷平稳 单班制工作 预期使用寿命10年 11 1 3直齿圆柱齿轮传动的设计 计算 受力方向判断 主动右旋齿
8、轮 以右手四指弯曲的方向表示齿轮的转动方向 则伸直拇指的指向即为主动轮上轴向力Fa1的方向 从动轮上轴向力Fa2的方向与其相反 对于主动左旋齿轮 则应以左手用同样的方法来判定 斜齿轮的受力分析 11 1 4斜直齿圆柱齿轮传动的设计 计算 11 1 4斜直齿圆柱齿轮传动的设计 计算 将当量齿轮的参数代入直齿圆柱齿轮的公式 并考虑斜齿轮重合度及齿面接触线是斜线等因素对强度的影响 即可得到斜齿轮强度计算公式 斜齿轮接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度的计算公式 接触疲劳强度弯曲疲劳强度 11 1 4斜直齿圆柱齿轮传动的设计 计算 有关直齿圆柱齿轮传动的设计步骤及参数选择原则对斜齿轮传动基本上都是适用的 与
9、直齿轮不同的是斜齿轮传动的中心距与螺旋角 有关 在确定中心距时 可通过调整螺旋角 使中心距圆整为个位数为0或5 直齿圆柱齿轮可以通过调整齿数和模数改变中心距 斜齿轮的设计计算 斜齿轮接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度的计算公式 11 1 4斜直齿圆柱齿轮传动的设计 计算 齿轮零件图齿轮工作图可按机械制图标准中规定的简化画法表达 按GB6443 86的规定 工作图上应标注分度圆直径d 顶圆直径da 齿宽b 其他结构尺寸及公差 定位基准及相应的形位公差和表面粗糙度 并且 在图样的右上角要用表格的形式列出模数m 齿数z 压力角a 齿顶高因数 变位因数 齿厚 或公法线平均长度 公称值及其上 下偏差 精度等级 齿轮副中心距及其极限偏差 配对齿轮 公差组的检测项目及公差值等 11 1 5圆柱齿轮的结构 齿轮的结构 实心式齿轮 轮辐式齿轮 腹板式齿轮 腹 孔 板式齿轮
