第六章平行軸線齒輪傳動(dòng)(下)

高等職業(yè)教育機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)

核心技術(shù)課程機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院陳峰

鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院徐剛濤教學(xué)課件編創(chuàng)制作第六章平行軸線齒輪傳動(dòng)(圓柱齒輪傳動(dòng))第七節(jié)齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

第八節(jié)齒輪常用材料及熱處理第九節(jié)齒輪傳動(dòng)精度簡(jiǎn)介第十節(jié)漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

第十一節(jié)漸開(kāi)線斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)：潘存云第七節(jié)齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則輪齒折斷1、失效形式設(shè)計(jì)：潘存云潘存云教授研制輪齒折斷1、失效形式齒面點(diǎn)蝕第七節(jié)齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則輪齒折斷1、失效形式齒面點(diǎn)蝕齒面膠合措施：1.提高齒面硬度2.減小齒面粗糙度3.增加潤(rùn)滑油粘度4.加抗膠合添加劑第七節(jié)齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)：潘存云輪齒折斷1、失效形式齒面點(diǎn)蝕齒面膠合齒面磨損措施：1.減小齒面粗糙度2.改善潤(rùn)滑條件磨粒磨損跑合磨損第七節(jié)齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)：潘存云輪齒折斷1、失效形式齒面點(diǎn)蝕齒面膠合齒面磨損從動(dòng)齒主動(dòng)齒齒面塑性變形從動(dòng)齒主動(dòng)齒從動(dòng)齒主動(dòng)齒從動(dòng)齒主動(dòng)齒第七節(jié)齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則2、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則軟齒面（硬度≤350HBS）的閉式齒輪傳動(dòng)：齒面抗點(diǎn)蝕能力差，潤(rùn)滑條件良好，齒面點(diǎn)蝕將是主要的失效形式。在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，通常按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再作齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。硬齒面（硬度＞350HBS）的閉式齒輪傳動(dòng)：齒面抗點(diǎn)蝕能力強(qiáng)，但易發(fā)生齒根折斷，齒根疲勞折斷是主要失效形式。在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，通常按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再作齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核。當(dāng)一對(duì)齒輪均為鑄鐵制造時(shí)，一般只需作輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算。對(duì)于開(kāi)式傳動(dòng)，其主要失效形式將是齒面磨損，通常只按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再考慮磨損，將所求得的模數(shù)增大10％～20％。第八節(jié)齒輪常用材料及熱處理常用齒輪材料優(yōu)質(zhì)碳素鋼合金結(jié)構(gòu)鋼鑄鋼鑄鐵熱處理方法表面淬火滲碳淬火調(diào)質(zhì)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(dá)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(dá)56~62HRC，齒面接觸強(qiáng)度高，耐磨性好，齒芯韌性高。常用于受沖擊載荷的重要傳動(dòng)。通常滲碳淬火后要磨齒。調(diào)質(zhì)一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr、35SiMn等。調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度為：220~260HBS。因?yàn)橛捕炔桓?，故可在熱處理后精切齒形，且在使用中易于跑合。3.調(diào)質(zhì)4.正火正火能消除內(nèi)應(yīng)力、細(xì)化晶粒、改善力學(xué)性能和切削性能。機(jī)械強(qiáng)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(xué)處理。滲氮后齒面硬度可達(dá)60~62HRC。氮化處理溫度低，輪齒變形小，適用于難以磨齒的場(chǎng)合，如內(nèi)齒輪。材料為：38CrMoAlA.5.滲氮特點(diǎn)及應(yīng)用：調(diào)質(zhì)、正火處理后的硬度低，HBS≤350，屬軟齒面，工藝簡(jiǎn)單、用于一般傳動(dòng)。當(dāng)大小齒輪都是軟齒面時(shí)，因小輪齒根薄，彎曲強(qiáng)度低，故在選材和熱處理時(shí)，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(jié)構(gòu)緊湊的場(chǎng)合。第九節(jié)齒輪傳動(dòng)精度簡(jiǎn)介誤差的影響：1.轉(zhuǎn)角與理論不一致，影響運(yùn)動(dòng)的不準(zhǔn)確性；2.瞬時(shí)傳動(dòng)比不恒定，出現(xiàn)速度波動(dòng)，引起震動(dòng)、沖擊和噪音影響運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性；3.齒向誤差導(dǎo)致輪齒上的載荷分布不均勻，使輪齒提前損壞，影響載荷分布的不均勻性。國(guó)標(biāo)GB10095-88給齒輪副規(guī)定了12個(gè)精度等級(jí)。其中1級(jí)最高，12級(jí)最低，常用的為6~9級(jí)精度。按照誤差的特性及它們對(duì)傳動(dòng)性能的主要影響，將齒輪的各項(xiàng)公差分成三組，分別反映傳遞運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性，傳動(dòng)的平穩(wěn)性和載荷分布的均勻性。

在一般情況下，可選三個(gè)公差組為同一精度等級(jí)，但也容許根據(jù)使用要求的不同，選擇不同精度等級(jí)的公差組組合。第Ⅱ公差組精度等級(jí)6～9級(jí)的選擇可根據(jù)齒輪類(lèi)型和圓周速度確定，第Ⅲ公差組一般不得低于第Ⅱ公差組的精度等級(jí)。三個(gè)公差組:第Ⅰ公差組—運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性第Ⅱ公差組—傳動(dòng)平穩(wěn)性第Ⅲ公差組—載荷分布均勻性

齒厚偏差有C、D、E、F、G、H、J、K、L、M、N、P、R、S等14種，每種代號(hào)所規(guī)定的齒厚偏差值均是fpt（齒距極限偏差）的數(shù)倍。。設(shè)計(jì)：潘存云O2O1ttω1（主動(dòng)）N1N2cα

α

d12α

FnT1第十節(jié)漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算一、輪齒受力分析和計(jì)算載荷圓周力徑向力法向力小齒輪上的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速d1——小齒輪上的分度圓直徑，α——壓力角1、各作用力的大小及方向O2ω2（從動(dòng)）O1N1N2ttω1（主動(dòng)）T1cα

α

d12d22α

FtFrFnFn2、計(jì)算載荷Fn——名義載荷受力變形制造誤差安裝誤差附加動(dòng)載荷載荷集中用計(jì)算載荷KFn代替名義載荷Fn以考慮載荷集中和附加動(dòng)載荷的影響，K——載荷系數(shù)Fnb()maxFnb()minFnc=KFn設(shè)計(jì)：潘存云二、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算

O2ω2（從動(dòng)）O1N1N2ttω1（主動(dòng)）T1cα

α

d12d22α

Cρ1ρ2對(duì)于一對(duì)鋼制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核公式:齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核公式:公式應(yīng)用注意：2、許用接觸應(yīng)力σHlim——接觸疲勞極限,由實(shí)驗(yàn)確定,SHmin——為最小安全系數(shù)。1、式中的[σH]，在[σH1][σH2]數(shù)值不同時(shí)，應(yīng)將較小的一個(gè)代入計(jì)算。3、Φd稱(chēng)為齒寬因數(shù)=b/d1

4、在作齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，前面兩個(gè)公式只適用于鋼制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，若配對(duì)材料不是鋼對(duì)鋼，則應(yīng)按其材料確定相應(yīng)的材料系數(shù)rbO30?

30?

三、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的計(jì)算

假定載荷僅由一對(duì)輪齒承擔(dān)，按懸臂梁計(jì)算。齒頂嚙合時(shí)，彎矩達(dá)最大值。hFFnF2F1SFαF

彎曲力矩：M=KFnhFcosαF

危險(xiǎn)界面的彎曲截面系數(shù)彎曲應(yīng)力

危險(xiǎn)截面齒根圓角30?切線兩切點(diǎn)連線處。齒頂受力：Fn，可分解成兩個(gè)分力：F1=FncosαF

F2=FnsinαF

——產(chǎn)生彎曲應(yīng)力；——壓應(yīng)力，小而忽略。Fn∵h(yuǎn)F和SF與模數(shù)m相關(guān)，輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式：故YFs與模數(shù)m無(wú)關(guān)。彎曲應(yīng)力對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪,YFs僅取決于齒數(shù)Z。YFs–齒形系數(shù)計(jì)算時(shí)取較大者，計(jì)算結(jié)果應(yīng)圓整,且m≥1.5mm。一般YF1≠YF2，[σF1]≠[σF2]引入齒寬系數(shù)ψd=b/d1代入得設(shè)計(jì)公式公式中“+”用于外嚙合，“-”用于內(nèi)嚙合。

在滿(mǎn)足彎曲強(qiáng)度的條件下可適當(dāng)選取較多的齒數(shù)，使傳動(dòng)平穩(wěn)。在中心距a一定時(shí)，z增多則m減小，da減小，節(jié)省材料和工時(shí)。許用彎曲應(yīng)力彎曲疲勞極限σbblim由實(shí)驗(yàn)確定。SFmin為安全系數(shù)。因彎曲疲勞造成的輪齒折斷可能造成重大事故，而疲勞點(diǎn)蝕只影響壽命，故：SFmin>SHmin四、圓柱齒輪傳動(dòng)參數(shù)的選擇和設(shè)計(jì)步驟齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，按主要失效形式進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，確定主要尺寸，然后按其它失效形式進(jìn)行必要的校核。軟齒面閉式齒輪傳動(dòng)按接觸強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，按彎曲強(qiáng)度校核硬齒面閉式齒輪傳動(dòng)按彎曲強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，按接觸強(qiáng)度校核開(kāi)式齒輪傳動(dòng)按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)。為了確保強(qiáng)度要求，同時(shí)利于裝配和調(diào)整，常將小齒輪齒寬加大5～10mm。（一）主要參數(shù)的選擇1．齒數(shù)z對(duì)于軟齒面的閉式傳動(dòng)，一般取z1=20～40。硬齒面的閉式傳動(dòng)及開(kāi)式傳動(dòng)，通常取z1=17～20。2．模數(shù)m

對(duì)于傳遞動(dòng)力的齒輪，可按m=（0.007～0.02）a初選，但應(yīng)保證模數(shù)m≥2mm。3．齒寬因數(shù)Φd增大齒寬因數(shù)，可減小齒輪傳動(dòng)裝置的徑向尺寸，降低齒輪的圓周速度。但齒寬因數(shù)過(guò)大則需提高結(jié)構(gòu)剛度，否則會(huì)出現(xiàn)齒向載荷分布嚴(yán)重不均。對(duì)于一般機(jī)械，建議按工程手冊(cè)提供數(shù)據(jù)選取。6．繪制齒輪工作圖（二）設(shè)計(jì)步驟1．選擇齒輪材料及熱處理2．確定齒輪傳動(dòng)的精度等級(jí)3．簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)計(jì)算4．計(jì)算齒輪的幾何尺寸5．確定齒輪的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)：潘存云一、斜齒圓柱齒輪齒廓曲面的形成及其特點(diǎn)直齒輪：嚙合線嚙合面嚙合點(diǎn)接觸線，即嚙合面與齒廓曲面的交線。嚙合特點(diǎn):沿齒寬同時(shí)進(jìn)入或退出嚙合。突然加載或卸載，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性差，沖擊、振動(dòng)和噪音大。斜直線KK的軌跡－斜齒輪的齒廓曲面螺旋線漸開(kāi)面Kβb——基圓柱上的螺旋角發(fā)生面

基圓柱發(fā)生面AKAAAβbKK第十一節(jié)漸開(kāi)線斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)：潘存云12βb嚙合面基圓柱漸開(kāi)線螺旋面KK齒面接觸線齒面接觸線始終與K-K線平行并且位于兩基圓的公切面內(nèi)。設(shè)計(jì)：潘存云嚙合特點(diǎn):接觸線長(zhǎng)度的變化：

短

長(zhǎng)

短加載、卸載過(guò)程是逐漸進(jìn)行的傳動(dòng)平穩(wěn)、沖擊、振動(dòng)和噪音較小，適宜高速、重載傳動(dòng)。在端面內(nèi)，斜齒輪的齒廓曲線為漸開(kāi)線，相當(dāng)于直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，滿(mǎn)足定傳動(dòng)比要求。β二、斜齒圓柱齒輪的主要參數(shù)和幾何尺寸1.斜齒輪的螺旋角πdπdblβ定義分度圓柱上的螺旋角為斜齒輪的螺旋角β

。dββb右旋β左旋β一般取β=8o~20o人字齒輪，因其軸向力可以抵消，常取β=25°～45°

設(shè)計(jì)：潘存云B法面內(nèi)的齒形與刀具的齒形一樣，取標(biāo)準(zhǔn)值。2.模數(shù)mn、mt將分度圓柱展開(kāi)，得一矩形，pn=ptcosβ將pn＝πmn,pt＝πmt

代入得：βpt

β可求得端面齒距與法面齒距之間的關(guān)系：πdmn=mtcosβnn

pnb'a'c3.壓力角：αn、αtββ在△a’b’c中，有：∠a’b’c=αn

在△abc中,有：∠abc=αt由

ab=a’b’,a’c=accosβ得tanαn=

tanαtcosβ

4.齒頂高因數(shù)h*an和h*at及頂隙因數(shù)c*n和c*t不論在法面還是端面，其齒頂高和齒根高一樣。h*an——法面齒頂高系數(shù)，han*＝1c*n——法面頂隙系數(shù),c*n＝0.25,tanαn=a’c/a’b’tanαt=ac/ab

ha=h*anmnhf=(h*an+c

*n)mnαnabcaa’βαt分度圓直徑：

d=zmt=zmn/cosβ中心距：

a=r1+r2可通過(guò)改變?chǔ)聛?lái)調(diào)整a的大小。三、斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的正確嚙合條件和重合度嚙合處的齒向相同。外嚙合:β1＝-β2mn1=mn2

，αn1=αn1

mt1=mt2

，αt1＝αt2=mn(z1+z2)/2cosβ

內(nèi)嚙合：β1＝β21.正確嚙合條件5.幾何尺寸計(jì)算只須將直齒圓柱齒輪幾何尺寸計(jì)算公式中的各參數(shù)視作端面參數(shù)，再進(jìn)行必要的端面-法向參數(shù)換算，即可方便地進(jìn)行平行軸標(biāo)準(zhǔn)斜齒輪的幾何尺寸計(jì)算。如：bB2B22.重合度直齒輪：斜齒輪：其中εβ

＝△L/pbt△LβbβbB1B1＝btanβb/pbt

＝εα

+εβB1B1bB2B2Lεα＝L/pb

ε=(L+△L)/pbt＝btanβ/pt平行軸斜齒輪的重合度隨螺旋角β和齒寬b的增大而增大。設(shè)計(jì)：潘存云cdβρ四、斜齒輪的當(dāng)量齒數(shù)定義：與斜齒輪法面齒