《机械设计》课程教学资源（PPT课件）第08章 齿轮传动

第八章齿轮传动概述S 8-1S 8-2齿轮传动的失效形式及设计准则S 8-3齿轮的常用材料s 8-4圆柱齿轮传动的受力分析和计算载荷S 8-5直齿圆柱齿轮传动的强度计算S 8-6齿轮的许用应力S 8-7斜齿圆柱齿轮传动的强度计算S8-8直齿锥齿轮传动S8-9齿轮传动的润滑与效率S 8-10齿轮的结构

第八章 齿轮传动 §8-1 概述 §8-2 齿轮传动的失效形式及设计准则 §8-3 齿轮的常用材料 §8-4 圆柱齿轮传动的受力分析和计算载荷 §8-5 直齿圆柱齿轮传动的强度计算 §8-6 齿轮的许用应力 §8-8 直齿锥齿轮传动 §8-10 齿轮的结构 §8-9 齿轮传动的润滑与效率 §8-7 斜齿圆柱齿轮传动的强度计算

S8-1 概述齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，其应用范围十分广泛。齿轮传动的特点、类型和基本问题1. 特点：1工作可靠，寿命长；2)这也是齿轮传动获得广泛应用的原因之一。传动比恒定：优点3)可达99%，在常用的机械传动中，其效率最高效率高；40结构紧凑；在相同条件下，齿轮传动所需的空间一般较小。5)适用性广。制造及安装精度要求高；缺点2)成本高。2. 类型平行轴齿轮传动（圆柱齿轮）（锥齿轮）相交轴齿轮传动按轴的布置分交错轴齿轮传动NO

§8-1概述1 一、齿轮传动的特点、类型和基本问题 3）效率高； 4）结构紧凑； 1）工作可靠，寿命长； 2）传动比恒定； 齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，其应用范围十分广泛。 §8-1 概 述 1. 特点： 5）适用性广。 可达99％，在常用的机械传动中，其效率最高。 在相同条件下，齿轮传动所需的空间一般较小。 这也是齿轮传动获得广泛应用的原因之一。 优点 缺点 1）制造及安装精度要求高； 2）成本高。 2. 类型 按轴的布置分 平行轴齿轮传动 相交轴齿轮传动 交错轴齿轮传动 （锥齿轮） （圆柱齿轮）

概述直齿轮传动斜齿轮传动按齿向分：人字齿轮传动渐开线齿轮摆线齿轮按齿廓分：圆弧齿轮闭式传动按工作条件分：开式传动软齿面齿轮（齿面硬度≤350HBS）按齿面硬度分：硬齿面齿轮（齿面硬度>350HBS）3.基本问题：1）传动平稳：即要求瞬时传动比恒定。2）足够的承载能力：即要求在预期的使用期限内不失效。NO

概述2 按齿向分： 直齿轮传动 斜齿轮传动 人字齿轮传动 按工作条件分： 闭式传动 开式传动 软齿面齿轮（齿面硬度≤350HBS） 硬齿面齿轮（齿面硬度＞350HBS） 按齿面硬度分： 按齿廓分： 渐开线齿轮 摆线齿轮 圆弧齿轮 3. 基本问题： 1）传动平稳：即要求瞬时传动比i恒定。 2）足够的承载能力：即要求在预期的使用期限内不失效。 概 述

S 8-2齿轮传动的失效形式和设计准则一、失效形式齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，常见的失效形式有：疲劳折断轮齿折断分为：过载折断：属于静强度破坏。齿面点蚀多发生在轮齿的节线附近靠近齿根的一侧。冷胶和分为齿面胶合是在重载条件下产生的粘着磨损现象。热胶合齿面磨粒磨损使轮齿变薄，最后导致轮齿折断。塑性变形是重载软齿面，在摩擦力作用下引起的材料塑性流动。节线三动齿从动齿摩擦力方向2磨粒磨损轮齿折断齿面点蚀齿面胶合塑性变形Q

§ 8-2齿轮传动的失效形式及设计准则 §8-2 齿轮传动的失效形式和设计准则 一、失效形式 轮齿折断 齿面点蚀 齿面胶合 齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，常见的失效形式有： 分为： 疲劳折断 过载折断：属于静强度破坏。 多发生在轮齿的节线附近靠近齿根的一侧。 是在重载条件下产生的粘着磨损现象。 齿面磨粒磨损 使轮齿变薄，最后导致轮齿折断。 塑性变形 是重载软齿面，在摩擦力作用下引起的材料塑性流动。 冷胶和 热胶合 分为 轮齿折断 齿面点蚀 齿面胶合 磨粒磨损 塑性变形

齿轮传动的失效形式和设计准则注：由于磨损比点蚀的形成快，故开式传动中见不到点蚀现象。普通闭式传动的主要失效形式为：轮齿的疲劳折断和点蚀普通开式传动的主要失效形式为：轮齿的疲劳折断和磨粒磨损设计准则为防止轮齿的疲劳折断，需计算齿根弯曲疲劳强度为防止齿面点蚀，需计算齿面接触疲劳强度。对一般工况下的普通齿轮传动，其设计准则为：软齿面：按齿面接触疲劳强度进行设计计算（确定齿轮的参数和尺寸），然后校核齿根弯曲疲劳强度。闭式传动硬齿面：按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算（确定齿轮的参数和尺寸），然后校核齿面接触疲劳强度2）开式传动：只计算齿根弯曲疲劳强度，适当加大模数（预留磨损量）。注：对高速重载传动，还应按齿面抗胶合能力进行计算

设计准则 对一般工况下的普通齿轮传动，其设计准则为： 为防止轮齿的疲劳折断，需计算齿根弯曲疲劳强度。 为防止齿面点蚀，需计算齿面接触疲劳强度。 注：对高速重载传动，还应按齿面抗胶合能力进行计算。 二、设计准则 1）闭式传动 硬齿面：按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算（确定齿轮的 参数和尺寸），然后校核齿面接触疲劳强度 软齿面：按齿面接触疲劳强度进行设计计算（确定齿轮的 参数和尺寸），然后校核齿根弯曲疲劳强度。 2）开式传动：只计算齿根弯曲疲劳强度，适当加大模数（预留磨损量）。 齿轮传动的失效形式和设计准则 注：由于磨损比点蚀的形成快，故开式传动中见不到点蚀现象。 普通闭式传动的主要失效形式为：轮齿的疲劳折断和点蚀 普通开式传动的主要失效形式为：轮齿的疲劳折断和磨粒磨损

S 8-3齿轮的常用材料对齿轮材料性能的要求：齿面硬、芯部韧。一、常用的齿轮材料碳钢钢：（见表8-1）最常用；合金钢铸铁：（见表8-3）用于低速、轻载、不太重要的场合；非金属材料：如尼龙、塑料等。适用于高速、轻载、且要求降低噪音的场合。锻造：适用于中、小尺寸的齿轮齿轮的毛坏：铸造：适用于形状复杂、尺寸大的齿轮。（见表8一2）二、常用的热处理方法调质、正火：一一得软齿面，5强度低，工艺简单。NO

§ 8-3 齿轮的常用材料 §8-3 齿轮的常用材料 对齿轮材料性能的要求：齿面硬、芯部韧。 一、常用的齿轮材料 钢： 铸铁：（见表8－3） 用于低速、轻载、不太重要的场合； 非金属材料：如尼龙、塑料等。适用于高速、轻载、且要求降低噪 音的场合。 最常用； 碳钢 合金钢（见表8－1） 二、常用的热处理方法（见表8－2） 齿轮的毛坯： 锻造 铸造 ：适用于形状复杂、尺寸大的齿轮。 ：适用于中、小尺寸的齿轮。 调质、正火： －－得软齿面，强度低，工艺简单

齿轮的常用材料适用于中碳钢适用于低碳钢整体淬火、表面淬火、渗碳淬火、渗氮等：一一得硬齿面，强度高。不需磨齿淬火后需磨齿，工艺复杂。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；应考虑齿轮的尺寸天小，毛坏成型方法及热处理和制造工艺；钢制软齿面齿轮，小轮的齿面硬度应比大齿轮高20～50HBS。硬齿面齿轮传动，两轮的齿面硬度可大致相同，或小轮硬度略高NO

齿轮的材料2 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； 应考虑齿轮的尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺； 钢制软齿面齿轮，小轮的齿面硬度应比大齿轮高20～50HBS。 硬齿面齿轮传动，两轮的齿面硬度可大致相同，或小轮硬度略高。 整体淬火、表面淬火、渗碳淬火、渗氮等：－－得硬齿面，强度高。 淬火后需磨齿，工艺复杂。 适用于中碳钢 适用于低碳钢 不需磨齿 齿轮的常用材料

S 8-4圆柱齿轮传动的受力分析和载荷计算轮齿的受力分析1.直齿圆柱齿轮FFt用集中作用于分度圆上齿宽中点处的法向力F代替轮齿所受的分布力，将F分解，得：2T切向力：F=dj径向力：(8-1)F = F tanαF啮合传动中，直轮齿的受力分析法向力：FncosαFrFn式中：d，一一为小轮的分度圆直径（mm）OT一一为小轮的名义转矩（N·mm）Ft主动轮F的方向与其转向相反；从动轮F的方向与其转向相同。径向力F的方向指向各自的轮心(外齿轮)NO

§ 8-4 圆柱齿轮的受力 分析载荷计算 一、轮齿的受力分析 1 1 t 2 d T F = Fr = Ft tan 啮合传动中，直轮齿的受力分析 切向力： 径向力： cos t n F 法向力： F = T1 －－为小轮的名义转矩（N·mm）。 式中： d1 －－为小轮的分度圆直径（mm）。 主动轮 Ft 的方向与其转向相反； 从动轮 Ft 的方向与其转向相同。 径向力Fr 的方向指向各自的轮心（外齿轮）。 1. 直齿圆柱齿轮 （8－1） §8-4 圆柱齿轮传动的受力分析和载荷计算 用集中作用于分度圆上齿宽中点处的法向 力 Fn 代替轮齿所受的分布力，将 Fn 分解，得：

圆柱齿轮传动的受力分析和载荷计算2.斜齿圆柱齿轮w0FF.1左旋主动b)2T斜齿轮受力切向力：F=d啮合传动中，轮齿的受力分析tanαn(8-2)径向力：F=Fcosβ轴向力：F=Ftanβ轴向力F的方向：用“主动轮左右手法则”判断。N

圆柱齿轮的受力分析 啮合传动中，轮齿的受力分析 2. 斜齿圆柱齿轮 1 1 t 2 d T F =   cos tan r t n F = F 切向力： 径向力： 轴向力： Fx = Ft tan  （8－2） 斜齿轮受力 轴向力Fx的方向：用“主动轮左右手法则”判断。 圆柱齿轮传动的受力分析和载荷计算

练习1主动1主动1 主动71二级受力分析

1 主动 2 Ft1 Ft 2 Fx1 Fx2 Fr 2 Fr1 1 主动 2 Fx1 1 主动 2 Fx1 二级受力分析 练 习 受力分析练习