西南交通大学机械基础系列电子讲稿：《机械设计》精品课程（第二版）_齿轮传动

齿轮传动 §1齿轮传动概述 §2齿轮传动的基本参数 §3齿轮传动的失效形式及设计准则 §4齿轮的材料及其选择原则 §5圆柱齿轮传动的受力分析 §6齿轮传动的计算载荷 §7标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 §8标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 §9直齿锥齿轮传动 §10齿轮传动的效率与润滑 §11齿轮的结构设计

齿 轮 传 动 §1 齿轮传动概述 §2 齿轮传动的基本参数 §3 齿轮传动的失效形式及设计准则 §4 齿轮的材料及其选择原则 §5 圆柱齿轮传动的受力分析 §6 齿轮传动的计算载荷 §7 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 §8 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 §9 直齿锥齿轮传动 §10齿轮传动的效率与润滑 §11齿轮的结构设计

●第五章齿轮传动 §1概述 齿轮传动是机械传动中应用最广泛的一种传动形式。 已达到的水平:P1×105W 300m/s D--33m m-105r/min 、主要特点 优点:1)形闭合,效率高(0.98-0.99); 2)工作可靠,寿命长; 3)结构紧凑,外廓尺寸小; 4)瞬时i为常数 缺点:1)制造费用大,需专用机床和设备;- 2)精度低时,振动、噪音大; 3)不适于中心距大的场合

机械设计 第五章 齿轮传动 2 §1 概述 齿轮传动是机械传动中应用最广泛的一种传动形式。 已达到的水平： P——1×105kW v——300m/s D——33m n——105r/min 一、主要特点 优点： 1）形闭合，效率高(0.98~0.99)； 2）工作可靠，寿命长； 3）结构紧凑，外廓尺寸小； 4）瞬时i 为常数。 缺点： 2）精度低时，振动、噪音大； 3）不适于中心距大的场合。 1）制造费用大，需专用机床和设备；

·第五章齿轮传动 、分类 1、按两轴线位置分 平行轴齿轮传动 (圆柱齿轮传动 直齿轮传动平行轴斜齿轮传动人字齿轮传动 齿轮齿条传动 内齿轮传动 相交轴齿轮传动 交错轴齿轮传动 锥齿轮传动 直齿锥齿轮传动斜齿锥齿轮传动曲线齿锥齿轮传动交错轴斜齿轮传动准双曲面齿轮传动

机械设计 第五章 齿轮传动 3 二、分类 1、按两轴线位置分

●第五章齿轮传动 2、按工作条件分(失效形式不同) 开式传动:低速传动,润滑条件差,易磨损; 半开式传动:装有简单的防护罩,但仍不能严密防止杂物侵入; 闭式传动:齿轮等全封闭于箱体内,润滑良好,使用广泛。 3、按齿面硬度分(失效形式不同) 软齿面:HB≤350; 硬齿面:HB>350。 三、基本要求 1、传动平稳(i= const)。—运动要求 2、承载能力高。—传递动力要求

机械设计 第五章 齿轮传动 4 2、按工作条件分（失效形式不同） 开式传动：低速传动，润滑条件差，易磨损； 半开式传动：装有简单的防护罩，但仍不能严密防止杂物侵入； 闭式传动：齿轮等全封闭于箱体内，润滑良好，使用广泛。 3、按齿面硬度分（失效形式不同） 软齿面：HB≤350； 硬齿面：HB＞350。 三、基本要求 1、传动平稳（i=const）。 2、承载能力高。 ——运动要求 ——传递动力要求

●·第五章齿轮传动 §2齿轮传动的主要参数 1、主要参数 1)基本齿廓、模数、中心距查《机械原理》、表12.2~12.4 2)传动比、齿数比u n1_d2=2(从动轮)减速传动:i> n2d1z1(主动轮) 增速传动:i<1 大齿轮 减速传动:u=i 小齿轮 增速传动:u=1/i 3)变位系数 径向变位齿轮:加工时刀具从标准位置移动一径向距离xm。 刀具移远\根圆齿 刀具移近根圆 齿 正变位节圆根 顶圆 负变位节回根 变 顶圆 变 加工刀具 厚 加工刀具 薄 +Xm -xn

机械设计 第五章 齿轮传动 5 §2 齿轮传动的主要参数 1、主要参数 1）基本齿廓、模数、中心距—查《机械原理》、表12.2 ~12.4 2）传动比i、齿数比u （主动轮） 从动轮） 1 2 1 2 2 1 ( z z d d n n i = = = 减速传动：i＞1 增速传动：i＜1 = 1 小齿轮 大齿轮 z z u 减速传动：u=i 增速传动：u=1/i 3）变位系数 径向变位齿轮：加工时刀具从标准位置移动一径向距离xm。 齿 根 变 厚 齿 根 变 薄 正变位 刀具移远 负变位 刀具移近

●第五章齿轮传动 高度变位:x1+x2=0、x1=-x2≠0。啮合角=a 对齿轮 d′=d,ha、h改变了。 角度变位:x1+x2≠0,啮合角≠a,d"≠d 2、精度等级选择 GB规定:12个等级1(高)12(低)查《公差》 I组:运动准确性 每个等级分为三个组Ⅱ组:传动的平稳性 Ⅲ组:载荷分布均匀性 一般机械常用:7、8级 不同等级—不同的最高圆周速度(表12.6) §3失效形式 典型机械零件设计思路: 分析失效现象→失效机理(原因、后果、措施)→设计准则 →建立简化力学模型→强度计算→主要参数尺寸→结构设计

机械设计 第五章 齿轮传动 6 一对齿轮 高度变位：x1+x2=0、 x1= -x2≠0。啮合角=α d  =d ，ha、hf改变了。 角度变位： x1+x2≠0，啮合角≠α， d  d 2、精度等级选择 GB规定：12个等级 1(高)——12(低) 查《公差》 每个等级分为三个组 Ⅰ组：运动准确性 Ⅱ组：传动的平稳性 Ⅲ组：载荷分布均匀性 一般机械常用：7、8级 不同等级——不同的最高圆周速度 (表12.6) §3 失效形式 典型机械零件设计思路： 分析失效现象→失效机理（原因、后果、措施）→设计准则 →建立简化力学模型→强度计算→主要参数尺寸→结构设计

●第五章齿轮传动 齿轮的失效发生在轮齿,其它部分很少失效。 轮齿折断 齿面接触疲劳磨损(齿面点蚀) 失效形式 齿面胶合 齿面损伤 齿面磨粒磨损 齿面塑性流动 、轮齿折断 常发生于闭式硬齿面或开式传动中。 现象:①局部折断②整体折断

机械设计 第五章 齿轮传动 7 齿轮的失效发生在轮齿，其它部分很少失效。 失效形式 轮齿折断 齿面损伤 齿面接触疲劳磨损（齿面点蚀） 齿面胶合 齿面磨粒磨损 齿面塑性流动 一、轮齿折断 常发生于闭式硬齿面或开式传动中。 现象：①局部折断 ②整体折断

●第五章齿轮传动 位置:均始于齿根受拉应力一侧。 原因:·疲劳折断 ①轮齿受多次重复弯曲应力作用,齿根受拉一侧产生疲劳裂纹。 齿单侧受载 齿根弯曲 应力最大 齿双侧受载(1主动 ②齿根应力集中(形状突变、刀痕等),加速裂纹扩展→折断 过载折断 受冲击载荷或短时过载作用,突然折断,尤其见于 脆性材料(淬火钢、铸钢)齿轮。 后果:传动失效

机械设计 第五章 齿轮传动 8 • 过载折断 后果：传动失效 原因：• 疲劳折断 ① 轮齿受多次重复弯曲应力作用，齿根受拉一侧产生疲劳裂纹。 齿根弯曲 应力最大 σF＞[σF] ② 齿根应力集中(形状突变、刀痕等)，加速裂纹扩展→折断 σ t 齿双侧受载(1主动) σ t 齿单侧受载 1 2 3 受冲击载荷或短时过载作用，突然折断，尤其见于 脆性材料（淬火钢、铸钢）齿轮。 位置：均始于齿根受拉应力一侧

●第五章齿轮传动 齿宽b较小时,载荷易均布——整体折断 直齿轮 齿宽b较大时,易偏载 载荷集中在齿一端 斜齿轮:接触线倾斜 —局部折断 改善措施: 1)d一定时,z↓,m↑; 2)正变位; 齿根厚度↑ ↑抗弯强度 3)提高齿面硬度(HB↑)→[o]↑ 4)↑齿根过渡圆角半径; ↓应力集中 5)↓表面粗糙度,↓加工损伤; 6)↑轮齿精度; 改善载荷分布 7)↑支承刚度

机械设计 第五章 齿轮传动 9 直齿轮 齿宽b较小时，载荷易均布 ——整体折断 齿宽b较大时，易偏载 斜齿轮：接触线倾斜 ——载荷集中在齿一端 改善措施： 1）d一定时，z↓，m↑； 2）正变位； ——局部折断 齿根厚度↑ ↑抗弯强度 ↓应力集中 改善载荷分布 6）↑轮齿精度； 7）↑支承刚度。 4）↑齿根过渡圆角半径； 3）提高齿面硬度(HB↑)→[σF] ↑； 5）↓表面粗糙度，↓加工损伤；

●第五章齿轮传动 10 二、齿面接触疲劳磨损(齿面点蚀) 常出现在润滑良好的闭式软齿面传动中。 现象:节线靠近齿根部位出现麻点状小坑 原因:o1>[oH 脉动循环应力 1)齿面受多次交变应力作用,产生接触疲劳裂纹; 2)节线处常为单齿啮合,接触应力大; 3)节线处为纯滚动,靠近节线附近滑动速度小,油膜不易形成, 摩擦力大,易产生裂纹。 )润滑油进入裂缝,形成封闭高压油腔,楔挤作用使裂纹扩展。 (油粘度越小,裂纹扩展越快)

机械设计 第五章 齿轮传动 10 二、齿面接触疲劳磨损（齿面点蚀） 常出现在润滑良好的闭式软齿面传动中。 原因：σH＞[σH] 脉动循环应力 1）齿面受多次交变应力作用，产生接触疲劳裂纹； 4）润滑油进入裂缝，形成封闭高压油腔，楔挤作用使裂纹扩展。 （油粘度越小，裂纹扩展越快） 2）节线处常为单齿啮合，接触应力大； 3）节线处为纯滚动，靠近节线附近滑动速度小，油膜不易形成， 摩擦力大，易产生裂纹。 现象：节线靠近齿根部位出现麻点状小坑