齿轮传动-ppt课件

(3) 把各分力画在啮合点上 在标出齿轮2、 3 受各分力的方向时，要将各力画在所啮合点上。
注意：不要把轴向力直接画在轴线或表示轮齿旋向 的斜线上。
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第第四四节节 齿齿轮轮强强度校度核 校核
齿轮的失效，通常都集中在轮齿部分。 轮齿的 主要失效形式有：轮齿折断、齿 面磨损、齿面点 蚀、齿面胶合、齿面塑 性变形等五种。为保证 齿轮传动所需工 作寿命，应进行强度计算与强 度校核。 一般只进行两类强度计算:齿面接触 疲劳 强度计算，齿根弯曲疲劳强度计算。
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二、斜齿圆柱齿轮受力分析
1、各力的大小
圆周力 径向力
F 2T1 d1
F F tan cos
轴向力
F
法向力
FF
F cotsan
T1 9.55
10
cos
6 P1 n1
式中：n 法面分度圆
压力角
t 端面分度圆压力角 分度圆螺旋角
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b 基圆螺旋角
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2、各力的方向
圆周力 Ft：主动轮上的与转向相反，从动轮上的与转向相同；
常用于制造小齿轮和蜗杆 用于制造承受冲击和交变载荷的齿
轮和蜗杆 用于制造速度较高的耐磨
调质渗氮
齿轮
猝火调质
用于制造需氮化的齿轮，热 处 理 后不必磨齿 用于要求防锈、防腐的 齿轮，猝火 后 变形极 小，齿面光 泽
用于制造要求重鱼轻、受力较小的 齿轮
用于制造高抗磨或防磁的重要齿轮
及蜗轮 用于制造抗磨、防腐的次要
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1、各力的大小
2
F t
Td
1
1
F F tan
rt
F Ft 2T1
n
cos d
1
T1 9.55 10
cos
6P n1
1
式中：T1 主动齿轮传递的名义转矩(N.mm)；
d1
主动齿轮分度圆直径(mm)；
分度圆压力角(°)；
P1
主动齿轮传递的功率(kW)；
n1
主动齿轮的转速(r/min)。
齿轮及蜗轮
用于制造抗磨、抗腐性要求一般的 齿轮及蜗轮
用于制造不要求抗磨性，要 求 抗 冲击、振动和 噪声小的齿轮
四、齿轮材料的选择原则
选择齿轮材料主要考虑传动特点和工作条件：
（小模数齿轮，应用范围决定材料）
①为保持精度持久 ②要求重量轻 ③减小噪声或防腐蚀 ④传动大功率 ⑤抗腐蚀和高耐磨
耐磨材料 铝合金或非金属材料 非金属材料 硬度和强度较高的材料 合金钢
1）圆周力Ft ：主反从同，即主动轮的圆周力为阻力，与
回 转方向相反；从动轮的圆周力为驱动力，与回转方向相同。
2）径向力Fr：分别指向各自轮心。注意：这一结论在大
多 数情况下是正确的，唯一例外的是对于圆柱内齿轮其径向力 Fr 应为背离其轮心。
3）轴向力Fa ：直齿圆柱齿轮没有轴向力，即Fa = 0 ，它
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一对齿轮刚接触时的受力状态，是强度计算 的重要基础。齿根的应力集中是产生疲劳裂纹的 根源，所以齿根圆角不宜过小；齿根受拉应力的 一边更宜折断。
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30º
齿根危险截面的位置用30º切线法确定。作与轮齿对 称中心线成30º角的两直线与齿根圆角过渡曲线相
切，连接两切点的齿厚即为齿根危险截面的齿厚。
二、常用的齿轮材料
1.钢——含碳量为0.1％～0.6％→常用 →性能最好(可通过热处理提高机械性能) ⑴ 锻钢——钢材经锻造, 性能提高→最常用
45、35SiMn、42SiMn、40Cr、35CrMo (2)铸钢——耐磨性和强度均较好，承载能力稍低于锻 钢， 常用于尺寸较大(d>400～600mm)且不宜锻造的场 合。 ZG310-570、ZG340-640 成本高
2. 铸铁－用于开式、低速齿轮，强度差，易成型 ⑴灰口铸铁—— HT200、HT300 ⑵球墨铸铁—— QT500-7
3.非金属材料——用于小功率、速度高、低噪音
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三、常用热处理
A、正火----批量小、单件生产、对传动尺寸没有严格限 制时，常采用正火处理。
B、调质----得到的均是软齿面(硬度≤350HBS)，常用于 对尺寸和精度要求不高的传动。
δ2 从动轮的分锥角；
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2、各力的方向
圆周力 Ft：主动轮上的与转向相反，从动轮上 的 与转向相同；
径向力Fr：分别指向各自轮心； 轴向力Fa：分
别指向各自大端。
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3、各力对应关系
Fa1是轮1的轴向力，也是 轮2的径向力Fr2 即：
Fn1= -Fn2 Ft1= -Ft2 Fa1= -Fr2 Fr1= -Fa2
碳氮共渗：碳氮共渗工艺时间短，且有渗氮的优点，可 以代替渗碳淬火，其材料和渗碳淬火的相同。
当两齿轮材料相同时，采用不同的热处理
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材料名称
表 2. 5
一1
材料牌号
优质碳素结构钢 优质碳素工具钢
15 20
40 45 50
T8A
Tl
OA 15Cr
合金钢
20Cr
40Cr
不锈钢
38CrMoAlA
硬铝超硬铝 锡青 2Cr13Ni2
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三、齿轮传动的设计要求
①功率传动——主要用来传递功率。强度要求 ②示数传动——主要用来传递准确旋转运动。强度要求 精度要求
四、齿轮传动的基本要求
齿轮传动应满足两项基本要求: 1)传动平稳 2)承载能力高 在齿轮设计、生产和科研中，有关齿廓曲线、齿轮强 度、制造精 度、加工方法以及热处理工艺等，基本上都是围 绕这两个基本要 求进行的
铜
铸铁青铜 黄铜 ZCuSnl OP bl
夹布胶木 卡普隆 高
分子增强尼龙 6 聚碳酸酷
ZCuA19Mn2 H62
小
模
数
齿
轮 常用材料和
热热处处理理
应用范
围
渗碳猝火 回火 正火或调质 猝火
调质 渗碳（氮）猝火、
回火 调质渗氮
常用于圆周速度 3 mi s 以下的齿轮 常用于圆周速度较高和强度较高的 齿轮和蜗 杅
需要强调：上述左右手定则仅适用于主动轮。
②直齿锥齿轮轴向力Fa 的方向：由小端指向大端。
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圆柱齿轮和直齿锥齿轮传动各分力 方向的判断方法可综合如下表：
斜齿圆柱齿轮和直齿锥齿轮传动各分力方向的标示 方法如下图所示：
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六、典型例题分析
齿轮传动受力分析这类题目，一般给定 传动方案、输入或输出齿轮轴转向以及某个 斜齿轮的轮齿旋向，另可附加一些其他条 件。要求确定输出或输入齿轮轴转向，其余 待定齿轮轮齿旋向，标出齿轮所受各分力的 方向以及画出某齿轮轴的空间受力简图等。
第二篇
第五章 齿轮传动设计
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第第一一节节 基基础础知知识
识 齿轮传动是机械传动中最重要、应用最广泛的一种传动。
一、齿轮传动的特点
优点：1）传动效率高 2）传动比恒定 3）结构紧凑 4）工作可 靠、寿命长 缺点：1）制造、安装精度要求较高 2）不适于中心距较大两轴 间传动 3）使用维护费用较高 4）精度低时、噪音、振动较大
一、直齿圆柱齿轮受力分析
受力分析步骤：
①力的作用点为节点；
②轮齿间相互作用的法向 力
（总作用力）Fn沿啮合线
指向工作齿面；
③Fn分解为圆周力（切向 一对直齿圆柱齿轮，若略去齿面间的力 力摩）F擦a F力。t、，径轮向齿力节F点r、处轴向
的法向力Fn可分解为两对互相垂直的分力：切于分度圆上
的圆周力Ft1、Ft2 和沿半径方向的径向力Fr1、Fr2 。
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四、蜗杆、蜗轮受力分析
作用于蜗轮上的转矩T2（N·m）使其匀 速转动, 蜗轮分度圆直径为d2，
则作用于其分度圆上节点处的圆周力：
Ft ＝ T2 / d2 在端面内轮齿的正压力：
Ftn ＝ Ft / cos
法面内齿轮的正压力：
Fn ＝ Ft / （cos n·cosβ）
上的轴向力：
作用于蜗轮
可视 为斜齿圆柱齿轮的特例。
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①斜齿圆柱齿轮轴向力Fa 的方向取决于齿轮的回 转方向和轮齿螺旋线方向。
主动轮轴向力Fa可用左、右手定则来判断：当主动 轮为右旋时，用右手，主动轮为左旋时，用左 手，以四指的弯曲方向表示主动轮的转向，则拇 指指向即为它所受轴向力的方向。 从动轮轴向力方向：与主动轮的轴向力方向相反。
Fx＝ Ft·tan β
作用于蜗轮、蜗杆上的径向力：
Fr＝ Ft·tan
蜗杆上的轴向力与蜗轮上的圆周力相等， 蜗杆上的圆周力与蜗轮上的轴向力相等。
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五、 齿轮传动的受力分析小结
在作齿轮传动的受力分析时，必须要分清主动轮和从动 轮。 关于各力的大小已经给出计算公式，下面将着重就如何正 确地 判断各力的方向和做到在图中正确地标注进行讨论:
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三、圆锥齿轮受力分析
1、各力的大小
2
F t1
dT
1
m1
F F tan cos
r1 t1
1
F F tan sin
a1 t1
1
Fn
Ft
cos d
2T
1cos
m1
T 9.55 1
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6P n1
1
式中： dm1 主动轮1齿宽中点处的分度圆直径；
分度圆压力角；
δ1 主动轮的分锥角；
C、整体（表面）淬火----整体（表面）淬火后再低温回 火。常用材料为中碳钢或中碳合金钢。
D、渗碳淬火----冲击载荷较大的齿轮，宜采用渗碳淬 火。常用材料有：低碳钢或低碳合金钢。
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E、表面氮化----得到的均是硬齿面(硬度＞350HBS)，常用 于高速、重载、精密传动
渗氮齿轮硬度高、变形小，适用于内齿轮和难于磨削的 齿轮。
二、齿轮传动的主要类型
1、按传动轴相对位置
平行轴齿轮传动
相交轴齿轮传动
交错轴齿轮传动
2、按工作条件
开式——齿轮完全外露，易落入灰砂和杂物，不能保证良好 的润滑，轮齿易磨损，多用于低速、不重要的场合 半开式——装有简单的防护罩，有时还把大齿轮部分浸入油 池中，比开式传动润滑好些，但仍不能严密防止灰砂及杂物 的 浸入，多用于农业机械、建筑机械及简单机械设备 闭式——齿轮和轴承完全封闭在箱体内，能保证良好的润滑 和较好的啮合精度，应用广泛。多用于汽车、机床及航空发 动 机等的齿轮传动中
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例1 两级斜齿圆柱齿轮传动如图所示。 已知动力输 入 轴Ⅰ的转向。试求：
(1) 标出输出轴Ⅲ的转向； (2) 确定齿轮2 、3、 4 的轮齿旋向，为减小轮齿偏载，
要求轴Ⅱ上两斜齿轮轴向力可相互抵消部分；
(3) 标出齿轮2 、3 所受各分力的方向。
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解：输出轴的转向、齿轮2、 3、 4 轮齿的旋向以及齿 轮 2 、3 所受各分力的方向见下图。
圆周力Ft的大小可直接由齿轮所传递的转矩确定，
因此在进行齿 轮受力分析时，总是将其它各力表
示为F最t新的课函件数。
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2、各力的方向 ①圆周力Ft ：主动轮圆周力的方向与回转方向相 反；从动轮圆周力的方向与回转方向相同。 ②径向力Fr ：分别指向各自轮心。
3、各力对应关系 作用在主动轮和从动轮上的各 对应力大小相等，方向 相反。 即：Fn1= -Fn2 Ft1= -Ft2 Fr1= -Fr2
径向力Fr：分别指向各自轮心；
轴向力Fa：主动轮的轴向力用“左右手法则”来判断：当主动
轮
右旋时，用右手四指的弯曲方向表示主动轮的转动方向，大拇
指所指的方向即为轴向力的方向；主动轮左旋时，用左手来判
断，方法同上。 最新课件
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3、各力对应关系
作用在主动轮和从动轮上的 各对应 力大小相等，方向相 反。 即：Fn1= -Fn2 Ft1= -Ft2 Fr1= -Fr2 Fa1= -Fa2
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第第二二节节 常常用用材材料料和热和处热理 一、对齿轮材料的基本要处求理
1.齿面要硬, 齿芯要韧 2.易于加工及热处理 3.为了保证大、小齿轮有相同的使用寿命，小轮齿
面硬度应比大轮高30～50HBS┌软齿面 HBS≤350
└ 硬齿面 HBS＞350
原因：1）小齿轮齿根强度较弱 2）小齿轮的应力循环次数较多 3) 当大小齿轮有较大硬度差时，较硬的小齿轮会对较软 的 大齿轮齿面产生冷作硬化的作用，可提高大齿轮的 接触疲劳 强度
⑥抗腐蚀性、防磁性和机械性能都好
青铜或黄铜
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第第三三节节齿齿轮轮传传动受动力受分力析 分析
齿轮的受力分析是设计齿轮的基础，同时，也可为 设计轴及轴承提供初始条件。
齿轮啮合时，可看作是两圆柱体的接触，其半径等 于两齿廓在啮合点的曲率半径，啮合点由齿根向齿顶移 动（主动轮），疲劳损坏多发生在节点附近，且节点附 近处一般只有一对轮齿受载，故受力分析在节点啮合时 计算。
解题思路：
(1) 中间轴上两轮轮齿旋向相同 要想使轴Ⅱ上两斜齿轮 所受轴向 力相互抵消一部分，以减小中间 轴上轴承的 轴向载荷，必须使该 轴上两斜齿轮所受轴向力方向相 反。由于两齿轮转向相同，螺旋 线方向相同，但一为从 动(齿轮 2)， 一为主动(齿轮3) ，其轴向 力才会反向。
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(2) 认清主动轮及其旋向 在判断齿轮2、 3 轴 分力方向时，要用“左、右手向定则”。由于“左、 右手 定则”仅适用于一对啮合齿轮中的主动轮。因 此，首 先要分清齿轮主动还是从动。