第10章 齿轮传动
机械设计(西北工业大学第八版)第十章 齿轮传动
5.渗氮
渗氮后齿面硬度可达60-62HRC，因氮化温度低，轮 齿的变形小，适用于难于磨齿（如内齿轮），又要求齿 面硬度大的场合。
说 明
上述5种热处理方法中，3、4 两种方法得到的为 软齿面齿轮（HB≤350），其余 3 种得到硬齿面齿轮 （HB>350）。 三.齿轮材料的选择原则： 1.工作条件的要求：功率、可靠度、质量、环境 2.工艺要求：毛坯选择；热处理方式 3.硬度选择：*软齿面硬度350HBS；
k
K
t
t
A
k
rk
k
B
rb
O
单齿啮合的最低点接触应力最大。
通常按节点啮合进行计算 即：将渐开线齿廓在节点啮合当量成一对 圆柱体接触，再按赫兹公式计算。
H ZE
式中：
F L
1
1
1
1
2
2
1
1 N1P r1sin
d1 r1 sin sin 2 d2 2 sin 2
L
初始线接触 L
初始点接触
外接触
内接触
外接触
内接触
2.两平行轴圆柱体接触的最大接触应力：
受载前：线接触 受载后：矩形面接触
最大接触应力发生在接 触区的中线处,由弹性力 学知，最大接触应力为：
第十章 齿轮传动
机械设计
第十章 齿轮传动Fra Baidu bibliotek
特点：齿面硬度不高，限制了承载能力，但易于制造成本， 特点：齿面硬度不高，限制了承载能力，但易于制造成本， 常用于对尺寸和重量无严格要求的场合 无严格要求的场合。 常用于对尺寸和重量无严格要求的场合。 加工工艺：锻坯 加工毛坯——热处理（正火、调质 热处理（ 加工工艺：锻坯——加工毛坯 加工毛坯 热处理 正火、 HBS160-300）——切齿 HBS160-300） 切齿 2）硬齿面：HBS＞350 硬齿面：HBS＞ 低碳、中碳钢：20、45等 低碳、中碳钢：20、45等 低碳、中碳合金钢： 低碳、中碳合金钢：20Cr、20CrMnTi、20MnB等 特点：齿面硬度高、承载能力高、适用于对尺寸、重量有较 特点：齿面硬度高、承载能力高、适用于对尺寸、重量有较 高要求的场合（ 高速、重载及精密机械传动 传动）。 高要求的场合（如高速、重载及精密机械传动）。 精度7、8、9级。 精度7
机械设计
第十章 齿轮传动
点蚀机理
点蚀实例
机械设计
后果： 后果：
第十章 齿轮传动
传动失效
齿廓表面破坏，振动↑ 噪音↑ 齿廓表面破坏，振动↑，噪音↑，传动不平稳 接触面↓ 承载能力↓ 接触面↓，承载能力↓
第10章_齿轮传动
二、齿轮的设计准则 轮齿折断 齿面点蚀 齿面磨损 齿面胶合 塑性变形 设计准则： 设计准则： 保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断。 保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断。 保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。 保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。 闭式软齿面齿轮传动， 闭式软齿面齿轮传动，以保证齿面接触疲劳强度为主 闭式硬齿面或开式传动，以保证齿根弯曲疲劳强度为主。 闭式硬齿面或开式传动，以保证齿根弯曲疲劳强度为主。
齿轮传动的设计参数3 齿轮传动的设计参数
KFtYFaYsa σF = ≤ [σF ] bm
弯曲强度计算中，因大、小齿轮的 值不同， 弯曲强度计算中，因大、小齿轮的[σF] 、YFa、YSa 值不同，故 按此强度准则设计齿轮传动时， 按此强度准则设计齿轮传动时，应按
[σF ]
YFaYSa
较小者计算。 较小者计算。
过大将导致K 但φd过大将导致 β↑
φd的选取可参考齿宽系数表
二、齿轮传动的许用应力
KNσLim [σwk.baidu.com] = S
——KN为寿命系数 先计算循环次数 ， 先计算循环次数N
齿轮传动的设计参数2 齿轮传动的设计参数
N = 60njL h
n为齿轮的转数，单位为r/min； 为齿轮的转数，单位为 为齿轮的转数 ； j为齿轮转一圈，同一齿面啮合次数； 为齿轮转一圈，同一齿面啮合次数； 为齿轮转一圈 Lh为齿轮的工作寿命，单位为小时。 为齿轮的工作寿命，单位为小时。
第十章齿轮传动_答案
第⼗章齿轮传动_答案
第⼗章齿轮传动课堂练习
⼀、是⾮题
1．按齿⾯接触疲劳强度设计计算齿轮传动时，若两齿轮的许⽤接触应⼒陋[σH]1≠[σH]2，在计算公式中应带⼊⼤者进⾏计
算。( F ) 2．材料为20Cr的齿轮要达到硬齿⾯，适当的热处理⽅式是表⾯淬⽕。( F )
3．⼀对标准直齿圆柱齿轮，若z l=18，z2=72，则这对齿轮的弯曲应⼒σF1＜σF2。( F )
4．闭式软齿⾯齿轮传动设计中，⼩齿轮齿数的选择应以不根切为原则，选少些。( F )
5．⼀对齿轮啮合时，其齿相互作⽤的轮齿上受的接触应⼒⼤⼩相等。( T )
6．为减⼩减速器的结构尺⼨，在设计齿轮传动时，应尽量采⽤硬齿⾯齿轮。( T )
7．开式齿轮传动中，齿⾯点蚀不常见。( T )
8．采⽤⿎形齿是减⼩齿轮啮合振动产⽣的内部附加动载荷的重要措施。( F )
9．⼀对啮合的直齿圆柱齿轮材料相同，zl=18，z2=44，两轮齿根弯曲应⼒相同。( F )
10．动载系数Kv是考虑主、从动齿轮啮合振动产⽣的内部附加动载荷对齿轮载荷的影响系数。为了减⼩内部附加动载荷，可采⽤修缘齿。( T )
11．经过热处理的齿⾯是硬齿⾯，未经热处理的齿⾯是软齿⾯。( F )
12．现有A、B两对闭式直齿圆柱齿轮传动。A对齿轮参数为：m=2、zl=40、z2=90、b=60；B对齿轮参数为：m=4、zl=20、z2=45、b=60。其他条件均相同时，则B对齿轮的齿根弯曲疲劳强度⽐A对齿轮的⼤。( T )
13．直齿圆柱齿轮传动中节圆与分度圆永远相等。( F ) 14．斜齿轮的端⾯模数⼤于法⾯模数。( T )
第10章 齿轮传动
3、标准直齿圆柱齿轮几何尺寸
名称 齿距 齿厚 槽宽 齿顶高 齿根高 全齿高 分度圆直径
符号 p s e ha hf h d
计算公式 P=mπ s=mπ/2 e=mπ/2 ha=h＊ａm hf=（h＊ａ+c*）m h=（2 h＊ａ +c*）m d=mz
第10章 齿轮传动
一 齿轮机构的主要优点：
齿轮机构是应用最广的机构之一。 1）适用的圆周速度和功率范围广； 2）效率较高； 3）传动比稳定； 4）寿命较长； 5）工作可靠性较高； 6）可实现平行轴、任意角相交轴和任意角交
错轴之间的传动。
二 齿轮机构的主要缺点：
1）要求较高的制造和安装精度，成本较 高；
2.齿面点蚀
形成机理：
齿轮工作时，其工作表面上任一点所产生的接触应力 系由零(该点未进入啮合时)增加到一最大值(该点啮合 时)，即齿面接触应力是按脉动循环变化的。
若齿面接触应力超出材料的接触疲劳极限时，在载荷 的多次重复作用下，齿面表层就会产生细微的疲劳裂 纹，裂纹的蔓延扩展使金属微粒剥落下来而形成疲劳 点蚀，使轮齿啮合情况恶化而报废。
4、标准齿轮的公法线长度
齿轮上跨过一定齿数k所量得的渐开线间的法线距离，称 为齿轮的公法线长度，用Wk表示。通常公法线长度可用 下式计算：
第10章习题及其答案
及啮合角α ′ ），与压力角α 、顶隙系数 ca∗ 无关。
10-4 齿轮齿条啮合传动有何特点? 答：由于不论齿条在任何位置，其齿廓总与原始位置的齿廓平行，而啮合线垂直于齿廓。 因此，不论齿轮与齿条是否按标准安装，其啮合线的位置总是不变的，节点位置确定，齿轮 的节圆确定；当齿轮与齿条按标推安装时，齿轮的分度圆应与齿条的分度线相切。这时齿轮 的节圆与其分度圆重合，齿条的节线也与其分度线重合。因此，传动啮合角 α ′ 等于分度圆 压力角，也等于齿条的齿形角α 。 10-5 节圆与分度圆、啮合角与压力角有什么区别? 答：节圆是两轮啮合传动时在节点处相切的一对圆。只有当一对齿轮啮合传动时有了节 点才有节圆，对于一个单一的齿轮来说是不存在节圆的，而且两齿轮节圆的大小是随两齿轮
中心距的变化而变化的。而齿轮的分度圆是一个大小完全确定的圆。不论这个齿轮是否与另 一齿轮啮合，也不论两轮的中心距如何变化，每个齿轮都有一个惟一的、大小完全确定的分 度圆。
啮合角是指两轮传动时其节点处的速度矢量与啮合线之间所夹的锐角，压力角是指单个 齿轮渐开线上某一点的速度方向与该点法线方向所夹的角。根据定义可知，啮合角就是节圆 的压力角。对于标准齿轮，当其按标推中心距安装时，由于节圆与分度圆重台，故其啮合角 等于分度圆压力角。
m = 2mm ，α = 20o ，正常齿制。
（1）齿坯的角速度 ω
=
1 22.5
机械原理 课件 第十章 齿轮传动
设计齿轮时，先确定模数和齿数，再计算其他参数
基圆
计算基圆
d mZ
F
P m
i
vK
rb r cos
K
需要规定分度圆压力角来定义基圆
K B B A r
标准化为20（15、14.5）
ri
i
注意：渐开线每点的压力角不同 （越来越大）
rb
O
其他参数
齿轮各部分的名称和符号
•齿顶圆da(ra)
1、根据传动比分类
圆形齿轮（传动比恒定）
平面齿轮机构 2、根据两轴的相对位置分类 空间齿轮机构
外齿轮
平面齿轮机构（平行轴）
外齿轮 齿条 外齿轮
内齿轮
齿轮齿条
外啮合
内啮合
直齿圆柱齿轮Spur gear
斜齿圆柱齿轮Helical gear
人字齿齿轮Double Helical gear
空间齿轮机构
空间齿轮机构
* z , m , , ha , c*
分度圆直径d : d mz * h h a am 齿顶高ha： * h f ( ha c * )m 齿根高hf ： 齿全高h： h ha h f * )m 齿顶圆直径da: d a d 2ha ( z 2ha * 齿根圆直径df: d f d 2h f ( z 2ha 2c * )m d b d cos mz cos 基圆直径db: p m 齿距p： 齿厚s与齿槽宽e: s e m / 2 基圆齿厚pb：pb d b / z mz cos / z
《机械设计》讲义(第八版)濮良贵(第10章)要点
第十章齿轮传动
§１０—１概述：
本章主要介绍最常用的渐开线齿轮传动。
1．特点：
优：1）效率高（可达99%以上，这在大功率传动时意义很大）
2）结构紧凑
3）工作可靠，寿命长（可达几十年，如：机械表）。
4）传动比稳定
缺：制造、安装精度要求高，价高，不宜远距离传动。
2．传动型式：开式：齿轮完全暴露在外的齿轮传动。
半开式：有简单防护罩的齿轮传动。
闭式：由箱体密封的齿轮传动。
§１０—２齿轮传动的失效形式及设计准则：
硬齿面齿轮：齿面硬度大于350HBS或38HRC的齿轮。
软齿面齿轮：齿面硬度不大于350HBS或38HRC的齿轮。
一．失效形式：
齿轮传动的失效主要是轮齿失效，齿圈、轮辐、轮毂等其它部分很少失效，所以，以下仅介绍常见的轮齿失效形式：
1．轮齿折断：
1）折断形式：①疲劳折断：齿根受弯曲变应力作用→疲劳→折断。
②过载折断：
2）折断位置：常发生在轮齿根部。
∵根部弯曲应力最大，且截面变化大，
加式刀痕深，应力集中严重
3）抗折断措施：①
②增大轴及支承刚性→偏载↓。
54
③增加齿芯韧性，强化齿根表层（喷丸，滚压等）
2．齿面磨损：
传动时，啮合齿面间的相对滑动→磨损（是开式传动的主要失效形式）
3．齿面点蚀：
1）点蚀：在接触变应力的反复作用下，齿面材料因疲劳而小片脱落的现象。
2）位置：点蚀常先发生于节线附近的齿根一侧。
3）原因：①在节线附近啮合时，相对滑动速度低，润滑差，摩擦大。
②啮合齿对少，受力大，接触应力大。
注：点蚀是闭式传动的主要失效形式。
4）抗点蚀措施：
①提高齿面硬度。
②改善润滑条件：a、低速传动，采用粘度较大的润滑油。
第十章齿轮传动
*第十章齿轮传动
一、选择与填空题
10-1 在齿轮传动的设计计算中，对下列参数和尺寸应标准化的有__________；应圆整的有_______；没有标准化也不应圆整的有___________。
(1)斜齿轮的法面模数m n(2)斜齿轮的端面模数m t(3)直齿轮中心距a
(4)斜齿轮中心距a(5)齿宽B(6)齿厚s(7)分度圆压力角α
(8)螺旋角β(9)锥距R(10)齿顶圆直径d a
10-2 材料为20Cr钢的硬齿面齿轮，适宜的热处理方法是_________________。
(1)整体淬火(2)渗碳淬火(3)调质(4)表面淬火
10-3 将材料为45钢的齿轮毛坯加工成为6级精度的硬齿面直齿圆柱外齿轮，该齿轮制造工艺顺序应是_______________为宜。
(1)滚齿、表面淬火、磨齿(2)滚齿、磨齿、表面淬火(3)表面淬火、滚齿、磨齿
(4)滚齿、调质、磨齿
10-4 在齿轮传动中，仅将齿轮分度圆的压力角α增大，则齿面接触应力将_____________。
(1)增大(2)不变(3)减小
10-5 在齿轮传动中，将轮齿进行齿顶修缘的目的是_____________________，将轮齿加工成鼓形齿的目的是_____________。
10-6 影响齿轮传动动载系数K v大小的两个主要因素是_________________________________。
10-7 一对正确啮合的渐开线标准齿轮作减速传动时，如两轮的材料、热处理及齿面硬度均相同，则齿根弯曲应力_______________。
(1) σF1>σF2(2)σF1=σF2(3)σF1<σF2
第10章齿轮传动
① 弹性影响系数ZE（elastic factor） 根据一对齿轮的配对材料查表10-6
杜永平 齿轮传动
② 单位长度的计算载荷（calculated load）
Fn K Ft 2 KT1 Ft 2T1 d 1 pca K L L cos Ld1 cos
ZE
令区域系数为：
标准齿轮 200
Z H 2 sin cos 2.5
杜永平 齿轮传动
验算式：
H 2.5 Z E
设计式：
2 KT1 u 1 [ H ] 2 bd1 u
KT1 u 1 Z E 2 d 1 2.323 ( ) d u [ H ]
齿轮的许用应力：
K N lim [ ] S
式中： KN—寿命系数
考虑应力循环次数对强度影响的系数
杜永平 齿轮传动
弯曲疲劳寿命系数KFN查图10-18
1. 调质钢
杜永平
齿轮传动
接触疲劳寿命系数KHN查图10-19
2. 结构钢
杜永平
齿轮传动
S —疲劳强度安全系数 接触强度：取SH＝S＝1；
杜永平
齿轮传动
3. 齿根弯曲疲劳强度 （bending strength of tooth root）
以齿顶单齿啮合为计算依据
齿根部应力如图
第10章齿轮传动
3．齿面点蚀 点蚀是齿轮疲劳损伤现象之一，主要是 润滑良好的闭式齿轮传动的失效形式。 点蚀就是齿面材料在变化着的接触应力 作用下，由于疲劳而产生的麻点状损伤现象。 其原因：齿面接触应力是脉动循环变化， 接触应力超过材料的接触持久极限，且载荷 多次重复。 则：细微的疲劳裂纹扩大微粒剥落表 面凹坑
图10－6，7
• 减小动载荷：齿顶修缘
精度系数（可按齿轮精度等级）
3.齿间载荷分配系数K（表10－3）
对直齿轮和窄斜齿轮（<1）可假定只有一对 齿啮合，取K＝1 对于宽斜齿轮K应进行计算
4. 齿向载荷分配系数K （ KH表10－4， KF图10－13）
轴的弯曲、扭转、轴承支座的变形引起 载荷分布不均匀 为了改善载荷沿接触线分布不均的程度， 可以采取增大轴、轴承及支座的刚度，对称 地配置轴承，以及适当地限制轮齿的宽度等 措施。同时应尽可能避免齿轮作悬臂布置 如齿宽b与 表10－4 中值不符，可用插值法 查取KH 。
点蚀出现的位置：？ 点蚀首先发生在靠近节线的齿根面上，然后 向其它部位扩展。 （相对来讲，靠近节线的齿根面上抗点蚀能力 最差，即接触疲劳强度最低，为什么？ ）。
齿面抗点蚀能力主要与齿面硬度有关：齿面 硬度越高，抗点蚀能力越强（小齿轮应有较高 的硬度）；点蚀主要发生在HB<350软齿面闭式 传动； 润滑油粘度高，有利于防止点蚀的发生。 开式传动由于齿面磨损较快，很少出现点蚀；
北航机械原理及设计PPT第10章 齿轮传动.
北航机械原理及设计PPT第10章齿轮传动
一、齿轮传动的概念
齿轮传动是一种常用的机械传动方式，它利用齿轮的啮合传递动力和运动，广
泛应用于机械设备中，例如汽车、工程机械、机床等。齿轮传动的特点是传动平稳、传动效率高、传动比准确等，因此在工程设计中应用广泛。
二、齿轮传动的工作原理
齿轮传动通过齿轮的啮合来实现动力和运动的传递。啮合的齿轮被称为驱动齿轮，被驱动的齿轮被称为从动齿轮。当驱动齿轮运动时，通过齿轮齿面的啮合，驱动力矩和转速传递给从动齿轮。齿轮啮合的过程中，齿轮齿面之间产生的接触力和摩擦力使得齿轮产生转动，从而将动力和运动传递给被驱动的机构。
齿轮传动的主要参数有模数、压力角、齿数等，这些参数决定了齿轮的啮合性
能和传动特性。合理选择和设计齿轮传动的参数能够提高传动效率和可靠性。
三、齿轮传动的分类
齿轮传动根据齿轮的传动方式和布置形式可以分为多种类型，常见的有直齿轮
传动、斜齿轮传动、锥齿轮传动、蜗杆传动等。
1.直齿轮传动：直齿轮传动是指齿轮齿面与齿轮轴线平行的传动方式，
适用于传递大功率和高速运动的场合。直齿轮传动具有结构简单、制造成本低等优点，在工程中得到广泛应用。
2.斜齿轮传动：斜齿轮传动是指齿轮齿面与齿轮轴线呈一定角度的传动
方式，适用于传递大功率和高速运动的场合，能够提供更大的传动比。
3.锥齿轮传动：锥齿轮传动是指齿轮齿面呈锥面的传动方式，适用于传
递轴线不平行和交叉传动的场合，能够实现变速和反向传动。
4.蜗杆传动：蜗杆传动是指蜗轮和蜗杆的啮合传动方式，适用于传递大
功率和大速比的场合。
四、齿轮传动的计算与设计
第十章 齿轮传动
KFt σ F = σ F 0 • Ysa = YFaYsa bm
2T1 2T1 Ft = = d1 mz1
式中：
b = φd d1 = φd mz1
齿宽系数
最后得出： 最后得出：
校核公式：
2 KT1YFaYsa σF = ≤ [σ F ] 3 2 φd m z1
4. 齿轮传动强度计算说明
YFa1Ysa1 • 当按齿根弯曲强度设计时，应取 [σ ] 和 当按齿根弯曲强度设计时，应取： F 1
YFa 2Ysa 2 [σ F ]2
中较大值代入设计公式，以确定 值 中较大值代入设计公式，以确定m值; 当按齿根弯曲强度校核时， 当按齿根弯曲强度校核时，大小齿轮均应进行校核 • 当按齿面接触强度设计时，应取：[σH]1和[σH]2中较小值代 当按齿面接触强度设计时，应取： 入公式以确定d 入公式以确定 1值; 当按齿面接触强度校核时，也应按[σH]1和[σH]2中较小值为准 当按齿面接触强度校核时，也应按 • 若传动的两齿轮均为硬齿面，则两轮材料与热处理方法均 若传动的两齿轮均为硬齿面， 可相同， 可相同，设计时可分别按齿根弯曲强度和齿面接触强度设 计，结果取其中尺寸较大者 • 设计时，因K值未知，则可试取Kt，计算出mt或d1t值，再按 设计时， 值未知，则可试取K 计算出m 若相差不大，就取m 此结果查取各项K 求出的K 此结果查取各项K，求出的K与Kt若相差不大，就取mt或d1t值， 否则应校正， 否则应校正，即： d1 = d1t 3 K 或 m = mt 3 K K t Kt
齿轮传动(第10章)[行业荟萃]
![齿轮传动(第10章)[行业荟萃]](https://img.taocdn.com/s3/m/47f26a433186bceb19e8bbc8.png)
硬度选择：*软齿面硬度350HBS；
*软齿面齿轮HBS1-HBS230～50 * 避免胶合的合适配对：
软—软；软—硬；软—铁；硬—硬。
行业借鉴
22
钢制软齿面齿轮要求小齿轮硬度大于大齿轮30-50 HBS
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
功能：主要用来传递两轴间的回转运动，还可以实现回 转运动和直线运动之间的转换。
行业借鉴
2
1.1 齿轮传动的分类
①从使用要求分：传动齿轮和动力齿轮； ②从齿廓曲线来分：渐开线齿轮传动和非渐开线齿轮传动； ③从轮体外形分：圆柱齿轮传动和圆锥齿轮传动 ④从工作条件分：
开式齿轮传动：如水泥搅拌机齿轮、卷扬机齿轮 半开式齿轮传动：具有简易防护罩。
行业借鉴
25
2.动载系数： Kv
由于存在制造和装配的误差，受载后， 轮齿产生弹性变形，使得法节不相等， 导致瞬时传动比不准确，产生角加速 度
齿轮修缘
行业借鉴
26
2.动载系数： Kv (图10 8)
齿轮精度、速度
精度等级
行业借鉴
27
3.齿向载荷分布系数： K (KH、KF )
轮齿载荷沿接触线分布不均匀 轴上位置； 轴及支承刚度； 制造和安装精度。
第10章齿轮传动
4、齿向载荷分布系数Kβ
考虑轮齿沿接触线方向载荷分布不均匀影响的系数。
影响因素：由于齿轮的制造与安装误差、轴的弯 曲变形和扭转变形、齿宽的大小选用不当、轴承 的弹性位移等原因，将导致齿轮副相互倾斜及轮 齿扭曲。
一、失效形式 轮齿折断 齿面磨损 齿面点蚀 齿面胶合 轮齿塑性变形
失效形式
1、轮齿折断 主要是齿根弯曲疲劳折断，发生在齿根部位 。
轮齿折断的原因： 1）轮齿在多次重复载荷作用下，齿根处弯曲应
力过大，再加上齿根处易应力集中，从而发生疲 劳折断。
2）受到突然过载或过大的冲击载荷作用时，齿
根静强度不足，出现过载折断或剪断。
Байду номын сангаас
常用齿轮材料及其机械性能（续上表）
材料牌号 热处理方法
强度极限 屈服极限
σB / MPa σS / Mpa
ZG340~640 45 调质 30CrMnSi 35SiMn 38SiMnMo 40Cr 20Cr 20CrMnTi 渗碳后淬火 12Cr2Ni4 20Cr2Ni4 35CrAlA 调质后氮化(氮 38CrMnAlA 化层δ>0.3~0.5) 夹布胶木
学习本章的目的
本章学习的根本目的是掌握齿轮传动的设计方 法，也就是要能够根据齿轮工作条件的要求，能 设计出传动可靠的齿轮。
第十章 齿轮传动
第10章齿轮传动
（一）教学要求
了解齿轮机构的类型和应用，掌握齿廓啮合基本定理、渐开线性质、啮合特性、标准直齿圆柱齿轮的主要参数和尺寸计算，熟悉齿轮正确啮合条件和连续传动条件，能够计算斜齿轮、锥齿轮的几何尺寸，能正确分析齿轮失效原因，确定设计准则、进行强度校核。
（二）教学的重点与难点
重点：直齿圆柱齿轮基本参数的确定与几何尺寸、正确啮合条件、连续传动条件的计算、失效形式和计算准则、受力分析和强度计算。
难点：斜齿圆柱齿轮、锥齿轮的当量齿轮概念、受力分析和强度计算。
（三）教学内容
10.1 齿轮传动的特点和基本类型
10.2 渐开线齿轮的齿廓及传动比
10.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸计算
10.4 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动
10.5 渐开线齿轮的加工方法
10.6 渐开线齿廓的根切现象与标准外齿轮的最少齿数
10.7 变位齿轮传动
10.8 齿轮常见的失效形式与设计准则
10.9 齿轮的常用材料及许用应力
10.10 渐开线直齿圆柱齿轮传动的强度计算
10.11 斜齿圆柱齿轮传动
10.12 直齿圆锥齿轮传动
10.13 齿轮的结构设计及齿轮传动的润滑和效率
【学习内容】
本章将介绍渐开线圆柱直齿、斜齿轮以及直齿圆锥齿轮传动的设计计算，内容包括齿轮原理和齿轮强度两个方面，其中将着重讨论圆柱直齿轮的设计计算方法。
齿轮原理部分将介绍渐开线特性、啮合特性、啮合传动等，关于变位齿轮仅介绍传动计算的内容。齿轮强度部分将介绍齿轮材料的选择、失效形式、设计准则等，从而得出具体的设计计算方法。
10.1 齿轮传动的特点和基本类型
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第10章 齿轮传动
一．选择与填空
1.一对标准圆柱齿轮传动，已知z1=20，z2=50，它们的齿形系数是_________；
Ａ． 21Fs Fa Y Y < Ｂ．21Fs Fa Y Y = Ｃ．21Fs Fa Y Y >
齿根弯曲应力是_________；
Ａ． 21F F σσ< Ｂ．21F F σσ= Ｃ． 21F F σσ>
齿面接触应力是_________。
Ａ． 21H H σσ< Ｂ．21H H σσ= Ｃ． 21H H σσ>
2. 在下面各方法中，_________不能增加齿轮轮齿的弯曲强度。
Ａ．ｄ不变模数增大 Ｂ．由调质改为淬火 Ｃ．齿轮负变位 Ｄ．适当增加齿宽
3. 设计一对减速软齿面齿轮时，从等强度要求出发，大、小齿轮的硬度选择时，应使_________。 Ａ．两者硬度相等 Ｂ．小齿轮硬度高些 Ｃ．大齿轮硬度高些
Ｄ．小齿轮采用硬齿面，大齿轮采用软齿面
4. 为了提高齿轮传动的接触强度，可考虑采取_________。
Ａ．采用闭式传动 Ｂ．增大传动中心距 Ｃ．减小齿数，增大模数
5. 某齿轮箱中一对４５号钢调质齿轮，经常发生齿面疲劳点蚀，修配更换时，可采取的措施有_________和_________。
Ａ．用40Cr 钢调质后代替 Ｂ.适当增大齿轮模数m
Ｃ．仍用45号钢，改为齿面淬火 Ｄ.适当增大齿数ｚ
Ｅ．改用铸钢ZG45
6. 在闭式齿轮传动中，高速重载齿轮传动的主要失效形式为_________。
A. 轮齿疲劳折断 Ｂ．齿面磨损 C.齿面疲劳点蚀 D. 齿面胶合
7. 对于HBS ≤350的齿轮传动，当采用同一钢材制造时，一般将进行_________ 处理。
A ．小齿轮表面淬火，大齿轮调质 Ｂ．小齿轮表面淬火，大齿轮正火
Ｃ.小齿轮调质、大齿轮正火 Ｄ．小齿轮正火，大齿轮调质
8. 在齿轮传动中，为了减小动载系数，可采取的措施有_________、_________。
A ．提高齿轮的制造精度 Ｂ．减小齿轮的平均单位载荷
Ｃ．减小外加载荷的变化幅度 Ｄ. 低齿轮的圆周速度
9. 计算齿轮传动时，选择许用应力与_________没关系。
Ａ．材料硬度 Ｂ．应力循环次数 Ｃ．安全系数 Ｄ. 齿形系数
10. 直齿圆锥齿轮强度计算中，是以_________为计算依据的。
Ａ．大端当量直齿圆柱齿轮 Ｂ．大端分度圆柱齿轮
Ｃ．平均分度圆处的当量直齿圆柱齿轮 Ｄ．平均分度圆柱齿轮
11. 在圆柱齿轮传动中，材料与齿宽系数、齿数比、工作情况一定情况下，轮齿的接触强度主要取
决于_________，而弯曲强度主要取决于_________。
Ａ．模数 Ｂ．齿数 Ｃ．中心距 Ｄ．压力角
12. 在圆柱齿轮传动中，常使小齿轮齿宽略大于大齿轮齿宽，其目的是_________。
Ａ．提高小齿轮齿面接触强度 Ｂ．提高小齿轮齿根弯曲强度
Ｃ．补偿安装误差，以保证全齿宽的接触 Ｄ．减少小齿轮载荷分布不均
13. 斜齿圆柱齿轮的齿形系数和相同齿数的直齿圆柱齿轮相比是_________
Ａ．相等 Ｂ．较大 Ｃ．较小 Ｄ．视实际工作条件可能性大也可能小
14.选择齿轮毛坯的型式（轧制制圆钢、锻造、铸造）时，主要考虑_________。
A. 齿宽
B.齿轮直径 Ｃ．齿轮在轴上的布置位置 Ｄ．齿轮精度
15. 选择齿轮传动的平稳性精度等级时，主要依据_________。
Ａ．圆周速度 Ｂ．转速 Ｃ．传递的功率 Ｄ．承受的转矩
16．闭式软齿面齿轮传动中，齿面疲劳点蚀通常出现在_______________处，提高材料_________可
以增强轮齿抗点蚀能力。
17. 在齿轮传动中，若一对齿轮采用软齿面，则小齿轮的材料硬度比大齿轮的硬度____________HBS 。
18. 钢制齿轮，由于渗碳淬火后热处理变形大，一般需经过_________加工，否则不能保证齿轮精度。
19. 齿轮传动的强度计算中，齿形系数YFa 的大小与_________无关，主要取决于________________。
直齿圆柱齿轮按_________选取，而斜齿圆柱齿轮按_____________选取。
20. 圆柱齿轮传动设计时，齿宽系数φd = b/d ，当ｂ愈宽，承载能力也愈________，但使
__________________现象严重。选取φd 的原则是：两齿面均为软齿面时，取偏________值；精度高时，取偏________值；对称布置比悬臂布置，取偏________值。
二、简答题
1．轮齿的失效形式有哪些？闭式和开式传动的失效形式有哪些
2. 齿轮传动中为何两轮齿面要有一定的硬度差？
3. 如图所示为两级标准斜齿圆柱齿轮传动的减速器。已知齿轮2的参数mm m n 3=，512=z ，
︒=15β，左旋；齿轮3的参数mm m n 5=，142=z ，试问：
（1）低速级斜齿圆柱齿轮3的螺旋线方向应如何选择才能使中间轴Ⅱ上的两齿轮的轴向力方向相
反？若轴Ⅰ转向如图所示，试标明轴Ⅱ上轮２，３的圆周力、径向力和轴向力的方向。
（2）低速级齿轮的螺旋角应取多大值才能使轴Ⅱ的轴向力完全相互抵消？
4. 图中为直齿圆锥齿轮和斜齿圆柱齿轮组成的两级传动装置。动力由轴Ⅰ输入，轴Ⅲ输出。轴Ⅲ的
转向如图箭头所示，试分析：
1）在图中画出各轮的转向；
2）为使中间轴Ｈ所受的轴向力可以抵消一部分，确定斜齿轮３和螺旋方向；
3）画出圆锥齿轮２和斜齿轮３所受各分力的方向。
5. 对于作双向传动的齿轮来说，它的齿面接触应力和齿根弯曲应力各属于什么循环特性？在作强度
计算时应怎样考虑？
6. 齿轮的精度等级与齿轮的选材及热处理方法有什么关系？
7. 要提高轮齿的抗弯疲劳强度和齿面抗点蚀能力有哪些可能的