机械设计齿轮传动资料
机械基础之齿轮传动的设计
机械基础之齿轮传动的设计齿轮传动是机械传动的一种常见形式，广泛应用于冶金、化工、轻工等领域。
正确的齿轮传动设计可以保证机器设备的正常运行，提高传动效率和可靠性。
一、齿轮传动的基本原理齿轮传动是利用齿轮间的啮合来实现传动的。
齿轮传动的优点有传动可靠性高、传递效率高，并且在传递扭矩大的情况下具有优势。
齿轮传动由传动齿轮和被动齿轮组成，传动齿轮将传递力矩传递给被动齿轮，并将其旋转。
传动齿轮和被动齿轮要求相互啮合，且在相互运转时还必须平稳和具有足够的承载能力。
二、齿轮传动的设计要点齿轮传动的设计要点主要包括齿轮尺寸计算、齿轮耐用性、传动精度计算等。
其中齿轮尺寸计算是齿轮传动设计中的重要环节。
1. 齿轮尺寸计算齿轮尺寸计算是指通过计算齿轮参数来确定齿轮的尺寸，主要包括模数、压力角、齿数和齿轮转动半径等参数。
齿轮尺寸的计算要考虑被动齿轮的载荷、啮合角、轴向力和齿轮材料强度等因素。
2. 齿轮材料选择齿轮材料应选用高强度、高硬度、高耐磨性和高精度的材料，例如合金钢、硬化钢、钛合金等。
选择齿轮材料时，还应考虑到齿轮使用环境的特点和齿轮的耐用性。
3. 传动误差控制齿轮传动的传动误差包括齿轮啮合误差、轴向误差和径向误差。
在齿轮传动设计中，要通过合理的设计和加工来控制传动误差，从而提高齿轮传动的传动精度和可靠性。
三、齿轮传动的安装和调试齿轮传动的安装和调试是确保齿轮传动正常运行的关键环节。
在齿轮传动安装前，需要检查齿轮的尺寸精度、齿轮材料和齿轮的表面质量。
同时，齿轮的安装也需要注意各种参数的匹配，例如齿轮啮合间隙和传动轴心的误差等。
在齿轮传动调试时，需要进行实际运转试验，检查传动效率和齿轮传动噪声等因素。
如果发现问题，需要及时调整齿轮传动的参数或者重新设计齿轮传动。
四、结论齿轮传动是机械传动的常见形式，其设计要点包括齿轮尺寸计算、齿轮耐用性、传动精度计算等。
正确的齿轮传动设计可以保证机器设备的正常运行，提高传动效率和可靠性。
机械设计 齿轮传动
第九节 齿轮传动的失效形式及计算准则
3、齿面胶合
齿面胶合
高速重载传动中，常因啮合区温度 升高而引起润滑失效，致使齿面金 属直接接触而相互粘连。当齿面向 对滑动时，较软的齿面沿滑动方向 被撕下而形成沟纹。
措施
1、提高齿面硬度 2、减小齿面粗糙度 低速 3、增加润滑油粘度 高速
4、加抗胶合添加剂
第九节§齿1轮1-1传动轮的齿失的效失形效式形及式计算准则
模数m不能成为衡量齿轮接触强度的依据。
第十三节 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算
齿面接触疲劳强度计算公式的说明
1）强度计算公式中，“+”号用于外啮合；“—”号用于内啮合。 2接进）触行配强计对度算齿设。轮计的时接，触应应将力［均σ相H1］同、，［即σσHH21］=σ中H2数。值在较用小公的式代进入行公齿式面 3）在齿轮的齿宽系数、材料及传动比已选定的情况下，影响齿 轮齿面接触疲劳强度的主要因素是齿轮直径。小齿轮直径（或传 动中心距）越大，齿轮的齿面接触强度就越高。所以在其他条件 不变的情况下，小齿轮的齿数选的适当多些可提高齿轮传动的接 触强度。 4）许用接触应力的计算
O2
赫兹公式
H
1 1
Fn •
1
2
b
1 12
1
2 2
E1
E2
“+”用于外啮合，“-”用于内啮合 节圆处齿廓曲率半径 实验表明：齿根部分靠近节点处最容易发
生点蚀，故取节点处的应力作为计算依据。
1
N1C
d1
s in
2
2
N2C
d2
s in
2
传动比 i= z2 /z1 = d2 /d1
中心距 a=(d2 ± d1)/2 = d1(i ±1)/2 或 d1 = 2a /(i ±1)
机械设计6—齿轮传动
d1↓ ，v ↓，KV ↓ a↓
d↓ → b ↓ ， σ H ↑
但 d↑↑→ b ↑↑，易承载不均，Kβ ↑
∴ 应合理选用d ，参见表10-7 ☆设计结果中小齿轮齿宽 b1=b+(5~10)mm，大齿轮齿宽 b2=b， 且要圆整。为什么？
齿轮传动获得广泛应用的原因之一。
优点
3. 效率高； 可达99％，常用的机械传动中，效率最高。 4. 结构紧凑。 1. 制造及安装精度要求高； 2. 成本高。
缺点
二、齿轮传动的分类
1. 按两轴线位置分：平行轴、相交轴、交错轴 2. 按工作条件分： 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；
又T1= 9.55x106P/n1 = 9.55x106P/1440≤301138， 解得Pmax= 45.4 kW
§6-6 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算
一、齿面接触疲劳强度计算 失效形式、计算准则同直齿轮。 不同之处：1）∵有，接触线倾斜→↑接触强度，用考虑。 2）接触线长度随啮合位置而变化。
d — 齿宽系数 （表10-7） d = b/d1
[ H]— 齿轮许用齿面接触应力 （MPa）
[ H] = KHN. σHlim / SH
Hlim — 图10-21 ，SH =1 （一般可靠度） KHN — 接触寿命系数, 由应力循环次数N=60njLh和材
料查图10-19 2. 设计公式 d 1 3. 重要说明
5. 齿面塑性变形
常发生在低速重载软齿面齿轮传动中。 齿面在过大的摩擦力作用下处于屈服状态，产生沿摩擦力 方向的齿面材料的塑性流动，从而使齿面正常轮廓曲线被损坏。
机械设计基础中的齿轮传动设计
机械设计基础中的齿轮传动设计齿轮传动是机械设计中常见的一种传动方式，广泛应用于各种机械装置中。
在机械设计基础中，了解齿轮传动的设计原理和方法对于设计出高效可靠的机械装置具有重要意义。
本文将介绍齿轮传动设计的基本知识和注意事项。
一、齿轮传动的基本原理齿轮传动是利用齿轮间的啮合来传递动力和运动的一种机械传动方式。
它由主动齿轮和从动齿轮组成，通过不同大小的齿轮啮合，实现运动和力的传递。
在齿轮传动设计中，需要考虑的基本参数有模数、齿数、压力角、齿轮间隙等。
模数是齿轮齿数与齿轮直径的比值，用来表示齿轮的尺寸大小；齿数是指齿轮上的齿的数量，决定了传动的速比；压力角是齿轮齿面与轴线之间的夹角，对齿轮的强度和传动性能有影响；齿轮间隙则是齿轮啮合时齿与齿之间的间隙，影响传动的精度和噪声。
二、齿轮传动设计的步骤在进行齿轮传动设计时，需要遵循一定的步骤，确保传动装置的性能和可靠性。
1. 确定传动比传动比是指主从动齿轮的齿数比值，决定了传动装置的输出速度和扭矩。
根据所需的输出速度和扭矩，选择合适的齿轮齿数组合，计算得出传动比。
2. 选择模数和齿轮参数根据传动比和要求的齿轮尺寸，选择合适的模数和齿数。
在进行选型时，需要考虑齿轮的强度、噪声和传动精度等要求。
3. 计算齿轮尺寸根据所选的模数和齿数，计算得出齿轮的尺寸和几何参数。
包括齿轮的外径、根圆直径、齿宽等。
4. 进行强度校核根据所选的齿轮尺寸和材料，进行强度校核。
通过计算齿轮的接触应力、弯曲应力和疲劳寿命等参数，判断齿轮的强度是否满足要求。
5. 进行传动效率计算根据齿轮的啮合条件和传动设计参数，计算传动的效率。
传动效率是指输入功率和输出功率之间的比值，可以评估传动装置的能量转换效率。
三、齿轮传动设计的注意事项在进行齿轮传动设计时，需要注意以下几点，以确保传动装置的性能和可靠性。
1. 合理选择齿轮材料齿轮传动中，对材料的选择要满足一定的强度和硬度要求。
常用的齿轮材料有合金钢、碳素钢等。
机械设计 齿轮传动
2
2．轮齿弯曲疲劳强度的计算
斜齿圆柱齿轮传动的强度计算是在直 齿轮的基础上，考虑斜齿轮的特点进行修 正，齿根弯曲疲劳强度校核公式为：
F
1.6KT1 bmn2 z1
YFaYSa
1.6KT1 cos
bmn2 z1
YFaYSa
[ F ]
取齿宽系数 d b / d1 ，由上式可得设计 公式为：
齿根高
h f 1 h f 2 1.2m
齿高（顶隙系数 c* =0.2） h1 h2 2.2m
顶隙
c 0.2m
齿顶圆直径 齿根圆直径
da1 d1 2m cos1
d f 1 d1 2.4m cos1
二. 标准直齿锥齿轮的参数及几何尺寸计算
锥距 R 1
2
d12
d
2 2
m 2
z12
z
2 2
（1）齿廓接触线是斜线，一对齿是逐渐 进入啮合和逐渐脱离啮合的，故运转平稳， 噪声小。
（2）重合度较大，并随齿宽和螺旋角的 增大而增大，故承载能力较高，运转平稳， 适于高速传动。
（3）最少齿数小于直齿轮的。
斜齿轮的主要缺点是斜齿齿面受法向力Fn时会产生轴向分 力Fa，需要安装推力轴承，从而使结构复杂化。为了克服这一 缺点，可采用人字齿轮，但制造较困难，成本较高。
一对直齿轮啮合时，沿整个齿宽同时进入啮合，并 沿整个齿宽同时脱离啮合。因此传动平稳性差，冲击 噪声大，不适于高速传动。 一对斜齿轮啮合时，齿面上的接触线由短变长，再 由长变短，减少了传动时的冲击和噪音，提高了传动 平稳性，故斜齿轮适用于重载高速传动。
2．啮合特点
与直齿轮相比，斜齿轮具有以下优点：
列球面渐开线的集合，就组成了球面渐开面。
机械设计基础齿轮传动
材料与热处理对齿轮性能的影响
对齿轮的承载能力的影响
不同材料和热处理方法会影响齿轮的 硬度、韧性等力学性能，从而影响其 承载能力。
对齿轮的耐磨性的影响
材料和热处理方法会影响齿轮表面的 硬度、粗糙度等物理性能，从而影响 其耐磨性。
对齿轮的抗疲劳性能的影响
材料和热处理方法会影响齿轮的内部 组织结构和残余应力分布，从而影响 其抗疲劳性能。
采用先进的测量技术
采用先进的测量仪器和测量方法，提高齿轮 各项公差的检测精度和效率。
05
齿轮的润滑与密封
齿轮润滑的作用与要求
01
02
03
04
减摩抗磨
降低齿轮传动过程中的摩擦系 数，减少磨损，提高传动效率
。
冷却降温
将齿轮传动过程中产生的热量 带走，防止齿轮过热变形。
清洗清洁
将齿轮表面的杂质和氧化物清 洗干净，保持齿轮表面光洁。
封等。
06
齿轮传动的失效形式与设计准则
齿轮传动的失效形式及其原因
轮齿折断
由于过载、冲击或材料疲劳等原因，导 致轮齿在应力作用下发生断裂。
齿面点蚀
由于交变应力作用，齿面出现疲劳裂 纹并扩展，最终导致小块金属剥落形
成点蚀。
齿面磨损
由于润滑不良、颗粒污染或接触应力 过大等原因，导致齿面材料逐渐损失 。
对齿轮的耐蚀性的影响
不同材料和热处理方法会影响齿轮的 化学稳定性和耐蚀性，从而影响其在 腐蚀环境下的使用寿命。
04
齿轮的精度与公差
齿轮精度的基本概念
齿轮精度
是指齿轮实际参数与理论参数相符合的程度，包括齿轮的尺寸精度、形状精度和位置精 度。
齿轮精度等级
根据齿轮使用要求的不同，将齿轮的各项公差分为不同的等级，以满足不同传动性能的 要求。
2024年机械设计基础课件齿轮传动
机械设计基础课件齿轮传动机械设计基础课件：齿轮传动1.引言齿轮传动是机械设计中的一种基本传动方式，广泛应用于各种机械设备的运动和动力传递。
齿轮传动具有结构简单、传动效率高、可靠性好、寿命长等优点，因此在工业生产和日常生活中得到广泛应用。
本课件将介绍齿轮传动的基本原理、分类、设计方法和应用。
2.齿轮传动的基本原理齿轮传动是利用齿轮副的啮合来传递动力和运动的一种传动方式。
齿轮副由两个或多个齿轮组成，其中主动齿轮通过旋转驱动从动齿轮，从而实现动力和运动的传递。
齿轮副的啮合是通过齿轮齿廓的接触来实现的，齿廓的形状和尺寸决定了齿轮传动的性能和精度。
3.齿轮传动的分类齿轮传动根据齿轮的形状和布置方式可分为直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动、直齿圆锥齿轮传动和蜗轮蜗杆传动等。
直齿圆柱齿轮传动是应用最广泛的一种齿轮传动方式，具有结构简单、制造容易、精度高等优点。
斜齿圆柱齿轮传动具有传动平稳、噪声低、承载能力强等优点，适用于高速和重载的传动场合。
直齿圆锥齿轮传动适用于空间狭小和角度传动的场合。
蜗轮蜗杆传动具有大传动比、自锁性和精度高等特点，适用于低速、大扭矩的传动场合。
4.齿轮传动的设计方法齿轮传动的设计主要包括齿轮的几何设计、强度设计和精度设计。
齿轮的几何设计是根据传动比、工作条件、材料等因素确定齿轮的齿数、模数、压力角等参数。
强度设计是保证齿轮传动在规定的工作条件下具有足够的承载能力和寿命，主要包括齿面接触强度和齿根弯曲强度的计算。
精度设计是保证齿轮传动的精度和运动平稳性，主要包括齿轮的加工精度和装配精度的控制。
5.齿轮传动的应用齿轮传动在工业生产和日常生活中得到广泛应用。
在机床、汽车、船舶、飞机等机械设备中，齿轮传动用于传递动力和运动，实现各种复杂的运动轨迹和速度变化。
在风力发电、水力发电等能源领域，齿轮传动用于传递高速旋转的动力，实现能源的转换和利用。
在、自动化设备等高科技领域，齿轮传动用于实现精确的运动控制和动力传递，提高设备的性能和效率。
机械设计基础第6章齿轮传动
2.展成法 2.展成法 展成法是利用一对齿轮（或齿轮与齿条）啮合时， 两轮齿廓互为包络线的原理来切制轮齿的加工方法 展成法切制齿轮时常用的刀具有 齿轮插刀
插直齿
插斜齿
齿条插刀
齿轮滚刀
用此方法加工齿轮，只要刀具和 被加工齿轮的模数m和压力角α 相等，则不管被加工齿轮的齿数 是多少，都可以用同一把刀具来 加工。这给生产带来很大的方便， 得到广泛应用。
3.传动的平稳性
啮合线：N1N2线叫做渐开线齿轮 啮合线 传动的啮合线。 啮合角：啮合线N1N2与两轮节圆 啮合角 公切线t-t之间所夹的锐角称为啮 合角，用α′表示。 啮合角在数值上等于渐开线在节 圆处的压力角。啮合角α′恒定。 啮合线N1N2又是啮合点的公法线， 而齿轮啮合传动时其正压力是沿公 法线方向的，故齿廓间的正压力方 向（即传力方向）恒定。 至此可知，啮合线、公法线、 压力线和基圆的内公切线四线重合， 为一定直线。
渐开线标准直齿圆柱齿 轮各部分的名称和符号
4.齿厚:分度圆上一个齿的两侧端面齿廓之间的弧长称为 齿厚，用s表示 5.齿槽宽：分度圆上一个齿槽的两侧端面齿廓之间的弧 长称为齿槽宽，用e表示 6.齿距：分度圆上相邻两齿同侧端面齿廓之间的弧长称 为齿距，用p表示，即p=s+e 7.齿宽：轮齿部分沿齿轮轴线方向的宽度称为齿宽，用b 表示 8.齿顶高：分度圆与齿顶圆之间的径向距离，用ha表示 9.齿根高：分度圆与齿根圆之间的径向距离，用hf表示 10全齿高：齿顶圆与齿根圆之间的径向距离，用h表示 显然 h=ha+hf 11.齿宽:轮齿的轴向长度，用b表示
（3）齿数 因db=dcosα=mzcosα，只有m、z、α都确 定了，齿轮的基圆直径db 才能确定，同时渐 开线的形状亦才确定。 所以m、z、α是决定轮齿渐开线形状的三个 基本参数。当m、α不变时，z越大，基圆越大， 渐开线越平直。当z→∞时，db→∞，渐开线 变成直线，齿轮则变成齿条 （4）齿顶高系数ha*和顶隙系数c* 齿轮的齿顶高、齿根高都与模数m成正比。 即ha=ha*mhf=（ha*+c*）mh=（2ha*+c*）m
《机械设计基础》第六章 齿轮传动
由渐开线特性可知，线段B2K等于基圆齿距pb，比值B1B2/pb称为重合度，用 ε表示。于是连续传动条件是：ε≥1 ε越大，表示同时啮合的轮齿对数越多，齿轮传动越平稳。
§6-6 齿轮的材料与制造
一、齿轮材料及热处理
齿轮材料的基本要求：齿面硬度高、齿芯韧性好。 常用的齿轮材料是各种牌号的优质碳素钢、合金结构钢、铸钢和铸铁等。 一般采用锻件和轧制钢材。当齿轮较大（直径大于400～600mm）而轮坯不易 锻造时，可采用铸钢；低速传动可采用灰铸铁；球墨铸铁有时可代替铸钢，非 金属材料的弹性模量小，且能减轻动载和降低噪声，适用于高速轻载、精度要 求不高的场合，常用的有夹木胶布、尼龙、工程塑料等。见表6－3。 齿轮常用的热处理方法有：表面淬火、渗碳淬火、调质、正火、渗氮。 调质和正火处理后的齿面硬度较低（HB ≤350），为软齿面；其他三种 （HB>350）为硬齿面。 软齿面的工艺过程较简单，适用于一般传动。当大小齿轮都是软齿面时， 考虑到小齿轮齿根较薄，受载次数较多，故选择材料和热处理时，一般使小 齿轮齿面硬度比大齿轮高20～50HB。硬齿面齿轮的承载能力较高，但生产 成本高。当大小齿轮都是硬齿面，小齿轮的硬度可与大齿轮相等。
上式表明：一对传动齿轮的瞬时角速度与其连心 线O1O2被啮合齿廓接触点公法线所分割的两线段成 反比。这一定律为齿廓啮合的基本定律。
欲使两齿轮瞬时角速度比恒定不变，必须使C点 为连心线上的固定点。 凡能满足上述要求的一对齿廓称为共轭齿廓。 机械中常用的齿廓曲线有渐开线、圆弧和摆线等， 过节点C所作的两个相切的圆称为节圆。一对齿轮的啮合传动可以看作 其中应用最广泛的是渐开线齿廓。 一对节圆作纯滚动。一对外啮合齿轮的中心距等于其节圆半径之和。
n1 1 r2 rb 2 i12 n2 2 r1 rb1
机械设计基础第七章 齿轮传动
加工标准齿轮： 刀具分度线刚好与轮坯 的分度圆作纯滚动。 分度圆
分度线
顶线
hf=(h*a+ c*)m
ha=h*am
s
e
加工结果： s＝e＝πm/2 ha=h*am hf = (h*a+ c*)m
二、 渐开线齿廓的根切及最少齿数
标准齿轮不发生根切的最少齿数 根切的原因：刀具的顶线与啮合线的交点 超过被加工齿轮的啮合极限点N
标准齿轮 不发生根 切的情况
要避免根切， 应使
* ha m NM ,
NM PN sin r sin 2
* 2ha z 2 sin
mz 2 sin 2
3 、变位齿轮
1）标准齿轮的优缺点
rK
基圆对渐开线形状的影响
3 渐开线齿廓的啮合 1）渐开线齿廓满足定传动比传动
因为渐开线齿廓在任一点接触，过接 触点的公法线必与两基圆相切。即所 有啮合点均在两基圆的一条内公切线 上。因此，内公切线必与连心线相交 于一固定点P。所以能保证定传动比传 动。
1 O2 P rb 2 i12 2 O1P rb1
一对渐开线齿轮正确啮合的条件
一对齿轮传动时，所有啮合点都在啮合线 N1N2 上。
pb1 rb1 r1
B1
O1
ω1
pb 1
rb1 r1 B1
O1 ω1
pb1
rb1 r1
O1
ω1
N1
P
B2
N1
P
N1
P
B2
B2
N2
N2
N2
B1
pb1< pb2 m1<m2
机械设计中的齿轮传动系统设计
机械设计中的齿轮传动系统设计齿轮传动系统在机械设计中扮演着重要的角色。
本文将探讨齿轮传动系统的设计原理、关键要素以及常用的设计方法。
一、设计原理齿轮传动系统是通过齿轮之间的啮合来传递动力和扭矩的机械传动系统。
它的设计原理基于以下几个关键概念：1. 齿轮的模数（Module）：模数是齿轮设计中的重要参数，它表示单位齿数所占的直径。
模数的选择应考虑到所需的传动比、扭矩和转速要求等。
2. 齿轮的齿数：齿数决定了齿轮的啮合速比。
根据传动比的要求和齿轮的载荷要求，可以确定齿数。
3. 齿轮的啮合角：啮合角是指齿轮齿廓的锐角和啮合线的夹角。
合适的啮合角可以提高传动效率和传动性能。
4. 齿轮齿廓的修形：通过对齿轮齿廓进行修正，可以改善啮合过程的运动性能和传动效率。
二、设计要素在进行齿轮传动系统的设计时，需考虑以下几个重要的要素：1. 传动比和转速：根据机械系统的需求，确定合适的传动比和转速比，从而满足所需的输出扭矩和转速要求。
2. 动力传递和承载能力：根据工作条件和载荷要求，选择合适的齿轮材料和热处理工艺，确保齿轮传动系统能承受所需的载荷和传递所需的动力。
3. 齿轮啮合的几何要求：通过几何参数的选择，确保齿轮啮合过程的顺利进行，同时避免齿轮齿面的过度磨损和损坏。
4. 齿轮传动的噪声和振动控制：通过合理的齿轮设计和优化，减少齿轮传动过程中产生的噪声和振动，提高传动系统的运行平稳性和寿命。
三、设计方法在实际的齿轮传动系统设计过程中，可以采用以下几种常用的设计方法：1. 标准化设计：根据已有的标准齿轮模型和参数，选择合适的齿轮尺寸和几何参数，简化设计过程，提高效率。
2. 计算机辅助设计：借助计算机辅助设计软件，进行齿轮传动系统的三维建模和力学分析，快速得到设计结果。
3. 优化设计：通过设计参数的优化选择，使齿轮传动系统满足最佳的传动性能和经济指标。
4. 实验验证：设计完成后，进行实验验证，测试齿轮传动系统的性能和可靠性，发现潜在问题并进行改进。
机械设计基础 齿轮传动
径节的单位为1／英寸，分度圆直径的单位为英寸。 模数与径节的换算关系为：
m= 25.4 P
显然径节与模数正好相反，径节越大，周节越小，即模数小，英制齿轮常 用径节有以下几种： 2、2.5、3、4、6、8、10、12、16、20。
6．4．1
保持恒定的瞬时传动比
下图为一对啮合的齿轮。rb1、rb2为两齿轮的基圆半径，N1N2为两基圆的内公切 线，设在某一瞬时，两齿廓在K点接触，过K点作两齿廓的公法线nn，根据渐开线性 质2，过K和K’点作两圆的法线，必与N1N2重合。当经过Δt时间后，主动齿轮O1转过 角ψ1，从动齿轮转过角ψ2，两齿轮齿廓在K’点接触。渐开线齿廓的啮合点始终是 沿着两个基圆内公切线N1N2移动。所以N1N2就是啮合点K的移动轨迹，叫做啮合线。 根据渐开线性质1可知，弧长
（2）应用特点 在机械传动中，齿轮传动应用最广泛。在工程机械、矿山机械、冶金机械以及各 类机床中都应用着齿轮传动。齿轮传动所传递的功率从几w至几万kW；它的直径从不 到1mm的仪表齿轮，到10 m以上的重型齿轮；它的圆周速度从很低到100m／s以上。 大部分齿轮是用来传递旋转运动的，但也可以把旋转运动变为直线往复运动，如齿 轮齿条传动。 与其他传动相比齿轮传动有如下特点： ①瞬时传动比恒定，平稳性较高，传递运动准确可靠； ②适用范围广；可实现平行轴、相交轴、交错轴之间的传动；传递的功率和速度 范围较大； ③结构紧凑、工作可靠，可实现较大的传动比； ④传动效率高、使用寿命长； ⑤齿轮的制造、安装要求较高； ⑥不适宜远距离两轴之间的传动。 (3）对齿轮传动的基本要求 采用齿轮传动时，因啮合传动是个比较复杂的运动过程，对其要求是： ①传动要平稳 要求齿轮在传动过程中，任何瞬时的传动比保持恒定不变。以保 持传动的平稳性，避免或减少传动中的噪声、冲击和振动。 ②承载能力强 要求齿轮的尺寸小，重量轻，而承受载荷的能力大。即要求强度 高，耐磨性好，寿命长。
机械设计基础机械设计中的齿轮传动设计
机械设计基础机械设计中的齿轮传动设计机械设计基础——机械设计中的齿轮传动设计齿轮传动是机械设计中常用的一种传动方式，广泛应用于各种机械设备中。
齿轮传动能够实现不同转速和扭矩的传递，具有传动效率高、传动比稳定等优点。
本文将介绍机械设计中齿轮传动的基础知识和设计原则。
一、齿轮的基本概念与种类在机械设计中，齿轮是一种用于传递转动运动和扭矩的机构。
其由齿面和轴承部分组成。
常见的齿轮有直齿轮、斜齿轮、蜗杆齿轮等。
不同类型的齿轮适用于不同的传动需求，设计时需根据具体应用场景进行选择。
二、齿轮的基本参数与计算方法齿轮设计中的关键参数有齿数、模数和齿宽等。
齿数决定了齿轮的传动比，而模数和齿宽则影响到齿轮的强度和承载能力。
根据具体的传动要求，可以通过相关的计算公式来确定这些参数的合理取值。
三、齿轮传动的设计原则齿轮传动设计的基本原则是保证传动的可靠性和高效性。
在设计过程中，应遵循以下几个原则：1. 合理选择齿轮的材料和热处理方式，提高其硬度和强度。
2. 选择适当的齿轮模数和分度圆直径，使齿轮传动的效率达到最优。
3. 设计合理的传动比，满足设备的运行要求。
4. 注意齿轮的装配和调整，保证传动的精度和平稳性。
四、齿轮传动的优化设计与应用齿轮传动在实际应用中存在着噪声、振动和磨损等问题。
为了提高齿轮传动的性能，可以采用一些优化设计的方法，如优化齿形、添加减振器等。
此外，在设计过程中还需考虑齿轮传动的摩擦、磨损和润滑等问题，以确保传动的可靠性和寿命。
综上所述，齿轮传动设计是机械设计中的重要内容。
了解齿轮的基本概念和种类，掌握齿轮参数的计算方法，遵循设计原则进行设计，进行优化设计和应用措施，都对于提高齿轮传动的性能和可靠性具有重要意义。
通过不断学习和实践，我们可以不断提升自己在机械设计领域的技术水平，为实际工程问题提供更好的解决方案。
机械设计基础齿轮与传动设计
机械设计基础齿轮与传动设计齿轮传动在机械设计中扮演着重要的角色，它能够实现轴的传动和速度变换。
在本文中，我们将探讨机械设计基础齿轮与传动设计的相关知识。
I. 齿轮的基本概念齿轮是一种常见的机械传动装置，它由一对或多对齿轮齿排列而成。
齿轮通常由金属材料制成，具有齿距、齿高、齿顶高、齿根高等特征。
齿轮通常用于改变两个轴的相对速度和转矩。
II. 齿轮传动的类型1. 平行轴齿轮传动平行轴齿轮传动是指两个轴线平行的齿轮传动。
其中的常见类型包括平行直齿轮传动、齿轮齿条传动以及斜齿轮传动。
平行轴齿轮传动具有结构简单、传动精度高等优点，广泛应用于各种机械设备中。
2. 直交轴齿轮传动直交轴齿轮传动是指两个轴线相交的齿轮传动。
其中的常见类型包括锥齿轮传动和蜗杆传动。
直交轴齿轮传动常用于需要改变转向的场合，具有传动平稳、传动效率高等优点。
3. 立轴齿轮传动立轴齿轮传动是指齿轮轴线与水平面成一定角度的齿轮传动。
其中的常见类型包括三角带齿轮传动和齿轮减速器。
立轴齿轮传动用于传输高速和大功率的情况，具有结构紧凑、传动平稳等特点。
III. 齿轮的设计要点1. 齿轮模数的选择齿轮的模数是指齿轮齿数与齿轮模数的比值，是齿轮设计的重要参数之一。
在选择齿轮模数时，需要考虑到齿轮的载荷、传动比、齿轮材料等因素，以满足设计要求。
2. 齿轮的齿数计算齿轮的齿数是齿轮设计中的关键参数，它会影响到齿轮的传动比、齿轮的载荷等性能指标。
齿数的计算需要考虑到传动比、齿轮径等因素，以保证齿轮传动效率和可靠性。
3. 齿轮的强度计算齿轮的强度计算是指确定齿轮的承载能力和抗疲劳能力。
在齿轮设计中，需要计算齿轮的接触应力、弯曲应力等参数，以确保齿轮的安全可靠。
4. 齿轮的啮合性能齿轮的啮合性能是指齿轮在传动中的准确性和平稳性。
在齿轮设计中，需要注意齿轮的齿形、齿距、齿顶间隙等参数，以保证齿轮的良好啮合性能。
IV. 齿轮传动的应用齿轮传动广泛应用于机械工程领域。
机械设计-齿轮传动
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 代替轮齿所受的分布力，将 分解，得：
啮合传动中，轮齿的受力分析
2. 斜齿圆柱齿轮
切向力：
径向力：
轴向力：
（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
1 主动
2
1 主动
2
1 主动
2
二级受力分析
练 习
K 为载荷系数
上述Fn 为轮齿所受的名义法向力。实际传动中由于原动机、工作机性能的影响以及制造误差的影响，载荷会有所增大。
轴交角为90º的直齿锥齿轮传动：
§8-8 直齿锥齿轮传动
一、主要参数和尺寸
直齿锥齿轮的大端参数为标准值。
直齿锥齿轮传动的几何参数
令 R = b/R－－齿宽系数，设计中常取R =0.25~0.35。
齿数比：
锥距：
C
t
二、轮齿的受力分析
用集中作用于齿宽中点处的法向力 Fn 代替轮齿所受的分布力。 将Fn分解为：切向力Ft，径向力Fr和轴向力Fx。
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
机械设计 第6章 齿轮传动
第六章 齿轮传动
第6章 齿轮传动
§6-1概述 齿轮传动的特点： 功率、速度范围广 效率高; 结构紧凑; 工作寿命长; 传动比准确
开式传动：润滑差，常用于低精度、低速传动；
闭式传动：齿轮置于封闭严密的箱体内，精度 高。润滑及防护条件好。
§6-2齿轮传动的失效方式、和设计准则 一、失效形式 1.轮齿折断 齿根弯曲应力大； 齿根应力集中 措施： 增大齿根圆角半径； 正变位，和增大模数； 强化处理：喷丸、滚压处理；
应力循环次数N 60 njLh
YST-应力修正系数，YST =2 SHlim、SFlim-接触强度和弯曲强度 计算的最小安全系数
图6.8 齿面接触疲劳极限
图6.9 齿面弯曲疲劳极限 例如：合金钢调质，硬度 260HBS，
∴σFlmin=295MPa
最小安全系数SH、SF
安全系数
SH
1.0
轮齿单向受力 轮齿双向受力 轮齿单向受力
主动
被动
主动
被动
N 60 njLh
二、齿轮精度的选择
齿轮精度（1～１２级）
7—6—6 G M GB10095—88
齿厚下偏差 齿厚上偏差 第Ⅲ公差组精度（接触精度） 第Ⅱ公差组精度（平稳性精度）
第Ⅰ公差组精度（运动精度） 7 F L GB10095—88 第Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ公差组精度
F
h 6( ) cos Ft m bm ( S ) 2 cos m
F
h 6( ) cos Ft m bm ( S ) 2 cos m
YFa — 齿形系数，与齿的形状有关（齿数、变位）
YSa — 引入应力修正系数，齿根过渡曲线产生应力集中，见表6.4
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①载荷的确定：
从整个受弯轮齿来说，最大弯矩发生在单 对齿啮合区的最高点，但按照这一实际情况计 算比较复杂，一般仅在高精度（6级以上）传动 中才如此计算。
为计算简单，一般精度的齿轮传动，通常 按全部载荷作用于齿顶来计算齿根弯曲强度。
② 危险截面的确定： 用30°切线法
危险截面上齿厚 S ， 力臂为 h ，
YFa 2.52 2.45 2.40 2.35 2.322.282.24 2.22 2.2 2.18 2.14 2.12 2.0
YSa 1.52 1.53 1.54 1.55 1.56 1.57 1.575 1.58 1.59 1.595 1.60 1.61 1.62
注：1)基准齿形的参数为α =20˚ 、h*a=1、C*=0.25 、ρ =0.38m (m-模数) 2)对内齿轮：当α =20˚ 、h*a=1、C*=0.25 、ρ =0.15m 时，
所以
H
KFt u 1 bd1 u
2
sin cos
ZE
H
ZH—区域系数， α=20°时， ZH =2.5
校核式
H
KFt bd1
u 1 u ZEZH
[ H ]
H
KFt bd1
u 1 u ZEZH
[ H ]
又因为： Ft 2T1 d1
同时引入齿宽系数d Nhomakorabeab d1
得到
H
2KT1
d d13
P1 n1
径向力： Fr1 Ft1tg Fr2
方向：指向各自轮心
法向力：
Fn1
Ft
cos
Fn2
2 齿根弯曲疲劳强度计算
根据失效形式分析，为防止轮齿在预定寿命
期内发生轮齿的疲劳折断需进行齿根弯曲强 度计算，其强度条件为
F max
M W
F
当然，M，W 应该分别是危险截面上的弯 矩和抗弯截面模量
u
u
1
Z
H
ZE
H
设计式
d1 3
2KT1
d
u
u
1
ZH ZE
H
2
最终得到：
校核式
H
KFt bd1
u
u
1Z
E
Z
H
[ H ]
设计式
2
d1 3
2KT1
d
u
1 u
ZH Z
H
E
4 齿轮传动强度计算的说明
⑴弯曲强度计算中，大小齿轮齿数、材料不同、热
处理方式不同，齿形系数、应力校正系数、许用
应力都是不相同的，所以对大小齿轮应分别计
算 F
， 将其中较小值带入设计式。
YFaYSa
YFaYSa
F
max YFa1YSa1
F
1
, YFa2YSa2
F
2
⑵齿面接触强度计算中，配对齿轮的接触应力相同，
即
H1 。H 2而因材料和热处理方式不同其许用
接触应力不同，所以应将 、 H1 中H较2 小值代
齿形系数：YFa =2.053 ; 应力校正系数：YSa =2.65
3 齿面接触疲劳强度计算
理论依据：弹性 力学赫兹公式
H
Fca (
1
1
1
2
)
H
1
12
E1
1
E2
2 2
b
赫兹公式:
H
Fca
(
1
1
1
2
)
H
1 12
E1
1
2 2
E2
b
1, 2 两圆柱体的曲率半径。 1, 2 两材料的泊松比。
入设计式。
2
d1 3
2KT1
d
u
1 u
ZH ZE
H
H
min H1
，
H
2
（3）初始设计时，d1(或mn)未知，所以Kv、Kα、 Kβ都不能预先确定，通常可初选载荷系数值 （用Kt表示，下标t代表初选）进行设计，计算 出d1t、mnt以后，得到vt，再由vt查出Kv、 Kα、 Kβ ，得到K，将其与试选值Kt对比，二者相差 不多时不必修改原计算，相差较多时，按下式
§10-5 标准直齿圆柱齿轮 传动的强度计算
1 直齿圆柱齿轮传动的受力分析 2 齿根弯曲疲劳强度计算 3 齿面接触疲劳强度计算
4 齿轮传动强度计算的说明
1 直齿圆柱齿轮传动的受力分析
F n Ft Fr
圆周力：
Ft1
2T1 d1
Ft2
方向
主动轮：与n1反向 从动轮：与n2同向
T1
9550
弯曲强度计算
单位齿长抗弯截面模量为 1×S2/6
所受横向力为 pcacosγ， 弯矩为pca h cosγ.
pca K p K Fn L K Fn b K Ft b cos
那么
YFa
YFa—齿形系数， ∵h和S与模数m相关，故YFa与模数 m无关。 YFa无量纲量，与齿廓形状有关，S大，h小， 则YFa小，轮齿抗弯强度高.
修正：
d1 d1t 3
K Kt
mn
mnt 3
K Kt
设计准则
齿轮传动设计时，按主要失效形式进行强度计算，确定 主要尺寸，然后按其它失效形式进行必要的校核。
软齿面闭式齿轮传动： 按接触强度进行设计，按弯曲强度校核：
E1, E2 两圆柱体材料的弹性模量。
pca
Fca L
K Fn
L
L—接触线长度
若令：
ρ∑—啮合点的综合曲率半径，
接触强度的计算式：
H
ZE—材料的弹性影响系数
pca Z E H (MPa )
H pca Z E
小齿轮单对齿啮合的最低 点（C点）的接触应力为 最大
按单对齿啮合的最低 点计算接触应力比较麻烦， 并且当z1≥20时，按单对 齿啮合的最低点计算的接 触应力与按节点啮合计算 的接触应力极为相近。
H pca Z E
以节点啮合为代表进 行齿面的接触强度计 算
按节点啮合进行计算
综合曲率半径ρ∑的取值计算：
2 1
1
1
1
1
2
2 1 2 1
1 1
2 1
1
d1 2
sin
2
d2 2
sin
u 2 1 d2 d1 z2 z1 u---齿数比
所以： 1 2 u 1 d1 sin u
pca K p K Fn L K Fn b K Ft b cos
28 29
YFa 2.97 2.91 2.85 2.8 2.76 2.72 2.69 2.65 2.62 2.60 2.57 2.55 2.53 YSa 1.52 1.53 1.54 1.55 1.56 1.57 1.575 1.58 1.59 1.595 1.60 1.61 1.62
Z(Zv) 30 35 40 45 50 60 70 80 90 100 150 200 ∞
齿根理论弯曲应力:
F0
KFtYFa bm
另外，考虑到齿根过渡圆角引起的应力集中及其他应力 影响，引入应力校正系数Ysa，得到强度校核式：
令： 进一步引入：
— 齿宽系数
许用弯 曲应力
最终得到：
校核式 设计式
10-5 齿形系数YFa以及应力校正系数YSa
Z(Zv) 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27