第八章齿轮传动-99页文档资料
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齿轮传动课件
校核式
设计式
H 668
(u 1)3 KT1 ubd12
[ H ]
d1
76.433
KT1(u 1)
du H 2
1）公式中，“+”用于外啮合， “－”用于内啮合。 2）由于一对齿轮啮合时， σ H1= σ H2，但[σ H]1≠ [σ H]2，故应将两者中的较小值代 入公式。
机械设计基础
齿根弯曲疲劳强度计算
3）由于大、小齿轮的比值YF/ [σ F]可能不同，进行设计计 算时，应将两者中的较大值代入设计公式，并将求得的m后圆整 成标准值；
机械设计基础
直齿圆柱齿轮传动设计
直齿圆柱齿轮传动的设计计算步骤
1．闭式软齿面齿轮传动（硬度≤350 HBW） 1）选择齿轮材料、热处理方式、精度等级及计算许用应力； 2）合理选择齿轮参数，按接触疲劳强度设计公式算出小齿 轮分度圆直径； 3）计算齿轮的主要尺寸； 4）校核所设计的齿轮传动的弯曲疲劳强度； 5）确定齿轮的结构尺寸； 6）绘制齿轮的工作图。
设计时应根据工作条件、尺寸大小、毛坯制造及热处理方法等 因素综合考虑后选用。
齿面硬度差
热处理后的齿轮表面可分为软齿面（齿面硬度≤350HBS） 和硬齿面（齿面硬度>350HBS）两种。调质和正火后的齿面 一般为软齿面，表面淬火后的齿面为硬齿面。当大、小齿轮均 为软齿面时，由于单位时间内小齿轮应力循环次数多，为了使 大、小齿轮的寿命接近相等，推荐小齿轮的齿面硬度比大齿轮 高30~50HBS，或更高一些。传动比越大，齿面硬度差就应该 越大。当大、小齿轮均为硬齿面时，硬度差宜小不宜大。
机械设计基础
计算载荷
Fnc KFn
式中， K为载荷系数，用以考虑以下因素影响：
1）原动机和工作机的动力特性、轴和联轴器系统的质量和 刚度，以及运行状态等外部因素引起的附加动载荷。
齿轮传动 完整ppt课件
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19
练习
• 2007年会考题（8分）
相啮合的一对标准直齿圆柱齿轮，齿数 z1=20，z2=32，模数m=10mm，试计算分 度圆直径d1，齿顶圆直径da1，齿厚s1和两 轮中心距a。
精选课件PPT20ຫໍສະໝຸດ • 2002 会考（10分）
• 已知相啮合的一对标准直齿圆柱齿轮 n1=900r/min，n2=300r/min，a=200mm， m=5mm，求分度圆直径d1，齿顶圆直径da2
齿轮暴露在外，不能保证良好润滑。 ② 半开式齿轮传动：
齿轮浸入油池，有护罩但不封闭。 ③ 闭式齿轮传动：
齿轮、轴和轴承等都装在封闭箱体内，润 滑条件良好，灰沙不易进入，安装精确，齿轮 传动有良好的工作条件，是应用最广泛的齿轮 传动。
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6
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7
渐开线齿轮
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8
精选课件PPT
• 求：（1）齿数z1，z2；
（2）齿轮1的分度圆直径d1，齿轮2 的齿根圆直径df2.
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27
常用的齿轮结构
常见的圆柱齿轮结构如图所示。齿轮轴、实心式、 腹板式、轮辐式
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28
渐开线齿轮的切削加工
• 仿形法 铣床
铣直齿
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铣斜齿
29
渐开线齿轮的切削加工
• 展成法 插齿加工
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2
分类
精选课件PPT
3
类型
两轴平行
(a)外啮合圆柱齿轮
(b)内啮合齿轮
(c)齿轮齿条
(d)斜齿轮圆柱齿轮
(e)斜齿条
精选课件PPT
(f)人字齿圆柱齿轮
齿轮传动 ppt课件
内 啮 合 齿 轮 传 动
圆 锥 齿 轮 传 动
斜 齿 轮 传 动
人 字 齿 轮 传 动
矿石球磨机
1.2 齿轮传动的特点和应用
1、优点
①效率高：在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率为最高， 如一级圆柱齿轮传动的效率可达99%；
②结构紧凑； ③工作可靠、寿命长； ④传动比稳定：传动比稳定往往是对传动的一个基本要求。 ⑤功率和速度适用范围广 。
2、齿面磨损
磨料磨损： 磨料磨损是开式齿轮传动的 主要失效形式。 产生原因：砂粒、金属微粒 进入啮合齿面，产生磨料 磨损。 防止或改善措施：①增大齿 面硬度；②采用闭式传动 或加防护罩；③改善润滑 条件。
相对滑动速度
主动
被动
齿面磨损
3、齿面点蚀
在闭式齿轮传动中，常发生点 蚀。开式齿轮传动不易发生。 点蚀：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。 产生原因：①齿面接触应力太 大；②当出现裂纹时，油渗 入裂纹产生楔裂作用。 防止措施：①提高齿面硬度； ②增大齿廓曲率半径ρ（减 小接触应力）；③增大油的 粘度（有利于油膜的形成， 使两齿面隔开，粘度高的油 不易渗入裂纹）。
对齿轮材料性能的基本要求：齿面要硬、齿芯要韧。 1、常用材料 （1）钢：45、40Cr、40CrNi、ZG310─570、ZG340—640 等。 （2）铸铁：HT250、HT300、HT350、QT500—5、QT600—2 （3）非金属材料：例如夹布塑胶、尼龙等。
常用齿轮材料
钢
金属 铸铁 调质钢45 、 锻钢 渗碳钢40Cr、 氮化钢20CrMnTi 铸钢ZG310-570 HT250、QT500-5
2、缺点
制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过 大的场合。
第8章 圆柱齿轮传动
机械设计 Machine design 机械设计 Machine design
渐开线圆柱齿轮齿面接触强度计算
齿面接触强度条件式：
H Z H Z E Z Z
K A K V K Hβ K Hα Ft u 1 bd1 u
HP
H limZ NT Z L Z V Z R Z W Z X
机械设计 Machine design 机械设计 Machine design
齿轮的材料及热处理
一、对齿轮材料性能的要求 齿轮的齿体应有较高的抗折断能力，齿面应有较强的抗点蚀、抗磨损和较高 的抗胶合能力，即要求：齿面硬、芯部韧。 二、常用的齿轮材料 钢：许多钢材经适当的热处理或表面处理，可以成为常用的齿轮材料； 铸铁：常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿轮材料； 非金属材料：适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。 三、齿轮材料选用的基本原则
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，型式 多样，传递功率从很小到很大（可高达数万千瓦）。
一、齿轮传动的主要特点： 传动效率高 可达99％。在常用的机械传动中，齿轮传动的效率为最高； 结构紧凑 与带传动、链传动相比，在同样的使用条件下，齿轮传动所需 的空间一般较小；
与各类传动相比，齿轮传动工作可靠，寿命长； 传动比稳定 无论是平均值还是瞬时值。这也是齿轮传动获得广泛应用的 原因之一；
对于斜齿圆柱齿轮而言，其主要参数有：模数m、齿数z、螺旋角β以及压力角a、 齿高系数h*a、径向间隙系数c*。
机械设计 Machine design 机械设计 Machine design
齿轮传动的失效形式及设计准则
一、齿轮的主要失效形式
齿轮传动的失效主要是指轮齿的失效，其失效形式是多种多样的。常见的失效 形式有：
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。
机械设计第八章 齿轮传动
2.齿轮传动的设计准则
磨损、弹性变形计算尚不成熟；胶合计算复杂且无必要
主要针对轮齿疲劳折断和齿面疲劳点蚀这两种失效形式 齿轮工作时，要保证足够的齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度
1、闭式软齿面 主要失效：疲劳点蚀
一对齿轮啮合，材料相同，谁更容易受到疲劳破坏？ 按接触疲劳强度设计， 校核弯曲疲劳强度
2、闭式硬齿面
9
一、齿轮传动概述
1 齿轮传动工作原理与特点 (2)齿轮传动特点——缺点 ①制造安装精度要求高，成适于中心距较大的场合。
10
一、齿轮传动概述
2 齿轮传动类型 （1）按轴的相互位置 （2）按工作条件
（3）按齿面硬度
（4）按齿形分 （5）按使用功能分
11
受力：像悬臂梁一样承受弯矩，齿根处弯曲应力最大，且 齿根处本身存在应力集中。 疲劳断裂：循环变化的弯曲应力（什么类型？） →疲劳裂纹 脉动循环 （哪一侧？） →裂纹逐渐扩展→齿根弯曲疲劳折断。 受拉侧
过载折断：轮齿过载或受冲击载荷作用时，突然弯曲折断。 尤其是脆性材料
直齿轮易发生全齿折断，斜齿轮易发生局部折断。 如何改善或避免？
主要失效：轮齿折断
再校核sH≤[sH] 先按sF≤[sF]算出齿轮的主要尺寸m，
先按sH≤[sH]算出齿轮主要尺寸d，再校核sF≤[sF]
按弯曲疲劳强度设计，校核接触疲劳强度
一、齿轮传动概述
2 齿轮传动类型 （1）按轴的相互位置 （2）按工作条件
（3）按齿面硬度
（4）按齿形分 （5）按使用功能分 （6）其他 高速
圆周速度
中速 低速
重载
承 载
中载 轻载
21
一、齿轮传动概述
1、在机械传动中，理论上能保证瞬时传动比为常数的是 。
磨损、弹性变形计算尚不成熟；胶合计算复杂且无必要
主要针对轮齿疲劳折断和齿面疲劳点蚀这两种失效形式 齿轮工作时，要保证足够的齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度
1、闭式软齿面 主要失效：疲劳点蚀
一对齿轮啮合，材料相同，谁更容易受到疲劳破坏？ 按接触疲劳强度设计， 校核弯曲疲劳强度
2、闭式硬齿面
9
一、齿轮传动概述
1 齿轮传动工作原理与特点 (2)齿轮传动特点——缺点 ①制造安装精度要求高，成适于中心距较大的场合。
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一、齿轮传动概述
2 齿轮传动类型 （1）按轴的相互位置 （2）按工作条件
（3）按齿面硬度
（4）按齿形分 （5）按使用功能分
11
受力：像悬臂梁一样承受弯矩，齿根处弯曲应力最大，且 齿根处本身存在应力集中。 疲劳断裂：循环变化的弯曲应力（什么类型？） →疲劳裂纹 脉动循环 （哪一侧？） →裂纹逐渐扩展→齿根弯曲疲劳折断。 受拉侧
过载折断：轮齿过载或受冲击载荷作用时，突然弯曲折断。 尤其是脆性材料
直齿轮易发生全齿折断，斜齿轮易发生局部折断。 如何改善或避免？
主要失效：轮齿折断
再校核sH≤[sH] 先按sF≤[sF]算出齿轮的主要尺寸m，
先按sH≤[sH]算出齿轮主要尺寸d，再校核sF≤[sF]
按弯曲疲劳强度设计，校核接触疲劳强度
一、齿轮传动概述
2 齿轮传动类型 （1）按轴的相互位置 （2）按工作条件
（3）按齿面硬度
（4）按齿形分 （5）按使用功能分 （6）其他 高速
圆周速度
中速 低速
重载
承 载
中载 轻载
21
一、齿轮传动概述
1、在机械传动中，理论上能保证瞬时传动比为常数的是 。
齿轮传动课件讲课文档
第二十八页，共48页。
3个齿
名称
符号
齿厚
s
齿槽宽
e
齿距
p
计算公式
s=p/2=πm/2 e=p/2=πm/2
p=πm
习题： 1.一个标准圆柱齿轮的 模数m=5mm，求齿距p 。
第二十九页，共48页。
1个顶隙、1个中心距
当一对标准直齿圆柱齿轮 的分度圆相切时，称为标 准安装。 标准安装的中心距，用a 表示。 图中a=O1O2=r1+r2=?
第四十八页，共48页。
第二十七页，共48页。
3个圆直径
名称
符号
分度圆直径
d
齿顶圆直径
da
齿根圆直径
df
计算公式
d=mz
da=d+2ha=mz+2m=m(z+2) df=d-2hf=mz-2×1.25m=m(z-2.5)
习题：
1.一个标准圆柱齿轮的模数 m=5mm，齿数为z=24，求 该齿轮的分度圆直径d？
2.已知某标准直齿圆柱齿 轮的齿顶圆直径 da=340mm，齿根圆直径 df=317.5mm，求模数、齿 数。
8avi
第十页，共48页。
2、按工作条件
开式—适于低速及不重要的场合，农业机械，建筑机械及简单机械设备，
只有简单防护罩
闭式—润滑、密封良好，汽车、机床及航空发动机等齿轮传动中 3、按齿形
渐开线——常用
摆线——计时仪器 圆弧——承载能力较强
4.按使用情况分：
动力齿轮─以动力传输为主，常为高速重载或低速重载传动。 传动齿轮─以运动准确为主，一般为轻载高精度传动。
的齿轮，故齿形通常是近似的。表中列出了1-8号圆盘铣刀加工齿轮的齿数 范围。
3个齿
名称
符号
齿厚
s
齿槽宽
e
齿距
p
计算公式
s=p/2=πm/2 e=p/2=πm/2
p=πm
习题： 1.一个标准圆柱齿轮的 模数m=5mm，求齿距p 。
第二十九页，共48页。
1个顶隙、1个中心距
当一对标准直齿圆柱齿轮 的分度圆相切时，称为标 准安装。 标准安装的中心距，用a 表示。 图中a=O1O2=r1+r2=?
第四十八页，共48页。
第二十七页，共48页。
3个圆直径
名称
符号
分度圆直径
d
齿顶圆直径
da
齿根圆直径
df
计算公式
d=mz
da=d+2ha=mz+2m=m(z+2) df=d-2hf=mz-2×1.25m=m(z-2.5)
习题：
1.一个标准圆柱齿轮的模数 m=5mm，齿数为z=24，求 该齿轮的分度圆直径d？
2.已知某标准直齿圆柱齿 轮的齿顶圆直径 da=340mm，齿根圆直径 df=317.5mm，求模数、齿 数。
8avi
第十页，共48页。
2、按工作条件
开式—适于低速及不重要的场合，农业机械，建筑机械及简单机械设备，
只有简单防护罩
闭式—润滑、密封良好，汽车、机床及航空发动机等齿轮传动中 3、按齿形
渐开线——常用
摆线——计时仪器 圆弧——承载能力较强
4.按使用情况分：
动力齿轮─以动力传输为主，常为高速重载或低速重载传动。 传动齿轮─以运动准确为主，一般为轻载高精度传动。
的齿轮，故齿形通常是近似的。表中列出了1-8号圆盘铣刀加工齿轮的齿数 范围。
第八章 齿轮传动
1 O2 P i12 2 O1P
瞬时传动比等于齿廓接触点的公法线 将连心线截为两段线段的反比。
传动比恒定的条件： 不论两齿廓在何位置接触， 过其接触点所作两齿廓的公法线 均须与连心线交于一定点P 。
a b n
O1
1
v2 v1
P
n
K
c
节点
节圆
2
Z O2
§6－3 渐开线及渐开线齿轮
一、渐开线的形成
O
d
m, α, ha*，c*等于标准数值, s=e
三、几何尺寸计算（P75表6-3） 1）分度圆直径 d=mz 2）齿顶高 ha=h*am 3）齿根高 hf=（h*a+c*）m 4）全齿高 h=ha+hf=（2h*a+c*）m 5）齿顶圆直径 da=d+2ha=（z+2 h*a）m 6）齿根圆直径 df=d － 2hf= mz －2（h*a+c*）m =（z－2 h*a －2c*）m 7）基圆直径 db= dcosα= mzcosα 8）齿距 p =πm 9）基圆上的齿距 pb=πdb / z =πmcosα =pcosα 10）齿厚 s=πm/2 11)齿槽宽 e=πm/2 12)中心距 a=(d1+d2)/2=m(z1+z2)/2
αK1
n
K P N1
vK1 cosK1 vK 2 cosK 2
b
N2
因为PO1N1∽PO2N2，则 瞬时传动比
n
c
αK2
O 2 K cosK 2 O 2 N 2 O 2 P i12 2 O1K cosK 1 O1N 1 O1P
2
Z O2
二、齿廓啮合的基本定律
P
齿轮传动基础知识
齿轮传动的失效主要是轮齿的失效。 轮齿折断 轮齿的失效形式 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 齿面塑性变形
1.轮齿折断 常发生于闭式硬齿面或 开式传动中。
局部折断
整体折断
（1）现象：
（2）原因： 轮齿象一个悬臂梁，受载后齿根部 产生的 弯曲应力最大。因此，轮齿折断一般发生在 齿根部分，并均始于齿根受拉应力一侧。轮 齿折断有疲劳折断和过载折断两种情况。
3）提高齿面硬度、降低齿面粗糙度; 4）材料相同时，使大、小齿轮保持一定硬度差。
5）采用不同成分的材料制造配对的齿轮等 。
4.齿面磨损 常发生于开式齿轮传动。 （1）现象：金属表面材料不断减小 （2）原因：灰尘、砂粒、金属微粒等落
入轮齿间，会使齿面间产生摩擦磨损。
润滑不良、表面粗糙也会使齿面间产生 摩擦磨损。 （3）后果：正确齿形被破坏、传动不平稳, 齿厚减薄、抗弯能力↓→折断 （4）提高抗磨损的主要措施 闭式： 1）提高齿面硬度,选用耐磨材料; 2）降低齿面粗糙度; 3）采用清洁的润滑油; 开式：4）加防尘罩或采用闭式传动。
我国标准规定：正常齿制ha*=1 ，c*=0.25； 短齿制ha*=0.8 ，c*=0.3 全齿高： h=ha+h f=(2ha*+c*)m
z 、m、 、 ha*和 c*是齿轮的基本参数，其它几何尺寸可 通过它们求得。 标准齿轮:是指m、a、ha*和 c*均为标准值，且s=e的齿轮。 3.分度圆的定义 分度圆是齿轮上具有标准模数和标准压力角的圆。 任一齿轮都有一分度圆，且只有一个分度圆。齿轮一经 制造，其分度圆大小就确定，与安装位置无关。 比较分度圆和节圆、压力角与啮合角的区别
1.组成： —— 蜗杆、蜗轮 2.工作原理： —— 空间啮合传动
机械设计-齿轮传动
从动轮 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 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
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
齿轮传动课件共48张PPT大纲
蜗杆传动
由蜗杆和蜗轮组成，具有 传动比大、结构紧凑等特 点，但效率较低。
传动比及计算方法
传动比定义
传动比是指输入轴转速与输出轴转速 之比，也等于两齿轮齿数之比（对于 圆柱齿轮）。
计算方法
传动比=输入轴转速/输出轴转速=齿 轮Z2的齿数/齿轮Z1的齿数（其中Z1 、Z2为两啮合齿轮的齿数）。
应用领域与发展趋势
正确啮合条件分析
模数和压力角相等
保证两齿轮能够正确啮合 的基本条件。
齿形角匹配
两齿轮的齿形角必须相等 ，以确保平稳的啮合过程 。
齿顶间隙适当
避免齿轮在啮合过程中发 生干涉或卡死现象。
滑动率与传动效率关系
滑动率定义
齿轮啮合过程中，主动轮与从动轮在 接触点处的线速度差与主动轮线速度 之比。
提高传动效率的措施
应用领域
齿轮传动广泛应用于机床、汽车、船舶、飞机、工程机械等各种机械设备中。
发展趋势
随着科技的进步和制造业的发展，齿轮传动正朝着高速、重载、高精度、低噪 声、高效率等方向发展，同时新材料、新工艺和新技术也不断应用于齿轮传动 中。
02
齿轮几何参数及啮合原理
齿轮基本几何参数
齿数
齿轮上齿的数量，决定 了齿轮的传动比和尺寸
油液分析法
通过对润滑油进行化验分析 ，了解油液污染程度、金属 磨粒含量等指标，判断齿轮 磨损情况和故障类型。
维护保养周期和作业内容
日常检查
每天对齿轮传动系统进行外观检查、温 度监测和噪声听诊等，及时发现并处理
异常情况。
清洗检查
定期对齿轮传动系统进行清洗和检查 ，清除内部杂质和金属磨粒，检查齿
轮磨损情况和轴承间隙等。
考虑轴承的润滑和密封问题
齿轮传动PPT课件
（二）直齿圆柱齿轮的基本参数
决定齿轮尺寸和齿形的基本参数有5个： 齿轮的模数 m、 压力角、 齿数 z、 齿顶高系数ha* 顶隙系数c*。以上5个参数，除齿数 z 外均已标准化了。
1.模数m
分度圆上的周节 p 对 的比值称为模数，用m（mm）表示，即： m= p/ （3－37） 模数是齿轮几何尺寸计算的基础。显然，m越大，则 p越大，轮齿就越大，轮齿的抗弯曲能力也越高。 我国已规定了标准模数系列。
2．齿面磨损
齿面磨损主要是由于灰砂、硬屑粒等进入齿面间而引起的磨粒性磨损；其次是因齿面互相摩擦而产生的跑合性磨损。磨损后齿廓失去正确形状（图3－42），使运转中产生冲击和噪声。
齿面点蚀
轮齿工作时，其工作表面产生的接触压应力由零增加到一最大值，即齿面接触应力是按脉动循环变化的。在过高的接触应力的多次重复作用下，齿面表层就会产生细微的疲劳裂纹，裂纹的蔓延扩展使齿面的金属微粒剥落下来而形成凹坑，即疲劳点蚀，继续发展以致轮齿啮合情况恶化而报废。 实践表明，疲劳点蚀首先出现在齿根表面靠近节线处（图3－43）。齿面抗点蚀能力主要与齿面硬度有关，齿面硬度越高，抗点蚀能力也越强。
（三）标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸关系
模数、压力角、齿顶高系数及顶隙系数均取标准值，分度圆上齿厚与齿槽宽相等的齿轮称为标准齿轮。因此，对于标准齿轮有： s＝e＝p/2=m/2 （3－39） 分度圆直径d、齿顶圆直径da 和齿根圆直径df的计算式为： d =zm (3－40) da =d+2ha=2ha*+z (3－41) df=d-2hf=(z-2ha*-2c*)m (3－42)
第七节 齿轮轮齿的失效形式
齿轮最重要的部分为轮齿。它的失效形式主要有四种： 轮齿折断 齿面磨损 齿面点蚀 齿面胶合
决定齿轮尺寸和齿形的基本参数有5个： 齿轮的模数 m、 压力角、 齿数 z、 齿顶高系数ha* 顶隙系数c*。以上5个参数，除齿数 z 外均已标准化了。
1.模数m
分度圆上的周节 p 对 的比值称为模数，用m（mm）表示，即： m= p/ （3－37） 模数是齿轮几何尺寸计算的基础。显然，m越大，则 p越大，轮齿就越大，轮齿的抗弯曲能力也越高。 我国已规定了标准模数系列。
2．齿面磨损
齿面磨损主要是由于灰砂、硬屑粒等进入齿面间而引起的磨粒性磨损；其次是因齿面互相摩擦而产生的跑合性磨损。磨损后齿廓失去正确形状（图3－42），使运转中产生冲击和噪声。
齿面点蚀
轮齿工作时，其工作表面产生的接触压应力由零增加到一最大值，即齿面接触应力是按脉动循环变化的。在过高的接触应力的多次重复作用下，齿面表层就会产生细微的疲劳裂纹，裂纹的蔓延扩展使齿面的金属微粒剥落下来而形成凹坑，即疲劳点蚀，继续发展以致轮齿啮合情况恶化而报废。 实践表明，疲劳点蚀首先出现在齿根表面靠近节线处（图3－43）。齿面抗点蚀能力主要与齿面硬度有关，齿面硬度越高，抗点蚀能力也越强。
（三）标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸关系
模数、压力角、齿顶高系数及顶隙系数均取标准值，分度圆上齿厚与齿槽宽相等的齿轮称为标准齿轮。因此，对于标准齿轮有： s＝e＝p/2=m/2 （3－39） 分度圆直径d、齿顶圆直径da 和齿根圆直径df的计算式为： d =zm (3－40) da =d+2ha=2ha*+z (3－41) df=d-2hf=(z-2ha*-2c*)m (3－42)
第七节 齿轮轮齿的失效形式
齿轮最重要的部分为轮齿。它的失效形式主要有四种： 轮齿折断 齿面磨损 齿面点蚀 齿面胶合
齿轮传动 ppt课件
KF___弯曲疲劳强度计算的载荷系数 KF=KAKV KFαKFβ 考虑齿根危险截面处过渡圆角所引起的应力集中的影响引 入应力校正系数——YSa
继续…
考虑到载荷作用在齿顶所产生的误差，引入重合度系数Yε
Yε 0.25
0.75
齿 根 弯 曲 强 度 公 式
b 引入 d ——齿宽系数 d1 齿根弯曲强度校核计算公式
本章目录 教学要求
齿轮传动是机械传动中最主要 的传动形式之一，它在现代机械中 应用极为广泛。因此，齿轮传动是
基本内容
重点难点 问题思考
总目录
本课程重点章节之一。研究齿轮传
动首先齿轮失效形式出发，分析各 种失效的原因，从而找出各种相应 的防止措施和计算准则。
结ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ束
音乐欣赏
§1 . 齿轮传动概述 §2 . 齿轮传动的失效形式及设计准则 §3 . 齿轮的材料
a
P T 9.5510 1 N.mm n1
6
K F Ft1YFaYSaYε F F0YsaYε [ F ] bm
齿根弯曲强度设计计算公式
m
3
2 K FT1Yε YFaYSa ( ) 2 d z1 [ F ]
齿形系数YFa及应力校正系数YSa
齿形系数Yfa只与轮齿形状有关， 随齿数z及变位系数x变化，与齿轮的模数m 无关。
教学要求
本章基本要求
本章基本要求
§1. 齿轮传动概述
一、齿轮传动的类型
单击…
单击…
单击…
单击…
二、齿轮传动的主要特点：
1、效率高； 2、结构紧凑；3、工作可靠、寿命长；4、传动比稳定。
三、齿轮传动的应用
开式传动 闭式传动
精密机械设计基础-第八章 齿轮传动1
二、渐开线方程式
rb rK cos a K
NK AN rb a K K tana K aK K rb rb rb
K invaK tana K a K
渐开线的极坐标方程式（表8-1）
K invaK tana K a K rK rb cosa K
sb srb / r 2ra inva s cosa 2r cosainva
cosas m zinva
第五节 渐开线直齿圆柱齿轮传动
一、 啮合过程分析 （图8-9）
二、正确啮合条件 （图8-10）
m1 m 2 m a1 a 2 a
要使齿轮连续传动，需要：
B1 B2 B1 B2 CD 1 P P cosa Pb
1 z1 tan a a1 tan a z1 tan a a 2 tan a 2
a a1 ——
aa 2
齿轮1齿顶圆 压力角； ——齿轮2齿顶圆 压力角。
rb r cos z cos cosaa * ra r ha z 2ha
五、变位齿轮传动的类型 1、类型： （一）高度变位齿轮传动 1）特点： 两齿轮的分度圆与节圆重合 变位后，两齿轮的齿顶高和齿根高已非标准值， 故这种传动称为高度变位齿轮传动 （图8-24）
2） 等变位齿轮的变位系数： 对小齿轮采用正变位，对大齿轮采用负变位，并 同时保证两齿轮都不产生根切。
* x1 ha
齿条的齿厚 齿条的齿槽宽
* h f ha C* m
* a
1 s m 2
1 e m 2
三、渐开线圆柱齿轮任意圆上的齿厚 1、由图8－8所示可得
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:按齿面强度设计(先求a) → 按弯曲强度校核
硬齿面(折断):按弯曲强度设计(先求m )
→按齿面强度校核
开式传动: 按弯曲强度设计(求m ) →
(磨损)
考虑磨损将[σF] ×(0.7～0.8)
(许用弯曲应力)
8.3 齿轮材料及其热处理
一、齿轮材料
对材料的基本要求： *齿面有足够的硬度； *轮芯有足够的强度和韧性； *具有良好的机械加工和热处理工艺性； *价格低。 制造齿轮常用材料： 钢、铸铁、有色金属、非金属材料
A.减小齿根圆角半径
B.减小齿面粗糙度
C.减轻加工损伤
D.表面强化处理
6.因发生全齿折断而失效的齿轮，通常是 C 。
A.人字齿轮
B.齿宽较大、齿向受载不均 的直齿圆柱齿轮
C.齿宽较小的直齿圆柱齿轮 D.斜齿圆柱齿轮
7.在齿轮热处理加工中，轮齿材料达到 D 。状态时 将有利于提高齿轮抗疲劳强度和抗冲击载荷作用的能力。
1）磨粒磨损：由于金 属微粒，灰石砂粒进入 齿轮引起的磨损。 2）跑合磨损：一般指新机器。
开式齿轮传动易发 生磨粒磨损。
防止措施： 1. 采用闭式传动 2.提高齿面硬度、 3.改善润滑和密封条件
4)轮齿 塑 性 变 形 低速重载软齿面闭式传动 的主要破坏形式。
齿体塑性变形：突然过载引起的轮齿歪斜
防止措施： 1.提高齿面硬度
2.选用粘度大的润滑油。 减小摩擦。
3.提高加工精度，降低齿面粗糙度。 减少裂纹源。
2) 齿 面 胶 合
润滑失效→表面粘连 →沿运动方向撕裂
当齿面所受的压力很大且润滑效果差， 或压力很大而速度很高时，由于发热大， 瞬时温度高，相啮合的齿面发生粘联现象， 此时两齿面有相对滑动，粘接的地方被撕 裂。 →这叫热胶合。
剧烈冲击的齿轮
软齿面：正火、调质
小齿轮的硬度要比大齿轮的硬度大30-50HBS
硬齿面：整体淬火、表面淬火、渗碳淬火、 化学热处理
1.软齿面闭式齿轮传动的主要失效形式是 B 。
A.齿面胶合
B.齿面疲劳点蚀
C.齿面磨损
D.轮齿折断
2.高速重载齿轮传动，最可能出现的失效形式是 A 。
A.齿面胶合
B.齿面疲劳点蚀
1.折断┌疲劳折断 └过载折断
全齿折断(齿根)(直齿) →
局部折断(斜齿受载不均)
疲劳折断：
F Flim
突然折断：
F B
闭式硬齿面、脆性材料 齿轮传动的主要破坏形式
轮齿折断
防止措施： 1.增大齿根过渡圆角半径
减小应力集中
2.提高齿轮的制造、安装精度。
减小疲劳裂纹源，避免偏载。
3.正确选择材料和热处理方式。 齿面硬，轮芯韧
290
HB162~217 低中速、中载的
非重要齿轮
350
HB217~255 低中速、中载的
重要齿轮
HRC40~50（齿 高速、中载而冲
面）
击较小的齿轮
500
HB241~286 低中速、中载的
重要齿轮
HRC48~55 高速、中载、无
剧烈冲击的齿轮
550
HB217~269 低中速、中载的
重要齿轮
HRC45~55 高速、中载、无
C.齿面磨损
D.轮齿塑性变形
3.在开式齿轮传动中，齿轮模数应根据 A 。确定， 再考虑磨损适当增大。
A.齿根弯曲疲劳强度
B.齿面接触疲劳强度
C.齿面胶合强度
D.齿轮工作环境
4.轮齿疲劳点蚀通常首先出现在齿廓的 D 部位。
A.齿顶附近
B.齿根附近
C.节线上
D.节线靠近齿根处
5.下列措施中， A 。不利于提高轮齿抗疲劳折断能力。
A.齿面硬、齿芯脆
B.齿面软、齿芯脆
C齿面软、齿芯韧.
D齿面硬、齿芯韧.
8.除了调质外，软齿面齿轮常用的热处理方法还有 B 。
A.渗碳淬火
B.正火
C.渗氮
D.碳氮共渗
9.提高齿轮的抗点蚀能力，课采取 D 措施 A.减少齿轮传动的中心距 B.采用闭式齿轮
C.减少齿数、增大模数
D.提高齿面硬度
10.斜齿圆柱齿轮的齿数与模数不变，弱若增大螺旋角， 则分度圆直径 B 。
齿面塑性变形：
ω1
过载，油膜破坏 →齿面沿摩擦力方向塑性变形 →主凹、从凸
ω2
防止措施： 1.提高齿面硬度
2.提高润滑油粘度
折断:
疲劳折断→ 过载折断
全齿折断(齿根)(直齿) 局部折断(斜齿受载不均)
.
齿面点蚀: σH反复→裂纹→扩展→麻点状脱落
齿
→靠近节线的齿根表面
面 失
齿面胶合: 润滑失效→表面粘连→沿运动方向撕裂
低速重载的齿轮，油膜遭破坏 也发生胶合现象。这时齿面温度无 明显增高，这种胶合→冷胶合。
高速重载、低速重载闭式传动 的主要破坏形式。
防止措施： 1.减小模数，降低齿高，降低滑动系数 2.提高齿面硬度，降低齿面粗糙度 3.选用粘度大的润滑油 4.采用齿廓修形，以减少啮入冲击。
3)齿 面 磨 粒 磨 损 →齿形破坏
齿轮传动的分类：
按工作条件： 闭式传动 汽车、机床、航空发动机 半开式传动
农业机械、建筑机械
开式传动 简易机械
按齿面硬度： 软齿面：≤350HBS（38HRC）
硬齿面：＞350HBS （38HRC） 精度等级：圆柱齿轮13个 0级最高 常用：6—8级
圆锥齿轮 12个精度等级 1---12
8.2 轮齿的失效形式及计算准则
4.对齿根部分进行强化处理，如喷丸，碾压。
提高 F
2.齿面失效 1) 齿 面 疲 劳 点 蚀
σH反复→裂纹→扩展→麻点状脱落 闭式软齿面齿轮传动的主要破坏形式。
发生部位：一般出现在齿 根表面靠近节线处。
（载荷大；速度低难形成 油膜)
软齿面新齿轮---局限性点蚀—扩展性点蚀
硬齿面齿轮---扩展性点蚀
效 齿面磨粒磨损: 磨粒磨损→齿形破坏
:
轮齿塑性变形: 齿面沿摩擦力方向塑性变形（齿面）
各种场合的主要失效形式
→主凹、从凸
*闭式传动 → 软齿面→ 齿面点蚀 硬齿面→ 轮齿折断
*开式传动 → 齿面磨粒磨损
*闭式高速重载传动→ 齿面胶合
*低速重载软齿面→ 齿面塑性变形
(二) 齿轮传动常用计算准则:
防齿面点蚀→ 齿面接触疲劳强度计算→求中心距a 防轮齿折断→ 齿根弯曲疲劳强度计算→求模数ｍ
二 、热处理方法
表8-2 齿轮常用材料的机械性能及应用范围
材料牌 号
热处理方 法
强度极限σB （ M Pa）
机械性能 屈服极限σs
（ M Pa）
硬度 HB、HRC 或 HV
应用范围
45
正火
580
调质
640
调质、表
面淬火
40Cr
调质
700
调质、表 面淬火
38SiMn 调 质
700
Mo
调质、表 面淬火
硬齿面(折断):按弯曲强度设计(先求m )
→按齿面强度校核
开式传动: 按弯曲强度设计(求m ) →
(磨损)
考虑磨损将[σF] ×(0.7～0.8)
(许用弯曲应力)
8.3 齿轮材料及其热处理
一、齿轮材料
对材料的基本要求： *齿面有足够的硬度； *轮芯有足够的强度和韧性； *具有良好的机械加工和热处理工艺性； *价格低。 制造齿轮常用材料： 钢、铸铁、有色金属、非金属材料
A.减小齿根圆角半径
B.减小齿面粗糙度
C.减轻加工损伤
D.表面强化处理
6.因发生全齿折断而失效的齿轮，通常是 C 。
A.人字齿轮
B.齿宽较大、齿向受载不均 的直齿圆柱齿轮
C.齿宽较小的直齿圆柱齿轮 D.斜齿圆柱齿轮
7.在齿轮热处理加工中，轮齿材料达到 D 。状态时 将有利于提高齿轮抗疲劳强度和抗冲击载荷作用的能力。
1）磨粒磨损：由于金 属微粒，灰石砂粒进入 齿轮引起的磨损。 2）跑合磨损：一般指新机器。
开式齿轮传动易发 生磨粒磨损。
防止措施： 1. 采用闭式传动 2.提高齿面硬度、 3.改善润滑和密封条件
4)轮齿 塑 性 变 形 低速重载软齿面闭式传动 的主要破坏形式。
齿体塑性变形：突然过载引起的轮齿歪斜
防止措施： 1.提高齿面硬度
2.选用粘度大的润滑油。 减小摩擦。
3.提高加工精度，降低齿面粗糙度。 减少裂纹源。
2) 齿 面 胶 合
润滑失效→表面粘连 →沿运动方向撕裂
当齿面所受的压力很大且润滑效果差， 或压力很大而速度很高时，由于发热大， 瞬时温度高，相啮合的齿面发生粘联现象， 此时两齿面有相对滑动，粘接的地方被撕 裂。 →这叫热胶合。
剧烈冲击的齿轮
软齿面：正火、调质
小齿轮的硬度要比大齿轮的硬度大30-50HBS
硬齿面：整体淬火、表面淬火、渗碳淬火、 化学热处理
1.软齿面闭式齿轮传动的主要失效形式是 B 。
A.齿面胶合
B.齿面疲劳点蚀
C.齿面磨损
D.轮齿折断
2.高速重载齿轮传动，最可能出现的失效形式是 A 。
A.齿面胶合
B.齿面疲劳点蚀
1.折断┌疲劳折断 └过载折断
全齿折断(齿根)(直齿) →
局部折断(斜齿受载不均)
疲劳折断：
F Flim
突然折断：
F B
闭式硬齿面、脆性材料 齿轮传动的主要破坏形式
轮齿折断
防止措施： 1.增大齿根过渡圆角半径
减小应力集中
2.提高齿轮的制造、安装精度。
减小疲劳裂纹源，避免偏载。
3.正确选择材料和热处理方式。 齿面硬，轮芯韧
290
HB162~217 低中速、中载的
非重要齿轮
350
HB217~255 低中速、中载的
重要齿轮
HRC40~50（齿 高速、中载而冲
面）
击较小的齿轮
500
HB241~286 低中速、中载的
重要齿轮
HRC48~55 高速、中载、无
剧烈冲击的齿轮
550
HB217~269 低中速、中载的
重要齿轮
HRC45~55 高速、中载、无
C.齿面磨损
D.轮齿塑性变形
3.在开式齿轮传动中，齿轮模数应根据 A 。确定， 再考虑磨损适当增大。
A.齿根弯曲疲劳强度
B.齿面接触疲劳强度
C.齿面胶合强度
D.齿轮工作环境
4.轮齿疲劳点蚀通常首先出现在齿廓的 D 部位。
A.齿顶附近
B.齿根附近
C.节线上
D.节线靠近齿根处
5.下列措施中， A 。不利于提高轮齿抗疲劳折断能力。
A.齿面硬、齿芯脆
B.齿面软、齿芯脆
C齿面软、齿芯韧.
D齿面硬、齿芯韧.
8.除了调质外，软齿面齿轮常用的热处理方法还有 B 。
A.渗碳淬火
B.正火
C.渗氮
D.碳氮共渗
9.提高齿轮的抗点蚀能力，课采取 D 措施 A.减少齿轮传动的中心距 B.采用闭式齿轮
C.减少齿数、增大模数
D.提高齿面硬度
10.斜齿圆柱齿轮的齿数与模数不变，弱若增大螺旋角， 则分度圆直径 B 。
齿面塑性变形：
ω1
过载，油膜破坏 →齿面沿摩擦力方向塑性变形 →主凹、从凸
ω2
防止措施： 1.提高齿面硬度
2.提高润滑油粘度
折断:
疲劳折断→ 过载折断
全齿折断(齿根)(直齿) 局部折断(斜齿受载不均)
.
齿面点蚀: σH反复→裂纹→扩展→麻点状脱落
齿
→靠近节线的齿根表面
面 失
齿面胶合: 润滑失效→表面粘连→沿运动方向撕裂
低速重载的齿轮，油膜遭破坏 也发生胶合现象。这时齿面温度无 明显增高，这种胶合→冷胶合。
高速重载、低速重载闭式传动 的主要破坏形式。
防止措施： 1.减小模数，降低齿高，降低滑动系数 2.提高齿面硬度，降低齿面粗糙度 3.选用粘度大的润滑油 4.采用齿廓修形，以减少啮入冲击。
3)齿 面 磨 粒 磨 损 →齿形破坏
齿轮传动的分类：
按工作条件： 闭式传动 汽车、机床、航空发动机 半开式传动
农业机械、建筑机械
开式传动 简易机械
按齿面硬度： 软齿面：≤350HBS（38HRC）
硬齿面：＞350HBS （38HRC） 精度等级：圆柱齿轮13个 0级最高 常用：6—8级
圆锥齿轮 12个精度等级 1---12
8.2 轮齿的失效形式及计算准则
4.对齿根部分进行强化处理，如喷丸，碾压。
提高 F
2.齿面失效 1) 齿 面 疲 劳 点 蚀
σH反复→裂纹→扩展→麻点状脱落 闭式软齿面齿轮传动的主要破坏形式。
发生部位：一般出现在齿 根表面靠近节线处。
（载荷大；速度低难形成 油膜)
软齿面新齿轮---局限性点蚀—扩展性点蚀
硬齿面齿轮---扩展性点蚀
效 齿面磨粒磨损: 磨粒磨损→齿形破坏
:
轮齿塑性变形: 齿面沿摩擦力方向塑性变形（齿面）
各种场合的主要失效形式
→主凹、从凸
*闭式传动 → 软齿面→ 齿面点蚀 硬齿面→ 轮齿折断
*开式传动 → 齿面磨粒磨损
*闭式高速重载传动→ 齿面胶合
*低速重载软齿面→ 齿面塑性变形
(二) 齿轮传动常用计算准则:
防齿面点蚀→ 齿面接触疲劳强度计算→求中心距a 防轮齿折断→ 齿根弯曲疲劳强度计算→求模数ｍ
二 、热处理方法
表8-2 齿轮常用材料的机械性能及应用范围
材料牌 号
热处理方 法
强度极限σB （ M Pa）
机械性能 屈服极限σs
（ M Pa）
硬度 HB、HRC 或 HV
应用范围
45
正火
580
调质
640
调质、表
面淬火
40Cr
调质
700
调质、表 面淬火
38SiMn 调 质
700
Mo
调质、表 面淬火