斜齿圆柱齿轮传动受力分析
齿轮受力分析
齿轮受力分析：
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。
径向力Fr ：指向各自的回转中心。
轴向力Fa ：使用左、右定则判断，只针对主动轮有效。
齿轮受力之间的关系：下角标1表示主动轮、下脚标2表示从动轮。
直齿圆柱齿轮：⎩⎨⎧-=-=2
121r r t t F F F F
斜齿圆柱齿轮：⎪⎩⎪⎨⎧-=-=-=21
2121a a r r t t F F F F F F
直齿圆锥齿轮：⎪⎩⎪⎨⎧-=-=-=21
2121r a a r t t F F F F F F
蜗杆传动：⎪⎩⎪⎨⎧-=-=-=212121t a a t r r F F F F F F
斜齿轮、蜗杆旋向判断：轴线竖直放置，斜线左边高为左旋，右边高为右旋。
例题：
如上图所示：判断齿轮1、2
的转动方向和旋向？
如上图所示：判断齿轮1、2的转向和旋向？
提示：①判断时根据轴向力的方向进行判断，同一根轴上的两个齿轮（包括斜齿轮、锥齿轮、蜗杆）所受轴向力大小相等，方向相反。
②注意齿轮之间作用力与反作用力，特别是直齿圆锥齿轮和蜗杆传动中的作用力与反作用力。
直齿圆柱齿轮与斜齿圆柱齿轮传动特点
直齿圆柱齿轮与斜齿圆柱齿轮传动特点一、引言齿轮传动是机械传动中常用的一种形式，可以将输入的旋转运动转化为输出的旋转运动，具有传递大扭矩、高效率、稳定性好等特点。
直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮是两种常见的齿轮传动形式，本文将从传动特点方面进行比较和分析。
二、直齿圆柱齿轮传动特点1. 传动精度低直齿圆柱齿轮的主要缺陷是其传动精度低。
由于直齿圆柱齿轮的啮合面积小，容易产生啮合误差和摩擦损失，导致传动精度下降。
2. 噪声大直齿圆柱齿轮在工作时会产生较大噪声，这是因为它们的啮合面积小、啮合时冲击力大以及表面质量差等因素导致的。
3. 适用范围窄由于其缺陷较多，直齿圆柱齿轮只适用于低速、中小功率和非精密传动等场合，而在高速、高精度和大功率传动中很少使用。
三、斜齿圆柱齿轮传动特点1. 传动精度高斜齿圆柱齿轮的主要优点是其传动精度高。
由于斜齿圆柱齿轮的啮合面积大，啮合时冲击力小，因此能够保证较高的传动精度。
2. 噪声小相对于直齿圆柱齿轮，斜齿圆柱齿轮在工作时产生的噪声较小。
这是因为它们的啮合面积大、啮合时冲击力小以及表面质量好等因素导致的。
3. 适用范围广由于其优点较多，斜齿圆柱齿轮适用范围广泛。
它们可以用于高速、高精度和大功率传动等场合，并且在各种机器中都有广泛应用。
四、比较分析从上述分析可以看出，直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮各有优缺点。
直齿圆柱齿轮传动精度低、噪声大、适用范围窄，但成本较低；而斜齿圆柱齿轮传动精度高、噪声小、适用范围广，但成本较高。
因此，在具体应用中需要根据实际情况选择合适的齿轮传动形式。
五、结论综上所述，直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮都是常见的齿轮传动形式。
它们各有优缺点，在具体应用中需要根据实际情况选择合适的传动形式。
同时，随着科技的不断进步和发展，新型的高效、高精度的齿轮传动形式也在不断涌现，并且得到了广泛应用。
斜齿圆柱齿轮的传动特点
斜齿圆柱齿轮的传动特点
斜齿圆柱齿轮是一种常见的传动装置，具有以下传动特点：
1. 传动平稳：由于齿轮齿面是斜面，所以齿轮在传动过程中接触点的相对速度较小，传动平稳，振动和噪音较小。
2. 传动效率高：斜齿轮传动的传动效率较高，一般可达到95%以上。
3. 传动能力强：由于齿轮齿面是斜面，所以齿轮的接触点较多，能够分担更大的载荷，传动能力强。
4. 传动比稳定：斜齿圆柱齿轮的传动比与齿轮的不变齿距无关，只与齿轮的修形参数有关，对工作温度、轴向力等变化较稳定。
5. 安装和调整较简单：斜齿圆柱齿轮的安装和调整相对简单，只需要调整齿轮的中心距和齿轮的倾斜角度即可。
需要注意的是，斜齿圆柱齿轮也有一些缺点，如齿面磨损大，精度要求高，制造和加工难度较大等。
在实际应用中，根据具体情况选择合适的传动装置。
斜齿轮
式中：YFa、YSa应按当量齿数zv=z/cos3查表确定 斜齿轮螺旋角影响系数Yβ的数值可查图确定
标准斜齿圆柱齿轮强度计算
四、齿面接触疲劳强度计算 斜齿轮齿面接触强度仍以节点处的接触应
标准斜齿圆柱齿轮强度计算4
力为代表，将节点处的法面曲率半径rn代入计 算。法面曲率半径以及综合曲率半径有以下关 系为： rt d sin t
L
L
因此，
b cos b
KFt KFt KFn pca bα L cos t cos b bα cos t cos b
载荷系数的计算与直齿轮相同，即：K＝KA Kv Kα Kβ
标准斜齿圆柱齿轮强度计算
三、齿根弯曲疲劳强度计算 斜齿轮齿面上的接触线为一斜线。受载时，
标准斜齿圆柱齿轮强度计算3
轮齿的失效形式为局部折断（如右图）。
强度计算时，通常以斜齿轮的当量齿轮为对
象，借助直齿轮齿根弯曲疲劳计算公式，并引入
斜齿轮螺旋角影响系数Yβ，得： 校核计算公式： F
斜齿圆柱齿轮轮齿受载及折断KFtYFaYSa Y bmnα
F
2 KT1Y cos 2 YFaYSa 设计计算公式：m n 3 2 F d z1 α
KT1 H 2 3 R 1 0.5R d1 u
设计计算公式： d1 2.923 (
H
ZE
)2
KT1 R 1 0.5R 2 u
齿轮的结构设计
齿轮的结构设计 通过强度计算确定出了齿轮的齿数z、模数m、齿宽B、螺旋角、分度圆直 径d 等主要尺寸。
2
dα
u H
斜齿轮的[H]
标准锥齿轮传动的强度计算
第三节斜齿圆柱齿轮传动
轴向力Fa的方向用左、右手定则来判断：主动轮为右旋 齿轮时，用右手握轴，四指弯曲方向为主动轴的旋转方 向，伸直的大拇指指向为主动轮的轴向力Fa的方向；主 动轮为左旋齿轮时，左手握轴，判断方法相同。从动轮 的轴向力Fa的方向，与主动轮的相反。
斜齿轮受力分析例题：
分析斜齿轮1轮齿的旋向及齿轮1、2的受力
第三节斜齿圆柱齿轮传动
斜齿圆柱齿轮传动
一.齿面的形成
直齿圆柱齿轮齿廓曲面的形 成如图所示。直齿轮的齿廓 曲面为渐开线曲面。
斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形 成如图所示，当平面沿基圆 柱作纯滚动时，其上与母线 成一倾斜角βb的斜直线KK 在空间所走过的轨迹为渐开 线螺旋面，该螺旋面即为斜 齿圆柱齿轮齿廓曲面，βb 称为基圆柱上的螺旋角。
数称为当量齿数，用 z v表示。铣刀 刀号应z v 按照选取
图 6-40
为确定当量齿数 z v ，如图4-30
所示。过斜齿轮分度圆上C点，作 斜齿轮法面剖面，得到一椭圆。 该剖面上C点附近的齿型可以视为 斜齿轮的法面齿型。以椭圆上点C
的曲率半径 作为虚拟直齿轮的
分度圆半径，并设该虚拟直齿轮 的模数和压力角分别等于斜齿轮 的法面模数和压力角，该虚拟直 齿轮即为当量齿轮，其齿数即为 当量齿数。
图a所示为一直齿条的情况，其上法面 和端面是同一个平面，所以有：
n t
对于斜齿条来说，因为轮齿倾斜了一个角 ，
于是就有端面与法面之分，如图b所示的斜齿条。
abc平面为端面，a'b'c为法面。 abc 即为端 面压力角，a 'b ' c为法面压力角。
由于 abc 和 a'b'c 这两个直角三角形等高，
所以
mn mt cos
斜齿圆柱齿轮传动
直线。
整理ppt
4
图7-28 斜齿 轮齿 廓曲 面的 形成
整理ppt
5
因齿高有一定限制，故在两齿廓啮 合过程中，接触线长度由零逐渐增长， 从某一位置以后又逐渐缩短，直至脱离 啮合，即斜齿轮进入和脱离接触都是逐 渐进行的，故传动平稳，噪音小，此外， 由于斜齿轮的轮齿是倾斜的，同时啮合 的轮齿对数比直齿轮多，故重合度比直 齿轮大。
图7-34 球面渐开线的形成
整理ppt
33
图7-35所示为一圆锥齿轮的轴线 平面，△OAB、△Obb、△Oaa分别 表示分度圆锥、顶圆锥和根圆锥与 轴线平面的交线。过A点作OA的垂 线 ， 与 轴 线 交 于 O′ 点， 以 OO′ 为 轴 线,O′A为母线作圆锥，称为背锥。若 将球面渐开线的轮齿向背锥上投影， 则a、b点的投影为a′、b′点，可见a′b′ 和a、b相差很小，可用背锥齿廓曲线 代替球面渐开线。
整理ppt
13
整理ppt
14
三、斜齿圆柱齿轮的当量齿数
加工斜齿轮时，铣刀是沿着螺旋线 方向进刀的，故应当按照齿轮的法面齿 形来选择铣刀。另外，在计算轮齿的强 度时，因为力作用在法面内，所以也需 要知道法面的齿形。通常采用近似方法 确定。
如图7-31所示，过分度圆柱面上C点
作轮齿螺旋线的法平面nn，它与分度圆
整理ppt
17
zv
2
mn
d
mn cos2
mn z z
mn cos3 cos3
由式（7-30）可知，斜齿轮的当 量齿数总是大于实际齿数，并且往往 不是整数。
整理ppt
18
因斜齿轮的当量齿轮为一直齿 圆柱齿轮，其不发生根切的最少齿 数zvmin=17，则正常齿标准斜齿轮不 发生根切的最少齿数为
齿轮受力分析例题
1
Ⅱ
2
Ⅰ
Ⅳ
4
5
6 位置1
Ⅲ
位置2
3
Ⅳ
1
Fr1 ⊙Fa1 Fa2 ○× Ft1
Ft2 Fr2
Ⅱ
Ⅰ
4
Ft4 Fa4
○×
⊙Ft3
Fa3
6 位置1
Fa5 5 ○⊙×FtF5 a6
Ft6 Ⅲ
位置2
3 2
1 Fa2
Ⅱ
2
Ⅰ
Ⅳ
Fa5
4
5
·
Fr5 Ft6
Ⅲ
6 Fa3 位置1 位置2
3
解：（1）蜗轮的螺旋线方向为左旋； （2）齿轮3为左旋，齿轮4为右旋； （3）蜗轮2和齿轮3的轴向力如图所示；
（4）Ⅲ轴上圆锥齿轮5应放置在右边的位置2； （5）5轮所受力的方向如图所示。
Fr1 Fn1
Fr2 Ft2 tan
Fa1
cos n cos1
Ft 2
cos n cos1
2T2
d 2cos n cos1
Fnc KFn
蜗轮的材料相对较弱， 仅计算蜗轮的σH 与σF，将蜗 轮视为斜齿轮，将式 （11.8）、将式（11.10）作 为计算σH 与σF 的基础。
作用力的方向(示意图）
右
蜗轮的转向→ 与Fa 1 反向
FaF1r1
Ft1
Fa2
Ft2
Fr2
Fr1 Fa1 Ft1
Fa2 Ft2 Fr2
右
例题1
传动中，蜗杆(左旋)主动，转向如图所示。圆柱齿 轮为斜齿轮，为使Ⅱ、Ⅲ轴的轴向力平衡，试确定： (1)蜗轮2的螺旋线方向； (2)齿轮3、4螺旋线方向； (3)蜗轮2和齿轮3所受轴向力方向； (4) Ⅲ轴上圆锥齿轮6应放置在左边的位置1或是右边 的位置2？ (5)在图上画出5轮所受力的方向；
标准斜齿圆柱齿轮传动的强计算
Ft2FFar11 Fa2F1 t
Fr1 Ft1 Fa1 Fa Ft2
Fr2
2 Fr2
右
配对齿轮－旋向相反
（二） 计算载荷
1. 接触线长度： 接触线倾斜 + 重合度→接触线长度= 2.计算载荷：
b cos b
pca
KFn L
KFt
b cost
是端面重合度 图10 — 26
系数K类似与直齿
（三） 齿根弯曲疲劳强度计算
§10—7 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算
（一） 作用力分析
1. 旋向:左、右旋 的判断(β-分度圆柱上的螺旋角)
右
左
2. Ｆn 的分解： Ｆn －圆周力Ｆt ＼径向力Ｆr
＼轴向力Ｆa 与轴线平行并指向齿面
3. 作用力的大小：
Ｆt＝2Ｔ1／d1 Ｆr＝Ｆt·tgαn／cosβ Ｆa＝Ｆt·tgβ
轴向力Ｆa的判断
F
Yfa、YSa由Zv=Z／cos3β查表
（四） 齿面接触疲劳强度计算
t
d
sin t
2
n
t cos b
综合曲率半径：
代入得：
1 1 1 2cos b u 1 n1 n2 d1 sin t u
H ZE
pcaZEFra bibliotekKFt b cost
2 cos b u 1 d1 sin t u
ZE
KFt u 1
bd1 u
2 cos b sin t cost
F
ZH
2 cos b ——区域系数 图10—30 sin t cost
齿面接触疲劳强度计算公式
H ZHZE
KFt
bd1
u 1 u
机械设计第11章斜齿与圆锥齿轮传动
（8-44）
4. 公式应用中的参数选择和注意事项
（1） 软齿面闭式齿轮传动在满足弯曲强度的条件下，为提 高传动的平稳性，小齿轮齿数一般取z1＝20～40，速度较高时 取较大值；硬齿面的弯曲强度是薄弱环节，宜取较少的齿数， 以便增大模数，通常取z1 =17～20。
（2）为保证减小加工量，也为了装配和调整方便，大齿轮 齿宽应小于小齿轮齿宽。取b2=φdd1，则b1=b2+(5～10)。
图8-43表示一斜齿圆柱齿轮传动，取主动小齿轮作为研究对 象，设法向力Fn集中作用在分度圆柱上的齿宽中点P处。在法向 平面内的Fn可分解为径向力Fr、切向力Ft和轴向力Fa，F′是Ft和Fa 的合力，是Fn在P点分度圆柱切平面上的分力。
图8-43 斜齿圆柱齿轮传动的受力分析
切向力 径向力
轴向力 法向力
许用弯曲应力［σ］F：由表8-9得 σFlim1=330+0.45HBS1=(330+0.45×236)MPa=436.2 MPa σFlim2=184+0.74×HBS2=(184+0.74×190)MPa=324.6 MPa
由表8-10得，SFmin=1。所以
F1
Flim
SFmin
436.2MPa436.2MPa 1
法向力Fn分解为切于平均分度圆的切向力Ft和垂直分度圆锥母
线的分力F′，再将F′分解为径向力Fr和轴向力F(8-45)
Fr1=F′cosδ1=Ft1tanα cosδ1
(8-46)
Fa1=F′sinδ1 =Ft1tanαsinδ1
(8-47)
式中：dm1——小齿轮平均分度圆直径， dm1=d1(1-0.5b/R)。
由表8-10得SHmin=1，所以
斜齿圆柱齿轮传动的强度计算
斜齿圆柱齿轮传动的强度计算
• 1.4 斜齿圆柱齿轮的当量齿数
图1-33 斜齿圆柱齿轮的当量齿轮
以ρ为分度圆半径、斜齿轮法面模数 mn为模数、法面压力角αn为压力角 作一直齿圆柱齿轮，其齿形可近似
• 1.5 斜齿圆柱齿轮的受力分析
如图1-34为斜齿圆柱齿轮传动中主动轮的受力分析图。图中Fn1作用在
轮齿的法面内，忽略摩擦力的作用，Fn1可分解为相互垂直的三个分力，
即圆周力Ft1、径向力Fr1、轴向力Fa1，大小分别为
圆周力
2
T 1 F t1
d1
（1-28）
径向力
tan
n
F F r1
t1 cos
端面尺寸可按直齿轮几何尺寸的计算公式直接计算。
斜齿圆柱齿轮传动的强度计算
• 1.3 正确啮合的条件
由斜齿轮齿廓曲面的形成可知，为保证斜齿轮正确啮合传动，除像直 齿轮一样保证两齿轮的端面模数、压力角相等外，两轮的螺旋角还应匹 配。对外啮合齿轮传动，两轮的螺旋角大小相等、方向相反；对于内啮 合，两轮的螺旋角应大小相等、方向相同。因此，斜齿轮正确啮合的条 件为：
• 1.2 主要参数及几何尺寸
4.齿顶高系数及顶隙系数 斜齿轮的齿顶高和齿根高不论从端面还是从法面来看都是相等的，即
将（1-24）带入上式得
h m h m
an n
at t
c m c m
nn
nt
h h cos
at
an
c c cos
t
n
（1-27）
齿轮受力分析例题
受轴向力方向； (4) Ⅲ轴上圆锥齿轮6应放置在左边的位置1或是右边 的
位置2？ (5)在图上画出5轮所受力的方向。
1
Ⅰ
Ⅳ
5
4
6 位置1
Ⅲ
位置2
Ⅱ
3 2
东海中等专业学校
例题1
传动中，蜗杆(左旋)主动，转向如图所示。圆柱齿轮为斜齿轮，为使Ⅱ、 Ⅲ轴的轴向力平衡，(4) Ⅲ轴上圆锥齿轮6应放置在左边的位 (1)蜗轮2的螺旋线方向； (2)齿轮3、4螺旋线方向； (3)蜗轮2和齿轮3所受轴向力方向； (5)在图上画出5轮所受力的方向。 置1或是右边 的位置2？
径向力Fr由啮合点指向各轮的轮心。
主反从同
东海中等专业学校
2、斜齿圆柱齿轮
主动 O1 Fx1 Ft2 Fr2 从动 O2 Fr1 Ft1 Ft1 Fx1 Fx2 n2 Fr1
n1
主动
n1
Fx2
Fr2 Ft2
从动 Ft 主反从同
n2
Ft 、Fr的判定与直齿轮相同。
主动轮 轴向力Fx1左旋用左手；右旋用右手判断。从动轮Fx2与其相反。
向下 条的运动方向为 。 向右
（4）齿轮Z1和Z2的啮合条 件为 和 。
东海中等专业学校
课堂小结
受力名称 齿轮类型 直齿圆柱齿轮传动
圆周力Ft
对主动轮来说是 阻力，其方向与 主动轮在啮合点 处的运动方向相 反；对从动轮来 说是动力，其方 向与从动轮在啮 合点处的运动方 向一致
径向力Fr
轴向力Fx
斜齿圆柱齿轮传动
Fr FX a c Fbn β αt F αn n Ft β F' ω1
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Ft
=
2 T1 d1
Fr
=
F t tan ?n cos ?
F a = F ttan ?
Fn
=
Ft
cos ? n cos
?
2、主、从动轮受力关系
?作用于主、从动轮上的各对力大小相等、方向相反。
即：
F t1= - F t2 F r1= - F r2
F a1= - F a2
3、各力方向
?圆周力 Ft 的方向： 在主动轮上与转动方向
§11-8 斜齿圆柱齿轮传动
斜齿轮啮合特点 — 轮齿呈螺旋形；啮合时接触线倾斜
条件：标准齿轮并忽略摩擦力 β—螺旋角 αn—法面压力角
αt—端面压力角
分析：在斜齿轮传动中，作用于齿面 上的法向载荷 Fn仍垂直于齿面。如右 下图所示，作用于主动轮上的 Fn位于 法面Pabc 内，与节圆柱的切面 Pa'ae 倾斜一法向啮合角α n。将Fn分解为径 向分力Fr和法向分力 F', 再将F'分解为圆 周力FtFa 。Fn分解为三个互相垂直的 空间分力。
1、各力大小 F r
c Fa
长方体对角面即轮齿法面
Fn
αn Ft
β
β
Fr Fn αn
F'
T1 F' ω1
d1 2
F t F r = F' tg αn
β
Fa
F'
F'=F t /cosβ
Fn
F r=F nsin? n
F ′=F ncos? n
F t=F ′cos?
F a=F ′sin?
圆周力 径向力 轴向力 法向力
相反，在从动轮上与转向 相同。 ?径向力 Fr的方向：
分别指向各自的轮心。 ?轴向力 Fa的方向：
取决于齿轮的回转方 向和轮齿的螺旋方向。
用“主动轮左、右手定则”判断
例题分析
?讨论：
F a = F t tan ?
1、斜齿轮轴向力 Fa与tan β成正比。
由于β↑→平稳性好，但β↑→Ｆ a↑→轴承 要求高
?将齿轮轴线垂直，螺旋线右边高 ——右旋 螺旋线左边高 ——左旋
右旋 左旋
左旋
右旋
β= 8°～20°
2、采用人字齿轮可 消除轴向力。
β= 15°～40°
主动轮左、右手螺旋定则
主动轮为右旋，握紧右 手，四指弯曲方向表示主动 轮的回转方向，拇指的指向 即为作用在主动轮上轴向力 Fa的方向；主动轮为左旋时， 则应以左手用同样的方法来 判断。
?★ 不能用在从动轮上
旋向判别
螺ห้องสมุดไป่ตู้线旋向判别