上海大学机械设计课件-第十章 齿轮传动.ppt
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第 十章 齿轮传动
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。
第 十章 齿轮传动
二、常用的齿轮材料
1、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；
2、铸铁：常作为低速、轻载、不太重要的 场合的齿轮材料；
第 十章 齿轮传动
§10-2齿轮传动的失效形式及设计准则
一、失效形式 二、设计准则
第 十章 齿轮传动
1、轮齿折断
➢ 过载折断 ➢ 弯曲疲劳折断 ➢ 折断原因：
➢ 齿根弯曲应力大； ➢ 齿根应力集中 ➢措施： ➢增大齿根圆角半径，消除加工刀痕； ➢增大支撑刚度，是轮齿受力均匀 ➢采用合适的热处理方法使齿芯材料具有足够的韧性 ➢正变位，增大模数； ➢强化处理：喷丸、滚压处理
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； 与带传动、链传动相比，齿轮的制造及安装精度
要求高，价格较贵。
第 十章 齿轮传动
第 十章 齿轮传动
三、本章的学习目的
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Hale Waihona Puke Baidu动可靠的齿轮。
设计齿轮是指设计确定齿轮的主要参数以及结构 形式。
对于圆柱齿轮而言，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*等。
➢开式传动一般不发生点蚀失效
第 十章 齿轮传动
4、齿面胶合
高速重载；散热不 良；
滑动速度大； 齿面粘连后撕脱
措施： 减小模数，降低齿高； 抗胶合能力强的润滑油； 材料的硬度及配对
第 十章 齿轮传动
5、塑性变形 措施：材料的选择及硬度
主动
被动
相对滑动方向
第 十章 齿轮传动
轮齿的失效形式总结
2）铸钢 耐磨性和强度均较好，常用于尺寸较大的齿轮。
第 十章 齿轮传动
三、齿轮材料选用的基本原则
1、齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿命、可 靠性、经济性等；
2、应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工 艺；
3、正火碳钢，不论毛坯的制作方法如何，只能用于制作载 荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮。不承受大的冲击载荷； 调质碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作的齿轮；
L
Fn 为轮齿所受的公称法向载荷。
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，且沿接触线分布
第 十章 齿轮传动
2、齿面磨损
砂粒、金属屑 措施：加强润滑；开式改闭式传动
第 十章 齿轮传动
3、齿面点蚀
轮齿在节圆附近一对齿受力（单啮 区）
➢载荷大；滑动速度低形成油膜 条件差； ➢接触疲劳产生的小裂纹--扩展-脱落--凹坑 ➢点蚀发生的位置：首先出现在靠 近节线的齿根面上 ➢措施： ➢提高材料的硬度； ➢加强润滑，提高油的粘度
抗胶合能力的准则进行设计。
由实践得知：
闭式软齿面齿轮传动，以保证齿面接触疲劳强度 为主。
闭式硬齿面或开式齿轮传动，以保证齿根弯曲疲 劳强度为主。
对开式齿轮传动，目前仅按齿根弯曲疲劳强度进 行设计，视具体情第 况十 适章 当齿 增轮 传大动模数。（15%）
§10-3 齿轮的材料及其选择原则
一、对齿轮材料性能的要求 二、常用的齿轮材料 三、齿轮材料选用的基本原则
第十章 齿轮传动
§10-1概述 §10-2齿轮传动的失效形式及设计准则 §10-3 齿轮的材料及其选择原则 §10-4 齿轮传动的计算载荷 §10-5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 §10-6 齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择 §10-7 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 §10-8 标准锥齿轮传动的强度计算 §10-9 变位齿轮传动的强度计算 §10-10齿轮的结构设计 §10-11齿轮传动的润滑 §10-12圆弧齿圆柱齿轮传动简介
主动
弯曲折断
被动
磨损
？ 现象与原因
改进措施？
主动 被动
相对滑动
塑性变形
。。 。。。。 。
胶合 第 十 章 齿 轮 传 动
点蚀
二 齿轮的设计准则
对一般工况下的齿轮传动，其设计准则是：
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。 对高速重载齿轮传动，除以上两设计准则外，还应按齿面
二、齿轮传动的分类
按齿轮类型分：直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动
锥齿轮传动
人字齿轮传动
按装置形式分：开式传动、半开式传动、闭式传动。
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。
按齿面硬度分：软齿面齿轮（齿面硬度≤350HBS） 硬齿面齿轮（齿面硬度＞350HBS）
第 十章 齿轮传动
§10-1概述
一、齿轮传动的主要特点： 二、齿轮传动的分类 三、本章的学习目的
第 十章 齿轮传动
一、齿轮传动的主要特点
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）。主要特点： 传动效率高 可达99％。在常用的机械传动中，
3、非金属材料：适用于高速、轻载、且要 求降低噪声的场合。
第 十章 齿轮传动
1、钢
1） 锻钢 经热处理后切齿的齿轮所用的锻钢。对强度、速度
及精度要求不高的齿轮其精度一般为8级，精切时
可达7级。软齿面（硬度 350HBS）
需进行精加工的齿轮所用的锻钢。高速、重载及精 密机器（如精密机床、航空发动机）所用的主要 齿轮传动。一般先切齿，再作表面硬化处理，最 后进行精加工，精度可达5级或4级。硬齿面（硬 度 350HBS）
4、合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿 轮；
5、飞行器中的齿轮，要求尺寸小，应用表面硬化的高强度 合金钢；
6、金属制的软齿面齿轮，配对两轮齿面硬度差应保持为 30~50HBS或更多。
第 十章 齿轮传动
§10-4 齿轮传动的计算载荷
齿轮传动强度计算中所用的载荷，通常取沿齿面 接触线单位长度上所受的载荷，即： p Fn
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。
第 十章 齿轮传动
二、常用的齿轮材料
1、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；
2、铸铁：常作为低速、轻载、不太重要的 场合的齿轮材料；
第 十章 齿轮传动
§10-2齿轮传动的失效形式及设计准则
一、失效形式 二、设计准则
第 十章 齿轮传动
1、轮齿折断
➢ 过载折断 ➢ 弯曲疲劳折断 ➢ 折断原因：
➢ 齿根弯曲应力大； ➢ 齿根应力集中 ➢措施： ➢增大齿根圆角半径，消除加工刀痕； ➢增大支撑刚度，是轮齿受力均匀 ➢采用合适的热处理方法使齿芯材料具有足够的韧性 ➢正变位，增大模数； ➢强化处理：喷丸、滚压处理
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； 与带传动、链传动相比，齿轮的制造及安装精度
要求高，价格较贵。
第 十章 齿轮传动
第 十章 齿轮传动
三、本章的学习目的
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Hale Waihona Puke Baidu动可靠的齿轮。
设计齿轮是指设计确定齿轮的主要参数以及结构 形式。
对于圆柱齿轮而言，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*等。
➢开式传动一般不发生点蚀失效
第 十章 齿轮传动
4、齿面胶合
高速重载；散热不 良；
滑动速度大； 齿面粘连后撕脱
措施： 减小模数，降低齿高； 抗胶合能力强的润滑油； 材料的硬度及配对
第 十章 齿轮传动
5、塑性变形 措施：材料的选择及硬度
主动
被动
相对滑动方向
第 十章 齿轮传动
轮齿的失效形式总结
2）铸钢 耐磨性和强度均较好，常用于尺寸较大的齿轮。
第 十章 齿轮传动
三、齿轮材料选用的基本原则
1、齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿命、可 靠性、经济性等；
2、应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工 艺；
3、正火碳钢，不论毛坯的制作方法如何，只能用于制作载 荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮。不承受大的冲击载荷； 调质碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作的齿轮；
L
Fn 为轮齿所受的公称法向载荷。
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，且沿接触线分布
第 十章 齿轮传动
2、齿面磨损
砂粒、金属屑 措施：加强润滑；开式改闭式传动
第 十章 齿轮传动
3、齿面点蚀
轮齿在节圆附近一对齿受力（单啮 区）
➢载荷大；滑动速度低形成油膜 条件差； ➢接触疲劳产生的小裂纹--扩展-脱落--凹坑 ➢点蚀发生的位置：首先出现在靠 近节线的齿根面上 ➢措施： ➢提高材料的硬度； ➢加强润滑，提高油的粘度
抗胶合能力的准则进行设计。
由实践得知：
闭式软齿面齿轮传动，以保证齿面接触疲劳强度 为主。
闭式硬齿面或开式齿轮传动，以保证齿根弯曲疲 劳强度为主。
对开式齿轮传动，目前仅按齿根弯曲疲劳强度进 行设计，视具体情第 况十 适章 当齿 增轮 传大动模数。（15%）
§10-3 齿轮的材料及其选择原则
一、对齿轮材料性能的要求 二、常用的齿轮材料 三、齿轮材料选用的基本原则
第十章 齿轮传动
§10-1概述 §10-2齿轮传动的失效形式及设计准则 §10-3 齿轮的材料及其选择原则 §10-4 齿轮传动的计算载荷 §10-5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 §10-6 齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择 §10-7 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 §10-8 标准锥齿轮传动的强度计算 §10-9 变位齿轮传动的强度计算 §10-10齿轮的结构设计 §10-11齿轮传动的润滑 §10-12圆弧齿圆柱齿轮传动简介
主动
弯曲折断
被动
磨损
？ 现象与原因
改进措施？
主动 被动
相对滑动
塑性变形
。。 。。。。 。
胶合 第 十 章 齿 轮 传 动
点蚀
二 齿轮的设计准则
对一般工况下的齿轮传动，其设计准则是：
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。 对高速重载齿轮传动，除以上两设计准则外，还应按齿面
二、齿轮传动的分类
按齿轮类型分：直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动
锥齿轮传动
人字齿轮传动
按装置形式分：开式传动、半开式传动、闭式传动。
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。
按齿面硬度分：软齿面齿轮（齿面硬度≤350HBS） 硬齿面齿轮（齿面硬度＞350HBS）
第 十章 齿轮传动
§10-1概述
一、齿轮传动的主要特点： 二、齿轮传动的分类 三、本章的学习目的
第 十章 齿轮传动
一、齿轮传动的主要特点
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）。主要特点： 传动效率高 可达99％。在常用的机械传动中，
3、非金属材料：适用于高速、轻载、且要 求降低噪声的场合。
第 十章 齿轮传动
1、钢
1） 锻钢 经热处理后切齿的齿轮所用的锻钢。对强度、速度
及精度要求不高的齿轮其精度一般为8级，精切时
可达7级。软齿面（硬度 350HBS）
需进行精加工的齿轮所用的锻钢。高速、重载及精 密机器（如精密机床、航空发动机）所用的主要 齿轮传动。一般先切齿，再作表面硬化处理，最 后进行精加工，精度可达5级或4级。硬齿面（硬 度 350HBS）
4、合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿 轮；
5、飞行器中的齿轮，要求尺寸小，应用表面硬化的高强度 合金钢；
6、金属制的软齿面齿轮，配对两轮齿面硬度差应保持为 30~50HBS或更多。
第 十章 齿轮传动
§10-4 齿轮传动的计算载荷
齿轮传动强度计算中所用的载荷，通常取沿齿面 接触线单位长度上所受的载荷，即： p Fn