齿轮基础知识介绍
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Strength强度 Noise 噪音 weight重量 Efficiency效率 Space空间 Cost费用
20
Interaction of Design components 设计要素之间的相互作用
Design components
Strength强度
Bending Stress 弯曲应力 Bearing Pressure 轴承压力 Sliding Velocity 滑移速度 Bearing Load 轴承载荷
Positive Influence正作用 Negative Influence反作用
Slot Width Difference 齿槽宽差 Gear Face Width 齿面宽
Productivity生产力
21
22
Gear set design criteria : 齿轮副设计准则 Bending stress, Contact stress, Scoring resistance. 弯曲应力，接触应力，抗胶合能力
8
轮齿专业术语
主齿驱动面 齿顶 小端
齿根 大端 非驱动齿面 被齿驱动面 小端 齿面 节线 大端 齿顶 齿根
9
基本齿轮几何：
一般术语
斜齿轮的许多术语同样适用于螺旋伞齿轮 更详细的齿轮传动术语请参看AGMA或DIN标准 备注： 按惯例称两相啮合齿轮中较小的那一个为Pinion,Pinion通常为驱动齿轮
Quietness Strength Pitting Resistance Scoring Resistance Efficiency Manufacturer Ratio Bearings
Hypoid
Quieter As much as 30% higher 175 % higher Lower 96% Larger pw cutters Easier to lap Better for higher min-1.8 Greater thrust loads
A.面锥顶点到交叉点的距离 B.根锥顶点到交叉点的距离 C.节锥顶点到交叉点的距离 D.齿尖到交叉点的距离 E.前锥齿尖到交叉点的距离 F.外径 G.节圆直径 H.轴交角 J.根锥角 K.毛坯面角 L.齿面宽 M.主齿偏距 P.节锥角 R.大端锥距
13
基本齿轮几何
齿面宽 半齿面宽 外锥距 平均锥距 内锥距 安装距 面角修正 滚锥 面锥角 节锥角 根锥角 大端直径 大端节径 内直径 全齿高 齿顶高 齿根高
Spiral Bevel
Quiet Lower Lower 200% higher 99% Smaller pw Larger lower
特性 准双齿轮 噪音 更小
螺伞 小
强度
高出30%
低
抗点蚀 高出175% 低 抗胶合 效率 低 高出200% 96% 99%
制造 大刀尖距刀盘 小刀尖距 更易于研齿 速比 适于大速比 更大 最小-1.8 轴承 大的轴向载荷 小
How are they used ?Q和Z系数：含义是什么，怎样使用
6. Gear manufacturing : 5-cut Formate & 2-cut hobbing; 2-axis & 3-axis, a typical manufacturing scheme. 齿轮制造：五刀成形法&二刀滚切法；二轴&三轴，一份典型的加工方案 7. Types of gear failure齿轮失效形式 8. Gear testing : Why, what, how and how long to test? Accelerated testing, Weibull analysis
2
Contents :内容提要
1. Gear types齿轮类型 2. Why hypoid ?为何选择准双齿轮？ 3. Nomenclature名词术语 4. Hypoid gear design considerations : Design for limited life; gear sizing; tooth contact development; gear optimization, Gleason dimension sheet 设计准双齿轮时考虑的事项：有限 寿命设计；齿轮尺寸；轮齿接触变化；齿轮优化、格里森尺寸表 5. Q and Z factors : what do they mean ?
Worm gears蜗杆蜗轮
Double-enveloping worm gears 双包络蜗杆蜗轮
5
直尺伞齿轮
螺旋伞齿轮
零度伞齿轮
准双齿轮
6
螺旋伞齿轮副
准双齿轮副
7
Characteristics of Spiral Bevel and Hypoid Gears 螺旋伞齿轮和准双曲面齿轮特点
Characteristics
作用力将主齿压向轴承方向 无害的情况 作用力将主齿压向轴承反方向 非常有害的情况 18
Design Constraints设计限制
Space availability可用空间 Torque capacity承受扭矩能力 Noise concerns噪音要求 Weight concerns重量要求 Efficiency效率
齿轮类型： 平行轴： 外直齿轮 外斜齿轮 外人字齿轮或双斜齿轮 内齿轮 相交轴： 直齿伞齿轮 零度伞齿轮 螺旋伞齿轮 面齿轮 斜面体齿轮 交错轴： 交错轴斜齿轮 蜗杆蜗轮 准双齿轮 偏轴面齿轮 螺旋齿轮 交叉齿轮
4
Helical gears斜齿轮
Cross-axis helical gears交错轴斜齿轮
准双齿轮弯曲应力基本方程
St = 2 T/d. Ko/Kv. Pd/F. Ks.Km/J/Kx
Where T d Ko Kv Pd F Ks Ks J Kx = Torque (lb-in.) = pitch circle diameter, in. = Overload factor = Dynamic factor = diametral pitch, 1/in. = face width, in. = Size factor = Load distribution factor = Geometry factor = Cutter radius factor
Same 相同
左旋被齿 Right Hand Pinion 右旋主齿
右旋主齿
Convention: Pinion is always on right 惯例：总是将主齿放在右侧
16
主齿旋向和转动方向
顺时针输入 使用左旋主齿
逆时针输入 使用右旋主齿
17
1.正车 2.反车
主齿凹面与被齿凸面相啮合 主齿凸面与被齿凹面相啮合
Jay Chakraborty
SGA - Dandong
September 2012
1
Purpose讲座目的
Introduction to gear basics 齿轮基础知识介绍 Interaction of design variables 设计变量之间的相互作用 Exposure to basic gear design concepts 基本齿轮设计概念介绍 Overview of gear failures & failure analysis 齿轮失效和失效分析概览
Q :: Strength factor强度系数 Z :: Durability factor持续性系数 K :: Cutter radius factor刀盘半径系数 X :: Scoring factor胶合系数
23
Basic equation for hypoid gear bending stress :
齿轮几何
等齿高
14
A.背角 B.背锥角 C.背锥距 D.顶隙 E.齿尖 F.齿尖到后面的距离 G.齿根角 H.面锥角 I.齿面宽 J.前角 K.平均锥距 L.中间面 M.安装距 N.大端锥距 O.外径 P.节锥角 Q.节锥顶点 R.节锥顶点到齿尖的 距离 S.节圆直径 T.根锥角 U.轴交角 V.等价节圆半径
15
Hand Of Spiral旋向
Right HaFra Baidu bibliotekd Ring
右旋被齿 Left Hand Pinion 左旋主齿
Same 相同
Right Hand Ring
右旋被齿 Left Hand Pinion 左旋主齿
Left Hand Ring Left Hand Ring 左旋被齿 Right Hand Pinion
19
Design Compromise设计折中
Gear design is always a compromise: 在做齿轮设计时，总是要做一些折中
Difficult to satisfy all of the requirements 满足所有要求是困难的 Balance of平衡以下要素
Bending stress弯曲应力, psi = Torque (lb-ft) * 12 * Qfactor] / Kfactor
Contact stress接触应力, psi = [Torque (lb-ft) * 12 ]1/2 * Zfactor Scoring resistance抗胶合能力 = f (Xfactor) Where此处 :
10
基本齿轮几何 ： 收缩齿和等高齿 等高齿伞齿轮：相等的齿高，渐缩的齿槽宽 齿高渐缩的伞齿轮：相等的齿槽宽，有必要收缩的齿高
11
平均全齿高 标准齿高 收缩
平均齿顶高 平均齿根高
平均全齿高 等齿高
平均齿顶高
平均齿根高
平均全齿高 双重、倾 斜齿根线 收缩
平均齿顶高 平均齿根高
12
Bevel and Hypoid Blank Design 伞齿轮和准双齿轮毛坯设计
此处： 扭矩 节圆直径 过载系数 动载荷系数 径节，1/in 齿面宽,in 尺寸系数 载荷分配系数 几何系数 刀盘半径系数
Q系数是什么
Overload factor allows for smoothness of operation and varies from 1 to 2.25. 过载系数考虑的是运行的平稳性，范围是1~2.25 Dynamic factor reflects the effects of gear inaccuracies. 动载系数反映齿轮精度误差的影响 尺寸系数取决于被齿径节。当径节小于16时 Size factor depends on gear diametral pitch. For DP less than 16, it is Pd -0.25. Load distribution factor depends on mounting & face width. It varies from 1 to 1.5. ，其值为Pd-0.25 载荷分配系数取决于安装距和齿面宽。 Cutter radius factor is given by : 用下式计算刀盘半径系数：
Affect影响
Design components
设计要素
设计要素
Lower Pressure Angle 减小压力角 Affect影响 Higher Tooth Height 增加齿高 Increasing Pitch 增加节径 Increasing Tooth Thickness 增加齿厚 Increasing Spiral Angle 增加螺旋角
Increasing Offset 增加偏置距
Vibration Force (Noise) 振动 力 （噪音）
Fillet Radius 圆角半径
Transverse Contact Ratio 端面重合度 Face Contact Ratio 面重合度
Point Width 刀尖距
Reducing Cutter Diam 减小刀盘直径. Optimize Taper 优化锥度
齿轮测试：测试的原因、内容、方法和周期。加速测试，Weibull分析
9. Questions and answer.问题及其解答
3
Gear types : Parallel axis : External spur gear External helical gear External Herringbone or double-helical gear Internal gear Intersecting axis : Straight bevel Zerol bevel Spiral bevel Face gear Beveloid gear Non-intersecting Non-parallel axis : Crossed-axis helical gear Worm gear Hypoid gear Planoid gear Spiroid gear Helicon gear.
20
Interaction of Design components 设计要素之间的相互作用
Design components
Strength强度
Bending Stress 弯曲应力 Bearing Pressure 轴承压力 Sliding Velocity 滑移速度 Bearing Load 轴承载荷
Positive Influence正作用 Negative Influence反作用
Slot Width Difference 齿槽宽差 Gear Face Width 齿面宽
Productivity生产力
21
22
Gear set design criteria : 齿轮副设计准则 Bending stress, Contact stress, Scoring resistance. 弯曲应力，接触应力，抗胶合能力
8
轮齿专业术语
主齿驱动面 齿顶 小端
齿根 大端 非驱动齿面 被齿驱动面 小端 齿面 节线 大端 齿顶 齿根
9
基本齿轮几何：
一般术语
斜齿轮的许多术语同样适用于螺旋伞齿轮 更详细的齿轮传动术语请参看AGMA或DIN标准 备注： 按惯例称两相啮合齿轮中较小的那一个为Pinion,Pinion通常为驱动齿轮
Quietness Strength Pitting Resistance Scoring Resistance Efficiency Manufacturer Ratio Bearings
Hypoid
Quieter As much as 30% higher 175 % higher Lower 96% Larger pw cutters Easier to lap Better for higher min-1.8 Greater thrust loads
A.面锥顶点到交叉点的距离 B.根锥顶点到交叉点的距离 C.节锥顶点到交叉点的距离 D.齿尖到交叉点的距离 E.前锥齿尖到交叉点的距离 F.外径 G.节圆直径 H.轴交角 J.根锥角 K.毛坯面角 L.齿面宽 M.主齿偏距 P.节锥角 R.大端锥距
13
基本齿轮几何
齿面宽 半齿面宽 外锥距 平均锥距 内锥距 安装距 面角修正 滚锥 面锥角 节锥角 根锥角 大端直径 大端节径 内直径 全齿高 齿顶高 齿根高
Spiral Bevel
Quiet Lower Lower 200% higher 99% Smaller pw Larger lower
特性 准双齿轮 噪音 更小
螺伞 小
强度
高出30%
低
抗点蚀 高出175% 低 抗胶合 效率 低 高出200% 96% 99%
制造 大刀尖距刀盘 小刀尖距 更易于研齿 速比 适于大速比 更大 最小-1.8 轴承 大的轴向载荷 小
How are they used ?Q和Z系数：含义是什么，怎样使用
6. Gear manufacturing : 5-cut Formate & 2-cut hobbing; 2-axis & 3-axis, a typical manufacturing scheme. 齿轮制造：五刀成形法&二刀滚切法；二轴&三轴，一份典型的加工方案 7. Types of gear failure齿轮失效形式 8. Gear testing : Why, what, how and how long to test? Accelerated testing, Weibull analysis
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Contents :内容提要
1. Gear types齿轮类型 2. Why hypoid ?为何选择准双齿轮？ 3. Nomenclature名词术语 4. Hypoid gear design considerations : Design for limited life; gear sizing; tooth contact development; gear optimization, Gleason dimension sheet 设计准双齿轮时考虑的事项：有限 寿命设计；齿轮尺寸；轮齿接触变化；齿轮优化、格里森尺寸表 5. Q and Z factors : what do they mean ?
Worm gears蜗杆蜗轮
Double-enveloping worm gears 双包络蜗杆蜗轮
5
直尺伞齿轮
螺旋伞齿轮
零度伞齿轮
准双齿轮
6
螺旋伞齿轮副
准双齿轮副
7
Characteristics of Spiral Bevel and Hypoid Gears 螺旋伞齿轮和准双曲面齿轮特点
Characteristics
作用力将主齿压向轴承方向 无害的情况 作用力将主齿压向轴承反方向 非常有害的情况 18
Design Constraints设计限制
Space availability可用空间 Torque capacity承受扭矩能力 Noise concerns噪音要求 Weight concerns重量要求 Efficiency效率
齿轮类型： 平行轴： 外直齿轮 外斜齿轮 外人字齿轮或双斜齿轮 内齿轮 相交轴： 直齿伞齿轮 零度伞齿轮 螺旋伞齿轮 面齿轮 斜面体齿轮 交错轴： 交错轴斜齿轮 蜗杆蜗轮 准双齿轮 偏轴面齿轮 螺旋齿轮 交叉齿轮
4
Helical gears斜齿轮
Cross-axis helical gears交错轴斜齿轮
准双齿轮弯曲应力基本方程
St = 2 T/d. Ko/Kv. Pd/F. Ks.Km/J/Kx
Where T d Ko Kv Pd F Ks Ks J Kx = Torque (lb-in.) = pitch circle diameter, in. = Overload factor = Dynamic factor = diametral pitch, 1/in. = face width, in. = Size factor = Load distribution factor = Geometry factor = Cutter radius factor
Same 相同
左旋被齿 Right Hand Pinion 右旋主齿
右旋主齿
Convention: Pinion is always on right 惯例：总是将主齿放在右侧
16
主齿旋向和转动方向
顺时针输入 使用左旋主齿
逆时针输入 使用右旋主齿
17
1.正车 2.反车
主齿凹面与被齿凸面相啮合 主齿凸面与被齿凹面相啮合
Jay Chakraborty
SGA - Dandong
September 2012
1
Purpose讲座目的
Introduction to gear basics 齿轮基础知识介绍 Interaction of design variables 设计变量之间的相互作用 Exposure to basic gear design concepts 基本齿轮设计概念介绍 Overview of gear failures & failure analysis 齿轮失效和失效分析概览
Q :: Strength factor强度系数 Z :: Durability factor持续性系数 K :: Cutter radius factor刀盘半径系数 X :: Scoring factor胶合系数
23
Basic equation for hypoid gear bending stress :
齿轮几何
等齿高
14
A.背角 B.背锥角 C.背锥距 D.顶隙 E.齿尖 F.齿尖到后面的距离 G.齿根角 H.面锥角 I.齿面宽 J.前角 K.平均锥距 L.中间面 M.安装距 N.大端锥距 O.外径 P.节锥角 Q.节锥顶点 R.节锥顶点到齿尖的 距离 S.节圆直径 T.根锥角 U.轴交角 V.等价节圆半径
15
Hand Of Spiral旋向
Right HaFra Baidu bibliotekd Ring
右旋被齿 Left Hand Pinion 左旋主齿
Same 相同
Right Hand Ring
右旋被齿 Left Hand Pinion 左旋主齿
Left Hand Ring Left Hand Ring 左旋被齿 Right Hand Pinion
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Design Compromise设计折中
Gear design is always a compromise: 在做齿轮设计时，总是要做一些折中
Difficult to satisfy all of the requirements 满足所有要求是困难的 Balance of平衡以下要素
Bending stress弯曲应力, psi = Torque (lb-ft) * 12 * Qfactor] / Kfactor
Contact stress接触应力, psi = [Torque (lb-ft) * 12 ]1/2 * Zfactor Scoring resistance抗胶合能力 = f (Xfactor) Where此处 :
10
基本齿轮几何 ： 收缩齿和等高齿 等高齿伞齿轮：相等的齿高，渐缩的齿槽宽 齿高渐缩的伞齿轮：相等的齿槽宽，有必要收缩的齿高
11
平均全齿高 标准齿高 收缩
平均齿顶高 平均齿根高
平均全齿高 等齿高
平均齿顶高
平均齿根高
平均全齿高 双重、倾 斜齿根线 收缩
平均齿顶高 平均齿根高
12
Bevel and Hypoid Blank Design 伞齿轮和准双齿轮毛坯设计
此处： 扭矩 节圆直径 过载系数 动载荷系数 径节，1/in 齿面宽,in 尺寸系数 载荷分配系数 几何系数 刀盘半径系数
Q系数是什么
Overload factor allows for smoothness of operation and varies from 1 to 2.25. 过载系数考虑的是运行的平稳性，范围是1~2.25 Dynamic factor reflects the effects of gear inaccuracies. 动载系数反映齿轮精度误差的影响 尺寸系数取决于被齿径节。当径节小于16时 Size factor depends on gear diametral pitch. For DP less than 16, it is Pd -0.25. Load distribution factor depends on mounting & face width. It varies from 1 to 1.5. ，其值为Pd-0.25 载荷分配系数取决于安装距和齿面宽。 Cutter radius factor is given by : 用下式计算刀盘半径系数：
Affect影响
Design components
设计要素
设计要素
Lower Pressure Angle 减小压力角 Affect影响 Higher Tooth Height 增加齿高 Increasing Pitch 增加节径 Increasing Tooth Thickness 增加齿厚 Increasing Spiral Angle 增加螺旋角
Increasing Offset 增加偏置距
Vibration Force (Noise) 振动 力 （噪音）
Fillet Radius 圆角半径
Transverse Contact Ratio 端面重合度 Face Contact Ratio 面重合度
Point Width 刀尖距
Reducing Cutter Diam 减小刀盘直径. Optimize Taper 优化锥度
齿轮测试：测试的原因、内容、方法和周期。加速测试，Weibull分析
9. Questions and answer.问题及其解答
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Gear types : Parallel axis : External spur gear External helical gear External Herringbone or double-helical gear Internal gear Intersecting axis : Straight bevel Zerol bevel Spiral bevel Face gear Beveloid gear Non-intersecting Non-parallel axis : Crossed-axis helical gear Worm gear Hypoid gear Planoid gear Spiroid gear Helicon gear.