第十一章 齿轮传动38308共68页文档
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齿轮传动经典ppt课件
圆盘铣刀加工齿数的范围
刀号
1Hale Waihona Puke 2345
6
7
加工齿数范围 12~13 14~16
仿型法加工动画演示
17~2 0
21~2 5
26~34
35~5 4
55~13 4
8 135以上
26
2. 渐开线齿轮的加工方法
用盘铣刀切齿
用指状铣刀切齿
27
2.渐开线齿轮的加工方法
2) 展成法
原理 利用一对齿轮无侧隙啮合时两轮的齿廓互为包络线的原理
观看渐开线生成
10
2. 渐开线的性质
（1） BC=BK
（2）BK为渐开线在K点的法线，B为曲率中心，BK为曲率 半径，渐开线上任一点的法线与基圆相切。
（3）渐开线离基圆愈远，曲半半径愈大，渐开线愈平 直
（4）渐开线的形状决定于基圆的大小。
θK相同时，rb越大，曲半半径越大 rb→∞，渐开线→⊥N3K的直线
第十一章 齿轮传动
1
第十一章 齿轮传动
本章的教学目标：
1)了解齿轮传动的特点、分类与应用；齿轮传动基本知识。 2)熟悉掌握渐开线直齿圆柱齿轮齿轮各部分名称、基本参数
及各部分几何尺寸计算。 3)掌握渐开线斜齿轮传动的特点与应用、基本参数及各部分
几何尺寸计算； 4)了解标准直齿圆锥齿轮传动的特点与应用、基本参数及各
ha= ha*m hf=( ha*+ c*)m h=ha+hf=(2 ha*+ c*)m
P=πm
S e 1 m
2
19
三、标准直齿轮的几何尺寸
1.一对标准齿轮中心距：
a
1 2
(d 2
d1 )
刀号
1Hale Waihona Puke 2345
6
7
加工齿数范围 12~13 14~16
仿型法加工动画演示
17~2 0
21~2 5
26~34
35~5 4
55~13 4
8 135以上
26
2. 渐开线齿轮的加工方法
用盘铣刀切齿
用指状铣刀切齿
27
2.渐开线齿轮的加工方法
2) 展成法
原理 利用一对齿轮无侧隙啮合时两轮的齿廓互为包络线的原理
观看渐开线生成
10
2. 渐开线的性质
（1） BC=BK
（2）BK为渐开线在K点的法线，B为曲率中心，BK为曲率 半径，渐开线上任一点的法线与基圆相切。
（3）渐开线离基圆愈远，曲半半径愈大，渐开线愈平 直
（4）渐开线的形状决定于基圆的大小。
θK相同时，rb越大，曲半半径越大 rb→∞，渐开线→⊥N3K的直线
第十一章 齿轮传动
1
第十一章 齿轮传动
本章的教学目标：
1)了解齿轮传动的特点、分类与应用；齿轮传动基本知识。 2)熟悉掌握渐开线直齿圆柱齿轮齿轮各部分名称、基本参数
及各部分几何尺寸计算。 3)掌握渐开线斜齿轮传动的特点与应用、基本参数及各部分
几何尺寸计算； 4)了解标准直齿圆锥齿轮传动的特点与应用、基本参数及各
ha= ha*m hf=( ha*+ c*)m h=ha+hf=(2 ha*+ c*)m
P=πm
S e 1 m
2
19
三、标准直齿轮的几何尺寸
1.一对标准齿轮中心距：
a
1 2
(d 2
d1 )
第十一章 齿轮传动PPT课件
影响载荷分布的均匀性 如：齿向误差
引起载荷分布不均匀
渐开线圆柱齿轮精度标准（GB10095－88）中规定了12个精度 等级。其中，1，2等级为远景级；
3，4，5级为高精度级； 6，7，8为中精度级，常用； 9，10，11，12级为低精度级。
常用6-9级
§11－4 直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷
措施：提高齿面硬度、 减小粗糙度；低速时采用 粘度大的润滑油；高速时 油中加抗胶合添加剂。
4、齿面磨损 原因：齿面进入磨料 后果：齿形破坏、变薄引起冲击
、振动，甚至断齿
措施：改善润滑、提高齿面硬度 、改用闭式传动
5 、轮齿塑性变形 齿体塑性变形：突然过载，引起齿体歪斜 齿面塑性变形：齿面表层材料沿摩擦力方向流动 原因：齿面软，润滑失效、摩擦变大 后果：齿廓形状变化，不能正确啮合 措施：提高齿面硬度、提高润滑油粘度
齿轮传动除需运转平稳外，还必须具有足够的承载能力。 本章讨论标准齿轮传动的强度计算。
齿轮传动的分类
开式：齿轮外露，不能防尘，周期润滑，精度低；
按工作条件
闭式：封闭在箱体内，安装精度高，润滑条件好。
按齿面硬度
软齿面: HBS<350 硬齿面: HBS>350
齿轮各部分的名称和符号
§11－1 轮齿的失效形式
最常用的材料：优质碳素钢，合金结构钢； 其次：铸钢、铸铁，还有非金属材料。
多采用锻件或轧制钢材。当直径大、不易 锻造时采用铸钢。低速传动可用灰铸铁。
二、齿轮的热处理 1. 表面淬火 表面淬火后再低温回火。
常用材料：中碳钢、中碳合金钢（45、40Gr） 齿面硬度52~56 HRC，齿变形不大，可不磨齿。 高频淬火、火焰淬火。 表面硬，芯部韧。
机械设计基础课件第十一章齿轮传动
齿轮传动的计算和设计
计算
根据传动比、转速和扭矩要求，确定齿轮的模数、 齿数和啮合角，以满足设计需求。
设计
基于计算结果，绘制齿轮的剖面图、齿形曲线，并 选择合适的材料和制造工艺。
齿轮传动的应用领域
汽车工业
齿轮传动广泛用于变速器、差速 器和传动系统，实现不同速度和 扭矩的转换。
工业机械
齿轮传动在机床、起重设备、工 厂生产线等领域中被广泛应用， 实现精确的运动控制。
齿轮传动的工作原理
齿轮传动通过齿面的啮合转动相邻齿轮，改变速度和扭矩。合理的模数和齿 数设计以及精准的制造工艺是实现高效传动的关键。
齿轮传动的优点和局限性
1 优点
高传动效率、精确的传动比、可靠性高、能承受大扭矩、使用寿命长。
2 局限性
容易产生噪音和振动、对工作环境要求高、制造成本较高、需要润滑和维护。
风力发电
齿轮传动在风力发电机组中用于 将风轮转动的风能转化为发电机 的高速旋转。
结论和总结
通过对齿轮传动的学习，我们了解了它的基本概念、工作原理、优点和局限 性以及计算和设计方法，同时认识了齿轮传动在各个应用领域的重要性。
机械设计基础课件第十一 章齿轮传动
欢迎大家来到本课件的第十一章，我们将一起探索齿轮传动的基本概念、常 见类型、工作原理、优点和局限性、计算和设计、应用领域等内容。
齿轮传动的基本概念轮之间的啮合实现动力和运动传递的机械装置。
2
组成
由多个齿轮组成，其中一般有一个驱动齿轮和一个被动齿轮。
3
原理
齿轮之间的齿面啮合使得驱动齿轮的旋转传递给被动齿轮，改变速度和扭矩。
常见的齿轮类型
直齿轮
齿面平行于齿轴直线，传动效率高，但噪音和振 动较大。
第11章齿轮传动ok详解
失效形式
§11-1 轮齿的失效形式
轮齿折断 齿面点蚀 齿面胶合 齿面磨损 跑合磨损
磨粒磨损
措施：1.减小齿面粗糙度 2.改善润滑条件
失效形式
§11-1 轮齿的失效形式
轮齿折断 齿面点蚀 齿面胶合 齿面磨损 齿面塑性变形
主动齿
从动齿
§11-2 齿轮材料及热处理
优质碳素钢
常用齿轮材料 热处理方法
合金结构钢 铸钢 铸铁 表面淬火 ----高频淬火、火焰淬火 渗碳淬火 调质 正火
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： t 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
N
1
α ω2
（从动）
d2 2
ρ2 N2
Cc ρ1
αt d1 T1 2
齿数比: u= z2 /z1 = d2 /d1 ≥ 1 d=mz 中心距 : a=(d2 ± d1)/2 = d1(u ±1)/2
2.瞬时传动比不恒定，出现速度波动，引起震动、冲击 和噪音影响运动平稳性；
3.齿向误差导致轮齿上的载荷分布不均匀，使轮齿提 前损坏，影响载荷分布的不均匀性。
国标GB10095-88给齿轮副规定了12个精度等级。其中1 级最高，12级最低，常用的为6~9级精度。 按照误差的特性及它们对传动性能的主要影响，将齿
表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高，属硬 齿面。其承载能力高，但一般需要磨齿。常用于结构 紧凑的场合。
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观看渐开线生成
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2. 渐开线的性质
（1） BC=BK
（2）BK为渐开线在K点的法线，B为曲率中心，BK为曲率 半径，渐开线上任一点的法线与基圆相切。
（3）渐开线离基圆愈远，曲半半径愈大，渐开线愈平 直
（4）渐开线的形状决定于基圆的大小。
θK相同时，rb越大，曲半半径越大 rb→∞，渐开线→⊥N3K的直线
n
摆线、变态摆线
2
PPT课件
9
二、渐开线齿廓的形成及其啮合特性
1. 渐开线的形成
如图，当一直线n-n沿一个半径为
rb的圆的圆周作纯滚动时，该直线 上任一点K的轨迹AK称为该圆的渐 开线。这个圆称为基圆，该直线称 为渐开线的发生线。渐开线上任一 点K的向径与起始点A的向径的夹角 <AOK（ < AOK＝ θk）称为渐开线 (AK段)的展角。
a
r1'
r'
rb1
cos
' 1
rb 2
cos
' 2
(r1
r2
)
cos cos '
a cos cos '
PPT课件
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3、传动比
i12
1 2
r2 r1
rb2 rb1
r2 r1
z2 z1
常数
PPT课件
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4. 齿轮齿条啮合
齿轮齿条啮合时，相当于齿轮的分度圆与齿条的节圆作纯 滚动。标准安装时，齿条的节线与齿轮的分度圆相切。
此时， ' 当齿条圆离或靠近齿轮时，啮合线位置不
变，啮合角不变，节点位置不变，齿轮与齿条啮合时齿轮的分 度圆永远与节圆重合，啮合角等于压力角。但只有标准安装时， 齿条的分度线才与节线重合。
机械设计基础：05齿轮传动
4. 正火 正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削 性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理。 大直径的齿轮可用铸钢正火处理。
5. 渗氮 渗氮是一种化学处理。渗氮后齿面硬度可达60~62HRC。 氮化处理温度低，轮齿变形小，适用于难以磨齿的场合， 如内齿轮。材料为：38CrMoAlA.
150~180 HBS 180~210 HBS
40~45 HRC 170~210 HBS 210~230 HBS
43~48 HRC 180~220 HBS
240~285 HBS 52~56 HRC
200~260 HBS 40~45 HRC 240~280 HBS
……
140~170 HBS
……
170~230 HBS
主动齿
从动齿
§11-2 齿轮材料及热处理
优质碳素钢
常用齿轮材料 热处理方法
合金结构钢 铸钢 铸铁 表面淬火 ----高频淬火、火焰淬火 渗碳淬火 调质 正火
1.表面淬火 渗氮
一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr等。表面 淬火后轮齿变形小，可不磨齿，硬度可达52~56HRC， 面硬芯软，能承受一定冲击载荷。
2. 渗碳淬火 渗碳钢为含碳量0.15~0.25%的低碳钢和低碳合金钢， 如20、20Cr等。齿面硬度达56~62HRC，齿面接触强 度高，耐磨性好，齿芯韧性高。常用于受冲击载荷的 重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。
3.调质 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、 35SiMn等。调质处理后齿面硬度为： 220~260HBS 。因为硬度不高，故可在热处理后精 切齿形，且在使用中易于跑合。
α----压力角
二、计算载荷 上述法向力为名义载荷，理论上沿齿宽均匀分 布，但由于轴和轴承的变形，传动装置制造和
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（2）用于制造硬齿面齿轮
常用材料：
20Cr、20CrMnTi 表面渗碳后磨齿；45、40Cr。
常用热处理方式：
1）整体淬火+ 低温回火后磨齿、研齿。但心部 韧性不好，不适于承受冲击载荷。 2）表面淬火+ 低温回火。心部韧性较高，适于 承受中等冲击载荷。
适用场合：
硬齿面齿轮常用于高速、重载及精度要求高的 齿轮传动，成本高、但承载能力也高。
(1) 机理
轮齿啮合相当于一对轴 线平行的圆柱滚子接触 ，接触处有接触应力， 在r=0的变应力反复作 用下，在齿面形成凹坑 ——“点蚀”
(2) 部位 出现在齿面节线附近的齿根部分
因为：1) 节线处是单对齿啮合，受力最大， 2) 滑动速度小，不易形成油膜，摩擦力大 3) 油易进入裂纹，使裂纹扩张。
*闭式软齿面轮齿常发生齿面疲劳点蚀
11.1 齿轮的失效形式和设计准则
按齿轮的工作条件不同，齿轮传动分为： 开式传动、闭式传动。
按齿面硬度不同，齿轮传动分为： 软齿面齿轮传动、硬齿面齿轮传动。
主要失效形式有： 轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶 合、轮齿塑性变形。
一、齿轮的失效形式
1、轮齿折断
(1) 机理
轮齿在啮合传动时，其 受力情况相当于悬臂梁 ，在其齿根部分有弯曲 应力，且有应力集中。
FNt ；
c os
T1—小齿轮上的 转矩（N.mm)
d1—小齿轮分度 圆直径（mm)06
P1 n1
式中：P1—小齿轮传递的功率 KW n1—小齿轮的转速 r/min
直齿圆柱齿轮受力方向的分析
特点：作用于主、从动轮上的
各对力均大小相等，方向相反, 即：Ft1=－Ft2 ;Fr1=－Fr2。 圆周力Ft的方向 ：
(2) 部位
轮齿折断发生在轮齿根部(直齿)， 也可能局部折断(斜齿轮)
*闭式硬齿面轮齿常发生轮齿折断
(3) 防止措施
1) 增大齿根圆角半径，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; 3) 正确选择材料及热处理方式; 4) 对齿根部分进行强化处理，如喷丸、
碾压等。
2、 齿面疲劳点蚀
1.6～1.8 1.8～2.0
1.9～2.1 2.2～2.4
二、齿面接触疲劳强度计算
齿面最大接触应力 可用赫兹公式计算：
H
11
F
n.
1
2
b
1 2 1
1 2
2
E
E
1
2
式中+号用于外啮合， -号用于内啮合。
节点处的参数
通常按节点计算接触应力， 节点处的齿廓曲率半径：
N
C
d 1
sin
1
1
2
(3) 防止措施 (1) 提高齿面硬度和降低表面粗糙度； (2) 减少磨损； (3) 选黏度大的润滑油； (4) 选抗胶合能力好的配合材料； (5) 采用极压润滑油(油膜强度高)
5 、塑性变形
齿体塑性变形——突然过载引起的 齿面塑性变形——在摩擦力的作用下，软齿面材料 产生塑性变形
*重载或频繁启动的软齿面齿轮常发生塑性变形
2、齿轮常用材料：
优质的碳素钢、合金结构钢、铸钢和 铸铁等。
（1）用于制造软齿面齿轮
对强度、速度及精度要求一般的齿轮： 常用材料45、40Cr、35SiMn、 38SiMnMo，正火或调质后切齿。
齿面硬度： 小齿轮的齿面硬度=大齿轮的齿面硬度 +（30～50)HBS；
常用热处理方法： 一般小齿轮采用调质处理，大齿轮正火 处理。
(3) 防止措施 1) 提高齿面硬度 2) 提高加工精度，降低表面粗糙度； 3) 选用黏度大的润滑油
3 、齿面磨损
(1) 机理 一对轮齿在啮合时，除在节点处是纯滚动外，在其 他地方齿面间均有相对滑动，当有磨粒进入时或有 突起部分时，就会引起齿面材料的损失。
(2) 部位 轮齿表面
*开式齿轮常发生齿面磨损
其它常用材料
1、铸钢 齿轮尺寸较大或结构复杂，且受力较 大时采用。
2、铸铁 用于低速、轻载、冲击小等不重要的 齿轮传动。
11.2.2 齿轮传动的精度
齿轮在制造和安装过程中，不可 避免的要产生误差。
国家标准对齿轮及齿轮副规定13 个精度等级，第0级最高，12级 最低，常用的是6～9级。
齿轮传动精度等级的选择及应用
开式齿轮传动： 其主要失效形式是齿面磨损，而且在轮齿磨薄后往 往会发生轮齿折断。故目前多是按齿根弯曲疲劳 强度进行设计，并考虑磨损的影响将模数适当增 大。（通常增大10%～15%）
11.2 齿轮材料、热处理和精度等级
1、对齿轮材料的要求：
齿轮材料应具有足够的抗折断、抗点 蚀、抗胶合及耐磨损等能力。
d
N C 2 sin
2
2
2
令 uz2/z1d2/d1，得：
1 1 2 (d d) u 1 2
2 1dd 2s i1n uds in
(3) 防止措施 (1) 采用闭式传动； (2) 提高齿面硬度； (3) 改善润滑与密封条件。
4、 齿面胶合
(1) 机理
两齿面金属直接接触并粘结，在相对运动时发生材 料转移，在齿面形成相对运动方向的伤痕。 材料软的吃亏
(2) 部位
齿面相对滑动速度大的地方，沟纹或 突起沿相对运动方向
*高速重载、低速重载润滑差的齿轮传动常 发生齿面胶合
防止措施 (1) 提高齿面硬度； (2) 增大润滑油的粘度；
二、设计准则
对于软齿面闭式齿轮传动： 常因齿面点蚀而失效，故通常先按齿面接触疲劳 强度进行设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度。
对于硬齿面闭式齿轮传动： 其齿面接触承载能力较高，故通常先按齿根弯曲 疲劳强度进行设计，然后校核齿面接触疲劳强度。
11.3 直齿圆柱齿轮的强度计算
一、受力分析和计算载荷
1、受力分析
如果略去摩擦力， 把沿着齿宽的分布 力，看成在节点的 集中力。则沿啮合
线方向的法向力Fn
可分解为两个分力：
圆周力Ft和径向力Fr。
力的分解及计算式
圆周力： 径向力：
Ft
Fr
2TN1 ； Fdt 1tNa；n
法向力： 式中：
Fn
在主动轮上与运动方向相反， 在从轮上与运动方向相同。 径向力Fr的方向：
对两轮都是由作用点指向轮心。
2、计算载荷
计算载荷： Fc KF （K为载荷系数）
原动机 电动机
均匀 1～1.2
工作机的载荷特性
中等冲击
大的冲击
1.2～1.6
1.6～1.8
多缸内燃机 单缸内燃机
1.2～1.6 1.6～1.8