机械设计——齿轮传动(1)
齿轮传动1
k 9 0.5
W、k值也可以从机械设计手册中直接查得。
例： 某标准直齿圆柱齿轮模数 m=8mm，α=20°，齿数z=50。试求该齿轮的分度圆弦 齿厚和公法线长度。
解： （1）分度圆弦齿厚和弦齿高：
刀号
加工齿 数范围
1
2
3
4
5
6
7
8
12-13 14-16 17-20 21-25 26-34 35-54 55-134 135以上
（３）加工不连续，生产效率低，不宜用于批量生产。适用于单件 生产而且精度要求不高的齿轮加工。
2. 展成法（范成法 ）
展成法是利用一对齿轮无侧隙啮合时两轮的齿廓互为包络线的 原理来加工齿轮的。 加工时，将其中一个齿轮（或齿条）的渐开线齿廓做成具有切削 能力的刀刃，刀具的节圆与齿轮轮坯的节圆相切作纯滚运动，称为 展成运动。刀具与齿坯的运动就像一对互相啮合的齿轮，最后刀刃 在轮坯上留下连续的刀刃廓线，其包络线即为被加工的齿轮齿廓。 １）没有原理误差，加工精度高； ２） 连续加工，生产率高； ３）用展成法加工齿轮时，只要刀具与被切齿轮的模数和压力角相 同，不论被加工齿轮的齿数是多少，都可以用同一把刀具来加工， 这给生产带来了很大的方便，因此展成法得到了广泛的应用。
取 k=6
W6 m[2.9521 k 0.5) 0.014z ] ( 8[2.9521 6 0.5） 0.014 50] 135.492m m （
第五节渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动
一、啮合过程
啮合过程演示 一对具有渐开线齿廓齿轮的 啮合传动，是依靠主动齿轮的齿 廓推动从动齿轮的齿廓来实现的。
机械设计 齿轮传动
第九节 齿轮传动的失效形式及计算准则
3、齿面胶合
齿面胶合
高速重载传动中，常因啮合区温度 升高而引起润滑失效，致使齿面金 属直接接触而相互粘连。当齿面向 对滑动时，较软的齿面沿滑动方向 被撕下而形成沟纹。
措施
1、提高齿面硬度 2、减小齿面粗糙度 低速 3、增加润滑油粘度 高速
4、加抗胶合添加剂
第九节§齿1轮1-1传动轮的齿失的效失形效式形及式计算准则
模数m不能成为衡量齿轮接触强度的依据。
第十三节 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算
齿面接触疲劳强度计算公式的说明
1）强度计算公式中，“+”号用于外啮合；“—”号用于内啮合。 2接进）触行配强计对度算齿设。轮计的时接，触应应将力［均σ相H1］同、，［即σσHH21］=σ中H2数。值在较用小公的式代进入行公齿式面 3）在齿轮的齿宽系数、材料及传动比已选定的情况下，影响齿 轮齿面接触疲劳强度的主要因素是齿轮直径。小齿轮直径（或传 动中心距）越大，齿轮的齿面接触强度就越高。所以在其他条件 不变的情况下，小齿轮的齿数选的适当多些可提高齿轮传动的接 触强度。 4）许用接触应力的计算
O2
赫兹公式
H
1 1
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 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
传动比 i= z2 /z1 = d2 /d1
中心距 a=(d2 ± d1)/2 = d1(i ±1)/2 或 d1 = 2a /(i ±1)
机械设计考研练习题-齿轮传动
齿轮传动一 选择题(1) 一般参数的闭式硬齿面齿轮传动的主要失效形式是 B 。
A. 齿面点蚀B. 轮齿折断C. 齿面磨损D. 齿面胶合(2) 在闭式齿轮传动中，高速重载齿轮传动的主要失效形式是 C 。
A. 轮齿疲劳折断B. 齿面疲劳点蚀C. 齿面胶合D. 齿面磨粒磨损E. 齿面塑性变形(3) 对齿轮轮齿材料性能的基本要求是 A 。
A. 齿面要硬，齿心要韧B. 齿面要硬，齿心要脆C. 齿面要软，齿心要脆D. 齿面要软，齿心要韧(4) 已知一齿轮的制造工艺过程是：加工齿坯、滚齿、表面淬火和磨齿，则该齿轮的材料是 B 。
A. 20CrMnTiB. 40CrC. Q235D. ZCuSn5Pb5Zn5(5) 对于一对材料相同的软齿面齿轮传动，常用的热处理方法是 D 。
A. 小齿轮淬火，大齿轮调质B. 小齿轮淬火，大齿轮正火C. 小齿轮正火，大齿轮调质D. 小齿轮调质，大齿轮正火(6) 对于齿面硬度大于350HBS 的钢制齿轮，其加工的工艺过程一般为 C 。
A. 加工齿坯——淬火——切齿——磨齿B. 加工齿坯——切齿——磨齿——淬火C. 加工齿坯——切齿——淬火——磨齿D. 加工齿坯——淬火——磨齿——切齿(7) 斜齿轮和锥齿轮强度计算中的齿形系数Fa Y 和应力校正系数Sa Y 应按 B 查图表。
A. 实际齿数B. 当量齿数C. 不发生根切的最少齿数(8) 一减速齿轮传动，主动轮1用45钢调质，从动轮2用45钢正火，则它们齿面接触应力的关系是B 。
A. 2H 1H σσ<B. 2H 1H σσ=C. 2H 1H σσ>D. 可能相等，也可能不等(9) 一对标准圆柱齿轮传动，已知50,2021==z z ，它们的齿形系数是 C 。
A. 21Fa Fa Y Y <B. 21Fa Fa Y Y =C. 21Fa Fa Y Y >齿根弯曲应力是 A 。
A. 2F 1F σσ>B. 2F 1F σσ=C. 2F 1F σσ<(10) 提高齿轮的抗点蚀能力，不能采用 D 的方法。
机械设计-直齿圆锥齿轮传动1
Fa2
Fa1
Ft2
Ft1
Fr1
直齿圆锥齿轮传动
1．锥齿轮机构用于传递两相交轴之间的运动，最常见的是两轴相交成90°的直齿圆锥齿轮。 2.直齿锥齿轮传动的基本参数及几何尺寸都是以轮齿大端为标准的
总结
谢谢观看
直齿圆锥齿轮传动
2、当量齿轮
当量齿轮：将背锥展成一平面扇形齿轮，并将该扇形齿轮补充为整圆齿轮。这样所得的直齿圆柱为原直齿锥齿轮的当量齿轮。
当量齿数：
直齿圆锥齿轮传动
力的方向：
圆周力Ｆt ：主动轮上的与转向相反，从动轮上的与转向相同
径向力 Ｆr：分别指向各自轮心；
轴向力 Ｆa：分别由各轮的小端指向大端。
传动比：
锥距：
C
t
锥齿轮的轮齿是沿圆锥面分布的，其轮齿尺寸朝锥顶方向逐渐缩小。
直齿圆锥齿轮传动
圆锥齿轮的主要参数和几何尺寸计算如下表所示
正确啮合的条件：
m1= m2
1= 2
直齿圆锥齿轮传动
1、背锥 背锥：过A点做该圆弧的切线与轴线交于O’，以O’A为母线绕轴线OO’旋转所得的轮廓与球面齿廓相切的圆锥体称为背锥。
直齿圆锥齿轮传动
1
直齿圆锥齿轮概述
CONTENTS
目录
2
直齿圆锥齿轮的基本参数和几何尺寸
直齿圆锥齿轮传动
锥齿轮传动传递的是相交轴的运动和动力。其传动可以看成两个锥顶共点的圆锥体互作纯滚动。两轴交角Σ=δ1+δ2由传动要求确定，可为任意值。常用的为Σ=90°。
第一节 概 述
分类：直齿（常用）、斜齿（被曲线齿代替）、 曲线齿。特点：直齿锥齿轮：制造精度较低，工作时振动和噪声较大，适用于低速轻载传动；曲线齿锥齿轮：传动平稳，承载能力强，长用于高速重载场合，但设计制造复杂。
机械设计基础第七章 齿轮传动
啮合点沿着主 动轮的齿根逐渐移 向齿顶。
从动轮则相反。
实际啮合线段B1B2 理论啮合线段N1N2 实际工作段
非工作段
一对渐开线齿轮正确啮合的条件
一对齿轮传动时，所有啮合点都在啮合线N1N2上。
pb1
O1
rb1
ω1
r1 N1
B2 B1 P
N2
ห้องสมุดไป่ตู้pb1
rb1 r1
B1
N2
O1
ω1
N1
B2 P
pb1
rb1 r1
过其接触点所作的齿廓公法线必须与两轮的连心
线相交于一固定点P。P点称为节点。
节圆的概念 r1、r2
2传动比
3
i12
中心距
1 2
r2' r1'
a O1O2 r1'r2 '
7.2.2 共轭齿廓
共轭齿廓：凡能实现预定传动比的一对齿廓。 包络法求共轭齿廓曲线 共轭齿廓的选择：考虑加工、安装测量、定传动比。
一）按传动比是否恒定分： 1） 定传动比：齿轮是圆形的。当主动轮等
速回转时，从动轮也作等速回转，运转平 稳。因此应用最广。 2） 变传动比：齿轮一般是非圆形的。用于 一些具有特殊要求的机械中。
椭圆齿轮机构
二）按两轮轴的相对位置分类：
1）圆柱齿轮传动：直齿、斜齿、人字齿轮， 用于平行轴间的传动；
2）锥齿轮传动：直齿、斜齿、弧齿锥齿轮， 用于相交轴间的传动；
3 、连续传动的条件及重合度
第七章 齿轮传动
7.1 齿轮传动的特点与类型
1、 齿轮传动的特点
优点：适用的圆周速度和功率范围广， 效率高，可获得稳定的传动比，寿命较 长，工作可靠性高，可实现平行轴、任 意角相交轴和任意角交错轴之间的传动。
《齿轮传动设计》PPT课件
三、渐开线齿轮的啮合特性
渐开线齿轮符合齿廓啮合基本定 律,即能保证定传动比传动 由齿廓啮合基本定律知
i12
1 2
O2P O1P
❖ 由渐开线性质知,
❖ 啮合点公法线与二基圆内公切
线重合
N2
❖ 二基圆为定圆,N1N2为定直线, 则节点P为定点
i12 12
O2Pr2'rb2 O1P r1' rb1
co
n. st
机械设计基础 ——齿轮传动
例题2
❖已知:一渐开线直齿圆柱齿轮,用卡尺测量出齿顶圆直径 da=208mm, 齿根圆直径df=172mm, 数得齿数z=24.
❖求：该齿轮的模数m,齿顶高系数ha*和顶隙系数c*
解:
da(z2ha *)m208 mm
df(z2h a *2c*)m 17m 2 m
m 8 mm
O1
1 rb1
P K’
N1 K
C１
C２
2 rb2
O2
机械设计基础 ——齿轮传动
三、渐开线齿轮的啮合特性
机械设计基础 ——齿轮传动
5-4 渐开线标准齿轮的基本尺寸
一、外齿轮 二、内齿轮 三、齿条
机械设计基础 ——齿轮传动
一、外齿轮
1 各部分名称和符号 2 基本参数 3 几何尺寸 4 例题
机械设计基础 ——齿轮传动
h
* a
1
c
*
0 .25
正常齿: 短齿:
m 1mm h a *1,c*0.25 m 1mm h a *1,c*0.35
ha*0.8,c*0.3
机械设计基础 ——齿轮传动
例题3
❖已知: 法向距离〔即公法线长度〕分别为 :W3 = 61.84mm,
2024年机械设计基础课件齿轮传动-(带特殊条款)
机械设计基础课件齿轮传动-(带特殊条款) 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-齿轮传动讲解
重合度e↑ →传动平稳
z1↑
m↓
齿高h，抗弯曲疲劳强度降低
因此，在保证弯曲疲劳强度的前提下，齿数选得多一些好！
一般情况下，闭式齿轮传动（速度高，平稳性差）: z1=20~40
将
Ft
=
2T1 d1
及Φｄ＝b/d1
代入
则齿面接触疲劳强度的校核式：σH =
2K T1 dd13
u±1 u
ZH
ZE
[σH ]
齿面接触疲劳强度的设计式： d1
3
2 KT1
d
u ±1 ( Z H Z E )2
u [s H ]
对于标准直齿轮，ZH=2.5
齿面接触疲劳强度的校核式：
s H
= 2.5
= KFtYFaYsa bm
[s F]
Ysa表
引入齿宽系数后 强度条件公式：
d
=
b，并将Ft=2T1/d1, d1
d1=m
z1代入，可得弯曲
s = 2KT 1 YFaYsa
F φdm3 z12
[s F]
得
m
3
2KT1
dZ12
×Y[FsaYFs]a
公式中各参数对弯曲强度有什么影响呢？
标准直齿圆柱齿轮强度计算
从上面推出的接触疲劳强度条件公式中可以得出以下结论：
1、分度圆直径越大，接触疲劳强度就越高，也就是说接触
疲劳强度取决于分度圆直径，不单和模数m有关还和齿
数z有关。 2、齿宽系数越大，也就是齿宽越宽，接触疲劳强度就 越高。
3、许用接触应力越大，接触疲劳强度就 越高，
问题：σH1和σH2是否是作用力和反作用力的关系 σH1=σH2 是作用力和反作用力的关系。
(完整版)机械设计基础齿轮传动设计例题
例1 设计用于带式输送机传动装置的闭式单级直齿圆柱齿轮传动。
传递功率P=2.7kW ，小齿轮转速n 1=350r/min ，传动比i=3.57。
输送机工作平稳，单向运转，两班工作制，齿轮对称布置，预期寿命10年，每年工作300天。
解：1. 选择齿轮精度等级、材料、齿数1）带式输送机属于一般机械，且转速不高，故初选择8级精度。
2）因载荷平稳，传递功率较小，可采用软齿面齿轮。
参考表5-6，小齿轮选用45钢调质处理，齿面硬度220~250HBS ，σHLim1=595MPa ，σFE1=230MPa ；大齿轮选用45钢正火处理，齿面硬度170~200HBS ，σHLim2=520MPa ，σFE2=200MPa 。
3）初选小齿轮齿数z 1=24，则z 2=iz 1=3.57×24=85.68，取z 2=87。
故实际传动比i=z 2/z 1=87/24=3.62，与要求的传动比3.57的误差小于3%。
对于齿面硬度小于350 HBS 的闭式软齿面齿轮传动，应按齿面接触强度设计，再按齿根弯曲强度校核。
2. 按齿面接触强度设计设计公式5-481d ≥1）查表5-8，原动机为电动机，工作机械是输送机，且工作平稳，取载荷系数K=1.2。
2）小齿轮传递的转矩 112.79550955073.671350P N m n T =⨯=⨯=⋅3）查表5-13，齿轮为软齿面，对称布置，取齿宽系数φd =1。
4）查表5-10，两齿轮材料都是锻钢，故取弹性系数Z E =189.8 MPa 1/2。
5）两齿轮为标准齿轮，且正确安装，故节点区域系数Z H =2.5，取重合度系数Z ε=0.9。
6）计算许用接触应力 N W X HLim H HZ Z Z Sσσ⎡⎤=⎣⎦①应力循环次数小齿轮N 1=60n 1jL h =60×350×1×(2×8×300×10)=10.08×108 大齿轮N 2= N 1/i=10.08×108/3.62=2.78×108②据齿轮材料、热处理以及N 1、N 2，查接触疲劳寿命系数图表，不允许出现点蚀，得接触疲劳寿命系数Z N1=1，Z N2=1，两齿轮均为软齿面故ZW=1，ZX=1。
机械设计基础 齿轮传动
径节的单位为1／英寸，分度圆直径的单位为英寸。 模数与径节的换算关系为：
m= 25.4 P
显然径节与模数正好相反，径节越大，周节越小，即模数小，英制齿轮常 用径节有以下几种： 2、2.5、3、4、6、8、10、12、16、20。
6．4．1
保持恒定的瞬时传动比
下图为一对啮合的齿轮。rb1、rb2为两齿轮的基圆半径，N1N2为两基圆的内公切 线，设在某一瞬时，两齿廓在K点接触，过K点作两齿廓的公法线nn，根据渐开线性 质2，过K和K’点作两圆的法线，必与N1N2重合。当经过Δt时间后，主动齿轮O1转过 角ψ1，从动齿轮转过角ψ2，两齿轮齿廓在K’点接触。渐开线齿廓的啮合点始终是 沿着两个基圆内公切线N1N2移动。所以N1N2就是啮合点K的移动轨迹，叫做啮合线。 根据渐开线性质1可知，弧长
（2）应用特点 在机械传动中，齿轮传动应用最广泛。在工程机械、矿山机械、冶金机械以及各 类机床中都应用着齿轮传动。齿轮传动所传递的功率从几w至几万kW；它的直径从不 到1mm的仪表齿轮，到10 m以上的重型齿轮；它的圆周速度从很低到100m／s以上。 大部分齿轮是用来传递旋转运动的，但也可以把旋转运动变为直线往复运动，如齿 轮齿条传动。 与其他传动相比齿轮传动有如下特点： ①瞬时传动比恒定，平稳性较高，传递运动准确可靠； ②适用范围广；可实现平行轴、相交轴、交错轴之间的传动；传递的功率和速度 范围较大； ③结构紧凑、工作可靠，可实现较大的传动比； ④传动效率高、使用寿命长； ⑤齿轮的制造、安装要求较高； ⑥不适宜远距离两轴之间的传动。 (3）对齿轮传动的基本要求 采用齿轮传动时，因啮合传动是个比较复杂的运动过程，对其要求是： ①传动要平稳 要求齿轮在传动过程中，任何瞬时的传动比保持恒定不变。以保 持传动的平稳性，避免或减少传动中的噪声、冲击和振动。 ②承载能力强 要求齿轮的尺寸小，重量轻，而承受载荷的能力大。即要求强度 高，耐磨性好，寿命长。
机械设计 齿轮传动
第十章齿轮传动本章主要内容⏹齿轮传动类型和特点；⏹齿轮传动的受力分析、计算载荷、各种载荷系数的物理意义及其影响因素；⏹齿轮传动的失效形式及其机理、特点、预防措施；⏹齿轮材料的基本要求、常用的热处理方法及材料的选用原则；⏹直齿圆柱齿轮承载能力计算，斜齿圆柱齿轮和直齿圆锥齿轮承载能力计算特点；⏹齿轮的结构设计；⏹齿轮传动的润滑。
重点难点⏹齿轮传动的受力分析、计算载荷、各种载荷系数的物理意义及其影响因素；⏹齿轮传动的失效形式及其机理、特点、预防措施；⏹直齿圆柱齿轮承载能力计算。
第一节概述一、齿轮传动的特点、类型和基本问题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（可高达近十万千瓦）。
1、齿轮传动的主要特点：◆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；◆工作可靠，寿命长与各类传动相比◆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；◆成本高，不适于远距离传动与带传动、链传动相比，齿轮的制造及安装精度要求高。
2、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人字齿轮传动锥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）3、两个基本问题：(1)传动平稳就是要保证瞬时传动比恒定，从而尽可能减小齿轮啮合中的冲击、振动和噪声。
(2)足够的承载能力就是要在尺寸、质量较小的前提下．保证齿轮的强度、耐磨性等方面的要求。
保证在预定的使用期限内不发生失效。
二、精度选择齿轮精度等级应根据传动的用途，使用条件、传动功率和圆周速度等确定。
表10—8给出了各类机器所用齿轮的精度等级。
第章齿轮传动答案 (1)
课程名：机械设计基础 （第四章） 题型 计算题、作图题考核点：齿轮机构的尺寸计算和齿轮啮合的特性 难度系数低难度 中等难度 高难度 题号加＊表示＊ ** 分值6分 10分 15分1. 已知一对外啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮m=3mm ，z1=19，z2=41，试计算这对齿轮的分度圆直径、中心距。
(6分)解：两齿轮分度圆直径：d1=mz1=3×19=57mm d2=mz2=3×41=123mm中心距：a=(d1+d2)/2=(57+123)/2=90mm2.已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮的标准中心距a=160mm ，齿数z1=20,z2=60，求模数和分度圆直径。
(6分)解：由于a=m(z1+z2)/2 故模数m=2a/(z1+z2)=(2×160)/(20+60)=4mm分度圆直径：d1=mz1＝4×20＝80mm d2=mz2=4×60=240mm3.已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮的齿数z=25，齿顶圆直径Da=135mm ，求该齿轮的模数。
（6分）解：因正常齿制的齿顶高系数为1，Da=m(z+2)=135mm该齿轮的模数 m=135/(z+2)=135/(25+2)=5mm*4 已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮α=20°，m=10mm,z=40，试分别求出分度圆、齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径和压力角。
(10分)解：1）分度圆直径：D=mz=10×40=400mm 压力角：α＝20°分度圆上渐开线齿廓的曲率半径：mm d 4.6820sin 2400sin 2=︒⨯==αρ 2）齿顶圆直径：Da=m(z+2)=10×(40+2)=420mm基圆直径：Db=Dcos α=400×cos20=375.877mm齿顶圆压力角：︒===--5.26420877.375cos cos 11Da Db a α 齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径:mm Da a a 7.935.26sin 2420sin 2=︒==αρ*5 试比较正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮(外齿轮)的基圆和齿根圆，在什么条件下基圆大于齿根圆?什么条件下基圆小于齿根圆?(10分)解：基圆直径：Db=mzcos α齿根圆直径：Df=m(z-2h a *-2c *)=m(z －2－2×0.25)=m(z －2.5)令基圆＞齿根圆：45.4120cos 15.2)5.2(cos =︒-<->z z m mz α 故齿数Z ＜42时，基圆直径＞齿根圆直径；Z ≥42时，基圆直径＜齿根圆直径。
3章-齿轮传动设计1
HP
MPa （校核式）
讨论
齿面接触疲劳强度主要取决于分度圆直径 d
d 越大，σH 越小, 接触强度 越高 (Fn 减小;齿廓平直)
模数 m 的大小对接触强度无直接影响 d1＝m z1
两齿轮的接触应力相等，σH1＝σH2
齿宽 b 的大小应适当， b 过大会引起偏载
为限制齿宽，令： d
则 b =ψd d1 ，
机械设计
第三章 齿轮传动设计－计算载荷
— 齿形误差 都会引起瞬时速比改变 — 弹性变形
齿轮精度越低 圆周速度越高
引起的内部附加动载荷越大。
直齿圆柱齿轮传动： 取 Kv＝1.05～1.4 斜齿圆柱齿轮传动： 取 Kv＝1.02～1.2 对齿顶进行适当的修形，可减小动载荷。
● 齿向载荷分布系数 Kβ 轴的变形及制造安装误差引起载荷沿齿宽分布不均。
5、齿面塑性变形
措施：提高齿面硬度，采用油性好的润滑油
机械设计
二、齿轮传动的设计准则
第三章 齿轮传动设计－设计准则
主要针对轮齿疲劳折断和齿面疲劳点蚀这两种失效形式 齿根弯曲疲劳强度—齿轮抵抗轮齿疲劳折断的能力 齿面接触疲劳强度—齿轮抵抗齿面疲劳点蚀的能力
设计准则一： 对于闭式软齿面（ HBS≤350）传动， 主要失效形式是齿面点蚀，所以按齿面接触疲劳强 度设计， 然后校核齿根弯曲疲劳强度。
故，设计时应取σHP = min{σHP1, σHP2}
求出 d1 →选择 z1 →计算 m = d1/z1 →计算 a = m(z1+z2)/2
模数 m 应向大的方向靠标准值，且 m ≥ 1.5； 按标准模数反算 d1、d2，至少精确到小数点后两位； 中心距 a 应为整数，便于箱体座孔的加工测量， 若 a 不是整数，则将其圆整，并对齿轮进行变位。
机械设计基础齿轮传动
正火
143～197
430～460
160～170
ZG310—570
正火
163～197
445～480
165～175
ZG340—640
正火
179～207
460～490
170～180
ZG35SiMn
正火
163～217
480～550
195～210
调质
197～248
530～605
205～220
*/50
防止措施：降低轮齿表面粗糙度值； 保持良好的润滑； 采用闭式传动或加防护罩。
4.齿面胶合
一般发生在闭式重载齿轮上
低速重载导致冷胶合， 高速重载导致热胶合。
防止措施：提高齿面硬度； 降低齿面粗糙度值； 选用抗胶合性能好的齿轮副材料； 采用抗胶合能力强的润滑油； 用极压添加剂
Pk
Vk
(1)NK = N K0
）
rb
渐开线上点Ｋ的压力角
N
发生线
渐开线k0k 的展角
K0
K
O
基圆
渐开线
rk
在不考虑摩擦力、重力和惯性 力的条件下，一对齿廓相互啮合时， 齿轮上接触点Ｋ所受到的正压力方 向与受力点速度方向之间所夹的锐 角，称为齿轮齿廓在该点的压力角。
(３)渐开线齿廓各点具有不同的 压力角，点Ｋ离基圆中心Ｏ 愈远，压力角愈大。
*/50
齿轮传动
齿轮传动特点、类型和应用 渐开线齿轮 标准渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动
齿轮加工 齿轮轮齿的失效 齿轮强度计算 齿轮结构
*/50
1.齿轮传动的特点
一、齿轮传动特点、类型和应用
缺点：
① 制造和安装精度 要求较高；
机械设计——齿轮传动(1)
第十二章 齿轮传动1、图示为两级斜齿圆柱齿轮减速器，已知条件如图所示。
试问：（1）画出轴II 和轴III 的转向。
（2）低速级斜齿轮的螺旋线方向应如何选择才能使中间轴Ⅱ上两齿轮所受的轴向力相反？ （3）低速级小齿轮的螺旋角β2应取多大值，才能使轴Ⅱ上轴向力相互抵消？ （4）画出各个齿轮所受轴向力。
2、今有两对斜齿圆柱齿轮传动，主动轴传递的功率P 1=13kW ，n 1=200r/min ，齿轮的法面模数m n =4mm ，齿数z 1=60均相同，仅螺旋角分别为9°与18°。
试求各对齿轮传动轴向力的大小？3、图所示为二级斜齿圆柱齿轮减速器。
已知：齿轮1的螺旋线方向和轴III 的转向，齿轮2的参数m n =3mm ，z 2=57，β2 =14°；齿轮3的参数m n =5mm ，z 3=21。
试求：（1）为使轴Ⅱ所受的轴向力最小，选择各齿轮的螺旋线方向，并在图上标出； （2）在图b 上标出齿轮2、3所受各分力的方向；（3）如果使轴Ⅱ的轴承不受轴向力，则齿轮3的螺旋角β3应取多大值（忽略摩擦损失）？10、分析图中斜齿圆柱齿轮传动的小齿轮受力，忽略摩擦损失。
己知：小齿轮齿数221=z ，大齿轮齿数902=z ，法向模数mm m 2n =，中心距mm a 120=，传递功率KW P 2=，小齿轮转速m in /3201r n =，小齿轮螺旋线方向右旋。
求：（1) 大齿轮螺旋角β大小和方向；1234（2) 小齿轮转矩1T ；（3) 小齿轮和大齿轮受力的大小和方向，并在图上画出。
11、有一齿轮传动如图所示，已知：281=z ，702=z ,1263=z ,模数mm m 4n =，压力角ο20=α，中心距mm a 2001=，mm a 4002=，输入轴功率kW P 101=，转速m in /10001r n =，不计摩擦。
（1) 计算各轴所受的转矩；（2)分析中间齿轮的受力，在图中画出，并计算所受各力的大小。
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第十二章 齿轮传动1、图示为两级斜齿圆柱齿轮减速器，已知条件如图所示。
试问：（1）画出轴II 和轴III 的转向。
（2）低速级斜齿轮的螺旋线方向应如何选择才能使中间轴Ⅱ上两齿轮所受的轴向力相反？ （3）低速级小齿轮的螺旋角β2应取多大值，才能使轴Ⅱ上轴向力相互抵消？ （4）画出各个齿轮所受轴向力。
2、今有两对斜齿圆柱齿轮传动，主动轴传递的功率P 1=13kW ，n 1=200r/min ，齿轮的法面模数m n =4mm ，齿数z 1=60均相同，仅螺旋角分别为9°与18°。
试求各对齿轮传动轴向力的大小？3、图所示为二级斜齿圆柱齿轮减速器。
已知：齿轮1的螺旋线方向和轴III 的转向，齿轮2的参数m n =3mm ，z 2=57，β2 =14°；齿轮3的参数m n =5mm ，z 3=21。
试求：（1）为使轴Ⅱ所受的轴向力最小，选择各齿轮的螺旋线方向，并在图上标出； （2）在图b 上标出齿轮2、3所受各分力的方向；（3）如果使轴Ⅱ的轴承不受轴向力，则齿轮3的螺旋角β3应取多大值（忽略摩擦损失）？10、分析图中斜齿圆柱齿轮传动的小齿轮受力，忽略摩擦损失。
己知：小齿轮齿数221=z ，大齿轮齿数902=z ，法向模数mm m 2n =，中心距mm a 120=，传递功率KW P 2=，小齿轮转速m in /3201r n =，小齿轮螺旋线方向右旋。
求：（1) 大齿轮螺旋角β大小和方向；1234（2) 小齿轮转矩1T ；（3) 小齿轮和大齿轮受力的大小和方向，并在图上画出。
11、有一齿轮传动如图所示，已知：281=z ，702=z ,1263=z ,模数mm m 4n =，压力角 20=α，中心距mm a 2001=，mm a 4002=，输入轴功率kW P 101=，转速m in /10001r n =，不计摩擦。
（1) 计算各轴所受的转矩；（2)分析中间齿轮的受力，在图中画出，并计算所受各力的大小。
13、图示二级直齿圆柱齿轮减速器，高速级和低速级的传动比相等，u 1=u 2=3，低速级的齿宽系数为高速级的1.3倍，齿轮材料为45钢，小齿轮均调质处理，大齿轮均正火处理，其许用应力为：齿轮1：[H ]1=590MPa ；齿轮2：[H ] 2=490MPa ；齿轮1：[H ] 3=580MPa ；齿轮1：[H ] 4=480MPa两级齿轮的载荷系数K 、Z E 、Z H 、Z 均相同，其中高速级已根据接触强度算得d 1=75mm ，若使两对齿轮等接触强度，试问低速级小齿轮的直径d 3应为多少？附：[]H uu bd KT Z Z Z σσε≤+⋅=12211E H H14、一对闭式直齿圆柱齿轮，已知：z 1=20，z 2=60，m =3mm ，d =1，小齿轮转速n 1=950r/min ，主从动轮的许用应力[H 1]=700MPa ，[H 2]=650MPa ，载荷系数K=1.6，节点区域系数Z H =2.5，弹性系数Z E =189.9MPa ，重合度系数Z =0.9。
按接触疲劳强度，求该对齿轮所能传递的功率。
附：[]H uu bd KT Z Z Z σσε≤+⋅=12211E H H15、—对标准直齿圆柱齿轮传动，已知：201=z ，402=z ，小轮材料为40镉，大轮材料为45钢，齿形系数4.2,8.221==Fa Fa Y Y ，应力修正系数55.11=Sa Y ，67.12=Sa Y ，许用应力[]MPa 6001 H =σ，[]MPa 5002 H =σ，[]MPa 1791 F =σ，[]MPa 1442 F =σ。
问：（1） 哪个齿轮的接触强度弱? 为什么? （2） 哪个齿轮的弯曲强度弱? 为什么? 附：[]H u u bd KT Z Z Z σσε≤+⋅=12211E H H ，[]F Sa Fa Y Y m bd KT σσ≤=11F 216、有两对标准直齿圆柱齿轮传动，已知：第一对齿轮的201=z ，402=z ，mm m 41=，齿宽mm b 751=；第二对齿轮的401='z ，1002='z ，mm m 22=，齿宽mm b 702=。
已知两对齿轮的材料、热处理硬度相同，齿轮的加工精度、齿面粗糙度均相同，工况也一样，按无限寿命计算并忽略Sa Fa Y Y 的乘积及重合度的影响。
（1）按接触疲劳强度求该两对齿轮传递的转矩的比值11T T '； （2）按弯曲疲劳强度求该两对齿轮传递的转矩的比值11T T '。
附：[]H uu bd KT Z Z Z σσε≤+⋅=12211E H H []F Sa Fa Y Y mbd KT σσ≤=11F 2 17、如图所示为一蜗杆-圆柱斜齿轮-直齿圆锥齿轮三级传动，已知蜗杆为主动，且按图示方向转动。
试在图中绘出： （1）各轮转向；（2）使II 、III 轴轴承所受轴向力较小时的斜齿轮轮齿的旋向；（3）斜齿轮3在啮合点所受各分力33r 3t ,,a F F F 的方向。
18、如图所示为斜齿轮－圆锥齿轮－蜗杆传动机构，试回答问题： （1）合理确定斜齿轮1，2和蜗杆5、蜗轮6的螺旋方向； （2）画出斜齿轮2、锥齿轮3及蜗轮6的受力情况；（3）标出各传动件的回转方向。
19、如图所示二级斜齿圆柱齿轮减速器和一对开式圆锥齿轮组成的传动系统。
已知动力由轴I 输入， 转动方向如图所示，为使轴II 和轴III 的轴向力尽可能小，试确定各轴的转向和减速器中各斜齿轮的旋向， 并画出各对齿轮啮合处的受力方向。
20、如图所示的传动系统中，1，2，3为斜齿圆柱齿轮，4，5为直齿圆锥齿轮，6为蜗杆，7为蜗轮。
传动系统由电动机驱动，轮1转向如图所示。
要求轴Ⅲ和轴IV 上由斜齿圆柱齿轮3和直齿圆锥齿轮4，以及直齿圆锥齿轮5和蜗杆6所产生的轴向力相互抵消一部分。
试确定：（1）斜齿圆柱齿轮1，2，3的齿轮螺旋线方向，蜗杆、蜗轮轮齿的螺旋方向； （2）蜗轮7的转动方向；（3）斜齿圆柱齿轮3、蜗杆6和蜗轮7在啮合点处的圆周力、轴向力、径向力（t F 、a F 、r F ）的方向。
{参考答案}1、解：（1）轴II 向右，轴III 向左。
（2分，每个1分）（2）齿轮3左旋，齿轮4右旋。
（2分，每个1分）（3）F a2=F a3，即：23233322tan tan ,tan tan ββββt t t t F F F F ==（3分） 由中间轴的力矩平衡，得 223322d F d F t t = 则：2232232223tan cos /533cos /175tan tan tan ββββββ⨯⨯===d d F F t t （2分） 得 ：1438.015sin 533175sin 3=︒⨯⨯=β 则：2161827.83'''︒=︒=β（2分） （4）齿轮1，向下；齿轮2，向上；齿轮3，向下，齿轮1，向上。
（4分，每个1分）2、解：（1）因两对齿轮传递的P 1和n 1相等，故主动轴上的转矩也应相等，即=⋅⨯⨯=⨯=mm N n P T )200/131055.9(/1055.961161620750 mm N ⋅ （3分）（2）计算β=9°的齿轮传动的轴向力：)/(cos 6207502/21111z m d T F n t β⨯⨯===[2×620 750×cos9°/（4×6）]=5109 N （3分）F a 1=F t 1tan β=5109×tan 9°N=809N=F a 2 （3分） （3）计算β=18°的齿轮传动的轴向力：495060418cos 6207502cos 2211111=⨯︒⨯⨯==='z m T d T F n t βN （3分） 211159918tan 4920tan a t a F N F F '==︒⨯='='β （3分）3、解：（1）根据轴III 转向n III ，在图上标出n I 和n II 的转向。
（2分）而齿轮3应为右旋，齿轮4左旋，齿轮2右旋。
（3分）（2）根据主动轮左、右手定则判断出F a 1、F a 3；根据齿轮2是从动轮，齿轮3是主动轮判断F t 2、F t 3；根据径向力指向各自轴心的原则，判断径向力F r 2、F r 3；的方向。
F a 1、F a 3、F t 2、F t 3、F r 2、F r 3已在啮合点画出。
（6分）（3）若使轴Ⅱ轴承不受轴向力，则，|F a 2|=|F a 3|，333222tan tan ββt a t a F F F F == （2分）所以， 3322tan tan ββt t F F =22223332232323tan cos /cos /tan tan tan ββββββz m z m d d F F n n t t ===得 14855.014sin 573215sin sin 222333=︒⨯⨯⨯==ββz m z m n n β3=43238'''︒ （2分）10、解：（1）计算大齿轮螺旋角β由 ()βcos 221n z z m a +=得 ()()222210395.21120290222arccos 2arccos 21n '''==⨯+⨯=+= a z z m β （2分） 左旋。
（1分） （2）计算小齿轮转矩1Tmm N 5.5968732021055.91055.96161⋅=⨯⨯=⨯=n P T （3分） （3）计算齿轮的受力mm 143.470395.cos21222cos z 1n 1=⨯=⨯=βm d 切向力 N 2532143.475.596872211t1=⨯==d T F =F t 2 轴向力 N 9740395.21tan 2532tan t11=⨯==o βF F a = F a 2径向力 N 4.9870395.21cos 20tan 2532cos tan n 1r1=⨯==o o βαt F F = F r 2 （3分） 各个分力的方向。
（6分）11、（本题共15分）解：（1) m N n P T I ⋅=⨯=⋅=5.951000109550260 π， 0=II T ，m N i T T I III ⋅=⨯=⋅=75.429281265.95 （3分） （2) 受力（6分）()βcos 221n 1z z m a +=98.0cos =βa d z z d d 211221=⋅⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=+ mm z z a d 286.1142870140012121=+=+=23112t 1671286.114105.9522t F N d T F '==⨯⨯== （2分）2r n 22r 62120tan 98.01671tan cos F N F F t '==⨯=⋅=αβ（2分） ()22t 233998.0arccos tan 1671tan a a F N F F '==⨯=⋅=β（2分）13、 解：两对齿轮接触疲劳强度相等的条件为：接触疲劳的安全系数相等。