齿轮PPT课件
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开式齿轮的主要失效形式 措施：
采用闭式传动，加防护罩
3、齿面点蚀
点蚀
润滑良好的闭式传动的主要失效形式。
现象： 在变化的σH 作用，因疲劳产生的麻点状损伤现象。
过程： σH 作用 —— 初始裂纹 —— 扩展 —— 金属碎屑
后果：振动、噪声 措施： • 提高硬度 • 低速时，提高润滑油粘度 • 高速时，采用喷油润滑
φd —— 齿宽系数 φd = b/d1 YFa —— 齿形系数，与齿廓有关，与齿的大小（模数m） 无关。
Ysa —— 应力校正系数 （表10-5） m —— 模数，取标准值。动力传动，m ≥ 2
Z1 —— 闭式传动 Z1 = 20 — 40 开式传动 Z1 = 17 — 20
Z1 增加 1）增大重合度，提高传动平稳性； 2）减小m、h ，减少金属切削量； 3）减小滑动系数（ h小），提高效率， 减少磨损和胶合的可能性。
§3 直齿圆柱齿轮齿轮传动的 强度计算
一、轮齿的受力分析
直齿传动 直齿受力分析
Fn
Ft = 2T1 /d1 Fr = Ft tgα
各力方向： Ft 主动轮 —— 与其转向相反 从动轮 —— 与其转向相同 Fr 分别指向各自轮心
Ft1 = - Ft2 Fr1 = - Fr2
二、齿轮弯曲疲劳强度计算
• 轴、轴承、机座变形
齿向载荷分布不均
图10-10
弯曲疲劳强度 Kβ图10-13 接触疲劳强度 Kβ 表10-4
图10-11
轴变形齿向载荷分布
齿向载荷分布 轮齿载荷分布
措施： • 提高轴、轴承、机座的刚度 • 合理布置齿轮的位置 • 选择合理的齿宽 • 提高制造、安装精度 • 轮齿修鼓
图பைடு நூலகம்0-12
1、轮齿折断
• 齿根弯曲折断
变应力σF 作用 • 过载折断
直齿 —— 全齿折断
应力集中 疲劳裂纹 斜齿 —— 局部折断
折断
提高轮齿抗折断措施： • 减小应力集中 —— 加大齿根圆角半径 • 增加支承刚性 —— 受载均匀 • 提高轮芯强度、韧性 • 齿面强化处理 —— 喷丸、滚压 2、齿面磨损
磨粒磨损 — 产生振动、噪声
措施： • 提高硬度 • 采用高粘度、有极
压添加剂的润滑油
四、设计准则
闭式齿轮传动 软齿面—— 接触疲劳强度设计，验算弯曲疲劳强度； 硬齿面 ——弯曲疲劳强度为主，验算接触疲劳强度。
开式齿轮传动 —— 弯曲疲劳强度计算，并加大m。
五、齿轮材料
常用材料 锻钢（碳钢、合金钢）、铸钢、铸铁及非金属材料 （见表10-1）
问题? 齿轮弯曲疲劳强度计算的力学模型是什么？
1、力学模型 轮齿可看作是宽度 b 的悬臂梁。 F
2、基本公式
F=W M≤[]F
单侧力弯曲应力
•危险状态
弯曲应力变化
简化 — 载荷作用在齿顶，且 全部由一对齿承担
齿根应力分析
•危险截面 —— 30°切线法
3、 公式推导
Fnca
Fnca COSγ —弯曲应力 Fnca Sin γ — 压应力
齿轮修缘
主 动 轮 修 缘
从 动 轮 修 缘
动载系数 Kν—— 图10-8
3、 齿间载荷分配系数 Kα —— 考虑双齿啮合时载荷在各齿上分配 不均匀。
产生原因：
单双对齿啮合
• 制造误差 • 弹性变形
齿间载荷分配
p载荷分配 不均
4、齿向载荷分布系数 Kβ
—— 考虑轮齿沿接触线载荷分布不均。
产生原因： • 制造、安装误差
原动机等的性能。（表10-2） 2、动载系数Kν
—— 考虑齿轮副在啮合过程中因啮合误差引起的 内部附加动载荷。
产生原因：
• 制造、安装误差 — 齿形误差、pb1 ≠ pb2
• 弹性变形 —
pb1 ≠ pb2
动载荷
• 直齿轮单、双齿啮合过渡 — 齿对刚度变化
减小附加动载荷的措施：
• 提高精度 • 齿顶修缘
§1 概述
一、齿轮传动的主要特点 • 效率高 结构紧凑 工作可靠 寿命长 传动比稳定
• 成本高 不宜轴间距离大的传动
二、传动形式
1、闭式传动 —— 全封闭；润滑好，精度高，用于重 要传动
2、 开式传动 —— 不封闭；易磨损，用于不重要传动 3、半开式传动 —— 半封闭；介于上述两者之间
三、齿轮的失效形式
4）传动尺寸一定时，Z1 增加，m 减小， 轮齿的弯曲强度降低
在传动尺寸不变并满足弯曲疲劳强度前提下
闭式传动 —— Z1宜取多
齿轮强度主要取决于弯曲强度时
开式传动 —— Z1 不宜过多
2、 σF1≠ σF2
FKtbY FFm Y a SaF MaP
计算σF1 σF2 时，分别代入YFa1 Ysa1 和YFa2 Ysa2 3、 σF1≠ σF2 [σ]F1 ≠ [σ]F2
§2 齿轮传动的计算载荷
问题？
计算载荷与名义载荷的区别是什么？引入载荷系 数的目的是什么？
计算载荷 Ftca = K Ft
K — 载荷系数
K = KA Kν Kα Kβ
KA — 使用系数
Kν— 动载系数
Kα— 齿间载荷分配系数； Kβ—齿向载荷分布系数
1、使用系数 KA —— 考虑外部因素引起的附加动载荷，如工作机、
F F 0Y S aK tY bF F Y m a S a F M a P
Ft
2T1 d1
即
F2K1bTYd1FmY asa[]F
设计公式： b = φd d1
m 32K dz12T1YF[a]YFsa mm
要点
1、符号意义 T1 、 d1 、 Z1 —— 小齿轮的转矩、分度圆直径、齿数 b —— 齿宽，计算齿宽 b = φd d1 ， 实际齿宽 b1 = b2 + （5~10 ） mm b 加大，承载能力大，载荷分布不均严重。
很小，可忽略
弯矩 M = Fnca COSγ· h 剖面模量 W = b S2 /6
FncaKtFcos
齿根应力
代入基本公式
FK bm tF6m Sm h2ccooss 令 YFa6m Sm h2ccooss
F0
KFtYFa bm
引入 Ysa 对齿根过渡圆角引起的应力集中及其它应力 的影响，弯曲疲劳强度公式：
4、胶合 现象： 高速重载时，齿面压力大，温度高，润滑差，致使 油膜破坏，齿面发生粘焊，沿VS方向形成伤痕现象。
措施： • 降低滑动速度 —— 减小m、h • 采用极压润滑油 • 选抗胶合能力强的材料 • 提高齿面硬度
5、塑性变形 滚压塑变：因滚压和滑动引起的材料沿摩擦力方向的塑
性流动。 锤击塑变：因过大的冲击产生的沿接触线方向的沟槽。
采用闭式传动，加防护罩
3、齿面点蚀
点蚀
润滑良好的闭式传动的主要失效形式。
现象： 在变化的σH 作用，因疲劳产生的麻点状损伤现象。
过程： σH 作用 —— 初始裂纹 —— 扩展 —— 金属碎屑
后果：振动、噪声 措施： • 提高硬度 • 低速时，提高润滑油粘度 • 高速时，采用喷油润滑
φd —— 齿宽系数 φd = b/d1 YFa —— 齿形系数，与齿廓有关，与齿的大小（模数m） 无关。
Ysa —— 应力校正系数 （表10-5） m —— 模数，取标准值。动力传动，m ≥ 2
Z1 —— 闭式传动 Z1 = 20 — 40 开式传动 Z1 = 17 — 20
Z1 增加 1）增大重合度，提高传动平稳性； 2）减小m、h ，减少金属切削量； 3）减小滑动系数（ h小），提高效率， 减少磨损和胶合的可能性。
§3 直齿圆柱齿轮齿轮传动的 强度计算
一、轮齿的受力分析
直齿传动 直齿受力分析
Fn
Ft = 2T1 /d1 Fr = Ft tgα
各力方向： Ft 主动轮 —— 与其转向相反 从动轮 —— 与其转向相同 Fr 分别指向各自轮心
Ft1 = - Ft2 Fr1 = - Fr2
二、齿轮弯曲疲劳强度计算
• 轴、轴承、机座变形
齿向载荷分布不均
图10-10
弯曲疲劳强度 Kβ图10-13 接触疲劳强度 Kβ 表10-4
图10-11
轴变形齿向载荷分布
齿向载荷分布 轮齿载荷分布
措施： • 提高轴、轴承、机座的刚度 • 合理布置齿轮的位置 • 选择合理的齿宽 • 提高制造、安装精度 • 轮齿修鼓
图பைடு நூலகம்0-12
1、轮齿折断
• 齿根弯曲折断
变应力σF 作用 • 过载折断
直齿 —— 全齿折断
应力集中 疲劳裂纹 斜齿 —— 局部折断
折断
提高轮齿抗折断措施： • 减小应力集中 —— 加大齿根圆角半径 • 增加支承刚性 —— 受载均匀 • 提高轮芯强度、韧性 • 齿面强化处理 —— 喷丸、滚压 2、齿面磨损
磨粒磨损 — 产生振动、噪声
措施： • 提高硬度 • 采用高粘度、有极
压添加剂的润滑油
四、设计准则
闭式齿轮传动 软齿面—— 接触疲劳强度设计，验算弯曲疲劳强度； 硬齿面 ——弯曲疲劳强度为主，验算接触疲劳强度。
开式齿轮传动 —— 弯曲疲劳强度计算，并加大m。
五、齿轮材料
常用材料 锻钢（碳钢、合金钢）、铸钢、铸铁及非金属材料 （见表10-1）
问题? 齿轮弯曲疲劳强度计算的力学模型是什么？
1、力学模型 轮齿可看作是宽度 b 的悬臂梁。 F
2、基本公式
F=W M≤[]F
单侧力弯曲应力
•危险状态
弯曲应力变化
简化 — 载荷作用在齿顶，且 全部由一对齿承担
齿根应力分析
•危险截面 —— 30°切线法
3、 公式推导
Fnca
Fnca COSγ —弯曲应力 Fnca Sin γ — 压应力
齿轮修缘
主 动 轮 修 缘
从 动 轮 修 缘
动载系数 Kν—— 图10-8
3、 齿间载荷分配系数 Kα —— 考虑双齿啮合时载荷在各齿上分配 不均匀。
产生原因：
单双对齿啮合
• 制造误差 • 弹性变形
齿间载荷分配
p载荷分配 不均
4、齿向载荷分布系数 Kβ
—— 考虑轮齿沿接触线载荷分布不均。
产生原因： • 制造、安装误差
原动机等的性能。（表10-2） 2、动载系数Kν
—— 考虑齿轮副在啮合过程中因啮合误差引起的 内部附加动载荷。
产生原因：
• 制造、安装误差 — 齿形误差、pb1 ≠ pb2
• 弹性变形 —
pb1 ≠ pb2
动载荷
• 直齿轮单、双齿啮合过渡 — 齿对刚度变化
减小附加动载荷的措施：
• 提高精度 • 齿顶修缘
§1 概述
一、齿轮传动的主要特点 • 效率高 结构紧凑 工作可靠 寿命长 传动比稳定
• 成本高 不宜轴间距离大的传动
二、传动形式
1、闭式传动 —— 全封闭；润滑好，精度高，用于重 要传动
2、 开式传动 —— 不封闭；易磨损，用于不重要传动 3、半开式传动 —— 半封闭；介于上述两者之间
三、齿轮的失效形式
4）传动尺寸一定时，Z1 增加，m 减小， 轮齿的弯曲强度降低
在传动尺寸不变并满足弯曲疲劳强度前提下
闭式传动 —— Z1宜取多
齿轮强度主要取决于弯曲强度时
开式传动 —— Z1 不宜过多
2、 σF1≠ σF2
FKtbY FFm Y a SaF MaP
计算σF1 σF2 时，分别代入YFa1 Ysa1 和YFa2 Ysa2 3、 σF1≠ σF2 [σ]F1 ≠ [σ]F2
§2 齿轮传动的计算载荷
问题？
计算载荷与名义载荷的区别是什么？引入载荷系 数的目的是什么？
计算载荷 Ftca = K Ft
K — 载荷系数
K = KA Kν Kα Kβ
KA — 使用系数
Kν— 动载系数
Kα— 齿间载荷分配系数； Kβ—齿向载荷分布系数
1、使用系数 KA —— 考虑外部因素引起的附加动载荷，如工作机、
F F 0Y S aK tY bF F Y m a S a F M a P
Ft
2T1 d1
即
F2K1bTYd1FmY asa[]F
设计公式： b = φd d1
m 32K dz12T1YF[a]YFsa mm
要点
1、符号意义 T1 、 d1 、 Z1 —— 小齿轮的转矩、分度圆直径、齿数 b —— 齿宽，计算齿宽 b = φd d1 ， 实际齿宽 b1 = b2 + （5~10 ） mm b 加大，承载能力大，载荷分布不均严重。
很小，可忽略
弯矩 M = Fnca COSγ· h 剖面模量 W = b S2 /6
FncaKtFcos
齿根应力
代入基本公式
FK bm tF6m Sm h2ccooss 令 YFa6m Sm h2ccooss
F0
KFtYFa bm
引入 Ysa 对齿根过渡圆角引起的应力集中及其它应力 的影响，弯曲疲劳强度公式：
4、胶合 现象： 高速重载时，齿面压力大，温度高，润滑差，致使 油膜破坏，齿面发生粘焊，沿VS方向形成伤痕现象。
措施： • 降低滑动速度 —— 减小m、h • 采用极压润滑油 • 选抗胶合能力强的材料 • 提高齿面硬度
5、塑性变形 滚压塑变：因滚压和滑动引起的材料沿摩擦力方向的塑
性流动。 锤击塑变：因过大的冲击产生的沿接触线方向的沟槽。