齿轮传动 PPT课件
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第9章 齿轮传动
§9-1 齿轮传动概述 §9-2 齿轮传动的失效形式及常用材料 §9-3 圆柱齿轮传动的计算载荷
§9-4 直齿圆柱齿轮传动的受力分析和强度计算 §9-5 圆柱齿轮传动设计参数和许用应力 §9-6 斜齿圆柱齿轮传动的受力分析和强度计算
§9-7 直齿锥齿轮传动的受力分析和强度计算 §9-8 齿轮的结构设计
常用材料
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； 应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺；
钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保持在30~50HBW或更多。
§9-3 圆柱齿轮传动的计算载荷
根据齿轮所传递的功率和扭矩确定的作用在轮齿上的法向载荷Fn称为名义
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。不适
用于传动距离过大的场合。
§9-1 齿轮传动概述
二、齿轮传动的分类 按齿轮类型分：直齿圆柱齿轮传动 锥齿轮传动
齿轮传动概述2
KFtYFaYsaY F [ F ] bm
引入齿宽系数后 d
b ，可得设计公式： d1
其中
2 KT1Y YFaYsa m3 2 d z1 [ F ]
Y 0.25
0.75
YFa与Ysa表
§9-4 直齿圆柱齿轮传动受力分析和强度计算
影响齿根弯曲疲劳强度的主要因素有：
直齿圆柱齿轮强度计算2
1）模数m。模数m越大，齿根危险截面的弯曲应力 越小，齿轮的弯曲疲 劳强度越高。 2）齿宽b。齿宽b越大，齿宽系数Φd也越大，齿根危险截面的弯曲应力 越小，
齿轮的弯曲疲劳强度越高，但应注意b增加时会使KFβ加大，因此，齿宽不宜过
大。
3）齿数z。在其它参数不变的情况下，齿数z越多，YFa · Ysa 越小，齿根危险截
面的弯曲应力 越小，齿轮的弯曲疲劳强度越高。 4）齿轮材料、热处理方法及加工精度。改善齿轮材料、选择合适的热处理
方法、提高加工精度均有利于提高齿轮的许用应力 ，从而提高齿轮的弯 曲
疲劳强度。
§9-4 直齿圆柱齿轮传动受力分析和强度计算
三、齿面接触疲劳强度计算 基本公式──赫兹应力计算公式，即: H
§9-9 典型例题
§9-1 齿轮传动概述
齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，型式多样，应用广泛，传递 功率从很小到很大（可高达数万千瓦），圆周速度可达300m/s。 一、齿轮传动的主要特点：
齿轮传动概述1
wenku.baidu.com
传动效率高 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；
直齿圆柱齿轮强度计算1
以节点 P 处的啮合力为分析对象，并不计啮合轮齿间的摩擦力，可得：
Ft
2T1 d1
Fr Ft tan
2T1 tan d1
Fn
Ft 2T1 cos d1 cos
主动轮圆周力Ft1的方向与节点圆周速度方向相反，从动轮圆周力Ft2的方 向与节点圆周速度方向相同；外齿轮的径向力方向由节点分别指向各自轮心。
§9-2 齿轮传动的失效形式及常用材料
三、常用齿轮材料
齿轮的材料及其选择原则
1、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。
2、常用的齿轮材料 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； 铸铁：常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿轮材料； 非金属材料：适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。 3、齿轮材料选用的基本原则
§9-4 直齿圆柱齿轮传动受力分析和强度计算
直齿圆柱齿轮强度计算2 二、齿根弯曲疲劳强度计算 中等精度齿轮传动的弯曲疲劳强度计算的力学模型如下图所示。
根据该力学模型可得齿根理论弯曲应力
F0
KFtYFa bm
YFa为齿形系数，是仅与齿形有关而与模数m无关
的系数，其值可根据齿数查表获得。 计入齿根应力校正系数Ysa后，强度条件式为：
3
H 齿面接触疲劳强度的校核式：
2 K HT1 u 1 Z H Z E Z 2 d1 ( ) 齿面接触疲劳强度的设计式： d u [ H ]
上述式中：u─齿数比，u=z2/z1；ZE ─弹性影响系数；ZH ─区域系数； Zε ─接触疲劳强度计算的重合度系数；KH—载荷系数，KH＝KA Kv KHα KHβ
直齿圆柱齿轮强度计算3
Fca (
1
2 1 1 ( E1
1
2 2 1 2
E1
1
) )L
在节点啮合时，接触应力较大，故以节点为接触应力计算点。 节点处的综合曲率半径为：
d1 sin u 2 u 1
2 K HT1 u 1 Z E Z H Z [ H ] 3 d d1 u
齿轮传动的计算载荷
载荷。在进行齿轮强度计算时，应将名义载荷适当加大，并称之为计算载荷Fca
Fca=KFn
K为载荷系数，其值为：K＝KA Kv Kα Kβ 式中：KA ─使用系数 Kv ─动载系数 Kα─齿间载荷分配系数
Kβ─齿向载荷分布系数
§9-4 直齿圆柱齿轮传动受力分析和强度计算
一、轮齿的受力分析
§9-4 直齿圆柱齿轮传动受力分析和强度计算
影响齿面接触强度的主要因素有：
直齿圆柱齿轮强度计算2
1）小齿轮分度圆直径d1。 d1越大，齿面节点处接触应力越小，齿轮的接 触强度越高。
2）齿宽b。齿宽b越大，齿宽系数Φd也越大，齿面节点处接触应力越小，齿 轮的齿面接触强度越高，但应注意b增加时会使KHβ加大，因此，齿宽不宜过大。
斜齿圆柱齿轮传动 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。
齿轮按齿面硬度可以分为软齿面齿轮和硬齿面齿轮。齿轮工作齿面的
硬度小于或等于350HBW或38HRC称为软齿面齿轮；齿轮工作齿面的硬度 大于350HBW或38HRC称为硬齿面齿轮。
§9-1 齿轮传动概述 §9-2 齿轮传动的失效形式及常用材料 §9-3 圆柱齿轮传动的计算载荷
§9-4 直齿圆柱齿轮传动的受力分析和强度计算 §9-5 圆柱齿轮传动设计参数和许用应力 §9-6 斜齿圆柱齿轮传动的受力分析和强度计算
§9-7 直齿锥齿轮传动的受力分析和强度计算 §9-8 齿轮的结构设计
常用材料
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； 应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺；
钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保持在30~50HBW或更多。
§9-3 圆柱齿轮传动的计算载荷
根据齿轮所传递的功率和扭矩确定的作用在轮齿上的法向载荷Fn称为名义
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。不适
用于传动距离过大的场合。
§9-1 齿轮传动概述
二、齿轮传动的分类 按齿轮类型分：直齿圆柱齿轮传动 锥齿轮传动
齿轮传动概述2
KFtYFaYsaY F [ F ] bm
引入齿宽系数后 d
b ，可得设计公式： d1
其中
2 KT1Y YFaYsa m3 2 d z1 [ F ]
Y 0.25
0.75
YFa与Ysa表
§9-4 直齿圆柱齿轮传动受力分析和强度计算
影响齿根弯曲疲劳强度的主要因素有：
直齿圆柱齿轮强度计算2
1）模数m。模数m越大，齿根危险截面的弯曲应力 越小，齿轮的弯曲疲 劳强度越高。 2）齿宽b。齿宽b越大，齿宽系数Φd也越大，齿根危险截面的弯曲应力 越小，
齿轮的弯曲疲劳强度越高，但应注意b增加时会使KFβ加大，因此，齿宽不宜过
大。
3）齿数z。在其它参数不变的情况下，齿数z越多，YFa · Ysa 越小，齿根危险截
面的弯曲应力 越小，齿轮的弯曲疲劳强度越高。 4）齿轮材料、热处理方法及加工精度。改善齿轮材料、选择合适的热处理
方法、提高加工精度均有利于提高齿轮的许用应力 ，从而提高齿轮的弯 曲
疲劳强度。
§9-4 直齿圆柱齿轮传动受力分析和强度计算
三、齿面接触疲劳强度计算 基本公式──赫兹应力计算公式，即: H
§9-9 典型例题
§9-1 齿轮传动概述
齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，型式多样，应用广泛，传递 功率从很小到很大（可高达数万千瓦），圆周速度可达300m/s。 一、齿轮传动的主要特点：
齿轮传动概述1
wenku.baidu.com
传动效率高 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；
直齿圆柱齿轮强度计算1
以节点 P 处的啮合力为分析对象，并不计啮合轮齿间的摩擦力，可得：
Ft
2T1 d1
Fr Ft tan
2T1 tan d1
Fn
Ft 2T1 cos d1 cos
主动轮圆周力Ft1的方向与节点圆周速度方向相反，从动轮圆周力Ft2的方 向与节点圆周速度方向相同；外齿轮的径向力方向由节点分别指向各自轮心。
§9-2 齿轮传动的失效形式及常用材料
三、常用齿轮材料
齿轮的材料及其选择原则
1、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。
2、常用的齿轮材料 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； 铸铁：常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿轮材料； 非金属材料：适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。 3、齿轮材料选用的基本原则
§9-4 直齿圆柱齿轮传动受力分析和强度计算
直齿圆柱齿轮强度计算2 二、齿根弯曲疲劳强度计算 中等精度齿轮传动的弯曲疲劳强度计算的力学模型如下图所示。
根据该力学模型可得齿根理论弯曲应力
F0
KFtYFa bm
YFa为齿形系数，是仅与齿形有关而与模数m无关
的系数，其值可根据齿数查表获得。 计入齿根应力校正系数Ysa后，强度条件式为：
3
H 齿面接触疲劳强度的校核式：
2 K HT1 u 1 Z H Z E Z 2 d1 ( ) 齿面接触疲劳强度的设计式： d u [ H ]
上述式中：u─齿数比，u=z2/z1；ZE ─弹性影响系数；ZH ─区域系数； Zε ─接触疲劳强度计算的重合度系数；KH—载荷系数，KH＝KA Kv KHα KHβ
直齿圆柱齿轮强度计算3
Fca (
1
2 1 1 ( E1
1
2 2 1 2
E1
1
) )L
在节点啮合时，接触应力较大，故以节点为接触应力计算点。 节点处的综合曲率半径为：
d1 sin u 2 u 1
2 K HT1 u 1 Z E Z H Z [ H ] 3 d d1 u
齿轮传动的计算载荷
载荷。在进行齿轮强度计算时，应将名义载荷适当加大，并称之为计算载荷Fca
Fca=KFn
K为载荷系数，其值为：K＝KA Kv Kα Kβ 式中：KA ─使用系数 Kv ─动载系数 Kα─齿间载荷分配系数
Kβ─齿向载荷分布系数
§9-4 直齿圆柱齿轮传动受力分析和强度计算
一、轮齿的受力分析
§9-4 直齿圆柱齿轮传动受力分析和强度计算
影响齿面接触强度的主要因素有：
直齿圆柱齿轮强度计算2
1）小齿轮分度圆直径d1。 d1越大，齿面节点处接触应力越小，齿轮的接 触强度越高。
2）齿宽b。齿宽b越大，齿宽系数Φd也越大，齿面节点处接触应力越小，齿 轮的齿面接触强度越高，但应注意b增加时会使KHβ加大，因此，齿宽不宜过大。
斜齿圆柱齿轮传动 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。
齿轮按齿面硬度可以分为软齿面齿轮和硬齿面齿轮。齿轮工作齿面的
硬度小于或等于350HBW或38HRC称为软齿面齿轮；齿轮工作齿面的硬度 大于350HBW或38HRC称为硬齿面齿轮。