齿轮设计过程ppt课件
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国家规定齿轮的标准压力角为20°，所以变速器齿轮普遍采用的压 力角为20°。
.
5
2.螺旋角 变速器斜齿轮的螺旋角一般为10 °~35 °。设计时，应力求使
中间轴上同时工作的两对齿轮产生轴向力平衡，见下图一，因为中 间轴上全部齿轮的螺旋方向应一律取为右旋，而第一、第二轴上的 斜齿轮应取为左旋，轴向力经轴承盖作用到壳体上。
级几何参数。
4.齿轮几何尺寸计算
（1）主要几何尺寸
由计算公式 d=mz， dad2h*am，df d2(h*ac*)m，h*a 1，c* 0.25
然后计算各挡齿轮的主要几何尺寸。
（2）齿轮宽度
齿宽通常根据齿轮模数m的大小来选定，即齿宽 bkcm， k c 为齿宽
系数。 对直齿轮，
kc4.5～ 7.5；对斜齿轮，kc6.5～ 8.5。
斜齿：
z 2Acos
mn
齿数和只能是整数，又因齿轮对的模数相同，故各挡齿数和也相同。
.
8
3）确定齿数 主、被动齿轮的齿数z与z’一定满足下式
z ' ib z
式中ib ——各挡传动比。
所以初选中心距、齿轮模数以后，可根据变速器的挡数、传动比和传动
方案来分配各挡齿轮的齿数，在确定了每级的传动比和中心距，进而确定各
.
12
公式：
T1
9549
P n1
Ft
2T1 d1
T1——传递的转矩 d1——分度圆直径
α——啮合角
（2）斜齿受力分析
Fr Ft tan
Fn
Ft cos
Fr
αt
Ft
P
αn Fn Fr
F’ P
F’ Fa β
Ft P
径向力
Ft
2T1 d1
，
F ' Ft cos
F' F' tannFtcto ansn
用类比法，可选一个基型变速器，其结构和使用条件与所设计的相似，
估算齿轮模数，即
式中m、mj——分别为设计与基型变速器的齿轮模数； T、Tj——分别为设计与基型变速器传递的转矩。
（2）估算齿数和
一般变速器轴中心距是由离合器尺寸确定的。两根轴间主、被动齿轮的
齿数和 z 与中心距A的关系为：
直齿：
z
2A m
1）高的弯曲疲劳强度，足够的齿心强度和韧性，防止疲劳、 冲击 和过载断裂；
2）高的接触疲劳强度及高的齿面硬度和耐磨性，防止齿面损 伤；
3）良好的切削加工性能和热处理工艺性能及焊接工艺性能。
.
3
齿轮材料的选择原则 （1）齿轮材料必须满足工作条件的要求，这是选择齿轮材料首先考 虑的因素； （2）应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造工艺； （3）正火碳钢，不论毛坯的制作方法如何，只能用于制作在载荷平 稳或轻度冲击下工作的齿轮，不能承受大的冲击载荷，调质碳钢可用于 制作在 中等冲击载荷下工作的齿轮； （4）合金钢常用于制作高速、重载并载冲击载荷下工作的齿轮；
汽车、拖拉机齿轮主要分装载变速箱和差速器中，他们工作时，承 受载荷大，超载和受冲击频繁，工作条件恶劣，目前广泛使用的齿轮用 钢是 20CrMnTi合金渗碳钢，该钢具有较高的强度（σ=1100MPa），径淬 火及低温回火后，表面硬度可达HRC58～62，心部硬度为HRC30～45，并 具有较好的切削加工性能和热处理工艺性能，渗碳速度块，淬火变形小， 对过热不敏感，渗碳后可直接淬火。
。 影响系数；b为齿宽；t为断面齿距；Y为齿形系数
.
11
（二）根据接触强度计算确定中心距a或者小齿轮的直径d1， 根据弯曲强度计算确定模数。
1．渐开线圆柱齿轮受力分析及计算 （1）直齿受力分析
Fr Fn α
Ft
P
法向载荷Fn垂直于齿面，为计算方便Fn在节点P 处分解为两个互相垂直的分力，即圆周力Ft与Fr。
变速器齿轮设计
.
1
引言
齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，形 式很多，应用广泛，传递功率可达近十万千瓦， 其主要特点：效率高、结构紧凑、工作可靠，寿 命长、传动比稳定。
.
2
一、齿轮材料的选取
齿轮是机械设备中应用最常见的机械零件，其主要功能是 传递动力、改变运动速速和方向。
齿轮材料的种类很多，在选择时应考虑的因素很多，根据 齿轮的工作条件及失效形式，要求制造齿轮的材料应具有下列 性能：
.
9
5．齿轮强度 齿轮的失效形式 1.轮齿断裂 2.齿面磨损 3.齿面点蚀 4.齿面胶合 5.塑性变形
.
10
齿轮强度计算 根据变速器齿轮的损坏形式，常以接触应力和弯曲应力来计算齿轮强度。
(1)齿面接触疲劳强度计算。
直齿圆柱齿轮的接触应力可用下列公式计: j 0.418F（ E 1 1） b 1 2
根据上述条件，齿轮节圆半径r大，螺旋角β要相应取大，但实际
上往往为了加工方便，所有斜齿轮采用一种螺旋角。
.
7
3.各挡齿轮齿数的分配
配齿的目的是确定变速器各挡齿轮的齿数，一般是在已知变速器各挡的
传动比和选定了轴中心距以及齿轮模数等条件下配齿的，与变速器的结构形
式密切相关。
m m （1）计算齿轮模数
j3T/Tj
式中， F为齿面上的法向力（N），由计算载荷产生：为齿轮材料的弹
性模量（MP）；为齿轮接触的实际宽度（mm）；ρ1、ρ2为主、从动
齿轮节点处的曲率半径(mm)。 (2)齿根弯曲疲劳强度计算。 直齿圆柱齿轮的弯曲应力可用下列公式计算 w F1KKf
btY
式中，F1为圆周力，由计算载荷产生；Kσ为应力集中系数；Kf为摩擦力
r1 r2
Fn1 FR1
β1
Fa1
1
2
Fa2
T
β2
FR2
Fn2
中间轴轴向力的平衡
.
6
由上图可知，欲使中间轴上两斜齿轮的轴向力平衡， 需满足下述条件： Fa1=Fn1tanβ1 Fa2=Fn2tanβ2
由于传递的转矩T=Fn1r1=Fn2r2,为使两轴向力平衡，必须满足
tan 1 r1 tan 2 r2
.
4
二、齿轮参数的初步确定
齿轮传动的主要尺寸，可按下述两种方法来确定： （一）除受外部结构尺寸限定外，可参照同类产品用类比法确定，然 后再进行强度校核，确定齿轮的参数 1.模数和压力角
齿轮模数的因素很多，其中最主要的是齿轮的强度、质量、传动 噪声、工艺要求。减小模数，增加齿宽会使传动噪声降低，反之则能 减轻变速器的质量。主要从工艺要求出发，所有斜齿轮的法向模数均 取mt=5mm，所有直齿轮的模数均取m=4mm。
轴向力
Fa Ft tan
Fn
F'
cosn
Ft
cosncos
由上式可知，轴向力Fa与 tanβ成正比，为了不使轴承受过大 放入轴向力，斜齿圆柱齿轮传动的螺旋角β不宜选得过大，常在 β=8°~20°之间选择。
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2.螺旋角 变速器斜齿轮的螺旋角一般为10 °~35 °。设计时，应力求使
中间轴上同时工作的两对齿轮产生轴向力平衡，见下图一，因为中 间轴上全部齿轮的螺旋方向应一律取为右旋，而第一、第二轴上的 斜齿轮应取为左旋，轴向力经轴承盖作用到壳体上。
级几何参数。
4.齿轮几何尺寸计算
（1）主要几何尺寸
由计算公式 d=mz， dad2h*am，df d2(h*ac*)m，h*a 1，c* 0.25
然后计算各挡齿轮的主要几何尺寸。
（2）齿轮宽度
齿宽通常根据齿轮模数m的大小来选定，即齿宽 bkcm， k c 为齿宽
系数。 对直齿轮，
kc4.5～ 7.5；对斜齿轮，kc6.5～ 8.5。
斜齿：
z 2Acos
mn
齿数和只能是整数，又因齿轮对的模数相同，故各挡齿数和也相同。
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3）确定齿数 主、被动齿轮的齿数z与z’一定满足下式
z ' ib z
式中ib ——各挡传动比。
所以初选中心距、齿轮模数以后，可根据变速器的挡数、传动比和传动
方案来分配各挡齿轮的齿数，在确定了每级的传动比和中心距，进而确定各
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公式：
T1
9549
P n1
Ft
2T1 d1
T1——传递的转矩 d1——分度圆直径
α——啮合角
（2）斜齿受力分析
Fr Ft tan
Fn
Ft cos
Fr
αt
Ft
P
αn Fn Fr
F’ P
F’ Fa β
Ft P
径向力
Ft
2T1 d1
，
F ' Ft cos
F' F' tannFtcto ansn
用类比法，可选一个基型变速器，其结构和使用条件与所设计的相似，
估算齿轮模数，即
式中m、mj——分别为设计与基型变速器的齿轮模数； T、Tj——分别为设计与基型变速器传递的转矩。
（2）估算齿数和
一般变速器轴中心距是由离合器尺寸确定的。两根轴间主、被动齿轮的
齿数和 z 与中心距A的关系为：
直齿：
z
2A m
1）高的弯曲疲劳强度，足够的齿心强度和韧性，防止疲劳、 冲击 和过载断裂；
2）高的接触疲劳强度及高的齿面硬度和耐磨性，防止齿面损 伤；
3）良好的切削加工性能和热处理工艺性能及焊接工艺性能。
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齿轮材料的选择原则 （1）齿轮材料必须满足工作条件的要求，这是选择齿轮材料首先考 虑的因素； （2）应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造工艺； （3）正火碳钢，不论毛坯的制作方法如何，只能用于制作在载荷平 稳或轻度冲击下工作的齿轮，不能承受大的冲击载荷，调质碳钢可用于 制作在 中等冲击载荷下工作的齿轮； （4）合金钢常用于制作高速、重载并载冲击载荷下工作的齿轮；
汽车、拖拉机齿轮主要分装载变速箱和差速器中，他们工作时，承 受载荷大，超载和受冲击频繁，工作条件恶劣，目前广泛使用的齿轮用 钢是 20CrMnTi合金渗碳钢，该钢具有较高的强度（σ=1100MPa），径淬 火及低温回火后，表面硬度可达HRC58～62，心部硬度为HRC30～45，并 具有较好的切削加工性能和热处理工艺性能，渗碳速度块，淬火变形小， 对过热不敏感，渗碳后可直接淬火。
。 影响系数；b为齿宽；t为断面齿距；Y为齿形系数
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（二）根据接触强度计算确定中心距a或者小齿轮的直径d1， 根据弯曲强度计算确定模数。
1．渐开线圆柱齿轮受力分析及计算 （1）直齿受力分析
Fr Fn α
Ft
P
法向载荷Fn垂直于齿面，为计算方便Fn在节点P 处分解为两个互相垂直的分力，即圆周力Ft与Fr。
变速器齿轮设计
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引言
齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，形 式很多，应用广泛，传递功率可达近十万千瓦， 其主要特点：效率高、结构紧凑、工作可靠，寿 命长、传动比稳定。
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一、齿轮材料的选取
齿轮是机械设备中应用最常见的机械零件，其主要功能是 传递动力、改变运动速速和方向。
齿轮材料的种类很多，在选择时应考虑的因素很多，根据 齿轮的工作条件及失效形式，要求制造齿轮的材料应具有下列 性能：
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5．齿轮强度 齿轮的失效形式 1.轮齿断裂 2.齿面磨损 3.齿面点蚀 4.齿面胶合 5.塑性变形
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齿轮强度计算 根据变速器齿轮的损坏形式，常以接触应力和弯曲应力来计算齿轮强度。
(1)齿面接触疲劳强度计算。
直齿圆柱齿轮的接触应力可用下列公式计: j 0.418F（ E 1 1） b 1 2
根据上述条件，齿轮节圆半径r大，螺旋角β要相应取大，但实际
上往往为了加工方便，所有斜齿轮采用一种螺旋角。
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3.各挡齿轮齿数的分配
配齿的目的是确定变速器各挡齿轮的齿数，一般是在已知变速器各挡的
传动比和选定了轴中心距以及齿轮模数等条件下配齿的，与变速器的结构形
式密切相关。
m m （1）计算齿轮模数
j3T/Tj
式中， F为齿面上的法向力（N），由计算载荷产生：为齿轮材料的弹
性模量（MP）；为齿轮接触的实际宽度（mm）；ρ1、ρ2为主、从动
齿轮节点处的曲率半径(mm)。 (2)齿根弯曲疲劳强度计算。 直齿圆柱齿轮的弯曲应力可用下列公式计算 w F1KKf
btY
式中，F1为圆周力，由计算载荷产生；Kσ为应力集中系数；Kf为摩擦力
r1 r2
Fn1 FR1
β1
Fa1
1
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Fa2
T
β2
FR2
Fn2
中间轴轴向力的平衡
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由上图可知，欲使中间轴上两斜齿轮的轴向力平衡， 需满足下述条件： Fa1=Fn1tanβ1 Fa2=Fn2tanβ2
由于传递的转矩T=Fn1r1=Fn2r2,为使两轴向力平衡，必须满足
tan 1 r1 tan 2 r2
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4
二、齿轮参数的初步确定
齿轮传动的主要尺寸，可按下述两种方法来确定： （一）除受外部结构尺寸限定外，可参照同类产品用类比法确定，然 后再进行强度校核，确定齿轮的参数 1.模数和压力角
齿轮模数的因素很多，其中最主要的是齿轮的强度、质量、传动 噪声、工艺要求。减小模数，增加齿宽会使传动噪声降低，反之则能 减轻变速器的质量。主要从工艺要求出发，所有斜齿轮的法向模数均 取mt=5mm，所有直齿轮的模数均取m=4mm。
轴向力
Fa Ft tan
Fn
F'
cosn
Ft
cosncos
由上式可知，轴向力Fa与 tanβ成正比，为了不使轴承受过大 放入轴向力，斜齿圆柱齿轮传动的螺旋角β不宜选得过大，常在 β=8°~20°之间选择。