齿轮传动强计算结构设计

7-6-6 G M GB10095-1988
（1～12级）
齿厚下偏差 齿厚上偏差
第Ⅲ公差组精度（接触精度）
第Ⅱ公差组精度（平稳性精度）
第Ⅰ公差组精度（运动精度）
三、 齿轮的材料及热处理
对齿轮材料的基本要求： ——齿面要硬，齿芯要韧。
1、常用齿轮材料
➢钢 45、40Cr、20CrMnTi ➢铸钢 ZG310-570 ➢铸铁 HT300、QT500-7 ▪有色金属： 铜合金、铝合金 ▪非金属：夹布塑胶、尼龙
轮齿断裂 齿面失效
点蚀
胶合 磨损 塑性变形
❖ 开式传动：润滑差，常用于低精度、低速传动； ❖ 闭式传动：齿轮置于封闭严密的箱体内，精度高。
润滑及防护条件好。
1、轮齿折断
成因：
▪ 齿根弯曲应力大； ▪ 齿根应力集中
失 过载折断 效 疲劳折断 形 整齿折断 态 部分齿折断
措施： 增大齿根圆角半径； 正变位，增大模数； 强化处理：喷丸、滚压处理；
ZE
1
(1
12
1
2 2
)
E1
E2
校核公式：
H ZHZE
2KT1 bd12
u 1 u
[
H
]
令齿宽系数
设计公式：
d
b d1
由公式可看出：
➢齿轮的接触强度决定齿 轮的中心距。
➢或者说，齿轮的中心距 是由接触强度决定的。
2
d1 1.843
2KT1
d
ZE
[ H
]
u 1 u
齿面接触疲劳强度计算小结
H ZHZE
2KT1 bd12
u
1 u
[
H
]
两齿轮接触应力的关系：
H1 H2
两齿轮接触强度相等的条件：
[ H1] [ H 2 ]
[ H ] H
较小者强度低；配对齿轮 [ H ] 较小者更危险！
三、齿根弯曲疲劳强度计算
力学模型：
假设全部载荷作用于齿顶； 不计径向分力产生的压应力； 用30°切线法确定危险截面。
1.6 1.75 2.0
1.85 2.0 2.25
二、齿面接触疲劳强度计算
载荷
几何因素
赫兹公式
H
11
Fc L
(1
1 12
2
1
22
)
H
E1
E2材料因Fra bibliotek素pc
Kp
Fc L
KFn L
KFt
cos
齿轮节点处是单齿啮合， 曲率半径较小。因此，齿轮传 动的接触应力以节点为计算点， 节点啮合的综合曲率为：
1 11
1 2
2 1
2 1 1
2 1
2 1
1
又： 1 d1 sin / 2
则： 1 2 u 1
d1 sin u
H
KFt
b cos
d1
2
sin
u
1 u
ZE
KFt u 1 bd1 u
2
sin cos Z E
其中，区域系数：
ZH
2
2.5
sin cos a
弹性影响系数：
主要内容: 轮齿的失效形式与材料选择 直齿圆柱齿轮传动的强度计算 齿轮的结构设计 其他齿轮传动的特点和应用 传动装置的润滑
重点和难点： 齿轮传动两个计算准则之关联和区别 正确选择齿轮的参数
达到的技能： 齿轮传动的强度计算 齿轮的结构设计
§05 齿轮传动的失效形式及材料选择
一、轮齿失效的分析
齿轮失效
例如：
齿向载荷分布系数Kβ
——载荷沿轮齿接触线分布 不均匀
影响因素： ①齿轮在轴上的位置； ②轴及支承的刚度； ③制造和安装精度； ④齿轮的宽度。
载荷系数K
载荷状况 工作机器 电机
均匀平稳
…
1.0
轻微冲击
…
1.25
中等冲击
…
1.5
严重冲击
…
1.75
原动机
…
…
内燃 机…
1.1 1.25 1.5
1.35 1.5 1.75
齿轮材料的选择依据：
A、小尺寸时优先选用锻造毛坯； B、大尺寸时应选用铸造毛坯。
A. 经 济 性：正确选择材料和毛坯状态。
B. 工艺要求：选择合理的热处理方式。
C. 硬度选择：*软齿面硬度350HBS；
50；
*软齿面齿轮HBS1-HBS230～
*选择避免胶合的材料合适配对。
齿轮的热处理方法：
软齿面齿轮
措施： ➢ 减小模数，降低齿高； ➢ 用抗胶合能力强的润
滑油（含极压添加剂）； ➢ 材料的硬度及配对。
5、齿面塑性变形
主动 被动
相对滑动方向
措施：材料的选择及硬度。
磨损、塑性变形
弯曲折断
磨损
主动 被动
点蚀 胶合
现象与原因？ 改进措施？
塑性变形
主动 被动
相对滑动方
二、齿轮传动的设计准则与齿轮的传动精度
F
M W
pca cos
1 s2
h
6 pca cos h s2 cos
6
F
KFt bm
6 h cos
m s
2
c
os
m
令齿形系数：
YFS
6 h cos
m
s 2 cos
m
思考：
齿形系数YFS 的大小与模数 有没有关系？
得：
F
KFt bm
YFS
2KT1 bm2 z1
YFS
[ F ]
一对齿轮，模数m相同，而小齿轮z1的齿根圆齿厚 sf1比大齿轮z2的齿根圆齿厚sf2小，小齿轮的齿根弯曲应 力较大，在计算公式中通过齿形系数YFS来体现。
HBS≤350
工艺流程短， 成本低
常化（正火） 调质
毛坯 热处理 切齿
表面淬火
硬齿面齿轮 HBS＞350
淬火 氮化
整体淬火 渗碳淬火
工艺流程复 杂，成本高
毛坯
退火
切齿
成品
成品 磨齿 热处理
§06 直齿圆柱齿轮的强度计算
一、轮齿上的作用力
Ft
2T1 d1
Fr Fttg
Fn
Ft
cos
T1
9.55106 P n1
.轮齿折断
2、齿面点蚀
成因： 轮齿在节圆附近一对齿受力，载荷大；滑动 速度低形成油膜条件差； 点蚀由接触疲劳产生的： 小裂纹-扩展-脱落-凹坑。
措施： ➢提高材料的硬度； ➢加强润滑，提高油的粘度
3、齿面磨损
主动
被动
成因：开式传动，砂粒、金属屑。 措施：加强润滑；开式改闭式传动。
磨损
4、齿面胶合 成因： 高速重载；散热不良；滑动速度大；齿面粘连 后撕脱。
N
mm
力的分析：①大小 ②方向 ③关系
二、计算载荷
名义载荷： p Fn
L
计算载荷：
pc
Kp
KFn L
载荷系数： K K AKvK K
KA：工作情况系数，考虑工作机、原动机的工作情况； Kv：动载荷系数，考虑齿轮本身的齿距误差引起的动载荷。与
齿轮精度、线速度有关；
Kα：齿间载荷分配系数，考虑啮合齿对间载荷分配不均； Kβ：齿向载荷分布系数，考虑载荷沿齿轮宽度方向分配不均。
1、设计准则
软齿面时：接触疲劳强度设计； 弯曲疲劳强度校核。
闭式传动
硬齿面时：弯曲疲劳强度设计； 接触疲劳强度校核。
高速重载时：散热能力计算； 抗胶合能力计算
开式传动 ——按保证齿根弯曲疲劳强度进行计
算，考虑磨损的影响适当增大模数 （10～15%）。
齿轮传动的精度
7 G M GB10095-1988