【文章內(nèi)容簡介】 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 齒輪的材料及其選擇原則 齒輪傳動(dòng)的計(jì)算載荷 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)、許用應(yīng)力與精度選擇 標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 標(biāo)準(zhǔn)錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 齒輪傳動(dòng)的潤滑 167。 106齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)參數(shù)、許用應(yīng)力和精度選擇 （一）齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇 ?? c o ss i n2?HZ區(qū)域系數(shù)：?20?? ?25??）（ uud 1s i n211??? ??壓力角越大 ，齒厚越厚、節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑越大，有利于 提高彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度 。 ??c o sc o s62ShFaKKY ? ?的選擇 a不變時(shí)， 增大 z ?重合度增加， 提高平穩(wěn)性 ?模數(shù)減小，降低齒高，減小切削量， 節(jié)省制造費(fèi)用 ?減小相對(duì)滑動(dòng)速度， 減少膠合、磨損 ?減小齒厚， 減低輪齒的彎曲強(qiáng)度 172022402011???m i n~~ZZZ直齒輪：開式齒輪傳動(dòng)：閉式齒輪傳動(dòng)： z的選擇 z1和 z2一般互為質(zhì)數(shù) z1的選擇原則： ?① 閉式軟齒面齒輪傳動(dòng) ，承載能力主要取決于齒面接觸疲勞強(qiáng)度，齒根彎曲疲勞強(qiáng)度一般都富裕。因此，在保證彎曲強(qiáng)度的條件下，為提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性，以齒數(shù)多些為好。 一般取： z1 =20～ 40。 ?② 閉式硬齒面齒輪傳動(dòng)及開式（或半開式）齒輪傳動(dòng) ，承載能力主要取決于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度；為使輪齒不致過小即 m不致過小，故齒數(shù)不宜過多， 一般取 :z1 =17～ 20 ? ?d 越大， 齒寬越大，承載能力越大 ， 但載荷分布越不均勻。 ? 小齒輪 的寬度 比大齒輪 的寬度 寬 5~10mm，以防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯(cuò)位時(shí)導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大輪齒單位齒寬的工作載荷。 ?d的選擇 ?d=b/d1 b2 b1 ?因此，必須根據(jù)齒輪的布置情況和齒面硬度合理地選擇齒寬系數(shù)。 ?一般可參考表 選取。 l1 l2 l1=l2——對(duì)稱布置 l1≠l2——非對(duì)稱布置 懸臂布置 SK N l i m][ ?? ?hn j LN 60?512511.~.????FHSSSS環(huán)次數(shù)影響的系數(shù)壽命系數(shù)?？紤]應(yīng)力循:NK（二）齒輪的許用應(yīng)力 1 2 結(jié)構(gòu)鋼、調(diào)質(zhì)鋼 3 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 4 滲碳淬火的滲碳鋼 接觸強(qiáng)度壽命系數(shù) Khn P207 彎曲強(qiáng)度計(jì)算壽命系數(shù) KFN 主動(dòng) 被動(dòng) 主動(dòng) 被動(dòng)Ft 1 Ft 2 F’t 2 中介齒輪每轉(zhuǎn)一圈每個(gè)輪齒工作兩次，兩次工作分別使用 輪齒的兩個(gè)側(cè)面 ，使得輪齒的彎曲應(yīng)力為 對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力 ， 極限應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)極限應(yīng)力的 70％ 。 由于兩次嚙合時(shí)接觸應(yīng)力作用在兩個(gè)不同的齒面，所以 接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算方法不變 Ft 3 齒輪的 彎曲疲勞強(qiáng)度極限 用： 正火處理的結(jié)構(gòu)鋼正火處理的鑄鋼STFFE Y?? l i m??試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力校正系數(shù) 齒輪的 接觸疲勞強(qiáng)度極限 用： ?Hlim 齒輪材料接觸疲勞極限應(yīng)力 σHlim 此圖由試驗(yàn)得到。 ∵ 材料的成分、性能、熱處理質(zhì)量等的波動(dòng)及原材料和加工方法的變動(dòng)， ∴ 極限應(yīng)力具有一定的離散性 ——在區(qū)域內(nèi)取值。 ME、 MQ和 ML分別表示齒輪材料冶煉和化學(xué)熱處理品質(zhì)為優(yōu)、中、差。 設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)最低硬度值或中值查取；一般取 MQ～ML范圍內(nèi)的值。 當(dāng)所選材料的硬度值超出區(qū)域圖范圍時(shí)，可將圖線向兩端適當(dāng)線性延長。 HBS 返回 SaFatF YYbmKFσ =對(duì)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的說明： m增大， 減小，彎曲強(qiáng)度提高。 F?相嚙合齒輪 ,如 則 。 21 zz ≠ 2F1F σσ ≠應(yīng)分別驗(yàn)算 彎曲強(qiáng)度 兩 齒輪這部分相同 [ ] 1Fσ≤ε1 1 YmbdKT2=1Fσ 1Sa1Fa YY2Sa2Fa YY[ ] 2Fσ≤2Fσ1Sa1Fa1F YYσ=影響齒根彎曲強(qiáng)度的主要參數(shù)是 ； m [ ]SaFaFYYσ 值小的齒輪彎曲強(qiáng)度 ； 低 [ ]SaFaFεtYYσbmYKF ≤ 兩 齒輪相等 兩 齒輪不相等 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)代入 小的求 m ， [ ]SaFaFYYσ[ ]3 211ψ2FSaFaεd σYYYzKTm ≥ 即 代入 大的求 m 。 [ ]FSaFaσYY齒輪接觸強(qiáng)度計(jì)算說明 ? 用設(shè)計(jì)公式初步計(jì)算齒輪分度圓直徑 d1(或模數(shù) mn)時(shí)，因載荷系數(shù)中的 KV、 Kα 、 Kβ 不能預(yù)先確定，故可先試選一載荷系數(shù)Kt。算出 d1t(或 mnt）后，用 d1t再查取 KV、 Kα 、 Kβ 從而計(jì)算 Kt 。若 K與 Kt接近，則不必修改原設(shè)計(jì)。否則，按下式修正原設(shè)計(jì)。 3tt11 KKdd ? 3tntn KKmm ? ][12 311HdEHH uudKTZZ ??????：齒面接觸強(qiáng)度校核公式2131 )][(12HHEdZZuuKTd????：齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式 （四）齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算說明 ][ FSaFatF YYbmKF ????較小者更危險(xiǎn)SaFaFYY][ ? 接觸應(yīng)力 比較 HHEH uubdKTZZ ][ ?? ??? 12211較小者更危險(xiǎn)H][?? ? ? ?1121FFFF??????? ? ? ?2121HHHH?????? 彎曲應(yīng)力 比較 SaFaFtYYbmKF ][??齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)參數(shù) 4 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪設(shè)計(jì)過程 (designing process) 五、直齒圓柱齒輪設(shè)計(jì)的大致過程 選擇齒輪的材料和熱處理 選擇齒數(shù)，選齒寬系數(shù) ?d 初選載荷系數(shù) (如 Kt=) 按接觸強(qiáng)度確定直徑 d1 計(jì)算得 mH=d1/z1 按彎曲強(qiáng)度確定模數(shù) mF 確定模數(shù) mt=max{mH ,mF} 計(jì)算確定載荷系數(shù) K= KAKvKαKβ 修正計(jì)算模數(shù) 3 /tt KKmm ?m模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化 計(jì)算主要尺寸： d1=mz1 d2=mz2 … 計(jì) 算 齒 寬： b=?d d1 確定齒寬： B2=int(b) B1= B2+(3~5)mm ?小結(jié) —— 校核式 1. 齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算公式 ——設(shè)計(jì)式 ★ 討論： ⑴ 一對(duì)輪齒嚙合 ——σH1 = σH2； ？ [σH ]1 = [σH ]2 ？ ⑶ 載荷一定時(shí)，欲 ↑接觸強(qiáng)度，可： … 相等 不一定 ① ↑ d1 （或 a ）、 ↑ b（適當(dāng)） →↓ σH ② 改善材料和熱處理 → ↑[σ ]H ⑷ 決定接觸強(qiáng)度的關(guān)鍵參數(shù)是： … 分度圓直徑 d1或中心距 a ⑵ 應(yīng)用設(shè)計(jì)式時(shí)， [σH]=… ?。? [σH] [σH]2中較小值 ? ? H211EH ?? ???uubdKTZ? ?32HEd11????????????ZuuKTd—— 校核式 2. 齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式 ——設(shè)計(jì)式 ⑴ 一對(duì)輪齒嚙合 ——σF1 = σF2； ？ [σ ]F1 = [σ]F2 ？ ⑶ 載荷一定時(shí)，欲 ↑彎曲強(qiáng)度，可： … 不一定 不一定 ① ↑m、 ↑ b（適當(dāng)） →↓ σF ； ②改善材料和熱處理 → ↑[σ ]F。 ⑷ 決定彎曲強(qiáng)度的關(guān)鍵參數(shù)是： … 模數(shù) m ⑵ 應(yīng)用設(shè)計(jì)式時(shí)， YFa YSa /[σ]F=… 將 d1＝ mz b=?dd1= ?dmz1代入校核公式，整理得設(shè)計(jì)公式為 ? ? ? ? 中較大著代入計(jì)算和取： 1 221 11 F SaFaF SaFa ?? YYYY? ?FSaFa11F2 ?? ?? YYmbdKT? ?3 FSaFa21d12??YYzKTm ??齒輪精度等級(jí)的選擇 ? 我國現(xiàn)行的齒輪精度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 (GB1009588)漸開線圓柱齒輪和圓錐齒輪精度等級(jí)分 12級(jí) ,1級(jí)最高 ,12級(jí)最低 .每一精度等級(jí)規(guī)定了 15項(xiàng)校核指標(biāo) ,分為三個(gè)公差組 ,三公差組的精度等級(jí)可相同 ,也可不同 ,視對(duì)傳動(dòng)的要求而定 . ? 第 Ⅰ 公差組 — 影響齒輪傳動(dòng)傳遞運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性 (運(yùn)轉(zhuǎn)的精確度 ),限制一周的轉(zhuǎn)角誤差 .分度齒輪此公差組要求較高 . 第 Ⅱ 公差組 — 影響齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性 ,限制齒輪傳動(dòng)一周的周節(jié)誤差 .出傳動(dòng)齒輪此公差組要求較高 . 第 Ⅲ 公差組 — 影響齒輪傳動(dòng)沿齒寬載荷分布的均勻性 .低速重載的齒輪傳動(dòng)此公差組要求較高 . 精度等級(jí)選擇 精度選擇是以傳動(dòng)的用途，使用條件，傳遞功率，圓周速度等為依據(jù)來確定。 每個(gè)等級(jí)分為三個(gè)組 Ⅰ 組：運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性 Ⅱ 組：傳動(dòng)的平穩(wěn)性 Ⅲ 組：載荷分布均勻性 一般機(jī)械常用： 8級(jí) 不同等級(jí) —— 不同的最高圓周速度 加工方法、應(yīng)用范圍 精度選擇的基本依據(jù)：主要根據(jù)齒輪傳動(dòng)的用途、使用條件、傳遞功率、圓周速度及其它經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)來綜合考慮。一般機(jī)械制造及通用減速器中的齒輪，常用 7～ 9級(jí)精度。設(shè)計(jì)時(shí)主要根據(jù)齒輪圓周速度，參考下表推薦值選擇。 精 度 等 級(jí) 圓 柱 齒 輪 圓 錐 齒 輪① 直 齒 斜 齒 直 齒 曲 齒 5 級(jí)以上 ≥15 ≥30 ≥12 ≥20 6 級(jí) ＜ 15 ＜ 30 ＜ 12 ＜ 20 7 級(jí) ＜ 10 ＜ 15 ＜ 8 ＜ 10 8 級(jí) ＜ 6 ＜ 10 ＜ 4 ＜ 7 9 級(jí) ＜ 2 ＜ 4 ＜ ＜ 3 ① 錐齒輪的圓周速度按平均直徑計(jì)算。 動(dòng)力齒輪傳動(dòng)的最大圓周速度 m/s （三）齒輪精度選擇 P210 精度選擇 齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)的選擇及其應(yīng)用 精度等級(jí) 直齒圓 柱齒輪 9級(jí) 斜齒圓 柱齒輪 直齒圓 錐齒輪 圓周速度 v(m/s) 8級(jí) 7級(jí) 6級(jí) ≤ 15 ≤ 10 ≤ 5 ≤ 3 ≤ 25 ≤ 17 ≤ 10 ≤ ≤ 9 ≤ 6 ≤ 3 ≤ 應(yīng) 用 高速重載齒輪傳動(dòng)，如飛機(jī)、汽車和機(jī)床中的重要齒輪；分度機(jī)構(gòu)的齒輪傳動(dòng)。 高速中載或低速重載齒輪傳動(dòng)，如飛機(jī)、汽車和機(jī)床中的重要齒輪；分度機(jī)構(gòu)的齒輪傳動(dòng)。 機(jī)械制造中對(duì)精度無特殊要求的齒輪。 低速及對(duì)精度要求低的齒輪 斜齒圓柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算 斜齒圓柱齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，通常以斜齒輪的當(dāng)量齒輪為對(duì)象，借助直齒輪齒根彎曲疲勞計(jì)算公式，并引入斜齒輪螺旋角 (helix angle)影響系數(shù) Yβ， 斜齒輪齒面上的接觸線為一斜線。受載時(shí)，輪齒的失效形式為局部折斷 (local break)（如右圖）。 標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 斜齒圓柱齒輪輪齒受載及折斷 167。 107標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 (一 )齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 FSaFatF YYbmKF][ ?? ??a?力除以重合度系數(shù)考慮多個(gè)齒承載，將應(yīng)考慮接觸線傾斜對(duì)齒根受力的有利影響，引入螺旋角影響系數(shù) Yβ FanSaFatFbmYYYKF][ ??? ? ??167。 107標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 (一 )齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 FanSaFatFbmYYYKF][ ??? ? ??112dTF t ? ?co s11zmd n?1dbd ??32121][co s2FSaFaadnYYzYKTm???????167。 107標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 (一 )齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 FanSaFat