齿轮传动设计基础知识点

机械设计之齿轮传动设计

第 1 页 共 50 页 齿轮传动设计

主要内容

1、齿轮传动的失效形式，各种失效的机理和特点，预防止措施及齿轮传动计算准则。

2、齿轮材料的基本要求，软齿面与硬齿面的常用热处理方法及材料选用原则。

3、齿轮传动的受力分析，计算载荷，各种载荷系数的物理意义与影响因素。

4、直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算与齿根弯曲疲劳强度计算、斜齿圆柱齿轮传动和直齿锥齿轮传动的计算特点。

5、齿轮传动设计中主要参数的选择原则及影响因索，各参数间的相互影响关系。

基本要求

1、掌握齿轮传动的失效形式(轮齿折断、点蚀、磨损、胶合、塑性变形)的特点、失效部位、失效机理、防止或减轻失效的惜施，以及针对不同失效形式的设计计算准则。

2、掌握选用齿轮材料的基本要求，软齿面与硬齿面的常用材料与热处理方法，合理地选

用齿轮的配对材料及热处理方法。

3、熟练掌握齿轮传动的受力分析方法。

4、理解齿轮计算中要用计算载荷而不用名义载荷的道理，了解四个载荷系数的物理意义及其影响因素，采取哪些措施可减小载荷系数。

5、掌握直齿圆柱齿轮的接触疲劳强度计算与齿根弯曲疲劳强度计算的理论依据，以及力学模型、应力的类型与变化特性；掌握公式中各参数的意义。对斜齿圆柱齿轮与直齿锥齿轮的强度计算，应根据它们的传动特点，由相应的当量齿轮转化为直面圆柱齿轮后再进行强度计算，但须注意它们的计算与直齿圆柱齿轮计算的异同点。

重点难点

1、各类齿轮传动的失效形式；

2、各类齿轮传动的受力分析及各分力的对应关系，尤其是斜齿圆柱齿轮轴向力方向的判定及力大小计算；

3、载荷系数的影响因素及减小措施；影响齿轮强度的因素分析及主要参数的选择。

§3-1 概述

齿轮传动是机械传动中最重要、应用最广泛的一种传动。

齿轮传动的主要优点有：传动效率高，工作可靠，寿命长，传动比准确，结构紧凑。

****职业技术学院教案

第 17 次课 教学课型：理论课√ 实验课□ 习题课□ 实践课□ 技能课□ 其它□

主要教学内容

第10 章 齿轮传动

10.1 齿轮传动的特点和类型

10.2 渐开线及渐开线齿廓

10.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮

重点、难点

重点：渐开线的形成 节圆、节点的概念

难点：渐开线的形成 渐开线的性质

教学目的要求：

（1）了解常用齿轮机构的组成、特点及应用

（2）掌握渐开线的性质及啮合特性

（3）了解渐开线圆柱齿轮基本参数的名称

（4）掌握渐开线几何尺寸的计算

教学方法和教学手段：

多媒体讲授

讨论、思考题、作业：

1. 何谓齿轮的分度圆？何谓齿轮节圆？二者直径是否一定相等或一定不相等？

2. 渐开线的性质有哪些？试举例说明渐开线性质的具体应用。

参考资料：

多媒体材料，网络资料

讲 稿 内 容 备注

第10章 齿轮传动

10.1 齿轮传动的类型和特点

10.1.1齿轮传动的特点

齿轮传动用来传递任意两轴之间的运动和动力，其圆周速度可达300m/s,传递功率可达

kW,齿轮直径可从1mm到150m以上，是现代机械中应用最广泛的一种机械传动。

齿轮传动的主要优点是：①瞬时传动比恒定不变； ②机械效率高；

③寿命长，工作可靠性高； ④结构紧凑，适用的圆周速度和功率范围较广等。

齿轮传动的其主要缺点是： ①要求较高的制造和安装精度，成本较高；

②不适宜于远距离两轴之间的传动； ③低精度齿轮在传动时会产生噪声和振动

10.1.2 齿轮传动的类型

直齿（a）

转向相反—外啮合圆柱齿轮 斜齿（b）

平行轴 人字齿（c）

齿轮传动

本章主要内容是平行轴圆柱齿轮传动，直齿圆锥齿轮传动设计。掌握齿轮传动的失效形式和计算准则，掌握齿轮传动的主要参数及选择，齿轮传动的载荷系数、载荷计算和受力分析，掌握圆柱齿轮齿面接触疲劳强度的计算与轮齿弯曲疲劳强度的计算；了解直齿圆锥齿轮齿面接触疲劳强度与轮齿弯曲疲劳强度的计算，了解齿轮传动的润滑、效率、结构问题，齿轮传动的类型及特点。

一、知识点分析

1、齿轮传动的优缺点：

(1)、优点：效率高；工作可靠，寿命长；瞬时传动比为常数；结构紧凑；功率和速度范围很广。

(2)、缺点：精度低时，振动和噪声较大；生产成本较高，制造和安装要求高；不适用于中心距大的传动。

2、齿轮传动的类型：

按轴的布置方式分：平行轴齿轮传动，相交轴齿轮传动，交错轴齿轮传动

按齿线相对于齿轮母线方向分：直齿，斜齿，人字齿，曲线齿

按齿轮传动工作条件分：闭式传动，开式传动，半开式传动

按齿廓曲线分：渐开线齿，摆线齿，圆弧齿

按齿面硬度分：软齿面(≤350HB），硬齿面(>350HB）

3、齿轮传动应满足的基本要求：

传动平稳：要求瞬时传动比不变，尽量减少冲击、振动和噪声；

承载能力高：要求在尺寸小、重量轻的前提下，轮齿的强度高、耐磨性好，在预定的使用期限内不出现断齿等失效现象。

4、齿轮传动的主要参数：

基本齿廓、模数、中心距、传动比、齿数比、变位系数。

5、齿轮传动的失效形式：

主要有轮齿折断和齿面损伤两大类。分为：轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨粒磨损、齿面塑性流动。

轮齿折断：发生在齿根部位，受拉应力一侧。它是硬齿面闭式齿轮传动和开式齿轮传动的主要失效形式之一。轮齿折断的类型：疲劳折断和过载折断，全齿折断和局部折断。

齿面点蚀：发生在节线附近靠近齿根部位的部分表面上。它是软齿面闭式齿轮传动的主要失效形式。

齿面胶合：它是高速重载或低速重载齿轮传动的主要失效形式。

磨粒磨损：它是开式齿轮传动的主要失效形式。

1 例1 设计用于带式输送机传动装置的闭式单级直齿圆柱齿轮传动。传递功率P=2.7kW，小齿轮转速n1=350r/min，传动比i=3.57。输送机工作平稳，单向运转，两班工作制，齿轮对称布置，预期寿命10年，每年工作300天。

解：1. 选择齿轮精度等级、材料、齿数

1）带式输送机属于一般机械，且转速不高，故初选择8级精度。

2）因载荷平稳，传递功率较小，可采用软齿面齿轮。参考表5-6，小齿轮选用45钢调质处理，齿面硬度220~250HBS，σHLim1=595MPa，σFE1=230MPa；大齿轮选用45钢正火处理，齿面硬度170~200HBS，σHLim2=520MPa，σFE2=200MPa。

3）初选小齿轮齿数z1=24，则z2=iz1=3.57×24=85.68，取z2=87。故实际传动比i=z2/z1=87/24=3.62，与要求的传动比3.57的误差小于3%。

对于齿面硬度小于350 HBS的闭式软齿面齿轮传动，应按齿面接触强度设计，再按齿根弯曲强度校核。

2. 按齿面接触强度设计

设计公式5-48 213120001EHdHZZZKTuud

1）查表5-8，原动机为电动机，工作机械是输送机，且工作平稳，取载荷系数K=1.2。

2）小齿轮传递的转矩 112.79550955073.671350PNmnT

3）查表5-13，齿轮为软齿面，对称布置，取齿宽系数φd=1。

2 4）查表5-10，两齿轮材料都是锻钢，故取弹性系数ZE=189.8

MPa1/2。

5）两齿轮为标准齿轮，且正确安装，故节点区域系数ZH=2.5，取重合度系数Zε=0.9。

6）计算许用接触应力 NWXHLimHHZZZS

①应力循环次数

小齿轮N1=60n1jLh=60×350×1×(2×8×300×10)=10.08×108

大齿轮N2= N1/i=10.08×108/3.62=2.78×108