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北航机械原理及设计PPT第10章齿轮传动一、齿轮传动的概念齿轮传动是一种常用的机械传动方式，它利用齿轮的啮合传递动力和运动，广泛应用于机械设备中，例如汽车、工程机械、机床等。
齿轮传动的特点是传动平稳、传动效率高、传动比准确等，因此在工程设计中应用广泛。
二、齿轮传动的工作原理齿轮传动通过齿轮的啮合来实现动力和运动的传递。
啮合的齿轮被称为驱动齿轮，被驱动的齿轮被称为从动齿轮。
当驱动齿轮运动时，通过齿轮齿面的啮合，驱动力矩和转速传递给从动齿轮。
齿轮啮合的过程中，齿轮齿面之间产生的接触力和摩擦力使得齿轮产生转动，从而将动力和运动传递给被驱动的机构。
齿轮传动的主要参数有模数、压力角、齿数等，这些参数决定了齿轮的啮合性能和传动特性。
合理选择和设计齿轮传动的参数能够提高传动效率和可靠性。
三、齿轮传动的分类齿轮传动根据齿轮的传动方式和布置形式可以分为多种类型，常见的有直齿轮传动、斜齿轮传动、锥齿轮传动、蜗杆传动等。
1.直齿轮传动：直齿轮传动是指齿轮齿面与齿轮轴线平行的传动方式，适用于传递大功率和高速运动的场合。
直齿轮传动具有结构简单、制造成本低等优点，在工程中得到广泛应用。
2.斜齿轮传动：斜齿轮传动是指齿轮齿面与齿轮轴线呈一定角度的传动方式，适用于传递大功率和高速运动的场合，能够提供更大的传动比。
3.锥齿轮传动：锥齿轮传动是指齿轮齿面呈锥面的传动方式，适用于传递轴线不平行和交叉传动的场合，能够实现变速和反向传动。
4.蜗杆传动：蜗杆传动是指蜗轮和蜗杆的啮合传动方式，适用于传递大功率和大速比的场合。
四、齿轮传动的计算与设计在齿轮传动的计算与设计过程中，需要确定齿轮的模数、齿数、啮合角、齿轮轴距等参数。
这些参数的选择需要考虑传动的功率、转速、速比、传动效率等因素。
常用的计算和设计方法包括基本气体动力学计算方法、齿轮强度计算方法、齿轮啮合性能计算方法等。
齿轮传动的设计还需要考虑齿轮的制造工艺和加工精度。
合理的制造工艺可以保证齿轮的精度和传动性能，提高齿轮传动的可靠性和寿命。
第十章齿轮传动（7学时）一、教学目标及基本要求1. 了解齿轮的特点、类型及主要参数、齿轮的失效形式、齿轮所用的材料及采用的热处理方法、齿轮传动中的计算载荷、齿轮传动的润滑和效率、齿轮传动的设计准则。
2. 掌握圆柱直齿、斜齿、锥齿轮传动的受力分析，各分力的方向判断。
3. 掌握直齿、斜齿圆柱齿轮传动的设计，齿轮的结构设计。
二、教学内容§10-1概述§10-2齿轮传动的失效形式及设计准则§10-3齿轮的材料及其选择原则§10-4齿轮传动的计算载荷§10-5标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算§10-6齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择§10-7标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算§10-8标准锥齿轮传动的强度计算§10-9变位齿轮传动强度计算概述§10-10齿轮的结构设计§10-11齿轮传动的润滑三、教学内容的重点和难点重点：标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算难点：针对不同的失效形式确定设计准则，不同的失效形式恰当地选用相应的设计数据。
四、教学方式与手段及教学过程中应注意的问题充分利用多媒体教学手段，围绕教学基本要求进行教学。
在教学过程中，注意突出重点，多采用启发式教学以及教师和学生的互动。
五、详细教学内容§10-1 概述齿轮传动在机械领域中应用范围十分广泛。
随着科技的进步，齿轮传动的精度和强度已经大幅度地提高，据现有文献，齿轮传动的传递功率可达十万千瓦，圆周速度可达300m/s，直径可达152.3m。
接下来，我们按照惯例，先来看一下齿轮传动的特点及类型。
一、齿轮传动的特点及类型1. 齿轮传动的特点：1）效率高：可高达99％，在常用的机械传动中，其效率最高；2）结构紧凑：在相同条件下，齿轮传动所需的空间一般较小；3）工作可靠，寿命长；4）传动比恒定；5）传递的功率和圆周速度的范围广。
缺点：1）制造及安装精度要求高、成本高；2）不适宜远距离两轴间的传动等。
第10章齿轮传动（一）教学要求了解齿轮机构的类型和应用，掌握齿廓啮合基本定理、渐开线性质、啮合特性、标准直齿圆柱齿轮的主要参数和尺寸计算，熟悉齿轮正确啮合条件和连续传动条件，能够计算斜齿轮、锥齿轮的几何尺寸，能正确分析齿轮失效原因，确定设计准则、进行强度校核。
（二）教学的重点与难点重点：直齿圆柱齿轮基本参数的确定与几何尺寸、正确啮合条件、连续传动条件的计算、失效形式和计算准则、受力分析和强度计算。
难点：斜齿圆柱齿轮、锥齿轮的当量齿轮概念、受力分析和强度计算。
（三）教学内容10.1 齿轮传动的特点和基本类型10.2 渐开线齿轮的齿廓及传动比10.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸计算10.4 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动10.5 渐开线齿轮的加工方法10.6 渐开线齿廓的根切现象与标准外齿轮的最少齿数10.7 变位齿轮传动10.8 齿轮常见的失效形式与设计准则10.9 齿轮的常用材料及许用应力10.10 渐开线直齿圆柱齿轮传动的强度计算10.11 斜齿圆柱齿轮传动10.12 直齿圆锥齿轮传动10.13 齿轮的结构设计及齿轮传动的润滑和效率【学习内容】本章将介绍渐开线圆柱直齿、斜齿轮以及直齿圆锥齿轮传动的设计计算，内容包括齿轮原理和齿轮强度两个方面，其中将着重讨论圆柱直齿轮的设计计算方法。
齿轮原理部分将介绍渐开线特性、啮合特性、啮合传动等，关于变位齿轮仅介绍传动计算的内容。
齿轮强度部分将介绍齿轮材料的选择、失效形式、设计准则等，从而得出具体的设计计算方法。
10.1 齿轮传动的特点和基本类型10.1.1齿轮传动的特点齿轮传动用来传递任意两轴间的运动和动力，其圆周速度可达到300m/s，传递功率可达105KW，齿轮直径可从不到1mm到150m以上，是现代机械中应用最广的一种机械传动。
齿轮传动与带传动相比主要有以下优点：（1）传递动力大、效率高；（2）寿命长，工作平稳，可靠性高；（3）能保证恒定的传动比，能传递任意夹角两轴间的运动。
第10章齿轮传动一、填空1.渐开线齿廓上K点的压力角应是所夹的锐角，齿廓上各点的压力角都不相等，在基圆上的压力角等于。
2.一对渐开线直齿圆柱齿轮无齿侧间隙的条件是。
3.渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是。
4.为了使一对渐开线直齿圆柱齿轮能连续定传动比工作，应使实际啮合线段大于或等于。
5.一对渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动时，两轮的圆总是相切并相互作纯滚动的，而两轮的中心距不一定总等于两轮的圆半径之和。
6.当一对外啮合渐开线直齿圆柱标准齿轮传动的啮合角在数值上与分度圆的压力角相等时，这对齿轮的中心距为。
7.一对渐开线直齿圆柱齿轮传动，其啮合角的数值与圆上的压力角总是相等。
8.按标准中心距安装的渐开线直齿圆柱标准齿轮，节圆与重合，啮合角在数值上等于上的压力角。
9.相啮合的一对直齿圆柱齿轮的渐开线齿廓，其接触点的轨迹是一条线。
10.齿轮分度圆是指的圆；节圆是指的圆。
11.标准齿轮除模数和压力角为标准值外，还应当满足的条件是。
12.决定渐开线标准直齿圆柱齿轮尺寸的参数有；写出用参数表示的齿轮尺寸公式：r= ；rb = ；ra= ；rf= 。
13.渐开线齿廓上任一点的法线必定切于圆，渐开线外齿轮齿廓曲线在齿轮的圆上的压力角为最大值。
14.用范成法加工渐开线直齿圆柱齿轮，发生根切的原因是。
15.标准直齿圆柱齿轮不发生根切的最少齿数为。
16.当直齿圆柱齿轮的齿数少于zmin时，可采用变位的办法来避免根切。
17.一对渐开线直齿圆柱标准齿轮传动，当齿轮的模数m增大一倍时，其重合度，各齿轮的齿顶圆上的压力角αa，各齿轮的分度圆齿厚s 。
18.一对渐开线标准直齿圆柱齿轮非正确安装时，节圆与分度圆不，分度圆的大小取决于，而节圆的大小取决于。
二、判断题1.一对外啮合的直齿圆柱标准齿轮，小轮的齿根厚度比大轮的齿根厚度大。
( )2.一对渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是pb1=pb2。
－－－－－－－－( )3.一对能正确啮合传动的渐开线直齿圆柱齿轮，其啮合角一定为20 。
第十章齿轮传动
一、选择与填空题
10-1 在齿轮传动的设计计算中，对下列参数和尺寸应标准化的有__________；应圆整的有_______；没有标准化也不应圆整的有___________。
(1)斜齿轮的法面模数m n(2)斜齿轮的端面模数m t(3)直齿轮中心距a
(4)斜齿轮中心距a(5)齿宽B(6)齿厚s(7)分度圆压力角α
(8)螺旋角β(9)锥距R(10)齿顶圆直径d a
10-2 材料为20Cr钢的硬齿面齿轮，适宜的热处理方法是_________________。
(1)整体淬火(2)渗碳淬火(3)调质(4)表面淬火
10-3 将材料为45钢的齿轮毛坯加工成为6级精度的硬齿面直齿圆柱外齿轮，该齿轮制造工艺顺序应是_______________为宜。
(1)滚齿、表面淬火、磨齿(2)滚齿、磨齿、表面淬火(3)表面淬火、滚齿、磨齿
(4)滚齿、调质、磨齿
10-4 在齿轮传动中，仅将齿轮分度圆的压力角α增大，则齿面接触应力将_____________。
(1)增大(2)不变(3)减小
10-5 在齿轮传动中，将轮齿进行齿顶修缘的目的是_____________________，将轮齿加工成鼓形齿的目的是_____________。
10-6 影响齿轮传动动载系数K v大小的两个主要因素是_________________________________。
10-7 一对正确啮合的渐开线标准齿轮作减速传动时，如两轮的材料、热处理及齿面硬度均相同，则齿根弯曲应力_______________。
(1) σF1>σF2(2)σF1=σF2(3)σF1<σF2
10-8 有两个标准直齿圆柱齿轮，齿轮1的模数m1=5mm，齿数z l=30；齿轮2的模数m2=3mm，齿数z2=50，则齿形系数和应力校正系数的乘积Y Fa1Y Sa1_________Y Fa2Y Sa2。
(1)大于(2)等于(3)小于(4)不一定大于、等于或小于
10-9 齿轮的弯曲疲劳强度极限σF lim和接触疲劳强度极限σHlim是经持久疲劳试验并按失效概率为_________来确定的，试验齿轮的弯曲应力循环特性为__________________循环，
10-10 直齿圆锥齿轮传动的强度计算方法是以_________________的当量圆柱齿轮为计算基础的。
二、分析与思考题
10-11 在不改变齿轮的材料和尺寸的情况下，如何提高轮齿的抗折断能力? ·10-12 为什么齿面点蚀一般首先发生在靠近节线的齿根面上?在开式齿轮传动中，为什么一般不出现点蚀破坏?如何提高齿面抗点蚀的能力?
10-13 在什么工况下工作的齿轮易出现胶合破坏?胶合破坏通常出现在轮齿的什么部位?如何提高齿面抗胶合的能力?
10-14 闭式齿轮传动与开式齿轮传动的失效形式和设计准则有何不同?为什么?
10-15 通常所谓软齿面与硬齿面的硬度界限是如何划分的?软齿面齿轮和硬齿面齿轮在加工方法上有何区别?为什么?
10-16 导致载荷沿轮齿接触线分布不均的原因有哪些?如何减轻载荷分布不均的程度?
10-17 在进行齿轮强度计算时，为什么要引入载荷系数K?载荷系数K由哪几部分组成?各考虑了什么因素的影响?
10-18 齿面接触疲劳强度计算公式是如何建立的?为什么要选择节点作为齿面接触应力的计算点?
10-19 标准直齿圆柱齿轮传动，若传动比i，、转矩T1、齿宽b均保持不变，试问在下列条件下齿轮的弯曲应力和接触应力各将发生什么变化?
(1)模数m不变，齿数z1增加；
(2)齿数z1不变，模数m增大；
(3)齿数z l增加一倍，模数m减小一半。
10-20 一对圆柱齿轮传动，大齿轮和小齿轮的接触应力是否相等?如大、小齿轮的材料及热处理情况相同，则其许用接触应力是否相等?
10-21 配对齿轮(软对软，硬对软)齿面有一定量的硬度差时，对较软齿面会产生什么影响?
10-22 在齿轮设计公式中为什么要引入齿宽系数?齿宽系数φd的大小主要与哪两方面因素有关?
10-23 在直齿、斜齿圆柱齿轮传动中，为什么常将小齿轮设计得比大齿轮宽一些?在人字齿轮传动和圆锥齿轮传动中是否也应将小齿轮设计得宽一些?
10-24 在下列各齿轮受力图中标注各力的符号(齿轮1主动)。
a) b) c)
题10-24图
10-25 两级展开式齿轮减速器如图所示。
已知主动轮1为左旋，转向n l如图示，为使中间轴上两齿轮所受的轴向力相互抵消一部分，试在图中标出各齿轮的螺旋线方向，并在各齿轮分离体的啮合点处标出齿轮的轴向力F a、径向力F r，和圆周力F t，的方向(圆周力的方向分别用符号⑧或①表示向内或向外)。
题10-25图
10-26 图示定轴轮系中，已知齿数z1=z3=25，z2=20，齿轮，转速n l=450r/min，工作寿命L h=2000h。
若齿轮1为主动且转向不变，试问：
题10-26图
(1)齿轮2在工作过程中轮齿的接触应力和弯曲应力的应力比r各为多少?
(2)齿轮2的接触应力和弯曲应力的循环次数N2各为多少?
10-27 直齿轮传动与斜齿轮传动在确定许用接触应力[σH]时有何区别?
10-28 对齿轮进行正、负变位修正，轮齿的抗弯能力有何变化?
10-29 齿轮传动的常用润滑方式有哪些?润滑方式的选择与齿轮圆周速度大小有何关系?润滑油粘度的选择与齿轮圆周速度大小有何关系?
10-30 圆弧齿圆柱齿轮传动与渐开线齿轮传动相比有哪些优点?为什么圆弧齿圆柱齿轮不能是直齿的?
三、设计计算题
10-31 一对斜齿圆柱齿轮传动由电动机直接驱动，齿轮材料为45钢，软齿面，齿轮精度等级为8-7-7FL。
已知法面模数m n=31mm，齿数z1=30，z2=93，螺旋角β=13.82°，齿宽B1=85mm，B2=80mm，转速n1=1440r/min，该齿轮对称布置在两支承之间，载荷平稳。
试确定该齿轮传动的载荷系数K。
10-32 在上题的齿轮传动中，小齿轮调质处理，齿面硬度为220～240HBS，大齿轮常化处理，齿面硬度为190～210HBS，要求齿轮的工作寿命为5年(允许出现少量点蚀)，每年工作250天，每天工作8小时，齿轮单向转动。
试确定该齿轮传动的许用接触应力和许用弯曲应力。
10-33 设计一直齿圆柱齿轮传动，原用材料的许用接触应力为[σH]1=700MPa，[σH]2 =600MPa，求得中心距a=100mm；现改用[σH]1=600MPa，[σH]2=400MPa的材料，若齿宽和其它条件不变，为保证接触疲劳强度不变，试计算改用材料后的中心距。
10-34 一直齿圆柱齿轮传动，已知z l=20，z2=60，m=4mm，B1=45mm，B2=40mm，齿轮材料为锻钢，许用接触应力[σH]1=500MPa，[σH]2=430MPa，许用弯曲应力[σF]1=340MPa，[σF]2=280MPa，弯曲载荷系数K=1.85，接触载荷系数K=1.40，求大齿轮所允许的输出转矩
T2(不计功率损失)。
10-35 设计铣床中一对直齿圆柱齿轮传动，已知功率P1=7.5kW，小齿轮主动，转速n1=1450r/min，齿数z1=26，z2=54，双向传动，工作寿命L h=12000h。
小齿轮对轴承非对称布置，轴的刚性较大，工作中受轻微冲击，7级制造精度。
10-36 设计一斜齿圆柱齿轮传动，已知功率P l=40kW，转速n1=2800r/min，传动比i=3.2，工作寿命L h=1000h，小齿轮作悬臂布置，工作情况系数K A=1.25。
10-37 设计由电动机驱动的闭式圆锥齿轮传动。
已知功率P1=9.2kW，转速n1=970r/min，传动比i=3，小齿轮悬臂布置，单向转动，载荷平稳，每日工作8小时，工作寿命为5年(每年250个工作日)。
四、结构设计与分析题
10-38 一标准斜齿圆柱齿轮的局部结构如图所示。
已知法面模数m n=5mm，齿数z=52，螺旋角β=13°10′25″，精度等级为8-7-7HK GB/T10095-1988。
试确定图中各结构尺寸、尺寸公差、表面粗糙度和形位公差，并填写表中数值。
题10-38图。
