第五章 齿轮传动设计

(3) 把各分力画在啮合点上 在标出齿轮2、 3 受各分力的方向时，要将各力画在所啮合点上。
注意：不要把轴向力直接画在轴线或表示轮齿旋向 的斜线上。
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第第四四节节 齿齿轮轮强强度校度核 校核
齿轮的失效，通常都集中在轮齿部分。 轮齿的 主要失效形式有：轮齿折断、齿 面磨损、齿面点 蚀、齿面胶合、齿面塑 性变形等五种。为保证 齿轮传动所需工 作寿命，应进行强度计算与强 度校核。 一般只进行两类强度计算:齿面接触 疲劳 强度计算，齿根弯曲疲劳强度计算。
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二、斜齿圆柱齿轮受力分析
1、各力的大小
圆周力 径向力
F 2T1 d1
F F tan cos
轴向力
F
法向力
FF
F cotsan
T1 9.55
10
cos
6 P1 n1
式中：n 法面分度圆
压力角
t 端面分度圆压力角 分度圆螺旋角
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b 基圆螺旋角
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2、各力的方向
圆周力 Ft：主动轮上的与转向相反，从动轮上的与转向相同；
常用于制造小齿轮和蜗杆 用于制造承受冲击和交变载荷的齿
轮和蜗杆 用于制造速度较高的耐磨
调质渗氮
齿轮
猝火调质
用于制造需氮化的齿轮，热 处 理 后不必磨齿 用于要求防锈、防腐的 齿轮，猝火 后 变形极 小，齿面光 泽
用于制造要求重鱼轻、受力较小的 齿轮
用于制造高抗磨或防磁的重要齿轮
及蜗轮 用于制造抗磨、防腐的次要
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1、各力的大小
2
F t
Td
1
1
F F tan
rt
F Ft 2T1

圆周 力F t 主动轮——Ft1与力作用点线 F 主动轮 速度的方向相反； 速度的方向相反； 从动轮——Ft2与力作用点线 F 从动轮 速度的方向相同。 速度的方向相同。 径向力Fr — 径向力F 分别指向各自的轮心。 分别指向各自的轮心。 Ⅱ Fa3 Ft1 Ⅰ 输入 Fa1 Fr3
Fr1 n1 Ft1 Ft2 Fa2
注意： 式中σ min（ HP1 代入。 注意： 式中σHP 应取 min（σHP1、σHP2）代入。 HP2
设计计算步骤： 设计计算步骤： 选择齿轮材料及热处理方法 → Z1、ψd → 初选螺旋角β0=10～15°→ 计算dc → 初选螺旋角β =10～15°
d1ca cos β 0 mnc = z1
4
n1 Fa1
3 1 2
Fa2
解答： 解答： 1）确定第二级斜齿轮螺旋角的 旋向： 旋向： 要使Ⅱ 要使Ⅱ轴轴承所受轴向力较 小，则Fa2与Fa3方向必须相反。 2 3方向必须相反。
n3 n4
故3轮螺旋角的旋向为右旋， 轮螺旋角的旋向为左旋。 轮螺旋角的旋向为右旋， 轮螺旋角的旋向为左旋。 4
2）确定各力的方向 ）
§5一13齿轮的结构设计 齿轮的结构设计
一、齿轮的结构 当齿顶圆直径d 当齿顶圆直径 a ＝400 ~ 1000mm， ， B＜200mm时，由 ＜ 时 于受锻造设备能力 的限制和结构要求， 的限制和结构要求， 可做成轮幅式铸造 大齿轮。 大齿轮。
§ 5—14 齿轮传动的润滑
一、齿轮传动的润滑方式 齿轮传动的润滑方式， 齿轮传动的润滑方式，主要由齿轮圆周速度的大 小和特殊的工况要求决定。 小和特殊的工况要求决定。 开式及半开式齿轮传动：人工定期润滑或润滑脂润滑。 开式及半开式齿轮传动：人工定期润滑或润滑脂润滑。 对于闭式齿轮， 对于闭式齿轮，当v＜10m／s时：大齿轮浸油润滑。 ＜ ／ 时 大齿轮浸油润滑。

齿顶高系数 ha*和径向间隙系数 c*均为 标准值。
正常齿标准 ha* 1, c* 0.25 短齿标准 ha* 0.8, c* 0.3
（6）渐开线圆柱齿轮的基本（基准）齿廓（齿形）
（1）齿条同侧齿廓为平行的直线，齿廓上各点具有相同的压 力角，即为其齿形角，它等于齿轮分度圆压力角。
（2）与齿顶线平行的任一直线上具有相同的齿距p m 。
（7）斜齿齿轮齿条机构
斜齿轮斜齿条啮 合传动应用较少。
（8）非圆齿轮机构
轮齿分布在非圆柱体上，可实现一对齿轮的变 传动比。需要专用机床加工，加工成本较高， 设计难度较大。
这是利用非圆齿轮变传动比的工作原理，设计的 一种容积泵。现已获得实用新型专利。
2、相交轴之间传递运动 (1) 直齿圆锥齿轮机构
s pb a
公
式
d1=mz1 d2=mz2
db1=mz1cos、
ha = ha*m
db2=mz2cos
hf = (ha* + c* )m
da1 d1 2ha m( z1 2ha* )
da2 d2 2ha m( z2 2ha* )
*
*
d f 1 d1 2h f m(z1 2ha 2c )
3.渐开线方程
如右图所示，以OA为极坐标轴， 渐开线上的任一点K可用向径rK和 展角θK来确定。根据渐开线的性 质，有
rb(K +K ) = AN = KN = rbtanK
故 K = tan K － K
式中K称为渐开线在K点的压力角，它是K点作用力F的方
向(K点渐开线的法线方向)与该点速度VK方向的夹角。
两螺旋角数值不等的斜齿轮啮合时， 可组成两轴线任意交错传动，两轮 齿为点接触，且滑动速度较大，主 要用于传递运动或轻载传动。

力的对应关系
Ft1 = - Ft2 Fr1 = - Fa2 Fa1 = - Fr2
Fa2 Ft2 Fa1
Ft1
Fr1 n1
n2
Fr2
三）计算载荷
计算载荷——计入齿轮实际工作中的各种附加动载荷影响后的
载荷，是用于零件设计计算的计算值。
计算载荷Fnc： Fn c KFn
式中：K——载荷系数
2000 T1K
五．齿轮传动的计算准则
闭式齿轮传动
一对齿轮或 一轮齿为 软齿面
主要失效形式：齿面疲劳点蚀，也可能发 生轮齿折断及其他失效形式。
计算准则：按接触疲劳强度的设计公式确 定主要尺寸，然后校核弯曲疲劳强度。
一对齿轮 均为硬齿面
主要失效形式：轮齿折断，或发生点蚀 、胶合等失效。 计算准则：按弯曲疲劳强度的设计公式 确定模数，然后校核接触疲劳强度。
(3)制造、安装误差、齿面跑合性、轴承及箱体的变形等对 载荷集中均有影响。
当两轮均为硬齿面时：k 1.1 ~ 1.35 ；否则 k 1 ~ 1.2。
宽径比
较小、齿轮在轴承间对称布置、轴的刚性较大
时，取小值；反之 取大值。
减小Ｋβ的方法： 1.提高齿轮制造和安装精度；
2.提高轴承和箱体的刚度；
1.25
1.50
使用系数KA
原动机的工作特性及其示例
轻微冲击
汽轮机、液压 马达
中等冲击 多缸内燃机
严重冲击 单缸内燃机
1.10
1.25
1.50
1.35
1.50
1.75
1.60
1.75
2.00
2、动载系数Kv
用来考虑齿轮副在啮合过程中，因啮合误差(基节误差