实验十一齿轮传动设计虚拟实验
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实验十一 齿轮传动设计虚拟实验
一、实验目的
1．掌握齿轮传动设计的一般过程与方法。
2．掌握材料及热处理的变化对齿轮传动设计的影响。
3．掌握齿轮基本参数的变化对齿轮传动设计的影响。
二、实验的主要内容
在本实验中，每位学生应完成如下实验（每个设计应有多个设计方案）：
1．设计题一：传递功率为5kW，输入转速为1440r/min，传动比为2.1，采用软齿面材
料；
2．设计题二：传递功率为21kW，输入转速为960r/min，传动比为3.1，分别采用软齿
面和硬齿面材料。另外，分别采用直齿和斜齿两种齿轮传动；
3．自选设计题。
三、实验设备和工具
1．每人一台计算机，安装“齿轮传动设计实验程序GearDesign2005”，并通过网络连接
打印机。
2．学生自备笔、纸和相关的文具，并带《机械设计》或《机械设计基础》教材。
四、实验原理
齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，型式很多，应用广泛。齿轮传动可做成：开
式、半开式和闭式。齿轮传动的主要失效形式有：轮齿折断、工作齿面磨损、点蚀、胶合及
塑性变形等。齿轮传动设计的准则一般为：满足齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度。
齿轮传动设计材料选择主要有：
（1）齿轮材料必须满足工作条件；
（2）应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造工艺；
（3）齿轮表面硬化处理；
（4）金属制齿轮可分为：软齿面和硬齿面。
齿轮传动的计算载荷有计算公式：
L
KF
Kppnca
式中：KKKKKA，AK为使用系数；K为动载系数；K为齿间载荷分配系数；
K
齿向载荷分布数。
齿面接触疲劳强度计算：
EHtH
ZZuubdKF
1
1
≤[H]
式中：HZ为区域系数；EZ为弹性影响系数；u为齿数比；tF为周向力；b齿轮宽度；
1
d
为小齿轮的分度圆直径。[H]为齿轮接触疲劳强度许用应力，按下式计算：
H
NHSKlim
][
式中：NK为寿命系数；lim为齿轮的疲劳极限。HS为接触疲劳强度安全系数。
齿根弯曲疲劳强度计算：
bm
YYKF
SaFat
F
≤][F
式中：FaY为齿形系数；SaY为应力校正系数；m为模数；[F]为齿轮弯曲疲劳强度许
用应力：
F
NFSKlim
][
式中：NK为寿命系数；lim为齿轮的疲劳极限。FS为弯曲疲劳强度安全系数。
五、实验方法和步骤
1．选择一齿轮传动设计题，可从《机械设计》或《机械设计基础》教材上获得。
2．按程序提示的设计过程进行设计。
3．每次成功的设计完成后，应将设计数据存盘。
4．生成实验报告
完成了以上实验后，就可以生成实验报告。按“打印”按钮进入。界面中显示有学生的
学号和姓名。还有“实验一”、“实验二”、…“实验四”等。选定“实验一”，并按“读取”
按钮从已做实验中选一个实验数据；再选“实验二”按钮，再选一个实验数据，这样，最多
可选3个实验数据。
学生在班级栏中填入班级。
在简要说明中填入对实验数据的分析。就可形成实验报告。
实验报告可直接在打印机上打印出来，也可以文件的形式存在子目录中。
六、实验报告主要内容及要求
齿轮传动设计实验报告的主要内容如下：
（1）设计题（设计要求）如：传递功率为21kW，输入转速为960r/min，传动比为3.1
（2）对同一设计题，进行三次设计，即获得三个设计方案。应将三个设计方案的主要
参数列表输出。输出的设计数据应选取如下内容：
序号 基本参数名称 设计方案一 设计方案二 设计方案三 说 明
1 小齿轮齿数
2 大齿轮齿数
3 模 数
4 螺旋角
5 小齿轮变位系数
6 大齿轮变位系数
7 小齿轮齿宽
8 大齿轮齿宽
9 小齿轮材料热处理
10 大齿轮材料热处理
11 小齿轮许用应力
12 小齿轮计算应力
13 大齿轮许用应力
14 大齿轮计算应力
15
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（3）设计结果分析、总结
对三个设计方案进行评价，可从材料及批处理的选取、直齿/斜齿、大模数少齿数/小模
数多齿数，以及齿宽等参数对接触疲劳强度和弯曲疲劳强度的影响等方面进行评价。
七、实验注意事项
1． 实验前应充分做好准备，掌握齿轮传动设计的基本原理，以及虚拟实验程序的使用
方法；
2． 实验时，应正确使用计算机和相关软件。
