1、閉式傳動閉式傳動開式傳動開式傳動半開式傳動半開式傳動封閉在箱體內，潤滑條件好封閉在箱體內，潤滑條件好外露，潤滑較差，易磨損外露，潤滑較差，易磨損介于上兩者之間介于上兩者之間,有防護罩有防護罩硬齒面硬齒面軟齒面軟齒面齒面硬度大于齒面硬度大于HB350（多用于開式）（多用于開式）齒面硬度小于齒面硬度小于HB350（多用于閉式）（多用于閉式）齒輪傳動分類齒輪傳動分類齒輪傳動的特點齒輪傳動的特點優點：傳遞功率和轉速適用范圍廣；優點：傳遞功率和轉速適用范圍廣； 具有穩定的傳動比；具有穩定的傳動比； 效率高、結構緊湊；效率高、結構緊湊； 壽命長、工作可靠；壽命長、工作可靠； 可實現任意兩軸間傳動。可實現任

2、意兩軸間傳動。缺點：制造成本較高；缺點：制造成本較高； 不能無極變速；不能無極變速； 精度低時，噪聲和振動較大；精度低時，噪聲和振動較大； 不宜用于軸間距離較大的傳動。不宜用于軸間距離較大的傳動。3-2 齒輪傳動失效形式和設計準則齒輪傳動失效形式和設計準則一、失效形式一、失效形式1、輪齒折斷、輪齒折斷疲勞折斷疲勞折斷過載折斷過載折斷全齒折斷全齒折斷常發生于齒寬較小的直齒輪常發生于齒寬較小的直齒輪局部折斷局部折斷常發生于齒寬較大的直齒輪常發生于齒寬較大的直齒輪和斜齒輪和斜齒輪措施：增大齒根圓角半徑、 提高齒面精度、正變位、增大模數等2、齒面疲勞點蝕、齒面疲勞點蝕點蝕常發生于閉式軟齒面點蝕常發生于

3、閉式軟齒面 （HBS350）傳動中）傳動中點蝕的形成與潤滑油點蝕的形成與潤滑油的存在密切相關的存在密切相關點蝕常發生于偏向點蝕常發生于偏向齒根的節線附近齒根的節線附近開式傳動中一般不會開式傳動中一般不會出現點蝕現象出現點蝕現象措施：提高齒面硬度和措施：提高齒面硬度和齒面質量、增大直徑齒面質量、增大直徑3、齒面膠合（齒面上沿相對滑動方向形成傷痕）、齒面膠合（齒面上沿相對滑動方向形成傷痕）配對齒輪采用異種金屬時，其抗膠合能力比同種金屬強配對齒輪采用異種金屬時，其抗膠合能力比同種金屬強4、齒面磨損、齒面磨損是開式傳動的主要失效形式是開式傳動的主要失效形式措施：采用異種金屬、降低齒高措施：采用異種金屬

4、、降低齒高(減減少相對滑動少相對滑動)、提高齒面硬度，采用、提高齒面硬度，采用抗膠合潤滑油。抗膠合潤滑油。措施：改善潤滑和密封條件，措施：改善潤滑和密封條件，改善齒面粗糙度改善齒面粗糙度5、齒面塑性變形、齒面塑性變形措施：提高齒面硬度，采用措施：提高齒面硬度，采用油性好的潤滑油油性好的潤滑油原因：齒面較軟，重載原因：齒面較軟，重載齒面形成凹溝、凸棱齒面形成凹溝、凸棱二、齒輪傳動的設計準則二、齒輪傳動的設計準則(約束約束)主要針對疲勞折斷和齒面點蝕這兩種失效形式主要針對疲勞折斷和齒面點蝕這兩種失效形式齒根彎曲疲勞強度齒根彎曲疲勞強度齒輪抵抗輪齒疲勞折斷的能力齒輪抵抗輪齒疲勞折斷的能力齒面接觸疲勞

5、強度齒面接觸疲勞強度齒輪抵抗齒面疲勞點蝕的能力齒輪抵抗齒面疲勞點蝕的能力開式齒輪傳動采用準則二，但不校核齒面接觸強度開式齒輪傳動采用準則二，但不校核齒面接觸強度設計準則一：設計準則一：對于閉式軟齒面（對于閉式軟齒面（ HBS350）傳動，）傳動，主要失效形式是齒面點蝕，主要失效形式是齒面點蝕， 所以按齒面接觸疲勞強所以按齒面接觸疲勞強度設計，度設計， 而校核齒根彎曲疲勞強度。而校核齒根彎曲疲勞強度。設計準則二：設計準則二： 對于閉式硬齒面（對于閉式硬齒面（ HBS350）傳動，）傳動，主要失效形式是齒根彎曲疲勞折斷，主要失效形式是齒根彎曲疲勞折斷，所以按齒根彎所以按齒根彎曲疲勞強度設計，曲疲勞

6、強度設計，而校核齒面接觸疲勞強度。而校核齒面接觸疲勞強度。法向力：法向力：圓周力圓周力3-3 直齒圓柱齒輪傳動的受力分析及計算載荷直齒圓柱齒輪傳動的受力分析及計算載荷一、輪齒受力分析一、輪齒受力分析條件：標準齒輪并忽略齒面間的摩擦力條件：標準齒輪并忽略齒面間的摩擦力112bndTF小齒輪基圓小齒輪基圓直徑直徑 mm小齒輪轉矩小齒輪轉矩N.mmNdTFt11/2徑向力徑向力NtgFFtr法向力法向力NFFtncos/小齒輪分小齒輪分度圓直徑度圓直徑分度圓分度圓壓力角壓力角注意：下標注意：下標“1”表示主動輪表示主動輪 下標下標“2”表示從動輪表示從動輪 21各力關系：各力關系：21ttFF21r

7、rFF各力方向：各力方向： Ft1與主動輪回轉方向相反與主動輪回轉方向相反Ft2與從動輪回轉方向相同與從動輪回轉方向相同Fr1 、Fr2分別指向各自齒輪的輪心分別指向各自齒輪的輪心n2n1Fr2Fr1Ft1Ft2n1n2二、計算載荷二、計算載荷FncFnc= K Fn= K Ft /cos 載荷系數載荷系數K = KA Kv KKKv KK影響因素：影響因素：使用系數使用系數 按表按表3-1選取。選取。 Kv ,K, K見見3839頁頁3-4 直齒圓柱齒輪傳動的強度計算直齒圓柱齒輪傳動的強度計算齒輪承載能力計算標準：齒輪承載能力計算標準：基本理論：基本理論：一、齒面接觸疲勞強度計算一、齒面接觸

8、疲勞強度計算閉式軟齒面齒輪傳動的主要閉式軟齒面齒輪傳動的主要失效形式是失效形式是強度條件：強度條件：工作時的工作時的接觸應力接觸應力許用接觸許用接觸應力應力根據根據Hertz公式求出公式求出H222121211111EELFn負號用于負號用于內接觸內接觸彈性模量彈性模量泊松比泊松比令：令：21111 綜合曲率半徑綜合曲率半徑可將可將Hertz公式推廣到其它曲面接觸公式推廣到其它曲面接觸則則1 、 2表示接觸處的曲率半徑表示接觸處的曲率半徑節點處的曲率半徑：節點處的曲率半徑：sin2111dCNsin2222dCN又：又：u = z2 / z1 = d2 / d1、L = b 、Fn = Ft

9、/ cos,并引入并引入K分度圓直分度圓直徑徑1222112122(1)12sincos11HKTuZbduEE節點處的接觸應力：節點處的接觸應力： 節點區域系數節點區域系數 ZH 圖圖3-111212(1)EHKTuZ ZZbdu齒面接觸強度條件：齒面接觸強度條件：1212(1)HEHHPKTuZZZM Pabdu 材料彈性系數材料彈性系數ZE表表3-2討論：討論：d 越大，越大，接觸強度接觸強度 越大越大越小越小,令：令：d = b / d1 齒寬系數齒寬系數 軟齒面、對稱布置：軟齒面、對稱布置：d = 0.81.4 非對稱布置：非對稱布置：d = 0.61.2懸臂布置、開式傳動：懸臂布置

10、、開式傳動：d = 0.30.4直齒輪取小直齒輪取小斜齒輪取大斜齒輪取大硬齒面降低硬齒面降低50%1312(1)HEHHPdKTuZ ZZd u213121EHH PdZZZKT udm mu設計式：設計式：b2 = d d1b1=b2b1b2二、齒根彎曲疲勞強度計算二、齒根彎曲疲勞強度計算輪齒受載后，相當于懸臂梁輪齒受載后，相當于懸臂梁故齒根部分彎曲應力最大，是危險截面故齒根部分彎曲應力最大，是危險截面Fn為防止輪齒折斷，必須保證：為防止輪齒折斷，必須保證：FFP危險截面危險截面彎曲應力彎曲應力許用彎曲許用彎曲應力應力假設：全部載荷由一對輪齒承擔，并忽略摩擦力假設：全部載荷由一對輪齒承擔，并

11、忽略摩擦力載荷作用于齒頂時的受力分析：載荷作用于齒頂時的受力分析：水平分力水平分力 F1 = FncosF垂直分力垂直分力 F2 = FnsinF齒頂載荷齒頂載荷作用角作用角引起彎曲應力引起彎曲應力引起壓應力（忽略不計）引起壓應力（忽略不計）危險截面的具體位置在哪？危險截面的具體位置在哪？cos)(cos)(62msmhbmKFFFFt常用常用30切線法確定危險截面位置切線法確定危險截面位置齒根彎曲疲勞強度計算以受拉邊為計算依據齒根彎曲疲勞強度計算以受拉邊為計算依據齒根彎曲疲勞強度條件：齒根彎曲疲勞強度條件：FPFWM力臂為力臂為 hF，齒根厚為，齒根厚為 sF彎矩：彎矩：M = F1 hF=

12、 FncosF hFK抗彎截面系數：抗彎截面系數：W = b sF2/6（矩形截面）（矩形截面）齒寬齒寬2cos6FFFnbshKFFn=Ft/cos分子、分母分子、分母同除以同除以m2 令其為齒形令其為齒形系數系數 YFa故，彎曲應力：故，彎曲應力：112tFFaFaKFKTYYbmbd mcos)(cos)(62msmhYFFFFa齒形系數齒形系數msmhFF 、 與齒形有關的比例系數與齒形有關的比例系數YFa與模數的大小無關，只取決于輪齒的形狀與模數的大小無關，只取決于輪齒的形狀當齒廓的基本參數已定時，當齒廓的基本參數已定時，YFa取決于齒數取決于齒數 Z 和變位系數和變位系數tFFaS

13、aKFYYYbm112F asaK TYYYbm dFt =2T1/d1考慮齒根應力集中，引入應力修正系數考慮齒根應力集中，引入應力修正系數 Ysa，重，重合度系數合度系數Y標準齒輪：標準齒輪： z 越多，越多，YFa 越小越小112FFasaFPKTYY Ybmd彎曲強度條件：彎曲強度條件：引入齒寬系數引入齒寬系數 d = b/d1，并代入，并代入 d1 = mz1，則：，則：13212FFasaFPdKTYY Ym z設計式：設計式：13212FasadFPYY YKTmmmz討論：討論：m彎曲強度彎曲強度齒厚齒厚 s截面積截面積 F標準齒輪標準齒輪 YFa1 Ysa1YFa2 Ysa2故

14、故F1 F2YFa1 Ysa1YFa2 Ysa2中心距中心距 a、傳動比、傳動比 i 一定時一定時(d不變）不變）：YFa m F FF m 平穩平穩 h 切削量少切削量少原則：在保證齒根彎原則：在保證齒根彎曲強度的前提下，選曲強度的前提下，選取盡可能多的齒數。取盡可能多的齒數。閉式傳動：閉式傳動：z1 =2040開式傳動：開式傳動：z1 =17253-4 齒輪材料及許用應力齒輪材料及許用應力一、齒輪材料一、齒輪材料金屬材料金屬材料45號鋼號鋼中碳合金鋼中碳合金鋼鑄鋼鑄鋼低碳合金鋼低碳合金鋼最常用，經濟、貨源充足最常用，經濟、貨源充足鑄鐵鑄鐵35SiMn、40MnB、40Cr等等20Cr、20

15、CrMnTi等等ZG310-570、ZG340-640等等HT350、QT600-3等等非金屬材料非金屬材料尼龍、夾布膠木等尼龍、夾布膠木等選材時考慮：選材時考慮：工作條件、載荷性質、經濟性、制造方法等工作條件、載荷性質、經濟性、制造方法等齒輪毛坯鍛造齒輪毛坯鍛造選可鍛材料；鑄造選可鍛材料；鑄造選可鑄材料選可鑄材料二、熱處理二、熱處理調調 質質正正 火火表面淬火表面淬火滲碳淬火滲碳淬火表面氮化表面氮化軟齒面。軟齒面。改善機械性能，增大強度和韌性改善機械性能，增大強度和韌性硬齒面。硬齒面。接觸強度高、耐磨性好、可抗沖擊接觸強度高、耐磨性好、可抗沖擊配對齒輪均采用軟齒面時：配對齒輪均采用軟齒面時：

16、小齒輪受載次數多，故材料應選好些，熱處理硬度小齒輪受載次數多，故材料應選好些，熱處理硬度稍高于大齒輪（約稍高于大齒輪（約3040HBS）三、許用應力三、許用應力許用應力與材料、齒面硬度、應力循環次數等因素有關許用應力與材料、齒面硬度、應力循環次數等因素有關1、許用彎曲應力、許用彎曲應力FPMPaYSYNFSTFFPminlim： 雙側受載時雙側受載時,F為對稱循環為對稱循環,應將應將減小減小30% 開式齒輪傳動，考慮磨損，應將開式齒輪傳動，考慮磨損，應將減小減小20%2、許用接觸應力、許用接觸應力HPMPaZSNHHHPminlim 三種硬度單位之比較：三種硬度單位之比較：HV(維氏維氏) H

17、BS(布氏布氏)；HRC(洛氏洛氏)10 HBS 應力循環次數應力循環次數 N=60na t主動主動主動主動每轉一圈同側每轉一圈同側齒面嚙合次數齒面嚙合次數a=2脈動脈動a=1對稱對稱斜齒輪的特點斜齒輪的特點 輪齒呈螺旋形；嚙合時接觸線傾斜輪齒呈螺旋形；嚙合時接觸線傾斜3-5 斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算傳動的特點：傳動的特點：1.傳動平穩（重合度大，逐漸嚙合，）傳動平穩（重合度大，逐漸嚙合，）3.存在軸向力（人字型齒輪可以抵消軸向力）存在軸向力（人字型齒輪可以抵消軸向力）2.承載能力較強（接觸線長）承載能力較強（接觸線長）目前大多數齒輪傳動都為斜齒圓柱齒輪傳動：目前大

18、多數齒輪傳動都為斜齒圓柱齒輪傳動：一、斜齒圓柱齒輪傳動的受力分析一、斜齒圓柱齒輪傳動的受力分析條件：標準齒輪并忽略摩擦力條件：標準齒輪并忽略摩擦力圓周力圓周力11/2dTFt徑向力徑向力cos/ntrtgFF軸向力軸向力tgFFta法向力法向力coscos/ntnFFn法面壓力角法面壓力角t端面壓力角端面壓力角螺旋角螺旋角21各力關系：各力關系：21ttFF21rrFF各力方向：各力方向： Ft、Fr與直齒輪相同與直齒輪相同Fa 決定于齒輪的轉向和輪齒的旋向決定于齒輪的轉向和輪齒的旋向 21aaFFn2n1Fr2Fr1Ft1Ft2n1n2Fa2Fa1二、齒面接觸疲勞強度計算二、齒面接觸疲勞強度

19、計算斜齒輪的強度斜齒輪的強度當量直齒圓柱齒輪的強度當量直齒圓柱齒輪的強度相當于相當于當量直齒圓柱齒輪：當量直齒圓柱齒輪：模數模數 = 斜齒輪法面模數斜齒輪法面模數 mn 壓力角壓力角 = 斜齒輪法面壓力角斜齒輪法面壓力角n齒數齒數 = 當量齒數當量齒數 zv = z/cos3分度圓直徑分度圓直徑 dv = d/cos2法向力法向力 = 斜齒輪的法向力斜齒輪的法向力 Fn將當量直齒輪的參數代入直齒輪強度公式，將當量直齒輪的參數代入直齒輪強度公式，得斜齒輪接觸強度條件：得斜齒輪接觸強度條件：ZH 斜齒輪的節點區域系數，斜齒輪的節點區域系數， HPHEHuubdKTZZZZ12211Z、Z 分別為重

20、合度與螺旋角系數分別為重合度與螺旋角系數 查圖查圖89。 1ZcosZ常取常取 0.9 1 接觸線長度變化系數接觸線長度變化系數 端面重合度。端面重合度。斜齒輪的斜齒輪的 ZE ZH ZZ 直齒輪的直齒輪的 ZE ZH12111.883.2()cosZZ相同條件下，斜齒輪接觸應力比直齒輪小相同條件下，斜齒輪接觸應力比直齒輪小故：故：斜齒輪接觸強度比直齒輪大斜齒輪接觸強度比直齒輪大原因：原因： 重合度大，同時嚙合的齒數多重合度大，同時嚙合的齒數多 接觸線是傾斜的接觸線是傾斜的 當量齒輪直徑大，齒廓平直當量齒輪直徑大，齒廓平直引入齒寬系數引入齒寬系數 d = b/d1，得設計式：，得設計式：mmu

21、uKTZZZZddHPHE312112其他幾何參數計算：其他幾何參數計算：三、齒根彎曲疲勞強度計算三、齒根彎曲疲勞強度計算 接觸線傾斜接觸線傾斜特點特點： 輪齒局部折斷輪齒局部折斷斜齒輪的彎曲強度也按斜齒輪的彎曲強度也按進行進行斜齒輪的彎曲強度條件斜齒輪的彎曲強度條件 FPsaFanFYYYYdbmKT112由于由于的影響，斜齒輪彎曲應力比直齒輪小的影響，斜齒輪彎曲應力比直齒輪小故：故：斜齒輪彎曲強度比直齒輪大斜齒輪彎曲強度比直齒輪大引入齒寬系數引入齒寬系數 d = b/d1，則，則 b = d1 d 代入強度條件得設計式：代入強度條件得設計式：mmYYYYzKTmFPsaFadn32121cos2： YFa 、Ysa 按按 ZV = Z / cos3 查取查取 設計時，代入設計時，代入： 斜齒輪的強度等同于其當量直齒輪的強度斜齒輪的強度等同于其當量直齒輪的強度 條件相同時條件相同時,斜齒輪的強度大于直齒輪斜齒輪的強度大于直齒輪三三.齒輪傳動的精度齒輪傳動的精度第第公差組公差組 反映運動精度，即運動的準確性；反映運動精度，即運動的準確性；第第公差組公差