機(jī)械設(shè)計考點總結(jié)

1、總 結(jié)第第 十十 章章 機(jī)機(jī) 械械 設(shè)設(shè) 計計 基基 礎(chǔ)礎(chǔ)10-1 10-1 機(jī)械設(shè)計的工作能力與計算準(zhǔn)則機(jī)械設(shè)計的工作能力與計算準(zhǔn)則 一機(jī)械零件的工作能力一機(jī)械零件的工作能力什么叫工作能力？什么叫工作能力？零件的工作能力是指在一定的運(yùn)動、載荷和環(huán)境情況下，在預(yù)零件的工作能力是指在一定的運(yùn)動、載荷和環(huán)境情況下，在預(yù)定的使用期限內(nèi)，不發(fā)生失效的安全工作限度。定的使用期限內(nèi)，不發(fā)生失效的安全工作限度。不同的失效形式對應(yīng)不同的工作能力。不同的失效形式對應(yīng)不同的工作能力。計算準(zhǔn)則計算準(zhǔn)則 用于計算并確定零件基本尺寸的主要依據(jù)。用于計算并確定零件基本尺寸的主要依據(jù)。對于具體的零件，應(yīng)根據(jù)它們的主要失效形

2、式，采用相應(yīng)的對于具體的零件，應(yīng)根據(jù)它們的主要失效形式，采用相應(yīng)的計算準(zhǔn)則。計算準(zhǔn)則。二二. .機(jī)械零件的計算準(zhǔn)則機(jī)械零件的計算準(zhǔn)則1 1強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則什么叫強(qiáng)度什么叫強(qiáng)度指零件在載荷作用下抵抗斷裂指零件在載荷作用下抵抗斷裂、塑性變形塑性變形及表及表面疲勞失效面疲勞失效的能力。強(qiáng)度是保證零件工作能力的最基本要求。的能力。強(qiáng)度是保證零件工作能力的最基本要求。強(qiáng)度的計算準(zhǔn)則為：強(qiáng)度的計算準(zhǔn)則為： = MPa = MPa 或或 = = 針對斷裂或塑性變形針對斷裂或塑性變形 H H H H 針對表面疲勞損壞針對表面疲勞損壞SlimSlim材料的極限正應(yīng)力材料的極限正應(yīng)力正應(yīng)力的安全系數(shù)正應(yīng)力的安全系

3、數(shù)設(shè)計必須滿足的首要條件設(shè)計必須滿足的首要條件2 2剛度準(zhǔn)則剛度準(zhǔn)則 針對過大彈性變形針對過大彈性變形剛度剛度 指零件在一定載荷作用下抵抗過大彈性變形的能力。指零件在一定載荷作用下抵抗過大彈性變形的能力。剛度的計算準(zhǔn)則為剛度的計算準(zhǔn)則為: :y y y y ； yy零件某點處的線變形或彎曲撓度；零件某點處的線變形或彎曲撓度； 梁類零件支點處偏轉(zhuǎn)角；梁類零件支點處偏轉(zhuǎn)角； ；軸的扭轉(zhuǎn)角；軸的扭轉(zhuǎn)角；一般來說，滿足一般來說，滿足剛度剛度要求的零件強(qiáng)度總是足夠的。要求的零件強(qiáng)度總是足夠的。提高剛度的措施：提高剛度的措施：增大或改變截面形狀尺寸以增大截面慣性矩；增大或改變截面形狀尺寸以增大截面慣性矩；

4、 減小支承間的跨距；合理增加加強(qiáng)筋。減小支承間的跨距；合理增加加強(qiáng)筋。3 3耐磨性準(zhǔn)則耐磨性準(zhǔn)則1.1.載荷和應(yīng)力的分類載荷和應(yīng)力的分類工作載荷工作載荷: : 機(jī)器正常工作時所承受的實際載荷（實測載荷譜）機(jī)器正常工作時所承受的實際載荷（實測載荷譜）名義載荷名義載荷: : 按原動機(jī)功率求得的載荷按原動機(jī)功率求得的載荷Nmminr/kW1055. 93inPTP P：功率；：功率；n n: :機(jī)器轉(zhuǎn)速；機(jī)器轉(zhuǎn)速；計算載荷計算載荷: :FKFCTKTCKK載荷系數(shù)載荷系數(shù)考慮各種附加載荷的影響考慮各種附加載荷的影響( (考慮內(nèi)部和外部附加動載荷而引入的系數(shù)）考慮內(nèi)部和外部附加動載荷而引入的系數(shù)）：傳

5、動效率；：傳動效率；i i: :傳動比。傳動比。（難以確定工作載荷（難以確定工作載荷時，采用名義載荷）時，采用名義載荷）10-2 10-2 機(jī)械零件的強(qiáng)度計算機(jī)械零件的強(qiáng)度計算靜應(yīng)力靜應(yīng)力: : 應(yīng)力不隨時間而變化應(yīng)力不隨時間而變化變應(yīng)力變應(yīng)力: : 應(yīng)力隨時間而變化應(yīng)力隨時間而變化1.2 1.2 應(yīng)力應(yīng)力( (載荷無法衡量工作極限，需要用應(yīng)力) )1.3 1.3 變應(yīng)力參數(shù)及典型變應(yīng)力變應(yīng)力參數(shù)及典型變應(yīng)力1 1）變應(yīng)力參數(shù)）變應(yīng)力參數(shù)最大應(yīng)力：最大應(yīng)力：maxmax 最小應(yīng)力：最小應(yīng)力：minmin應(yīng)力循環(huán)特征：用來表示應(yīng)力的變化情況應(yīng)力循環(huán)特征：用來表示應(yīng)力的變化情況 =minmin/m

6、axmax平均應(yīng)力：平均應(yīng)力：2minmaxm2minmaxa應(yīng)力幅：應(yīng)力幅：變應(yīng)力r = -1 對稱循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力r = 0 脈動循環(huán)變應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力r = 1 靜應(yīng)力靜應(yīng)力2 2）典型變應(yīng)力及應(yīng)力循環(huán)特征）典型變應(yīng)力及應(yīng)力循環(huán)特征注：靜應(yīng)力只在靜載荷作用下產(chǎn)生，循環(huán)應(yīng)力可由變載荷產(chǎn)生，也可由靜載荷產(chǎn)生。對稱循環(huán)是交變應(yīng)力中最危險的一種工況。2 2機(jī)械零件的失效形式及強(qiáng)度條件機(jī)械零件的失效形式及強(qiáng)度條件靜應(yīng)力作用下靜應(yīng)力作用下過載斷裂、塑性變形過載斷裂、塑性變形 （2 2）零件強(qiáng)度條件：零件強(qiáng)度條件：兩種判斷零件強(qiáng)度的方法兩種判斷零件強(qiáng)度的方法應(yīng)力法：應(yīng)力法： = lim /S

7、, = lim /S, 安全系數(shù)法：安全系數(shù)法：S S=limlim/S/S, S, S=limlim/S/S （1 1）零件的失效形式）零件的失效形式變應(yīng)力作用下變應(yīng)力作用下疲勞破壞約占零件損壞事故中疲勞破壞約占零件損壞事故中的的80% 80% 脆性材料制造的零件，以強(qiáng)度極限作為極限脆性材料制造的零件，以強(qiáng)度極限作為極限應(yīng)力，應(yīng)力，lim =b 塑性材料制造的零件，以屈服極限作為極塑性材料制造的零件，以屈服極限作為極限應(yīng)力，限應(yīng)力，lim =S 靜應(yīng)力作用下靜應(yīng)力作用下 零件極限應(yīng)力零件極限應(yīng)力 變應(yīng)力作用下零件變應(yīng)力作用下零件極限極限應(yīng)力，應(yīng)力，以材料疲勞極限作為極限以材料疲勞極限作為極限

8、應(yīng)力，應(yīng)力，limlim = = NN疲勞極限疲勞極限安全系數(shù)安全系數(shù)SS的取值對零件的結(jié)構(gòu)尺寸、工作可靠性均有影的取值對零件的結(jié)構(gòu)尺寸、工作可靠性均有影響，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)零件的重要性、零件材料的質(zhì)量、響，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)零件的重要性、零件材料的質(zhì)量、載載荷計算荷計算準(zhǔn)確性等方面，合理選取，具體數(shù)值可參考設(shè)計資料。準(zhǔn)確性等方面，合理選取，具體數(shù)值可參考設(shè)計資料。 零件強(qiáng)度條件：零件強(qiáng)度條件： = = limlim / S / S 材料的極限應(yīng)力材料的極限應(yīng)力安全系數(shù)安全系數(shù) 極限應(yīng)力極限應(yīng)力靜應(yīng)力極限應(yīng)力：靜應(yīng)力極限應(yīng)力：和和 與材料性能有關(guān)與材料性能有關(guān)變應(yīng)力疲勞極限：變應(yīng)力疲勞極限：與材料有關(guān)外

9、，還與與材料有關(guān)外，還與循環(huán)特征循環(huán)特征r r 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N N 有關(guān)有關(guān) 應(yīng)力集中、絕對尺寸、表面狀態(tài)應(yīng)力集中、絕對尺寸、表面狀態(tài)（3 3）變應(yīng)力下，疲勞極限的確定）變應(yīng)力下，疲勞極限的確定bS r3.3.疲勞強(qiáng)度的基本理論疲勞強(qiáng)度的基本理論疲勞曲線疲勞曲線NN N無限壽命區(qū)無限壽命區(qū)有限壽命區(qū)有限壽命區(qū)N0N1N1N2N2N0 3.13.1 N N 疲勞曲線疲勞曲線DrN 是在應(yīng)力比 一定時，表示疲勞極限 與循環(huán)次數(shù) N 之間關(guān)系的曲線。 N 可以看出： 隨 N 的增大而減小。但是當(dāng) N 超過某一循環(huán)次數(shù) N0 時，曲線 趨于水平。即 不再隨 N的增大而減小。 rNrN N0

10、 -循環(huán)基數(shù)循環(huán)基數(shù)。 以 N0 為界，曲線分為兩個區(qū)： 疲勞曲線3疲勞曲線0mmNrNN注：1）計算 時，如 N ，則取 N 。NK0N0N式中：壽命系數(shù)；mNNNK0m 壽命指數(shù)壽命指數(shù)。 壽命指數(shù)，其值與零件材質(zhì)有關(guān)。0N 2）工程中常用的是對稱循環(huán)應(yīng)力（ =-1）下的疲勞極限，計 算時，只須把 和 換成 和 即可。N1N1則NmNKNN03）對于受切應(yīng)力的情況，則只需將各式中的 換成 即可。 4）當(dāng)N （ ）時，因 N 較小，可按靜強(qiáng)度計算。 310410451, 0A)2,2(00B0 ,bCamo極限應(yīng)力圖 是在疲勞壽命N 一定時，表示疲勞極限 與應(yīng)力比 之間關(guān)系的線圖。 N 疲勞

11、壽命為 （無限壽命）時的 極限應(yīng)力圖如右圖所示。am0N無限壽命極限應(yīng)力線ma3.2 、 極限應(yīng)力圖極限應(yīng)力圖am脆性材料，C點坐標(biāo)（b，0）塑性材料，C點坐標(biāo)（S，0）對于高塑性鋼，用對于高塑性鋼，用A A C C折線表示零件材料的極限應(yīng)力圖是其中一種近似折線表示零件材料的極限應(yīng)力圖是其中一種近似方法。方法。A A 直線的方程為：直線的方程為：C C 直線的方程為：直線的方程為：0012為平均應(yīng)力折合為應(yīng)力幅的等為平均應(yīng)力折合為應(yīng)力幅的等效系數(shù)，表示材料對應(yīng)力循環(huán)不效系數(shù)，表示材料對應(yīng)力循環(huán)不對稱性的敏感程度，其值由試驗對稱性的敏感程度，其值由試驗及下式?jīng)Q定：及下式?jīng)Q定：ma1smaAA為為

12、對稱循環(huán)應(yīng)力，對稱循環(huán)應(yīng)力，0,m1aDD為為脈動循環(huán)應(yīng)力，脈動循環(huán)應(yīng)力，2/0maC C為為靜應(yīng)力，靜應(yīng)力，sma, 0s01,通過實驗得出通過實驗得出極限應(yīng)力線上的每個點，都表示某個應(yīng)力循環(huán)特性下的極限應(yīng)力 。 amA A段段疲勞失效極限疲勞失效極限 r = rm + raC C段段塑性變形極限塑性變形極限 s = rm + ra在四邊形在四邊形OAGCOAGC范圍內(nèi)，都不范圍內(nèi)，都不會發(fā)生疲勞破壞；會發(fā)生疲勞破壞；在四邊形在四邊形OAGCOAGC范圍外，一定范圍外，一定會發(fā)生疲勞破壞；會發(fā)生疲勞破壞；在四邊形在四邊形OAGCOAGC線上，表示工線上，表示工作應(yīng)力狀態(tài)正好達(dá)到極限值，作應(yīng)力

13、狀態(tài)正好達(dá)到極限值，處于極限狀態(tài)；處于極限狀態(tài)； 利用極限應(yīng)力圖可求不同應(yīng)力循環(huán)特征利用極限應(yīng)力圖可求不同應(yīng)力循環(huán)特征 r 時的疲勞極限時的疲勞極限材料的極限應(yīng)力材料的極限應(yīng)力簡圖簡圖r已知材料的機(jī)械性能已知材料的機(jī)械性能)(01bSr可作可作簡圖簡圖折線折線ADGADG上任一點，表示在上任一點，表示在 不同不同 r r 時的疲勞極限時的疲勞極限對于對于n n 點點 ( (工作應(yīng)力為工作應(yīng)力為和和am)tgtgrmamaamam11/1/1應(yīng)力循環(huán)特征：應(yīng)力循環(huán)特征：對應(yīng)的疲勞極限：對應(yīng)的疲勞極限：)()(1mamaamr等效系數(shù)等效系數(shù)00122-3影響疲勞強(qiáng)度的因素3.3 影響零件疲勞強(qiáng)度

14、的主要因素 前邊提到的疲勞極限 ，實際上是材料的力學(xué)性能指標(biāo)，是用試件通過試驗測出的。 而實際中的各機(jī)械零件與標(biāo)準(zhǔn)試件，在形體，表面質(zhì)量以及絕對尺寸等方面往往是有差異的。因此實際機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度與用試件測出的必然有所不同。 影響零件疲勞強(qiáng)度的主要因素有以下三個： 一、應(yīng)力集中的影響一、應(yīng)力集中的影響 二、絕對尺寸的影響、絕對尺寸的影響三、表面狀態(tài)的影響三、表面狀態(tài)的影響2-3影響疲勞強(qiáng)度的因素一、應(yīng)力集中的影響一、應(yīng)力集中的影響 用有效應(yīng)力集中系數(shù)用有效應(yīng)力集中系數(shù) 、 來表示疲勞強(qiáng)度的真正降低程度。來表示疲勞強(qiáng)度的真正降低程度。有效應(yīng)力集中系數(shù)定義為：材料，尺寸和受載情況都相同的一個有效應(yīng)

15、力集中系數(shù)定義為：材料，尺寸和受載情況都相同的一個無應(yīng)力集中試樣與一個有應(yīng)力集中試樣的疲勞極限的比值。無應(yīng)力集中試樣與一個有應(yīng)力集中試樣的疲勞極限的比值。KK 在零件截面的幾何形狀突然變化之處（如孔，圓角，鍵槽，螺紋等），局部應(yīng)力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于名義應(yīng)力，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。 機(jī)械零件上的應(yīng)力集中會加快疲勞裂紋的形成和擴(kuò)展。從而導(dǎo)致零件的疲勞強(qiáng)度下降。 注：當(dāng)同一剖面上同時有幾個應(yīng)力集中源時，應(yīng)采用其中最大的有效應(yīng)力集中系數(shù)進(jìn)行計算。 -1-1-1-1=,=KKkk（）（ ）-1-1-1-1,kk（）（）分為為無應(yīng)力集中試樣和有應(yīng)力集中試樣的疲勞極限分為為無應(yīng)力集中試樣和有應(yīng)力集中試樣的疲勞極限二

16、、絕對尺寸的影響二、絕對尺寸的影響 零件的尺寸越大，在各種冷、熱加工中出現(xiàn)缺陷，產(chǎn)生微觀裂紋等疲勞源的可能性（機(jī)會）增大。從而使零件的疲勞強(qiáng)度降低。 絕對尺寸系數(shù) 、 ，計入尺寸的影響。 絕對尺寸系數(shù)定義為：直徑為d的試樣的疲勞極限(-1)d與直徑d0=610mm的試樣的疲勞極限(-1)d0的比值。-1-1-1-1=(),=()ddd0d0（）（）三、表面質(zhì)量的影響三、表面質(zhì)量的影響 表面質(zhì)量：是指表面粗糙度及其表面強(qiáng)化的工藝效果。表面越光滑，或經(jīng)過各種強(qiáng)化處理，疲勞強(qiáng)度可以提高。強(qiáng)化工藝（滲碳、表面淬火、表面滾壓、噴丸等）可顯著提高零件的疲勞強(qiáng)度。 用表面狀態(tài)系數(shù)表面狀態(tài)系數(shù) 、 計入表面質(zhì)

17、量的影響。表面狀態(tài)系數(shù)定義為：試樣在某種表面狀態(tài)下的疲勞極限(-1)與精拋光試樣（未經(jīng)強(qiáng)化處理）的疲勞極限(-1)0的比值。-1-1=()0（）綜合影響系數(shù)綜合影響系數(shù) 試驗證明：應(yīng)力集中、尺寸和表面質(zhì)量都只對應(yīng)力幅有影響，而對平均應(yīng)力沒有明顯的影響。（即對靜應(yīng)力沒有影響） 在計算中，上述三個系數(shù)都只計在應(yīng)力幅上，故可將三個系數(shù) 組成一個綜合影響系數(shù)綜合影響系數(shù)：DKK DKK 1111KDKDKK零件的疲勞極限為： 注：當(dāng)其他條件相同時，鋼的強(qiáng)度越高，綜合影響系數(shù)值越大。所以，對于用高強(qiáng)度鋼制造的零件，為了提高強(qiáng)度，必須特別注意減少應(yīng)力集中和提高表面質(zhì)量。 3.4 3.4 零件的極限應(yīng)力圖零

18、件的極限應(yīng)力圖 由于零件幾何形狀的變化、尺寸大小、加工質(zhì)量及強(qiáng)化因素等的影響，由于零件幾何形狀的變化、尺寸大小、加工質(zhì)量及強(qiáng)化因素等的影響，使得零件的疲勞極限要小于材料試件的疲勞極限。使得零件的疲勞極限要小于材料試件的疲勞極限。 將零件材料的極限應(yīng)力線圖中的直線將零件材料的極限應(yīng)力線圖中的直線ADG 按比例向下移，成為右圖所按比例向下移，成為右圖所示的直線示的直線ADG，而極限應(yīng)力曲線的，而極限應(yīng)力曲線的 CG 部分，由于是按照靜應(yīng)力的要求部分，由于是按照靜應(yīng)力的要求來考慮的，故不須進(jìn)行修正。這樣就得到了零件的極限應(yīng)力線圖。來考慮的，故不須進(jìn)行修正。這樣就得到了零件的極限應(yīng)力線圖。 屈服強(qiáng)度線

19、1, 0A)2,2(00BamoD0,sGDDK2020BDK1A疲勞強(qiáng)度線機(jī)機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度機(jī)機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度6 機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度 對于高副零件，理論上是點、線接觸，但實際上在載荷作用下材料發(fā)生彈性變形后，理論上的點、線接觸變成了很小的面接觸，在接觸處局部會產(chǎn)生很高的應(yīng)力，這樣的應(yīng)力稱為表面接觸應(yīng)力，用 表示。 的大小用赫茲公式計算。HH22212121H1111EEBF 式中式中1 1和和2 2 分別為兩零件初始接觸線處的曲率半徑分別為兩零件初始接觸線處的曲率半徑, , 其中正號用其中正號用于外接觸，負(fù)號用于內(nèi)接觸。于外接觸，負(fù)號用于內(nèi)接觸。4-1摩 擦一、摩擦的分類一、摩擦的分類靜

20、 摩 擦動 摩 擦1 按運(yùn)動的狀態(tài)不同分為：滑動摩擦滾動摩擦2 按運(yùn)動的形式不同分為：干摩擦邊界摩擦流體摩擦混合摩擦3 滑動摩擦滑動摩擦按潤滑狀態(tài)不同分為：7 7 機(jī)械設(shè)計中的摩擦、磨損和潤滑問題機(jī)械設(shè)計中的摩擦、磨損和潤滑問題摩 擦2摩 擦二、機(jī)械零部件中的摩擦二、機(jī)械零部件中的摩擦 1）干摩擦：是指表面間無任何潤滑劑或保護(hù)膜，表面金屬直接接觸時的摩擦。摩擦系數(shù)一般大于0.1 2）邊界摩擦：是指兩摩擦面被吸附在表面的邊界膜隔開，且摩擦性質(zhì)與潤滑劑的粘度無關(guān)，而取決于兩表面的特性和潤滑油油性的摩擦，摩擦系數(shù)約在0.010.1 研究干摩擦的理論主要 有：“機(jī)械理論”、“分子理論”、“機(jī)械分子理論

21、”等。 （由于時間關(guān)系不細(xì)講） 其摩擦阻力最大，磨損最嚴(yán)重。摩 擦 ）流體摩擦：是指摩擦表面完全被流體膜隔開，摩擦力的大小取決于流體分子內(nèi)部摩擦，摩擦系數(shù)可達(dá)0.0010.008 其摩擦系數(shù)最小，且不會產(chǎn)生磨其摩擦系數(shù)最小，且不會產(chǎn)生磨損，是理想的摩擦狀態(tài)。損，是理想的摩擦狀態(tài)。 邊界摩擦和混合摩擦在工程實際中很難區(qū)分，常統(tǒng)稱為不完全液體摩擦。4 4）混合摩擦：是指摩擦表面間處于邊界摩擦和流體摩擦的混合狀態(tài)。 混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系數(shù)比邊界摩擦?xí)r要小得多。齒輪傳動設(shè)計第十 一章一齒輪傳動的特點及應(yīng)用一齒輪傳動的特點及應(yīng)用 二）應(yīng)用二）應(yīng)用廣泛用于對傳動比要求嚴(yán)格、高速重載場合，如

22、廣泛用于對傳動比要求嚴(yán)格、高速重載場合，如 機(jī)床、汽車、拖拉機(jī)床、汽車、拖拉機(jī)的變速箱；實現(xiàn)主、從動軸間運(yùn)機(jī)的變速箱；實現(xiàn)主、從動軸間運(yùn) 動和動力傳遞。動和動力傳遞。 一）一）齒輪機(jī)構(gòu)傳動的特點齒輪機(jī)構(gòu)傳動的特點 制造和安裝精度制造和安裝精度要求較高；要求較高；不適宜用于兩軸間不適宜用于兩軸間 距離較大的傳動距離較大的傳動。缺點：缺點： 工作可靠性高；工作可靠性高； 傳動比穩(wěn)定傳動比穩(wěn)定； 傳動效率高；傳動效率高； 結(jié)構(gòu)緊湊；結(jié)構(gòu)緊湊； 使用壽命長使用壽命長。優(yōu)點：優(yōu)點：齒輪傳動概述齒輪傳動概述一、輪齒的受力分析1t12000TFdtantrFF 切向力：徑向力：costnFF 法向力：1T

23、為小輪小輪的名義轉(zhuǎn)矩（Nmm）。式中： 為小輪小輪的分度圓直徑（mm）。1d1. 直齒圓柱齒輪11-1齒輪傳動的受力分析與計算載荷 用集中作用于分度圓上齒寬中點作用于分度圓上齒寬中點處的法向力 代替輪齒所受的分布力，將 分解，得：nFnF壓力角，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定分度圓上齒廓的壓力角為20111()9550( /min)P kwTn r主動輪 Ft 的方向與其轉(zhuǎn)向相反；從動輪 Ft 的方向與其轉(zhuǎn)向相同。徑向力 Fr 的方向指向各自的輪心（外齒輪）。力的方向判斷：切向力：主反從同法面內(nèi)：法面內(nèi)：nF徑向力徑向力1rF1F當(dāng)量齒輪的圓周力當(dāng)量齒輪的圓周力切面內(nèi)：切面內(nèi)：力的大小力的大小圓周力圓周力1tF

24、軸向力軸向力1aF1F1112000dTFttgFFta11ntrtgFFcos11ntnFFcoscos1式中：式中：n為法面分度圓壓力角；為法面分度圓壓力角；t為端面分度圓壓力角；為端面分度圓壓力角；為分度圓螺旋角；為分度圓螺旋角；2、 斜齒圓柱齒輪的受力分析斜齒圓柱齒輪的受力分析各力各力方向方向判定判定 圓周圓周力力F Ft t 主動輪主動輪受阻力，受阻力，F(xiàn) Ft1t1與與力作用點線速度的方向相反；力作用點線速度的方向相反；從動輪從動輪受驅(qū)動力，受驅(qū)動力，F(xiàn) Ft2t2與與力作用點線速度的方向相同。力作用點線速度的方向相同。徑向力徑向力F Fr r 分別指向各自的輪心。分別指向各自的輪

25、心。軸向力：軸向力： F Fa1a1可利用可利用“主動輪左、右手定則主動輪左、右手定則” 來判斷來判斷。O O2 2O O2 2O O1 1O O1 1Fa2F Ft1t1F Fr1r1F Ft2t2F Fr2r2Fa1n2n1Fa1n主主F Fa2 a2 與與F Fa1a1大小相等大小相等 方向相反方向相反兩輪輪齒上各兩輪輪齒上各力之間關(guān)系力之間關(guān)系：F Fa1a1 = - F = - Fa2a2F Ft1t1 = - F = - Ft2t2F Fr1r1 = - F = - Fr2r2用集中作用于齒寬中點處的法向力 Fn 代替輪齒所受的分布力。 將Fn分解為：切向力Ft，徑向力Fr和軸向力

26、Fx。 cos2cos1m1tndTFF 211costanxtrFFF2r11sintanFFFtxttFdTF1m12二、二、 直齒圓錐齒輪的受力分析直齒圓錐齒輪的受力分析力的方向為力的方向為 圓周力圓周力t ：主動輪上的與轉(zhuǎn)向相反，從動輪上的與轉(zhuǎn)向相同：主動輪上的與轉(zhuǎn)向相反，從動輪上的與轉(zhuǎn)向相同徑向力徑向力 r：分別指向各自輪心；：分別指向各自輪心；軸向力軸向力 a：分別由各輪的小端指向大端。：分別由各輪的小端指向大端。 力的對應(yīng)關(guān)系力的對應(yīng)關(guān)系n1n2Fr2Fa2Fa1F Ft2t2F Ft1t1F Fr1r1F Ft1t1 = = - F- Ft2t2F Fr1r1 = = - F-

27、 Fa2a2F Fa1a1 = = - F- Fr2r2軸向力軸向力Fx的方向總是由錐齒輪的小端指向大端。的方向總是由錐齒輪的小端指向大端。計算載荷計算載荷F Fncnc：112000coscosn cnnTKFKFd式中：式中：K載荷系數(shù)載荷系數(shù)K = K KA A KV K K使用系數(shù)使用系數(shù)動載系數(shù)動載系數(shù)齒向載荷分布系數(shù)齒向載荷分布系數(shù)齒間載荷分配系數(shù)齒間載荷分配系數(shù)上述Fn 為輪齒所受的名義法向力名義法向力。實際傳動中由于原動機(jī)、工作機(jī)性能的影響以及制造誤差的影響，載荷會有所增大。三三 計算載荷計算載荷11-2 11-2 齒輪傳動的失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則齒輪傳動的失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則 一齒

28、輪傳動的失效形式一齒輪傳動的失效形式 指輪齒失效，指輪齒失效， 輪齒輪齒主要失效形式有：主要失效形式有： 1 1輪齒折斷輪齒折斷過載折斷（短時突然過載引起）過載折斷（短時突然過載引起）疲勞折斷（循環(huán)彎應(yīng)力作用引起）疲勞折斷（循環(huán)彎應(yīng)力作用引起）局部斷裂（對于加工精度不高的場合，局部斷裂（對于加工精度不高的場合， 出現(xiàn)偏載現(xiàn)象，斜齒輪較容易出現(xiàn)）出現(xiàn)偏載現(xiàn)象，斜齒輪較容易出現(xiàn)）斷齒原因斷齒原因 ）齒根彎曲應(yīng)力過大，即：）齒根彎曲應(yīng)力過大，即： F F FPFP（許用彎曲應(yīng)力）（許用彎曲應(yīng)力）齒根有應(yīng)力集中。）齒根有應(yīng)力集中。）過載折斷：齒輪嚴(yán)重過載或受大沖擊載荷作用過載折斷：齒輪嚴(yán)重過載或受大沖

29、擊載荷作用 措施措施 ）合理設(shè)計）合理設(shè)計 FFP （許用彎曲應(yīng)力）（許用彎曲應(yīng)力）選用合適的材料和熱處理方法，使齒根芯部有足夠的韌性）選用合適的材料和熱處理方法，使齒根芯部有足夠的韌性 ）采用正變位齒輪，增大齒根厚度；）采用正變位齒輪，增大齒根厚度； ）對齒根處進(jìn)行噴丸、輥壓等強(qiáng)化處理工藝）對齒根處進(jìn)行噴丸、輥壓等強(qiáng)化處理工藝 2 2齒面點蝕齒面點蝕齒面金屬脫落而形成麻點狀小坑，稱為齒面金屬脫落而形成麻點狀小坑，稱為齒面疲勞點蝕。齒面疲勞點蝕。 齒輪傳動的失效形式齒輪傳動的失效形式措施措施 ：）合理設(shè)計合理設(shè)計 H HP（許用接觸應(yīng)力）（許用接觸應(yīng)力）采用高黏度的潤滑油（容易形成油膜）采用高

30、黏度的潤滑油（容易形成油膜）變位齒輪（增大齒輪的綜合曲率半徑）變位齒輪（增大齒輪的綜合曲率半徑） 4）提高齒面硬度和降低表面粗糙度；）提高齒面硬度和降低表面粗糙度； ）節(jié)點處齒廓相對滑動速度小，油膜不易形成，摩節(jié)點處齒廓相對滑動速度小，油膜不易形成，摩擦力大擦力大 產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因 ）節(jié)線處同時嚙合齒對數(shù)少，接觸應(yīng)力大節(jié)線處同時嚙合齒對數(shù)少，接觸應(yīng)力大 是潤滑良好，閉式齒輪傳動，軟齒面，主要失效形式是潤滑良好，閉式齒輪傳動，軟齒面，主要失效形式開式齒輪傳動中，齒面的點蝕還來不及出現(xiàn)或擴(kuò)展就被開式齒輪傳動中，齒面的點蝕還來不及出現(xiàn)或擴(kuò)展就被磨去，因此一般不會出現(xiàn)點蝕磨去，因此一般不會出現(xiàn)點蝕 后

31、果：后果：齒廓形狀破壞，引起沖擊、振齒廓形狀破壞，引起沖擊、振動和噪聲動和噪聲原因：原因：齒面間落入砂粒、鐵屑、非金屬物齒面間落入砂粒、鐵屑、非金屬物等磨料性物質(zhì)時，發(fā)生磨料磨損等磨料性物質(zhì)時，發(fā)生磨料磨損 開式齒輪傳動的主要失效形式開式齒輪傳動的主要失效形式3齒面磨損齒面磨損 輪齒接觸表面材料因摩擦而發(fā)生損耗的現(xiàn)象輪齒接觸表面材料因摩擦而發(fā)生損耗的現(xiàn)象磨粒磨損（有害磨損）磨粒磨損（有害磨損）跑合性磨損（有益磨損）跑合性磨損（有益磨損），由于齒厚減薄而可能，由于齒厚減薄而可能發(fā)生輪齒折斷。發(fā)生輪齒折斷。4 4齒面膠合齒面膠合在一定的溫度或壓力作用下，接觸齒面發(fā)生粘著現(xiàn)象，隨在一定的溫度或壓力作

32、用下，接觸齒面發(fā)生粘著現(xiàn)象，隨著齒面的相對運(yùn)動，使金屬從齒面上撕落而引起嚴(yán)重的粘著磨著齒面的相對運(yùn)動，使金屬從齒面上撕落而引起嚴(yán)重的粘著磨損現(xiàn)象損現(xiàn)象 5 5齒面塑性變形齒面塑性變形 輪齒材料輪齒材料因屈服產(chǎn)生塑性流動而形成齒面因屈服產(chǎn)生塑性流動而形成齒面的塑性變形。其后果，使齒面失的塑性變形。其后果，使齒面失去正確的齒形，在齒面節(jié)線處產(chǎn)去正確的齒形，在齒面節(jié)線處產(chǎn)生凸棱。生凸棱。 齒輪傳動的失效形式齒輪傳動的失效形式總結(jié)：一、失效形式輪齒折斷輪齒折斷齒面點蝕齒面點蝕齒面膠合齒面膠合齒輪傳動的失效主要是輪齒的失效，常見的失效形式有：分為：疲勞折斷疲勞折斷過載折斷：過載折斷：屬于靜強(qiáng)度破壞。多發(fā)

33、生在輪齒的節(jié)線附近節(jié)線附近靠近齒根的一側(cè)。閉式，軟齒主要閉式，軟齒主要是在重載條件下重載條件下產(chǎn)生的粘著磨損粘著磨損現(xiàn)象。閉式，高速重載主要閉式，高速重載主要齒面磨粒磨損齒面磨粒磨損使輪齒變薄，最后導(dǎo)致輪齒折斷輪齒折斷。開式主要塑性變形塑性變形是重載軟齒面重載軟齒面，在摩擦力作用下引起的材料塑性流動。注：由于磨損的比點蝕的形成快，故開式傳動中見不到點蝕現(xiàn)象。普通閉式傳動普通閉式傳動的主要失效形式為：輪齒的點蝕點蝕和疲勞折斷疲勞折斷普通開式傳動普通開式傳動的主要失效形式為：輪齒的磨粒磨損磨粒磨損和疲勞折斷疲勞折斷對一般工況下的普通齒輪傳動普通齒輪傳動，其設(shè)計準(zhǔn)則為：為防止輪齒的疲勞折斷，需計算齒

34、根彎曲疲勞強(qiáng)度。齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。為防止齒面點蝕，需計算齒面接觸疲勞強(qiáng)度齒面接觸疲勞強(qiáng)度。注：對高速重載高速重載傳動，還應(yīng)按齒面抗膠合能力齒面抗膠合能力進(jìn)行計算。二、設(shè)計準(zhǔn)則1）閉式傳動硬齒面硬齒面：按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計計算（確定齒輪的參數(shù)和尺寸），然后校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度齒面接觸疲勞強(qiáng)度軟齒面軟齒面：按齒面接觸疲勞強(qiáng)度齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計計算（確定齒輪的參數(shù)和尺寸），然后校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。2）開式傳動：只計算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度只計算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，適當(dāng)加大模數(shù)（預(yù)留磨損量預(yù)留磨損量）。11-3 11-3 齒輪材料及許用應(yīng)力齒輪材料及許用應(yīng)力輪齒齒

35、面輪齒齒面 有足夠的硬度和耐磨性，有利于提高有足夠的硬度和耐磨性，有利于提高 齒面抗點蝕、膠合、磨損及塑性變形的能力；齒面抗點蝕、膠合、磨損及塑性變形的能力；輪齒芯部輪齒芯部 有足夠的抗彎曲強(qiáng)度及沖擊韌性；有足夠的抗彎曲強(qiáng)度及沖擊韌性； 齒輪加工及熱處理性能好；齒輪加工及熱處理性能好；一對齒輪一對齒輪材料的基本材料的基本要求要求 非金屬材料非金屬材料 夾布膠夾布膠 木、塑料木、塑料用于高速、小功用于高速、小功 率、精度不高或要求低噪聲的齒輪率、精度不高或要求低噪聲的齒輪中碳鋼中碳鋼 45 45、5050鋼鋼中碳合金鋼中碳合金鋼 40 Cr 40 Cr、35 SiMn35 SiMn低碳合金鋼低碳

36、合金鋼 20 Cr 20 Cr、20 SiMnTi20 SiMnTiZG310-570ZG310-570、ZG340-640ZG340-640用于尺寸大齒用于尺寸大齒輪輪灰鑄鐵灰鑄鐵 HT250 HT250、HT300 HT300 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 QT500-5 QT500-5、QT600-2QT600-2鑄鋼鑄鋼鍛鍛鋼鋼鑄鑄鐵鐵二常二常用材料用材料 中小中小尺寸尺寸齒輪齒輪低速輕載、尺低速輕載、尺寸要求不嚴(yán)的寸要求不嚴(yán)的開式齒輪開式齒輪經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)三三. 齒輪的熱處理方法齒輪的熱處理方法1 1軟齒面齒輪軟齒面齒輪（硬度硬度350HBS350HBS）處理方法處理方法 加熱、保溫、空冷加熱、保溫、

37、空冷齒面硬度齒面硬度 150 150230 HBS230 HBS適用鋼材適用鋼材 中碳鋼、中碳合金鋼中碳鋼、中碳合金鋼應(yīng)應(yīng) 用用 重型、大尺寸齒輪重型、大尺寸齒輪處理方法處理方法 淬火后高溫回火淬火后高溫回火齒面硬度齒面硬度 180 180350 HBS350 HBS適用鋼材適用鋼材 中碳鋼、中碳合金鋼中碳鋼、中碳合金鋼應(yīng)應(yīng) 用用 中低速、中小載荷，無特殊結(jié)構(gòu)要求的齒輪中低速、中小載荷，無特殊結(jié)構(gòu)要求的齒輪熱處熱處理方理方法法正正火火調(diào)調(diào)質(zhì)質(zhì)特特 點點 可在熱處理后進(jìn)行切齒可在熱處理后進(jìn)行切齒注意事項注意事項 當(dāng)一對齒輪均為軟齒面齒輪時，由于小齒輪的嚙合次數(shù)較大當(dāng)一對齒輪均為軟齒面齒輪時，由于

38、小齒輪的嚙合次數(shù)較大 齒輪多，為使兩齒輪壽命接近，小齒輪的齒面硬度一般應(yīng)比大齒齒輪多，為使兩齒輪壽命接近，小齒輪的齒面硬度一般應(yīng)比大齒輪高輪高3050HBS。齒輪的熱處理方法齒輪的熱處理方法2 2硬齒面齒輪硬齒面齒輪（硬（硬度度350HBS350HBS）處理方法處理方法 調(diào)質(zhì)后，表面加熱（高頻或火焰），水冷調(diào)質(zhì)后，表面加熱（高頻或火焰），水冷齒面齒面 40 4045 HRC45 HRC 適用鋼材適用鋼材 中碳鋼、中碳合金鋼中碳鋼、中碳合金鋼應(yīng)用應(yīng)用高速、重載，要求結(jié)構(gòu)緊奏的齒輪，如變速箱齒輪高速、重載，要求結(jié)構(gòu)緊奏的齒輪，如變速箱齒輪表表面面淬淬火火芯部芯部 調(diào)質(zhì)硬度調(diào)質(zhì)硬度硬硬度度特點熱處理

39、后齒面將產(chǎn)生變形，一般都需要經(jīng)過磨齒特特 點點 熱處理后齒面將產(chǎn)生變形，一般都需要磨齒熱處理后齒面將產(chǎn)生變形，一般都需要磨齒處理方法處理方法 表面滲碳后，淬火（高頻或火焰加熱，水冷）表面滲碳后，淬火（高頻或火焰加熱，水冷）滲滲碳碳淬淬火火芯部芯部 低碳鋼本身的硬度（低硬度）低碳鋼本身的硬度（低硬度）齒面齒面 58 5862 HRC62 HRC硬硬度度適用鋼材適用鋼材 低碳鋼、低碳合金鋼低碳鋼、低碳合金鋼應(yīng)用應(yīng)用 高速重載，有很大沖擊齒輪，如汽車拖拉齒輪高速重載，有很大沖擊齒輪，如汽車拖拉齒輪齒輪的熱處理方法齒輪的熱處理方法熱處理方法熱處理方法1、許用彎曲應(yīng)力 FP Flim 齒輪的齒根彎曲疲勞

40、極限齒根彎曲疲勞極限，見圖1112SFmin最小安全系數(shù)最小安全系數(shù)，一般傳動取1.31.5；重要傳動取1.63.0。YN壽命系數(shù)壽命系數(shù)，是考慮應(yīng)力循環(huán)次數(shù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 對疲勞極限影響的系數(shù)，一般取1； 當(dāng)考慮齒輪工作在有限壽命時，彎曲疲勞許用應(yīng)力可以提高系數(shù)，圖11-14輪齒雙向彎曲時，圖中Flim值需乘以0.7。對于開式齒輪傳動，用降低20%左右的許用彎曲應(yīng)力來考慮磨損的影響。YST試驗齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)，采用國家標(biāo)準(zhǔn)給定的試驗齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)，采用國家標(biāo)準(zhǔn)給定的Flim 計算時，計算時，YST=2二 許用應(yīng)力許用應(yīng)力是根據(jù)試驗齒輪的接觸疲勞極限和彎曲疲勞極限確定的。齒輪的極限應(yīng)力

41、的試驗條件是：高精度直齒輪，=20，a=100mm，m=35,b=1050mm，失效概率為1%。齒面粗糙度要求。當(dāng)所設(shè)計齒輪的工作條件與試驗條件不同時，需要加以修正。limminFSTNFPFYYS2、齒面許用接觸應(yīng)力 HP Hlim 試驗齒輪的接觸疲勞極限接觸疲勞極限，見圖1113SHmin最小安全系數(shù)最小安全系數(shù)，一般傳動取1.01.2；重要傳動取1.31.6。ZN壽命系數(shù)壽命系數(shù)，是考慮應(yīng)力循環(huán)次數(shù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 對疲勞極限影響的系數(shù)，一般取1； 當(dāng)考慮齒輪工作在有限壽命時，接觸疲勞許用應(yīng)力可以提高系數(shù)，圖11-15ZW工作硬化系數(shù)，它是用以考慮經(jīng)磨齒的硬齒面小齒輪與調(diào)質(zhì)鋼大齒輪工作硬

42、化系數(shù)，它是用以考慮經(jīng)磨齒的硬齒面小齒輪與調(diào)質(zhì)鋼大齒輪相嚙合時，對大齒輪齒面產(chǎn)生冷作硬化的作用，從而使大齒輪的相嚙合時，對大齒輪齒面產(chǎn)生冷作硬化的作用，從而使大齒輪的Hlim得到得到提高的系數(shù)。大齒輪的提高的系數(shù)。大齒輪的ZW由圖由圖11-16查取，小齒輪的查取，小齒輪的ZW略去。當(dāng)兩齒輪均略去。當(dāng)兩齒輪均為軟齒面或硬齒面時，為軟齒面或硬齒面時，ZW=1.二 許用應(yīng)力limminHWNHPHZ ZS11-4 11-4 直齒圓柱齒輪傳動的直齒圓柱齒輪傳動的強(qiáng)度計算強(qiáng)度計算 輪齒輪齒強(qiáng)強(qiáng)度計算度計算 齒根彎曲強(qiáng)度計算齒根彎曲強(qiáng)度計算 齒面接觸強(qiáng)度計算齒面接觸強(qiáng)度計算 一一 齒根彎曲強(qiáng)度計算齒根彎曲

43、強(qiáng)度計算 目的：目的：防止疲勞斷齒。防止疲勞斷齒。強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：將輪齒簡化為懸臂梁。按30切線法切線法確定齒根危險截面。按在齒頂嚙合計算齒根應(yīng)力。FF2cos/6nFFFFFhMWbSamSbmamhFFFFtcos)/(cos)/( 621FatFFFtYbmFamSamhbmF121)cos)/(cos)/( 6(式中：式中： F Ftltl 作用于小齒輪上的圓周力；作用于小齒輪上的圓周力； m m 模數(shù)；模數(shù)； amSamhYFFFFacos)/(cos)/(62 為載荷作用于齒頂?shù)凝X形系數(shù)為載荷作用于齒頂?shù)凝X形系數(shù) Y YFaFa是反映輪齒齒形（幾何形狀）抗彎曲能力的系數(shù)，是反映

44、輪齒齒形（幾何形狀）抗彎曲能力的系數(shù)，Y YFaFa愈小，愈小，輪齒的彎曲強(qiáng)度愈高。輪齒的彎曲強(qiáng)度愈高。Y YFaFa只與影響輪齒幾何形狀的參數(shù)只與影響輪齒幾何形狀的參數(shù)（齒數(shù)（齒數(shù)Z Z、壓力角、壓力角、變位系數(shù)、變位系數(shù)X X、齒頂高系數(shù)、齒頂高系數(shù)h ha a* *有關(guān)），有關(guān)），而與齒輪的模而與齒輪的模數(shù)數(shù)m m無關(guān)。無關(guān)。而模數(shù)則反映輪齒的大小對抗彎曲能力的影響。而模數(shù)則反映輪齒的大小對抗彎曲能力的影響。 齒數(shù)對齒形影響齒數(shù)對齒形影響ZZZ17Z17Z17Z20o =20or rb br rb br r壓力角對輪齒齒廓影響壓力角對輪齒齒廓影響負(fù)變位齒輪正變位齒輪標(biāo)準(zhǔn)齒輪分度圓變位系數(shù)

45、變位系數(shù)X X的影響的影響考慮壓應(yīng)力、切應(yīng)力和應(yīng)力集中等對考慮壓應(yīng)力、切應(yīng)力和應(yīng)力集中等對F F 的影響，引入載荷的影響，引入載荷作作用于齒頂時的應(yīng)力修正系數(shù)用于齒頂時的應(yīng)力修正系數(shù)Ysa，并令并令YFS = YFa Ysa。將將Ftl = 2000 KT1/d1和和d1=mz1FPFSSaFaFYZbmKTYYbmdKT1211120002000則可得齒根彎曲強(qiáng)度校核式：則可得齒根彎曲強(qiáng)度校核式： 式中：式中： K 載荷系數(shù)載荷系數(shù)b2 b b b1b兩輪的有效接觸齒寬兩輪的有效接觸齒寬YFs 為載荷作用于齒頂時的為載荷作用于齒頂時的復(fù)合齒形系數(shù)復(fù)合齒形系數(shù)，由圖，由圖11-18查取查取代入

46、式代入式FatFFbmF1 注意：注意：通常兩嚙合齒輪材料的通常兩嚙合齒輪材料的FP1FP1和和FP2FP2不同，復(fù)合齒形不同，復(fù)合齒形系數(shù)系數(shù)YFS1FS1和和YFS2FS2也不相同，也不相同，故應(yīng)故應(yīng)分別校核兩嚙合齒輪的齒根彎分別校核兩嚙合齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度曲疲勞強(qiáng)度。即：。即： 1112112000FPFSFYZbmKT2121212122000FPFSFSFFSFYYYZbmKT 2）設(shè)計計算）設(shè)計計算 根據(jù)齒輪工作能力決定齒輪參數(shù)（模數(shù)根據(jù)齒輪工作能力決定齒輪參數(shù)（模數(shù)m）方法：取齒寬系數(shù)方法：取齒寬系數(shù)d d =b/d =b/d1 1，代入上式可得代入上式可得設(shè)計公式。選擇標(biāo)設(shè)

47、計公式。選擇標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)準(zhǔn)依據(jù)P85P85表表4-14-1132112.6FSdFPKTYm z13212000FSdFPKTYm z或者或者mmmm 3）對于）對于開式開式齒輪傳動，只按彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計，但考慮到齒齒輪傳動，只按彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計，但考慮到齒 面磨損的影響，面磨損的影響，將求得的模數(shù)增大將求得的模數(shù)增大10%-15%，再圓整為標(biāo)，再圓整為標(biāo) 準(zhǔn)模數(shù)，或?qū)⒃S用應(yīng)力降低準(zhǔn)模數(shù)，或?qū)⒃S用應(yīng)力降低20% 。1）設(shè)計式中）設(shè)計式中YFS/FP= max（YFS1/FP1與與YFS2/FP2），因比值），因比值 大的齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度較弱；大的齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度較弱；設(shè)計計算公式使用說明：

48、設(shè)計計算公式使用說明： 2）不論計算）不論計算 FP1或或FP2，都是用，都是用T1和和Z1計算，因為計算圓周力計算，因為計算圓周力Ft1時是以小齒輪為依據(jù)的。時是以小齒輪為依據(jù)的。4提高輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度的主要措施提高輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度的主要措施強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：F FP，若出現(xiàn)若出現(xiàn)F F FPFP 的情況，則必需的情況，則必需采取措施來提高其齒根彎曲強(qiáng)度。采取措施來提高其齒根彎曲強(qiáng)度。增大模數(shù)增大模數(shù)m m適當(dāng)增加齒寬適當(dāng)增加齒寬b b選用正變位（選用正變位（x0 x0）FPFP一定一定（材（材料不變）料不變）減減 小小F F提高彎提高彎曲強(qiáng)度曲強(qiáng)度措施措施 F F一定一定（參數(shù)不變參數(shù)不

49、變）增大增大FPFP 改用高強(qiáng)度的材料，如合金鋼改用高強(qiáng)度的材料，如合金鋼改變熱處理方法，如改軟齒面齒改變熱處理方法，如改軟齒面齒輪為硬齒面輪為硬齒面FPFSSaFaFYZbmKTYYbmdKT1211120002000 齒輪傳動是線接觸的高副機(jī)構(gòu)，受載時接觸線變成狹小的齒輪傳動是線接觸的高副機(jī)構(gòu)，受載時接觸線變成狹小的接觸面，其上產(chǎn)生局部壓應(yīng)力，稱為表面接觸應(yīng)力，用接觸面，其上產(chǎn)生局部壓應(yīng)力，稱為表面接觸應(yīng)力，用H表示表示。齒輪在交變接觸應(yīng)力作用下，輪齒表面產(chǎn)生疲勞點。齒輪在交變接觸應(yīng)力作用下，輪齒表面產(chǎn)生疲勞點蝕，要避免點蝕，則應(yīng)使蝕，要避免點蝕，則應(yīng)使HHP（許用（許用接觸應(yīng)力）接觸應(yīng)力

50、）二二 齒面接觸強(qiáng)度計算齒面接觸強(qiáng)度計算1齒面接觸應(yīng)力齒面接觸應(yīng)力H計算計算 1) 1) H計算依據(jù)計算依據(jù)兩彈性圓柱體接觸應(yīng)力公式（赫茲兩彈性圓柱體接觸應(yīng)力公式（赫茲(H(H Hertz)Hertz)公式）公式）兩輪齒嚙合時，由于齒兩輪齒嚙合時，由于齒廓嚙合點位置在嚙合線廓嚙合點位置在嚙合線上變化，各嚙合點處的上變化，各嚙合點處的齒廓曲率半徑是變化的齒廓曲率半徑是變化的，而在節(jié)線附近一般為，而在節(jié)線附近一般為一一對對齒嚙合，齒嚙合，2 2）齒輪齒面接觸應(yīng)力）齒輪齒面接觸應(yīng)力H H 計算點位置的選擇計算點位置的選擇節(jié)線節(jié)線點蝕點蝕點蝕通常首先發(fā)生在節(jié)點蝕通常首先發(fā)生在節(jié)線附近的齒根部線附近的齒

51、根部2 2齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算1 1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核公式）齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核公式1211112HEHPuKTZbdu1112000dTFt5240sin4HZ將， ， 代入式中，可得： 兩輪的齒面接觸應(yīng)力為作用力與反作用力的關(guān)系，而兩輪的齒面接觸應(yīng)力為作用力與反作用力的關(guān)系，而H H計算時綜合考兩輪的材料和曲率半徑，故兩輪齒面接觸應(yīng)力計算時綜合考兩輪的材料和曲率半徑，故兩輪齒面接觸應(yīng)力相等。即：相等。即：H1H1=H2H2=H H 說明：說明： 因兩齒輪的材料、齒面硬度等可能不同，則兩輪的許用接因兩齒輪的材料、齒面硬度等可能不同，則兩輪的許用接 觸應(yīng)力不一定相等觸應(yīng)

52、力不一定相等(HP1HP1 HP2HP2 ) )，因此，計算時，許用接，因此，計算時，許用接 觸應(yīng)力應(yīng)取觸應(yīng)力應(yīng)取HPHP= min= min（HP1HP1，HP2HP2）。31211112uuKTZddPHE令為齒寬系數(shù)，令為齒寬系數(shù)， 則則b = b = d ddd1 1 ，將其代入上式，將其代入上式，整理后即得按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的小齒輪分度圓直徑整理后即得按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的小齒輪分度圓直徑算得算得d1后，按選擇的后，按選擇的Z1求求m后選標(biāo)準(zhǔn)值，再從新計算后選標(biāo)準(zhǔn)值，再從新計算d1，d2.1dbd2 2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計公式）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計公式Z Z1 1、m m

53、選擇選擇滿足不根切條件：滿足不根切條件：Z Z1 1 Z Z1min1min（直齒圓柱齒輪（直齒圓柱齒輪Z Z1min1min= 17= 17）滿足輪齒彎曲強(qiáng)度要求滿足輪齒彎曲強(qiáng)度要求: :對于動力傳動對于動力傳動m1.5m1.52 mm2 mm閉式硬齒面齒輪及開式齒輪：為保證有較大的模數(shù)閉式硬齒面齒輪及開式齒輪：為保證有較大的模數(shù)m m， 推薦推薦Z Z1 117172525閉式軟齒面齒輪：在滿足輪齒彎曲強(qiáng)度條件下，閉式軟齒面齒輪：在滿足輪齒彎曲強(qiáng)度條件下，Z Z1 1 盡量選大，推薦取盡量選大，推薦取 Z Z1 1=24-40=24-402 2 齒數(shù)和模數(shù)齒數(shù)和模數(shù) Z Z1 1、m m對

54、傳對傳動的影響動的影響 在在HPHPFPFP 一定時，齒輪強(qiáng)度一定時，齒輪強(qiáng)度H HF FZ1，m則d1 Z Z1 1d d1 1一定時一定時mm，平穩(wěn)性，平穩(wěn)性，h ha a，材料，材料膠合膠合，接觸強(qiáng)度不變，接觸強(qiáng)度不變但但F F，F(xiàn)PFP一定時，彎曲強(qiáng)度一定時，彎曲強(qiáng)度3 3 齒寬系數(shù)齒寬系數(shù)d d d d對傳對傳動影響動影響d dT T1 1一定時：一定時：d d1 1，傳動尺寸，傳動尺寸d d1 1一定一定時時b b F F，F(xiàn)P FP 一定時，彎曲強(qiáng)度一定時，彎曲強(qiáng)度H H，HP HP 一定時，接觸強(qiáng)度一定時，接觸強(qiáng)度d d徑向尺寸（徑向尺寸（d d1 1、 ）軸向尺寸軸向尺寸，沿

55、齒寬偏載嚴(yán)重，沿齒寬偏載嚴(yán)重d d選擇：選擇：根據(jù)齒輪根據(jù)齒輪相對于軸相對于軸承布置選承布置選 對稱布置：偏載小，對稱布置：偏載小，d d，d d =0 =08-18-14 4；非對稱布置時：偏載大，非對稱布置時：偏載大，d d = 0 = 061612 2；懸臂布置：偏載嚴(yán)重，懸臂布置：偏載嚴(yán)重，d d，d d=0=030304 4對稱布置對稱布置非對稱布置非對稱布置懸臂布置懸臂布置根據(jù)齒面根據(jù)齒面硬度選硬度選 一對軟齒面齒輪：一對軟齒面齒輪：d d兩輪均為硬齒面齒輪：兩輪均為硬齒面齒輪：d d，d d值相應(yīng)減小值相應(yīng)減小5050根據(jù)使用根據(jù)使用條件選條件選 減速器齒輪：齒輪數(shù)目少，軸向尺寸

56、要求不減速器齒輪：齒輪數(shù)目少，軸向尺寸要求不 嚴(yán)，嚴(yán)，d d變速箱齒輪：齒輪數(shù)目多，軸向尺寸不能變速箱齒輪：齒輪數(shù)目多，軸向尺寸不能過大，過大，d d，d d0.20.2一一斜齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計算特點斜齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計算特點 11-5 斜齒圓柱齒輪與直齒錐齒輪的強(qiáng)度計算斜齒圓柱齒輪與直齒錐齒輪的強(qiáng)度計算1當(dāng)量齒輪當(dāng)量齒輪 與與斜齒輪法向齒形相斜齒輪法向齒形相當(dāng)?shù)募傧胫碑?dāng)?shù)募傧胫饼X齒圓柱圓柱齒輪齒輪 zv= zcos3 斜齒輪強(qiáng)度計算可轉(zhuǎn)化為當(dāng)量直齒輪的強(qiáng)度計算斜齒輪強(qiáng)度計算可轉(zhuǎn)化為當(dāng)量直齒輪的強(qiáng)度計算與直齒輪傳動比較，斜齒輪傳動具有下列主要的優(yōu)點：與直齒輪傳動比較，斜齒輪傳動具有下列主要的優(yōu)

57、點：嚙合性能好。嚙合性能好。在斜齒輪傳動中，其輪齒的接觸線為在斜齒輪傳動中，其輪齒的接觸線為與齒輪軸線傾斜的直線，輪齒開始嚙合和脫離嚙合都與齒輪軸線傾斜的直線，輪齒開始嚙合和脫離嚙合都是逐漸的，因而傳動平穩(wěn)、噪聲小，同時這種嚙合方是逐漸的，因而傳動平穩(wěn)、噪聲小，同時這種嚙合方式也減小了制造誤差對傳動的影響。式也減小了制造誤差對傳動的影響。重合度大。重合度大。這樣就降低了每對輪齒的載荷，從而相這樣就降低了每對輪齒的載荷，從而相對的提高了齒輪的承載能力，延長了齒輪的使用壽命，對的提高了齒輪的承載能力，延長了齒輪的使用壽命，并使傳動平穩(wěn)。并使傳動平穩(wěn)。斜齒標(biāo)準(zhǔn)齒輪不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)較直齒輪要少，斜

58、齒標(biāo)準(zhǔn)齒輪不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)較直齒輪要少，因此，采用斜齒輪傳動可以得到更為緊湊的機(jī)構(gòu)因此，采用斜齒輪傳動可以得到更為緊湊的機(jī)構(gòu)斜齒輪傳動的主要缺點：斜齒輪傳動的主要缺點：在運(yùn)動時會產(chǎn)生軸向推力在運(yùn)動時會產(chǎn)生軸向推力3、主要設(shè)計參數(shù)的選擇、主要設(shè)計參數(shù)的選擇 螺旋角螺旋角(1) 增大增大可提高傳動平穩(wěn)性和承載能力，故應(yīng)取大些；可提高傳動平穩(wěn)性和承載能力，故應(yīng)取大些；(2)過大，軸向力（過大，軸向力（Ft1tg）增大，使軸承及傳動裝置的尺）增大，使軸承及傳動裝置的尺寸增大，傳動效率降低。寸增大，傳動效率降低。的大小視工作要求和加工精度而定。一般推薦的大小視工作要求和加工精度而定。一般推薦=102

59、5對于人字齒輪，因其軸向力相互抵消，對于人字齒輪，因其軸向力相互抵消，可取大些。（可取大些。（ =1025 ，常用，常用30 左右左右）斜齒圓柱齒輪的齒寬系數(shù)可比直齒圓柱齒輪選的略大；齒數(shù)斜齒圓柱齒輪的齒寬系數(shù)可比直齒圓柱齒輪選的略大；齒數(shù)Z1可以選的略小?？梢赃x的略小。齒寬系數(shù)齒寬系數(shù)d d設(shè)計時：設(shè)計時：b2= d.d1 b1=b2+（510）mm二二 直齒圓錐齒輪傳動的強(qiáng)度計算特點直齒圓錐齒輪傳動的強(qiáng)度計算特點 可分為直齒、斜齒和曲線齒錐齒輪傳動。本節(jié)僅介紹常用的可分為直齒、斜齒和曲線齒錐齒輪傳動。本節(jié)僅介紹常用的軸交角為軸交角為90的直齒錐齒輪傳動的強(qiáng)度條件。的直齒錐齒輪傳動的強(qiáng)度條件

60、。直齒錐齒輪傳動僅適合于直齒錐齒輪傳動僅適合于5m/s的傳動。的傳動。標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)為大端模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)為大端模數(shù)，幾何尺寸按大端計算。，幾何尺寸按大端計算。一般一般以齒寬中點的當(dāng)量直齒圓柱齒輪作為計算基礎(chǔ)。以齒寬中點的當(dāng)量直齒圓柱齒輪作為計算基礎(chǔ)。1.1.結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比大結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比大( (動力傳動中，動力傳動中， 一般單級傳動比一般單級傳動比 i =8=88080，在分度傳，在分度傳 動中，可達(dá)動中，可達(dá)1000)1000)，2. 2. 傳動平穩(wěn)，振動、沖擊和噪聲均很傳動平穩(wěn)，振動、沖擊和噪聲均很 小，在一定的條件下具有自鎖性等小，在一定的條件下具有自鎖性等傳動缺點傳動缺點摩擦發(fā)熱大，齒面的