第03章齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)

1、3-1 3-1 齒輪傳動(dòng)概述 3-1 齒輪傳動(dòng)概述 3-1 齒輪傳動(dòng)概述38HRC 3-1 齒輪傳動(dòng)概述3-2 齒輪傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則疲勞折斷是閉式硬齒面的主要失效形式！3-2 齒輪傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則3-2 齒輪傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則3-2 齒輪傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則3-2 齒輪傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則3-3 齒輪材料、熱處理及精度如何選材？3-3 齒輪材料、熱處理及精度3-3 齒輪材料、熱處理及精度3-3 齒輪材料、熱處理及精度齒輪副的側(cè)隙：3-3 齒輪材料、熱處理及精度Fn1Fn2Fn1Ft1Fr1在節(jié)點(diǎn)C處進(jìn)行分解設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)齒輪，標(biāo)準(zhǔn)中心距安裝，力集中作用在齒寬中點(diǎn)，忽略摩

2、擦力cbaFn1 Fr1 T1Pd1Ft1 3-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算1t112TFd 將主動(dòng)輪的Fn在節(jié)點(diǎn)C處進(jìn)行分解： r1t1tan FF t1ncosFF 61119.55 10 N mmPTn112 cosTd Fn1Ft1Fr1t2F r2F 222Td 3-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算圓周力Ft：徑向力Fr：Ft1Ft2Fr1Fr23-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算n2n1Fr1Ft1Ft2n1n2Fr2Ft2Ft112Fr2Fr1主視圖左視圖注意：1、力的作用點(diǎn)2、下標(biāo)3-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算名義載荷：t1ncosFFncnFKFK：載荷系數(shù) 計(jì)算載荷：載荷

3、系數(shù)：KKAKvKKb原動(dòng)機(jī)原動(dòng)機(jī)工作機(jī)械的載荷特性工作機(jī)械的載荷特性均均 勻勻中等沖擊中等沖擊較大沖擊較大沖擊電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)1.0 1.21.2 1.61.6 1.8多缸內(nèi)燃機(jī)多缸內(nèi)燃機(jī)1.2 1.61.6 1.81.9 2.1單缸內(nèi)燃機(jī)單缸內(nèi)燃機(jī)1.6 1.81.8 2.02.2 2.4見(jiàn)表3-13-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算考慮齒輪副本身的嚙合誤差，如制造誤差造成兩基節(jié)不等，齒形誤差，輪齒變形等直齒圓柱齒輪 ： Kv 1.05 1.4斜齒圓柱齒輪： Kv 1.02 1.2考慮制造誤差及輪齒彈性變形，對(duì)于同時(shí)參與嚙合的兩對(duì)輪齒 K =11.2K =11.4精度高取小值，反之取大值斜齒圓柱

4、齒輪：直齒圓柱齒輪：3-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算考慮齒輪非對(duì)稱布置、軸的變形 3-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算齒輪隨之偏斜，引起偏載不對(duì)稱布置時(shí)，靠近軸承一側(cè)受載大懸臂布置時(shí)，偏載更嚴(yán)重靠近轉(zhuǎn)矩輸入端的齒側(cè)變形大，故受載大若齒輪靠近轉(zhuǎn)矩輸入端布置，偏載嚴(yán)重若齒輪遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩輸入端布置，偏載減小3-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算3-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算齒輪越寬、硬度越大，越容易產(chǎn)生偏載軟齒面 取 1.01.2硬齒面 取 1.11.35齒寬較小、對(duì)稱布置、軸剛度大 取偏小值沿齒寬方向修形或做成鼓形齒，可減小偏載的取值：為使齒輪不發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕，應(yīng)保證HHP最大接觸應(yīng)力許用接觸應(yīng)力nH2

5、21212111()FLEE 21211nEFZb 1、2 兩圓柱體材料的泊松比E1、E2 兩圓柱體材料的彈性模量“+” 號(hào)用于外接觸，“” 號(hào)用于內(nèi)接觸3-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算13-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算dCN sin2111 dCN sin2222 ddzzu1212 dd coscos11 udu tancos) 1( 2111211221 3-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 bFZnEH nncKFF cos211dKT 2ZbL nEHFZb ubduKTZZ2112E) 1(2tancos2 MPa)1(2211HEubduKTZZZ 3-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)

6、度計(jì)算1HEH212(1)KT uZ Z Zbd u節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)（圖3-11）材料系數(shù)MPa（表3-2）一對(duì)相嚙合的大小兩輪，其接觸應(yīng)力一樣嗎？重合度系數(shù)3-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 bFZnEH HlimHPHminNZS3-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算natN60 主動(dòng) 主動(dòng) 3-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算MPa)1(2HP211HEH ubduKTZZZ2HE131HPd21()mmZ Z ZKT udu 1ddb 3-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算d 越大， 接觸強(qiáng)度 越小, (Fn 減小;齒廓平直) 齒寬系數(shù)MPa) 1(2HP211HEH ubduKTZZZ3-4 直齒

7、圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算2HE131HPd21()mmZ Z ZKT udu 3-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算HlimHPHminNZS HP211HEH) 1(2 ubduKTZZZb1=b2b1b23-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算FFPFn（動(dòng)畫(huà)）300MNSFBD SF bE3-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算Fn行修正FnFncosFFnsinFFFyt3-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算EWMF nFFcosFhWF1FF212coscos/6KThdbSmSF1F2126 coscosKTbd mFnFncosFFSFhFmhFF1216cos2cosmKTbdm1Fa12KTYbd

8、 mYFa SF b3-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算FFa26 coscosY3-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算3-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算考慮切應(yīng)力、壓應(yīng)力及過(guò)渡圓角處應(yīng)力集中的影響，引入應(yīng)力修正系數(shù)YSa（圖3-15）3-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算saY1FFaSa12 MPaKTY Y Ybd m Y 0.650.853-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算1F1Fa1 Sa112KTY Y Ybd m1F2Fa2 Sa212KTYYYbd mF1F2Fa1Fa2YY z1 z2Sa1Sa2YYFa1 Sa1Fa2Sa2Y YYYFlimSTFPFminNYYS一對(duì)相嚙合的大小兩輪

9、，其彎曲強(qiáng)度是否一樣？FP1FP2Fa1Sa1Fa2Sa2FP1FP2YYYY F1F23-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算1F1Fa1Sa112KTYYbd m 1FaSa321FP2(mm)dKT YY Ymz 11F2Fa2Sa2Fa2Sa2FP2321d122 (MPa)KTKTYYYYYbd mm z 取兩者中的大值代入1Fa1Sa132d12KTYYYm z FP1 (MPa) 向上圓整為標(biāo)準(zhǔn)值3-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算MPa2FPSaFad2131F YYYzmKT3-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算FP1Sa1Fa1 YYFP2Sa2Fa2 YY齒數(shù) z1 的選取分度圓直徑

10、 d 一定時(shí)（即 a、 i 不變）：YFaYSa m FFF m 平穩(wěn) h切削量少，省工省時(shí)原則：在保證齒根彎曲強(qiáng)度的前提下，選取盡可能多的齒數(shù)。閉式硬齒面或開(kāi)式傳動(dòng)：z1=17253-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算MPa2FPSaFa11F YYYbmdKT，試問(wèn)對(duì)齒輪傳動(dòng)有何影響？3-4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算mn1=mn2n1=n2b1=-b23-5 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算112dTttanFbntancostFbFnFrFtFfbtnncoscosFFb一般齒輪： b =10 25人字齒輪：b =25 40bFan3-5 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算3-5 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度

11、計(jì)算力的方向： Ft1Fa1主動(dòng)輪3-5 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算n1n2FF r1r2FF a1a2FF t1t2FF 例：n1n2123-5 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算Fa2Fa1Ft1Ft2Fr2Fr1n2n1Fa1Fa2Ft1Ft2Fr2Fr13-5 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算b b 212cos2dba b b211cosddv b b311cosTTv b bcosbbv uzzzzuvvv 12121HEH212(1)KT uZ Z Zbd u1HEH212(1)KT uZ Z Z Zbd ucosZ 0.75 0.88Z 11cosnm zdbttbHZ b btancosc

12、os22 3-5 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算1HEHHP1HP22121min,(MPa)KT uZ Z Z ZbduHE2131HPd21()(mm)Z Z Z ZKT uduHP1HP2min,d1b d3-5 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算設(shè)計(jì)式：mm)(12)ZZZZ(312EH1uuKTddHP add 221b bcosnzmd ：3-5 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算1FFaSa1n2(MPa)KTY Y Y Ybd m0.65 0.85Y 0.85 0.92Y 3v/cos zz3-5 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算1F1Fa1 Sa1 FP11n2(MPa)KTY Y YYbd m21F

13、aSa3n2d 1FP2cos (mm)KTYYY Ymz1F2Fa2 Sa2FP21n2(MPa)KTY Y YYbd m大值代入3-5 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算3-6 直齒圓錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算2211;mzdmzd uu 21tan;/1tan 2115 . 0udR Rb/R 1Rm1)5 . 01(dd mm)5 . 01(Rm 3-6 直齒圓錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算11m1vcos dd 22m2vcos dd 111vcos zz 222vcos zz 221121v2vvcoscosuzzzzu 111v1tv1cos2 TdFT 3-6 直齒圓錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算FnFtFrF

14、fFant1cosFF1m12T dt11tansinFt11tancosFt1t2FF r1a2FF a1r2FF Ff3-6 直齒圓錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 Ft2 = Ft1 ； Fr2= Fa1； Fa2= Fr1n2Fr2Fa2Fr1Ft1Fa1n1Ft23-6 直齒圓錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算1HHEHP23RR140.85(10.5)KTZ Zd u2HE1312HPRR4()0.85(10.5)Z ZKTdu取有效齒寬beH0.85b3-6 直齒圓錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算討論：初選 z1計(jì)算 m=d1/z1，并向上取標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算 d1= mz1、z2、d2、u 等2115.0udR R 不能圓

15、整！mm)5 . 01 (85. 0432RR12HPHE1uKTZZd 設(shè)計(jì)式： 小錐齒輪大端分度圓直徑3-6 直齒圓錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算直齒圓柱齒輪：11FFaSa32d2KTY Y Ym z1FFaSaFP232214(10.5)1RRKTY Ym zu1FaSa3222FP14(10.5)1RRKTY Ymzuv/coszz大值代入忽略重合度的影響，代入當(dāng)量齒輪參數(shù)，由3-6 直齒圓錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度設(shè)計(jì)：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：(由齒頂圓直徑?jīng)Q定)e機(jī)械設(shè)計(jì) 3-7 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)毛坯是鍛造3-7 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)毛坯是鍛造3-7 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)毛坯是鑄造材料為鑄鐵或鑄鋼3-7 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

16、軟齒面硬度350HBS，硬齒面硬度350HBS 或38HRC載荷大小：重載、輕載工作環(huán)境：閉式、開(kāi)式3-8 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)方法和參數(shù)選擇3-8 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)方法和參數(shù)選擇3-8 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)方法和參數(shù)選擇3-8 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)方法和參數(shù)選擇16 h /天。已知：軸的剛性較小，電機(jī)驅(qū)動(dòng)。1115kW970r/min4Pnu3-8 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)方法和參數(shù)選擇直齒圓柱齒輪1、選擇材料和熱處理方式2、計(jì)算許用接觸應(yīng)力、許用彎曲應(yīng)力3、初選：z1、z2 、 d，查取K、 ZE、ZH閉式齒輪？3、初選：z1、z2 、d ，查取K、 YFa、YSa2HE131HPd21()Z Z ZKT uduFaS

17、a132d1FP2Y Y YKTmz4、計(jì)算模數(shù)并向上取標(biāo)準(zhǔn)值11zdm 4、模數(shù)向上取標(biāo)準(zhǔn)值5、求a，b1、b2，d1、d2、da1、da2，df1、df25、求a，b1、b2，d1、d2、da1、da2，df1、df26、查 YFa、YSa，校核彎曲疲勞強(qiáng)度6、查取ZE、ZH，校核接觸疲勞強(qiáng)度按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，不需校核接觸強(qiáng)度，只增大模數(shù)即可(以下略)YN軟齒面？NY1FFaSaFP12KTY Y Ybd m1HEHHP212(1)KT uZ Z Zbd u直齒圓錐齒輪設(shè)計(jì)思路與直齒圓柱齒輪相同！3-8 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)方法和參數(shù)選擇斜齒圓柱齒輪1、選擇材料和熱處理方式2、計(jì)算許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力3、初選：z1、z2 、d、b0閉式齒輪？HE2131HP