机械设计基础—常用零部件设计 教学课件 作者 李贵三 第八章 齿轮传动的强度设计.ppt

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1、第八章齿轮传动的强度设计第一节齿轮传动的失效形式和计算准则第二节齿轮的材料及热处理第三节齿轮传动的计算载荷第四节齿轮传动的受力分析第五节齿轮传动的强度计算第六节齿轮传动的设计参数与许用应力第七节齿轮传动的结构设计与润滑第一节齿轮传动的失效形式和计算准则一、齿轮传动的失效形式1轮齿的折断轮齿折断的主要原因如下1）轮齿工作时相当于悬臂梁受载，在齿根处产生的弯曲应力最大，加上齿根过渡圆角和切削刀痕等原因引起的应力集中，在多次重复载荷的作用下，在受拉力一边的齿根处将产生疲劳裂纹。裂纹的逐渐扩大将导致轮齿的疲劳折断。2）

2、当轮齿受到意外冲击或短期过载时，由于强度不够、齿轮质脆或模数较小，往往会发生过载折断。3）制造、安装等误差及轴的变形，将使齿轮工作时载荷沿齿宽分布不均，易发生局部折断。2齿面的失效齿面的失效形式有磨损、点蚀、胶合、塑性变形等。齿面磨损分跑合磨损和磨粒磨损两种。图8-1局部齿折断图8-2齿面磨粒磨损（2）齿面疲劳点蚀齿面疲劳点蚀是润滑良好的闭式齿轮传动中常见的齿面失效形式之一，如图8-3所示。图8-3齿面疲劳点蚀（3）齿面胶合齿面胶合可以沿全齿宽产生，也可在局部齿面上产生，如图8-4所示。图8-4齿面胶合（4）齿

3、面的塑性变形当软齿面齿轮承受重载时，在齿面压力和摩擦力的作用下，可能产生齿面的塑性变形。这种变形以节线为界：主动齿轮齿顶和齿根的摩擦力方向是背离节线的，因此在节线附近形成凹槽；从动齿轮齿顶和齿根的摩擦力方向是指向节线的，因此在节线附近形成凸脊，如图8-5所示。图8-5齿面的塑性变形二、计算准则上述各种失效形式中，磨粒磨损、胶合等失效形式目前还没有较成熟的简明计算方法，在工程实际中通常只作齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度的计算。第二节齿轮的材料及热处理一、对齿轮材料的基本要求二、齿轮材料三、材料的热处理及化学处理一

4、、对齿轮材料的基本要求1）具有足够的硬度。2）使轮齿具有较高的弯曲强度和韧性。3）要有良好的工艺性。二、齿轮材料齿轮材料应用最广泛的是钢；其次是铸铁；对于一些特殊要求的齿轮传动，也有的采用非金属材料。常用齿轮材料见表8-1。常用齿轮副齿面硬度组合见表8-2。三、材料的热处理及化学处理1调质对于45钢、40Cr、35SiMn等材料，经过调质处理后，其强度、韧性等综合性能较好，齿面硬度通常为210~250HBW，一般不超过280~300HBW。2正火正火处理后齿轮的强度和硬度低于淬火和调质齿轮。3表面淬火常用于

5、40Cr、45钢制成的齿轮。三、材料的热处理及化学处理4渗氮淬火渗碳淬火一般用于韧性较好的低碳合金结构钢20Cr、20CrMnTi等。5渗氮渗氮可使齿面获得很高的硬度，无需速冷过程；渗氮后轮齿翘曲较小且不需磨齿，因而特别适用于内齿轮或其他难以进行磨削的齿轮。6碳氮共渗碳氮共渗适用于中碳钢，硬化层也较薄(0.1~0.3mm)，故不允许磨齿第三节齿轮传动的计算载荷一、使用系数二、动载系数三、齿向载荷分布系数Kβ四、齿间载荷分配系数Kα一、使用系数设计时考虑到原动机和工作机的工作特性引起的外部附加动载荷，以使用系数KA来体

6、现其对轮齿实际所受载荷大小的影响。KA值见表8-3。一、使用系数二、动载系数Kv动载系数Kv值可根据圆周速度和齿轮传动精度系数由图8-6查取图8-6动载系数Kv值三、齿向载荷分布系数KβKβ是考虑载荷沿齿面接触线分布不均匀而影响轮齿弯曲和接触疲劳强度的系数。如图8-7所示图8-7轮齿所受的载荷分布不均二、动载系数Kv齿向载荷分布系数Kβ值可按图8-8查取。图8-8齿向载荷分布系数Kβ四、齿间载荷分配系数Kα齿间载荷分配系数分别以KFα和KHα表示，齿间载荷分配系数的值可以按表8-4选取。第四节齿轮传动的受力分析如图8

7、-9所示，将作用在节点P处的法向力Fn分解为圆周力Ft和径向力Fr，各力大小分别为(8-3)（8-4）图8-9直齿圆柱齿轮轮齿的受力分析二、标准斜齿圆柱齿轮传动受力分析圆周力Ft、轴向力Fa和径向力Fr。各力的大小为（8-5）图8-10标准斜齿圆柱齿轮三、标准直齿锥齿轮传动的受力分析法向力Fn可分解为相切于分度圆锥面的圆周力Ft1、径向力Fr1和轴向力Fa1，如图8-11所示，力的大小为（8-6）图8-11标准直齿锥齿轮的轮齿受力分析第五节齿轮传动的强度计算一、标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算二、标准斜齿圆柱轮传

8、动的强度计算三、支持锥齿轮传动的强度计算一、标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算1齿根弯曲疲劳强度的计算2齿面接触疲劳强度计算1齿根弯曲疲劳强度的计算作与齿廓对称中心线成30°角的两直线和齿根圆角过渡曲线相切，连接两切点后得到的平行于齿轮轴线的截面是齿根危险截面，见图8-14。图8-14轮齿受载及齿根应力1齿根弯曲疲劳强度的计算齿根