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1、高等職業(yè)教育機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)核心技術(shù)課程機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陳陳 峰峰 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 徐剛濤徐剛濤教學(xué)課件教學(xué)課件編創(chuàng)制作編創(chuàng)制作第六章第六章 平行軸線齒輪傳動(dòng)平行軸線齒輪傳動(dòng)(圓柱齒輪傳動(dòng)圓柱齒輪傳動(dòng))第七節(jié)第七節(jié) 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 第八節(jié)第八節(jié) 齒輪常用材料及熱處理齒輪常用材料及熱處理第九節(jié)第九節(jié) 齒輪傳動(dòng)精度簡(jiǎn)介齒輪傳動(dòng)精度簡(jiǎn)介第十節(jié)第十節(jié) 漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 第十一節(jié)第十一節(jié) 漸開(kāi)線斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)漸開(kāi)線斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)：潘存云第七節(jié)第七節(jié)

2、 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則輪齒折斷輪齒折斷1、失效形式失效形式設(shè)計(jì)：潘存云潘存云教授研制輪齒折斷輪齒折斷1、失效形式失效形式齒面點(diǎn)蝕齒面點(diǎn)蝕第七節(jié)第七節(jié) 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則輪齒折斷輪齒折斷1、失效形式失效形式齒面點(diǎn)蝕齒面點(diǎn)蝕齒面膠合齒面膠合措施：措施：1.提高齒面硬度提高齒面硬度2.減小齒面粗糙度減小齒面粗糙度3.增加潤(rùn)滑油粘度增加潤(rùn)滑油粘度4.加抗膠合添加劑加抗膠合添加劑第七節(jié)第七節(jié) 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)：潘存云輪齒折斷輪齒折斷1、失效形式失效形式齒面點(diǎn)蝕齒面點(diǎn)蝕齒面膠合齒面膠合齒面

3、磨損齒面磨損措施：措施：1.減小齒面粗糙度減小齒面粗糙度2.改善潤(rùn)滑條件改善潤(rùn)滑條件磨粒磨損磨粒磨損跑合磨損跑合磨損第七節(jié)第七節(jié) 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)：潘存云輪齒折斷輪齒折斷1、失效形式失效形式齒面點(diǎn)蝕齒面點(diǎn)蝕齒面膠合齒面膠合齒面磨損齒面磨損從動(dòng)齒從動(dòng)齒主動(dòng)齒主動(dòng)齒齒面塑性變形齒面塑性變形從動(dòng)齒從動(dòng)齒主動(dòng)齒主動(dòng)齒從動(dòng)齒從動(dòng)齒主動(dòng)齒主動(dòng)齒從動(dòng)齒從動(dòng)齒主動(dòng)齒主動(dòng)齒第七節(jié)第七節(jié) 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則2、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則軟齒面（硬度軟齒面（硬度350HBS）的閉式齒輪傳動(dòng)：）的閉式齒輪傳動(dòng)：齒面抗點(diǎn)蝕能力差，潤(rùn)滑條件良好，齒

4、面點(diǎn)蝕將是主要的失效形式。齒面抗點(diǎn)蝕能力差，潤(rùn)滑條件良好，齒面點(diǎn)蝕將是主要的失效形式。在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，通常按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再作齒根彎曲疲勞在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，通常按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再作齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。強(qiáng)度校核。硬齒面（硬度硬齒面（硬度350HBS）的閉式齒輪傳動(dòng)：）的閉式齒輪傳動(dòng)：齒面抗點(diǎn)蝕能力強(qiáng)，但易發(fā)生齒根折斷，齒根疲勞折斷是主要失效齒面抗點(diǎn)蝕能力強(qiáng)，但易發(fā)生齒根折斷，齒根疲勞折斷是主要失效形式。在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，通常按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再作齒面接形式。在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，通常按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再作齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核。觸疲勞強(qiáng)度校核。當(dāng)一對(duì)齒輪均為鑄鐵制造時(shí)，一般只需作輪齒彎

5、曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)當(dāng)一對(duì)齒輪均為鑄鐵制造時(shí)，一般只需作輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算。算。對(duì)于開(kāi)式傳動(dòng)，其主要失效形式將是齒面磨損，通常只按齒根彎曲對(duì)于開(kāi)式傳動(dòng)，其主要失效形式將是齒面磨損，通常只按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再考慮磨損，將所求得的模數(shù)增大疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再考慮磨損，將所求得的模數(shù)增大1020。第八節(jié)第八節(jié) 齒輪常用材料及熱處理齒輪常用材料及熱處理常用常用齒輪材料齒輪材料優(yōu)質(zhì)碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼鑄鋼鑄鋼鑄鐵鑄鐵熱處理方法熱處理方法表面淬火表面淬火滲碳淬火滲碳淬火調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)正火正火滲氮滲氮一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如4545、40Cr40Cr等。表面

6、等。表面淬火后輪齒變形小，可不磨齒，硬度可達(dá)淬火后輪齒變形小，可不磨齒，硬度可達(dá)5256HRC5256HRC，面硬芯軟，能承受一定沖擊載荷。面硬芯軟，能承受一定沖擊載荷。1.表面淬火表面淬火高頻淬火、火焰淬火高頻淬火、火焰淬火2.滲碳淬火滲碳淬火滲碳鋼為含碳量滲碳鋼為含碳量0.150.25%0.150.25%的低碳鋼和低碳合金鋼，的低碳鋼和低碳合金鋼，如如2020、20Cr20Cr等。齒面硬度達(dá)等。齒面硬度達(dá)5662HRC5662HRC，齒面接觸強(qiáng)度，齒面接觸強(qiáng)度高，耐磨性好，齒芯韌性高。常用于受沖擊載荷的重高，耐磨性好，齒芯韌性高。常用于受沖擊載荷的重要傳動(dòng)。通常滲碳淬火后要磨齒。要傳動(dòng)。通

7、常滲碳淬火后要磨齒。調(diào)質(zhì)一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如調(diào)質(zhì)一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如4545、40Cr40Cr、35SiMn35SiMn等。調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度為：等。調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度為：220260HBS 220260HBS。因?yàn)橛捕炔桓撸士稍跓崽幚砗缶旋X形，且在使用因?yàn)橛捕炔桓?，故可在熱處理后精切齒形，且在使用中易于跑合。中易于跑合。3.調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)4.正火正火正火能消除內(nèi)應(yīng)力、細(xì)化晶粒、改善力學(xué)性能和切削正火能消除內(nèi)應(yīng)力、細(xì)化晶粒、改善力學(xué)性能和切削性能。機(jī)械強(qiáng)度要求不高的齒輪可用中碳鋼正火處理。性能。機(jī)械強(qiáng)度要求不高的齒輪可用中碳鋼正火處理。大直徑的齒輪可用鑄鋼正火處理。大直徑的齒

8、輪可用鑄鋼正火處理。滲氮是一種化學(xué)處理。滲氮后齒面硬度可達(dá)滲氮是一種化學(xué)處理。滲氮后齒面硬度可達(dá)6062HRC6062HRC。氮化處理溫度低，輪齒變形小，適用于難以磨齒的場(chǎng)合，氮化處理溫度低，輪齒變形小，適用于難以磨齒的場(chǎng)合，如內(nèi)齒輪。材料為：如內(nèi)齒輪。材料為：38CrMoAlA.38CrMoAlA.5.滲氮滲氮特點(diǎn)及應(yīng)用：特點(diǎn)及應(yīng)用：調(diào)質(zhì)、正火處理后的硬度低，調(diào)質(zhì)、正火處理后的硬度低，HBS 350HBS 350，屬軟齒面，屬軟齒面，工藝簡(jiǎn)單、用于一般傳動(dòng)。當(dāng)大小齒輪都是軟齒面時(shí)，工藝簡(jiǎn)單、用于一般傳動(dòng)。當(dāng)大小齒輪都是軟齒面時(shí)，因小輪齒根薄，彎曲強(qiáng)度低，故在選材和熱處理時(shí)，因小輪齒根薄，彎曲

9、強(qiáng)度低，故在選材和熱處理時(shí)，小輪比大輪硬度高小輪比大輪硬度高:2050HBS:2050HBS表面淬火、滲碳淬火、滲氮處理后齒面表面淬火、滲碳淬火、滲氮處理后齒面硬度高，屬硬硬度高，屬硬齒面。其承載能力高，但一般需要磨齒。常用于結(jié)構(gòu)齒面。其承載能力高，但一般需要磨齒。常用于結(jié)構(gòu)緊湊的場(chǎng)合。緊湊的場(chǎng)合。第九節(jié)第九節(jié) 齒輪傳動(dòng)精度簡(jiǎn)介齒輪傳動(dòng)精度簡(jiǎn)介誤差的影響：誤差的影響：1.1.轉(zhuǎn)角與理論不一致，影響運(yùn)動(dòng)的不準(zhǔn)確性；轉(zhuǎn)角與理論不一致，影響運(yùn)動(dòng)的不準(zhǔn)確性；2.2.瞬時(shí)傳動(dòng)比不恒定，出現(xiàn)速度波動(dòng)，引起震動(dòng)、瞬時(shí)傳動(dòng)比不恒定，出現(xiàn)速度波動(dòng)，引起震動(dòng)、沖擊和噪音影響運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性；沖擊和噪音影響運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性；3

10、.3.齒向誤差導(dǎo)致輪齒上的載荷分布不均勻，使輪齒提齒向誤差導(dǎo)致輪齒上的載荷分布不均勻，使輪齒提 前損壞，影響載荷分布的不均勻性。前損壞，影響載荷分布的不均勻性。國(guó)標(biāo)國(guó)標(biāo)GB10095-88GB10095-88給齒輪副規(guī)定了給齒輪副規(guī)定了1212個(gè)精度等級(jí)。其中個(gè)精度等級(jí)。其中1 1級(jí)最高，級(jí)最高，1212級(jí)最低，常用的為級(jí)最低，常用的為6 69級(jí)精度。級(jí)精度。按照誤差的特性及它們對(duì)傳動(dòng)性能的主要影響，將齒輪按照誤差的特性及它們對(duì)傳動(dòng)性能的主要影響，將齒輪的各項(xiàng)公差分成三組，分別反映傳遞運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性，傳的各項(xiàng)公差分成三組，分別反映傳遞運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性，傳動(dòng)的平穩(wěn)性和載荷分布的均勻性。動(dòng)的平穩(wěn)性和載荷

11、分布的均勻性。在一般情況下，可選三個(gè)公差組為同一精度等級(jí)，在一般情況下，可選三個(gè)公差組為同一精度等級(jí)，但也容許根據(jù)使用要求的不同，選擇不同精度等級(jí)的但也容許根據(jù)使用要求的不同，選擇不同精度等級(jí)的公差組組合。第公差組組合。第公差組精度等級(jí)公差組精度等級(jí)69級(jí)的選擇可根級(jí)的選擇可根據(jù)齒輪類(lèi)型和圓周速度確定，第據(jù)齒輪類(lèi)型和圓周速度確定，第公差組一般不得低公差組一般不得低于第于第公差組的精度等級(jí)。公差組的精度等級(jí)。三個(gè)公差組三個(gè)公差組:第第公差組公差組運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性第第公差組公差組傳動(dòng)平穩(wěn)性傳動(dòng)平穩(wěn)性第第公差組公差組載荷分布均勻性載荷分布均勻性 齒厚偏差有齒厚偏差有C、D、E、F、G、H、J、K

12、、L、M、N、P、R、S等等14種，每種代號(hào)所規(guī)定的齒厚偏差值種，每種代號(hào)所規(guī)定的齒厚偏差值均是均是f p t（齒距極限偏差）的數(shù)倍。（齒距極限偏差）的數(shù)倍。設(shè)計(jì)：潘存云O2O1tt1（主動(dòng)）（主動(dòng)）N1N2c d12 FnT1第十節(jié)第十節(jié) 漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算一、一、輪齒輪齒受力分析受力分析和計(jì)算載荷和計(jì)算載荷圓周力圓周力 徑向力徑向力 法向力法向力 小齒輪上的轉(zhuǎn)矩小齒輪上的轉(zhuǎn)矩 P P為傳遞的功率（為傳遞的功率（KWKW）1 1 小齒輪上的角速度，小齒輪上的角速度，n n1 1 小齒輪上的轉(zhuǎn)速小齒輪上的轉(zhuǎn)速 d d1 1 小齒輪上的分度圓直徑，小

13、齒輪上的分度圓直徑，壓力角壓力角1、各作用力的大小及方向、各作用力的大小及方向O22（從動(dòng)）（從動(dòng)）O1N1N2tt1（主動(dòng)）（主動(dòng)）T1c d12d22 FtFrFnFn2 2、計(jì)算載荷計(jì)算載荷F Fn n 名義載荷名義載荷受力變形受力變形制造誤差制造誤差安裝誤差安裝誤差附加動(dòng)載荷附加動(dòng)載荷載荷集中載荷集中用計(jì)算載荷用計(jì)算載荷KFKFn n代替名義載荷代替名義載荷F Fn n以考慮載荷集中和附加以考慮載荷集中和附加動(dòng)載荷的影響，動(dòng)載荷的影響，K 載荷系數(shù)載荷系數(shù)Fnb()maxFnb()minFnc=KFn設(shè)計(jì)：潘存云二、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算二、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 O22（從動(dòng)）（從動(dòng)）O

14、1N1N2tt1（主動(dòng)）（主動(dòng)）T1c d12d22 C12對(duì)于一對(duì)鋼制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)對(duì)于一對(duì)鋼制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng) 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: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:公式應(yīng)用注意：公式應(yīng)用注意：2、許用接觸應(yīng)力、許用接觸應(yīng)力 Hlim Hlim 接觸疲勞極限接觸疲勞極限,由實(shí)驗(yàn)確定由實(shí)驗(yàn)確定,S SHmin Hmin 為最小安全系數(shù)。為最小安全系數(shù)。1、式中的、式中的H，在，在H1 H2數(shù)值不同時(shí)，應(yīng)將較小數(shù)值不同時(shí)，應(yīng)將較小的一個(gè)代入計(jì)算。的一個(gè)代入計(jì)算。3、d稱(chēng)為齒寬因數(shù)稱(chēng)為齒寬因數(shù)=b/d1 4、在作齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，前面兩個(gè)

15、公式只適用于鋼、在作齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，前面兩個(gè)公式只適用于鋼制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，若配對(duì)材料不是鋼對(duì)鋼，則應(yīng)按制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，若配對(duì)材料不是鋼對(duì)鋼，則應(yīng)按其材料確定相應(yīng)的材料系數(shù)其材料確定相應(yīng)的材料系數(shù) r rb bO O3030 3030 三、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的計(jì)算三、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的計(jì)算 假定載荷僅由一對(duì)輪齒承擔(dān)，按懸臂梁計(jì)算。假定載荷僅由一對(duì)輪齒承擔(dān)，按懸臂梁計(jì)算。齒頂嚙合時(shí)，彎矩達(dá)最大值。齒頂嚙合時(shí)，彎矩達(dá)最大值。h hF FF Fn nF F2 2F F1 1S SF FF F 彎曲力矩：彎曲力矩：M=KFM=KFn nh hF FcoscosF F 危險(xiǎn)界面的彎曲截面系數(shù)危險(xiǎn)

16、界面的彎曲截面系數(shù) 彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力 危險(xiǎn)截面危險(xiǎn)截面 齒根圓角齒根圓角3030 切線兩切點(diǎn)連線處。切線兩切點(diǎn)連線處。齒頂受力：齒頂受力：F Fn n，可分解成兩個(gè)分力：，可分解成兩個(gè)分力：F F1 1=F=Fn n cos cosF F F F2 2=F=Fn n sin sinF F 產(chǎn)生彎曲應(yīng)力；產(chǎn)生彎曲應(yīng)力；壓應(yīng)力，小而忽略。壓應(yīng)力，小而忽略。F Fn nhhF F和和S SF F與模數(shù)與模數(shù)m m相關(guān)，相關(guān)，輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式：輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式：故故Y YFsFs與模數(shù)與模數(shù)m m無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪,Y,YFsFs僅取決于齒數(shù)僅取決于齒數(shù)Z Z。YFs 齒齒形系數(shù)形系數(shù)計(jì)算時(shí)取計(jì)算時(shí)取 較大者，計(jì)算結(jié)果應(yīng)圓整較大者，計(jì)算結(jié)果應(yīng)圓整,且且m 1.5mmm 1.5mm。一般一般Y YF1F1 Y YF2F2，F(xiàn)1F1 F2F2 引入齒寬系數(shù)引入齒寬系數(shù) d d=b/d=b/d1 1代入得設(shè)計(jì)公式代入得設(shè)計(jì)公式 公式中公式中 “+”用于外嚙合，用于外嚙合，“-”用于內(nèi)嚙合。用于內(nèi)嚙合。在滿足彎曲強(qiáng)度的條件下可適當(dāng)選取較多的齒數(shù)，在滿足彎曲強(qiáng)