齿轮传动受力分析要点
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齿轮传动的受力分析
1.受力分析 直齿锥齿轮的轮齿受力分析模型如下图，将总法向载荷集中作用于齿宽中 点处的法面截面内。Fn可分解为圆周力Ft1，径向力Fr1和轴向力Fa1三个分力。 各分力计算公式：
F t1 2 T1 d m1
F F ' cos F tan cos r 1 1 t 1
F F ' sin F tan sin a 1 1 t 1 1
tan n cos
1
1
1
F tan 轴向力 F a1 t1
由于Fa∝tan，为了不使轴承承受的 轴向力过大，螺旋角不宜选得过大，常 在=8º ～20º 之间选择。
3 斜齿圆柱齿轮传动的受力分析和强度计算
力的方向判断 主动轮上的切向力F t 1 与齿轮回 转方向 n 1相反；从动轮上的切向 力 F t 2 与齿轮回转方向 n 2 相同。 两轮的径向力F r 的方向都指 向各自的轮心。
F 的方向，则与 至于轴向力 齿轮回转方向和螺旋线方向有关， 可用主动轮左、右手法则判断 (右图)：左螺旋用左手，右螺旋 用右手，握住齿轮轴线，四指曲 指方向为回转方向，则大拇指的 F1 指向为轴向力 的指向，从动轮 的轴向力 与其相反。 F 2
轴向力方向判断
4直齿锥齿轮传动
4 直齿圆锥啮合力为分析对象，并不计啮合轮齿间的摩擦力，可得：
F t1
2 T1 d1
2 T 1 F F tan tan r1 t1 d 1
Ft1 Fn 1 cos
2 斜齿圆柱齿轮传动的受力分析和强度计算
2 受力分析
2 T1 圆周力 F t1 d1
径向力 F r1F t1
蜗轮轴向力的方向与蜗杆圆周力方向相反。
蜗杆传动受力方向判断 蜗杆旋向与蜗轮转向的关系
F t1 2 T1 d m1
F F ' cos F tan cos r 1 1 t 1
F F ' sin F tan sin a 1 1 t 1 1
tan n cos
1
1
1
F tan 轴向力 F a1 t1
由于Fa∝tan，为了不使轴承承受的 轴向力过大，螺旋角不宜选得过大，常 在=8º ～20º 之间选择。
3 斜齿圆柱齿轮传动的受力分析和强度计算
力的方向判断 主动轮上的切向力F t 1 与齿轮回 转方向 n 1相反；从动轮上的切向 力 F t 2 与齿轮回转方向 n 2 相同。 两轮的径向力F r 的方向都指 向各自的轮心。
F 的方向，则与 至于轴向力 齿轮回转方向和螺旋线方向有关， 可用主动轮左、右手法则判断 (右图)：左螺旋用左手，右螺旋 用右手，握住齿轮轴线，四指曲 指方向为回转方向，则大拇指的 F1 指向为轴向力 的指向，从动轮 的轴向力 与其相反。 F 2
轴向力方向判断
4直齿锥齿轮传动
4 直齿圆锥啮合力为分析对象，并不计啮合轮齿间的摩擦力，可得：
F t1
2 T1 d1
2 T 1 F F tan tan r1 t1 d 1
Ft1 Fn 1 cos
2 斜齿圆柱齿轮传动的受力分析和强度计算
2 受力分析
2 T1 圆周力 F t1 d1
径向力 F r1F t1
蜗轮轴向力的方向与蜗杆圆周力方向相反。
蜗杆传动受力方向判断 蜗杆旋向与蜗轮转向的关系
齿轮传动受力分析
任务三：综合分析（知识应用）
1、斜—斜齿轮传动的受力分析
n1
输入轴
中间轴 n2
n3
3
Fx2
3 Fx3
4
1
2
2
Fx1
输出轴
n3
中间轴上两个齿轮的轴向力方向相反，减轻中间轴和轴承的受力。
2、锥—斜齿轮传动的受力分析
输入轴
n1
中间轴
Fx2
n2
2
1 3
3
Fx3
n3
4
中间轴上两个齿轮的轴向力方向相反，减轻中间轴和轴承的受力。
（5）为了使Ⅱ轴上的轴向力尽可能小，齿轮Z6的旋向为
轴向力方向为
。
，Z6产生的
（6）若该传动系统在结构上要求Ⅲ轴和Ⅳ轴的中心距为102 mm，齿轮Z5的
模数为2mm。则Z5和Z7这对齿轮传动应为
（高度变位、正角度变位、
负角度变位）齿轮传动。此时的啮合角
（大于、小于、等于）分度
圆上齿形角，Z7的齿廓形状为
各力的计算Fx1 Ft2
Ft 2
2T2 d2
Fr1 Fr2
Fr2 Ft 2 t a n
2
2
n2
Fr1
Fx1
Ft2
n1
Fr1
1
n2 Fr1
Fx2
Ft1
n1 1 Fr1
在分析蜗杆和蜗轮受力方向时，必须先指明主动轮和从动轮（一般蜗 杆为主动轮）；蜗杆或蜗轮的螺旋方向：左旋或右旋；蜗杆的转向和位置。
蜗杆与蜗轮轮齿上各方向判断如下：
① 圆周力的方向：主动轮圆周力与其节点速度方向相反，从 动轮圆周力与其节点速度方向相同；
② 径向力的方向：由啮合点分别指向各自轴心； ③ 轴向力的方向 ：蜗杆主动时，蜗杆轴向力的方向由“主 动轮左、右手定则”判断，即右旋蜗杆用右手（左旋用左手），四 指顺着蜗杆转动方向弯曲，大拇指指向即蜗杆轴向力的方向。 蜗轮轴向力的方向与蜗杆圆周力方向相反。
齿轮传动受力分析PPT课件
中间轴上两个齿轮的轴向力方向相反，减轻中间轴和轴承的受力
调 整 螺 旋 角 2 和 3 可 使 F a 2 F a 3 0
.
5
5 锥柱两级齿轮传动的情况
n3 中间轴 n2 Fa2
2
n1
输入轴
1
3
4
3
Fa3
中间轴上两个齿轮的轴向力方向相反，减轻中间轴和轴承的受力
整 螺 旋 角 3 可 使 F a 2 F a 3 0
从动
主动轮上的圆周力Ft与其速度方向相反；
从动轮上的圆周力Ft与其. 速度方向相同， 径向力指向各轮的轮心。
T1,n1
n2 T2
2
2 斜齿轮轮齿受力方向、转速、转矩方向分析
主动
T1,n1
O1
Fa1 Fr1
Ft2
Ft1
Fr2 Fa2
n2
从动 O2
T2
主动
T1,n1
Ft1 Fa1
Fa2 Ft2
从动
n2 T2
齿轮传动受力分析
圆柱直齿、斜齿、锥齿轮、蜗杆
受力分析的目的: (1)协调输入、输出转向
原动机和工作机的速度方向 (2)轴、轴承的载荷分析
啮合件的力作为轴、轴承外力载荷
.
1
1 直齿轮轮齿受力方向、转速、转矩方向分析
主动 O1
Ft2 Fr2
T1,n1
Fr1 Ft1 n2
O2
从动
T2
主动
Ft1
Fr1
Ft2 Fr2
Fr、Ft的判定与直齿轮相同。
主动轮轴向力Fa1左旋用左手；右旋用右手判断。从动轮Fa2与其相反。
.
3
3 锥齿轮受力方向分析
T2 n2
齿轮受力综合分析
齿轮受力综合分析齿轮是一种常用的机械传动元件，主要用于将一个轴上的动力或运动传递给另一个轴。
齿轮的工作原理是利用两个齿轮之间的啮合来传递动力和转矩，因此齿轮的强度和刚度是十分重要的。
齿轮传动在使用的过程中，由于外界的作用，会受到不同方向的力和力矩的作用，因此齿轮在设计时需要考虑各种力和力矩的综合作用。
齿轮的受力综合分析就是针对齿轮在使用过程中受到的各种力和力矩进行分析和计算，以确保齿轮能够安全、稳定地工作。
下面将介绍齿轮受力综合分析中需要考虑的各种因素。
1. 齿轮轴向力对于两个相啮合的齿轮，轴向力是沿着齿轮轴线方向上的力。
轴向力的大小和方向取决于齿轮在传递动力时所受的载荷和加速度，以及齿轮位置和啮合角度等因素。
一般情况下，齿轮所受的轴向力都会导致轴承的不必要负荷，因此在设计和制造齿轮时需要考虑这一因素。
齿轮切向力是指沿齿轮齿向方向的力，它与齿轮的强度和刚度密切相关。
齿轮工作时，由于啮合处的弯曲应力和拉伸应力的作用，会产生齿面接触处的切向力，这对齿轮的耐磨性和稳定性都有很大的影响。
因此，在设计齿轮时需要根据切向力的大小和方向制定相应的强度和刚度要求。
3. 齿轮弯曲应力齿轮在工作时会产生弯曲应力，主要集中在齿根和齿尖处。
由于齿轮的齿根处和齿谷处是应力集中部位，因此设计时需要特别注意这些位置的强度和刚度。
4. 齿轮振动齿轮振动是指齿轮在工作时由于啮合错位或不平衡造成的振动。
振动会导致齿面磨损加剧，甚至引起齿面的破坏。
因此在设计齿轮时需要考虑振动的影响，采取相应的措施进行消除或控制。
综合以上因素，在设计齿轮时需要根据所要传递的动力和转矩大小、啮合角度、齿数等因素，结合材料强度和制造工艺等因素进行综合分析和计算，以确保齿轮能够在安全、稳定的工作状态下工作。
齿轮传动受力分析完整版本
.
受力分析的目的: (1)协调输入、输出转向
原动机和工作机的速度方向 (2)轴、轴承的载荷分析
啮合件的力作为轴、轴承外力载荷
.
2 斜齿轮轮齿受力方向、转速、转矩方向分析
主动
T1,n1
O1
Fa1 Fr1
Ft2
Ft1
Fr2 Fa2
n2
从动 O2
T2
主动
T1,n1
Ft1 Fa1
Fa2 Ft2
从动
n2 T2
Fr、Ft的判定与直齿轮相同。
主动轮轴向力Fa1左旋用左手；右旋用右手判断。从动轮Fa2与其相反。
.
3 锥齿轮受力方向分析
a2主动从动两级圆柱齿轮传动的情况输入轴输出轴中间轴a3中间轴上两个齿轮的轴向力方向相反减轻中间轴和轴承的受力锥柱两级齿轮传动的情况输入轴a3中间轴上两个齿轮的轴向力方向相反减轻中间轴和轴承的受力受力分析的目的
齿轮传动受力分析
圆柱直齿、斜齿、锥齿轮、蜗杆
受力分析的目的: (1)协调输入、输出转向
原动机和工作机的速度方向 (2)轴、轴承的载荷分析
T2 n2
从动
Fa2 Ft2 Fr2
Fr1 O
Fa1 Ft1
T1,n1 主动
.
4 两级圆柱齿轮传动的情况
n1
输入轴
中间轴 n2
3
Fa2
3 Fa3
1
2
2
Fa1
n3
4
n3
输出轴
中间轴上两个齿轮的轴向力方向相反，减轻中间轴和轴承的受力
调 整 螺 旋 角 2 和 3 可 使 F a 2 F a 3 0
.
5 锥柱两级齿轮传动的情况
n3 中间轴 n2 Fa2
齿轮传动受力
(2) 确定齿轮2 、3、 4 的轮齿旋向，要求轴Ⅱ上 两斜齿轮所受轴向力可相互抵消一部分；
(3) 标出齿轮2 、3 所受各分力的方向。 解：输出轴的转向、齿轮2、 3、 4 轮齿的旋向以 及齿轮2 、3 所受各分力的方向见图5-4。 解题要点：
(1) 中间轴上两轮轮齿旋向相 同 要想使轴Ⅱ上两斜齿轮 所受轴向力相互抵消一部分， 以减小中间轴上轴承的轴向 载荷，必须得使该轴上的两
10.普通斜齿圆柱齿轮的螺旋角取值范围是多少？为 什么人字齿轮和双斜齿轮的螺旋角可取较大的数值？
11. 选择齿轮齿数时应考虑哪些因素？ 12. 在锥-柱齿轮传动中，应将锥齿轮放在高速级还 是低速级？为什么？ 13.某开式齿轮传动发生轮齿折断，试提出可能的改 进措施（要求提出5种）。 14. 圆柱直齿轮、圆柱斜齿轮、直齿锥齿轮的标准模
2. 标准直齿圆柱齿轮传动中，轮齿弯曲强度计算中
的齿形系数只决定于_______。
A. 模数m C. 齿宽系数φd
B. 齿数z
D. 齿轮精度等级
答案
3. 一对齿轮传动，已知齿数 z1< z2，则当它们相啮
合时，齿面接触应力_____。
A.σH1> σH2 C. σH1< σH2
B. σH1= σH2
6. 一对标准钢制直齿圆柱齿轮传动，已知z1 ＜ z2， 问两齿轮轮齿的接触应力是否相等？弯曲应力是否 相等？为什么？ 7. 为什么轮齿弯曲疲劳裂纹常发生在齿根受拉伸侧？
8. 什么是齿形系数？它与哪些因素有关？直齿、斜 齿圆柱齿轮及直齿锥齿轮的齿形系数各应按齿轮的 什么参数选取？
9.什么叫硬齿面齿轮？什么叫软齿面齿轮？各适用 于什么场合？
数情况下是正确的，唯一例外的是对于圆柱内齿轮其径向力Fr 应为背离其轮心。
齿轮传动受力分析
轴向力和径向力的支撑结构强度校核
对于锥齿轮和蜗杆传动中产生的轴向力和径向力，需要对支撑结构进行强度校核。这包括轴承、轴和箱 体等结构的强度校核，以确保它们能够承受相应的载荷并正常工作。
06
齿轮传动优化设计及实例 分析
优化设计目标与方法
减小齿轮传动误差
通过优化齿轮参数和啮合条件，降低传动误差，提高传动精度。
齿轮传动作用
实现平行轴、相交轴或交错轴之 间的动力和运动传递，具有结构 紧凑、效率高、寿命长等优点。
齿轮类型及其特点
01
02
03
圆柱齿轮
分为直齿、斜齿和人字齿， 用于平行轴之间的传动， 具有结构简单、制造方便 等特点。
圆锥齿轮
分为直齿、斜齿和曲线齿， 用于相交轴之间的传动， 具有重合度大、传动平稳 等特点。
连续性啮合
斜齿圆柱齿轮的啮合是连续的，即在整个啮合过程中，至 少有两个或两个以上的轮齿同时参与啮合，从而提高了传 动的平稳性和承载能力。
啮合角变化
随着齿轮的旋转，啮合角会发生变化，导致切向力、径向 力和轴向力的方向和大小也发生变化。
切向力、径向力和轴向力计算
01
切向力计算
切向力是齿轮传递扭矩时产生的力，其大小与齿轮的模数、压力角和传
圆周力
蜗杆作为主动件，通过齿面接触将动力传递给蜗轮，产生圆周力。圆周力的大小与传递的 扭矩和蜗轮的半径有关。
锥齿轮和蜗杆强度校核
弯曲强度校核
对于锥齿轮和蜗杆，需要进行弯曲强度校核，以确保齿根弯曲应力在许用范围内。弯曲强度校核通常涉及齿轮的模数 、齿数、压力角和许用应力等参数。
接触强度校核
锥齿轮和蜗杆的接触强度校核是为了保证齿面接触应力在许用范围内。接触强度校核需要考虑齿轮的载荷、齿宽、齿 面硬度和许用接触应力等因素。
对于锥齿轮和蜗杆传动中产生的轴向力和径向力，需要对支撑结构进行强度校核。这包括轴承、轴和箱 体等结构的强度校核，以确保它们能够承受相应的载荷并正常工作。
06
齿轮传动优化设计及实例 分析
优化设计目标与方法
减小齿轮传动误差
通过优化齿轮参数和啮合条件，降低传动误差，提高传动精度。
齿轮传动作用
实现平行轴、相交轴或交错轴之 间的动力和运动传递，具有结构 紧凑、效率高、寿命长等优点。
齿轮类型及其特点
01
02
03
圆柱齿轮
分为直齿、斜齿和人字齿， 用于平行轴之间的传动， 具有结构简单、制造方便 等特点。
圆锥齿轮
分为直齿、斜齿和曲线齿， 用于相交轴之间的传动， 具有重合度大、传动平稳 等特点。
连续性啮合
斜齿圆柱齿轮的啮合是连续的，即在整个啮合过程中，至 少有两个或两个以上的轮齿同时参与啮合，从而提高了传 动的平稳性和承载能力。
啮合角变化
随着齿轮的旋转，啮合角会发生变化，导致切向力、径向 力和轴向力的方向和大小也发生变化。
切向力、径向力和轴向力计算
01
切向力计算
切向力是齿轮传递扭矩时产生的力，其大小与齿轮的模数、压力角和传
圆周力
蜗杆作为主动件，通过齿面接触将动力传递给蜗轮，产生圆周力。圆周力的大小与传递的 扭矩和蜗轮的半径有关。
锥齿轮和蜗杆强度校核
弯曲强度校核
对于锥齿轮和蜗杆，需要进行弯曲强度校核，以确保齿根弯曲应力在许用范围内。弯曲强度校核通常涉及齿轮的模数 、齿数、压力角和许用应力等参数。
接触强度校核
锥齿轮和蜗杆的接触强度校核是为了保证齿面接触应力在许用范围内。接触强度校核需要考虑齿轮的载荷、齿宽、齿 面硬度和许用接触应力等因素。
齿轮受力分析
( Fn ) b max ( Fn ) b min
用计算载荷KFn代替名义载荷Fn以考虑载荷集中和附加 动载荷的影响，K----载荷系数 表11-3 载荷系数K
原动机 电动机 多缸内燃机 单缸内燃机
长沙交通学院专用
工作机械的载荷特性 中等冲击 大的冲击 均 匀 1.2~1.6 1.6~1.8 1.1~1.2 1.2~1.6 1.6~1.8 1.6~1.8
一、轮齿上的作用力及计算载荷 各作用力的方向如图
2T1 圆周力： Ft d 1
d2 2 t N1 Fn c
O2 α ω2 （从动） N2 α t t N1
O2 α Fn N2 Fr α t c Ft d1 T1 2 ω1 α （主动） O1
径向力： Fr1 Fr 2 Ft tg 法向力： Fn Ft / cos 小齿轮上的转矩：
6 6 P T1 10 9.5510 1 n1
Fn
d1 T1 2
P
N mm
α
ω1 （主动） O
1
长沙交通学院专用
P为传递的功率（KW） ω 1----小齿轮上的角速度， n1----小齿轮上的转速 d1----小齿轮上的分度圆直径， α----压力角
二、计算载荷 Fn---名义载荷 受力变形 制造误差 安装误差
1.8~2.0
1.9~2.1 2.2~2.4
§11-7
斜齿圆柱齿轮传动
一、轮齿上的作用力 轮齿所受总法向力Fn可分解为三个分力 :
圆周力Ft的方向在主动轮上 与运动方向相反，在从动论 上与运动方向相同；径向力 指向各自的轴心；轴向力的 方向由螺旋方向和轮齿工作 面而定。
2T F Ft 1 轴向力：Fa Ft tg 径向力： r 圆周力： d1
用计算载荷KFn代替名义载荷Fn以考虑载荷集中和附加 动载荷的影响，K----载荷系数 表11-3 载荷系数K
原动机 电动机 多缸内燃机 单缸内燃机
长沙交通学院专用
工作机械的载荷特性 中等冲击 大的冲击 均 匀 1.2~1.6 1.6~1.8 1.1~1.2 1.2~1.6 1.6~1.8 1.6~1.8
一、轮齿上的作用力及计算载荷 各作用力的方向如图
2T1 圆周力： Ft d 1
d2 2 t N1 Fn c
O2 α ω2 （从动） N2 α t t N1
O2 α Fn N2 Fr α t c Ft d1 T1 2 ω1 α （主动） O1
径向力： Fr1 Fr 2 Ft tg 法向力： Fn Ft / cos 小齿轮上的转矩：
6 6 P T1 10 9.5510 1 n1
Fn
d1 T1 2
P
N mm
α
ω1 （主动） O
1
长沙交通学院专用
P为传递的功率（KW） ω 1----小齿轮上的角速度， n1----小齿轮上的转速 d1----小齿轮上的分度圆直径， α----压力角
二、计算载荷 Fn---名义载荷 受力变形 制造误差 安装误差
1.8~2.0
1.9~2.1 2.2~2.4
§11-7
斜齿圆柱齿轮传动
一、轮齿上的作用力 轮齿所受总法向力Fn可分解为三个分力 :
圆周力Ft的方向在主动轮上 与运动方向相反，在从动论 上与运动方向相同；径向力 指向各自的轴心；轴向力的 方向由螺旋方向和轮齿工作 面而定。
2T F Ft 1 轴向力：Fa Ft tg 径向力： r 圆周力： d1