齿轮传动-精ppt课件
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齿轮传动设计培训讲解课件.ppt
轮的基圆为定圆，在其同一方向的内公
切线只有一条。所以无论两齿廓在任何
位置接触，过接触点所作两齿廓的公法
线为一固定直线，它与连心线O1O2的交 点C必是一定点。因此渐开线齿廓满足
定角速比要求。
13
上午9时0分
图d 渐开线齿廓满足定角速比证明
14
上午9时0分
由图d知，两轮的传动比为
i12
1 2
O2C O1C
36
Δy—齿顶高变动系数
上午9时0分
二、齿轮设计基础知识 1、齿轮机构及其设计 —变位齿轮传动
齿轮变位的意义：
➢ 避免根切。
➢ 改善小齿轮的寿命（传动比较大时，使小齿轮齿厚 增大，大齿轮齿厚减小，使一对齿轮的寿命相当） ➢ 凑中心距以满足实际应用要求
37
上午9时0分
二、齿轮设计基础知识 1、齿轮机构及其设计 —平行轴斜齿轮圆柱齿轮传动
3）发生线与基圆的切点N即为渐开线上
K点的曲率中心，线段为K点的曲率半径。
随着K点离基圆愈远，相应的曲率
10
上午9时0分
半径愈大；而K点离基圆愈近，相应的 曲率半径愈小。
4）渐开线的形状取决于基圆的大小。如 图c所示，基圆半径愈小，渐开线愈弯曲；
基圆半径愈大，渐开线愈趋平直。当基
圆半径趋于无穷大时，渐开线便成为直
➢分度圆螺旋角β
法面参数为标准参数
斜齿轮的基本尺寸也是以其分度圆柱为基准圆来进行计算的。斜齿轮 分度圆柱上的螺旋线的切线与其轴线所夹锐角称为分度圆螺旋角（简称螺 旋角）。
螺旋角β是斜齿轮的重要的基本参数之一，由于轮齿倾斜了β角，使斜
齿轮传动时产生了轴向力，β越大，轴向力越大。
39
上午9时0分
齿轮传动讲解.pptx
第27页/共35页
渐开线齿轮的切削加工
➢ 仿形法 铣床
铣直齿
第28页/共35页
铣斜齿
渐开线齿轮的切削加工
➢ 展成法 插齿加工
滚直齿
第29页/共35页
滚斜齿
根切现象
➢ 展成法加工标准齿 轮时，如果齿数太 少，会出现轮齿根 部的渐开线齿廓被 部分切除的现象， 这种现象称为根切。
➢ 为保证不发生根切， 齿数应不少于17， 即： zmin≥17
第22页/共35页
➢ 2006年会考（8分） ➢ 有一对正常齿制的标准圆柱齿轮，已知
n1=900r/min，n2=300r/min，a=200mm， m=5mm，求齿数z1，z2，齿顶圆直径da1， 分度圆直径d2
第23页/共35页
➢ 2007年会考题（8分） 相啮合的一对标准直齿圆柱齿轮，齿数
第20页/共35页
➢ 2002会考（10分） ➢ 相啮合的一对标准直齿圆柱齿轮，
n1=900r/min，n2=300r/min，a=200mm， m=4mm，求齿数z1、z2各是多少？
第21页/共35页
➢ 2003年会考（10分） ➢ 已知一标准直齿圆柱齿轮，齿距
p=25.12mm，分度圆直径d=360mm，求齿 数z，圆直径da以及齿厚s分别为多少？
第25页/共35页
➢ 2010年会考（10分） ➢ 相啮合的一对标准直齿圆柱齿轮，已知
n1=1200r/min，n2=600r/min，a=150mm， m=5mm ➢ 求：（1）齿数z1，z2；
（2）齿轮1的分度圆直径d1，齿轮2 的齿根圆直径df2.
第26页/共35页
常用的齿轮结构
常见的圆柱齿轮结构如图所示。齿轮轴、实心式、 腹板式、轮辐式
渐开线齿轮的切削加工
➢ 仿形法 铣床
铣直齿
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铣斜齿
渐开线齿轮的切削加工
➢ 展成法 插齿加工
滚直齿
第29页/共35页
滚斜齿
根切现象
➢ 展成法加工标准齿 轮时，如果齿数太 少，会出现轮齿根 部的渐开线齿廓被 部分切除的现象， 这种现象称为根切。
➢ 为保证不发生根切， 齿数应不少于17， 即： zmin≥17
第22页/共35页
➢ 2006年会考（8分） ➢ 有一对正常齿制的标准圆柱齿轮，已知
n1=900r/min，n2=300r/min，a=200mm， m=5mm，求齿数z1，z2，齿顶圆直径da1， 分度圆直径d2
第23页/共35页
➢ 2007年会考题（8分） 相啮合的一对标准直齿圆柱齿轮，齿数
第20页/共35页
➢ 2002会考（10分） ➢ 相啮合的一对标准直齿圆柱齿轮，
n1=900r/min，n2=300r/min，a=200mm， m=4mm，求齿数z1、z2各是多少？
第21页/共35页
➢ 2003年会考（10分） ➢ 已知一标准直齿圆柱齿轮，齿距
p=25.12mm，分度圆直径d=360mm，求齿 数z，圆直径da以及齿厚s分别为多少？
第25页/共35页
➢ 2010年会考（10分） ➢ 相啮合的一对标准直齿圆柱齿轮，已知
n1=1200r/min，n2=600r/min，a=150mm， m=5mm ➢ 求：（1）齿数z1，z2；
（2）齿轮1的分度圆直径d1，齿轮2 的齿根圆直径df2.
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常用的齿轮结构
常见的圆柱齿轮结构如图所示。齿轮轴、实心式、 腹板式、轮辐式
《齿轮传动设计》PPT课件
三、渐开线齿轮的啮合特性
渐开线齿轮符合齿廓啮合基本定 律,即能保证定传动比传动 由齿廓啮合基本定律知
i12
1 2
O2P O1P
❖ 由渐开线性质知,
❖ 啮合点公法线与二基圆内公切
线重合
N2
❖ 二基圆为定圆,N1N2为定直线, 则节点P为定点
i12 12
O2Pr2'rb2 O1P r1' rb1
co
n. st
机械设计基础 ——齿轮传动
例题2
❖已知:一渐开线直齿圆柱齿轮,用卡尺测量出齿顶圆直径 da=208mm, 齿根圆直径df=172mm, 数得齿数z=24.
❖求：该齿轮的模数m,齿顶高系数ha*和顶隙系数c*
解:
da(z2ha *)m208 mm
df(z2h a *2c*)m 17m 2 m
m 8 mm
O1
1 rb1
P K’
N1 K
C１
C２
2 rb2
O2
机械设计基础 ——齿轮传动
三、渐开线齿轮的啮合特性
机械设计基础 ——齿轮传动
5-4 渐开线标准齿轮的基本尺寸
一、外齿轮 二、内齿轮 三、齿条
机械设计基础 ——齿轮传动
一、外齿轮
1 各部分名称和符号 2 基本参数 3 几何尺寸 4 例题
机械设计基础 ——齿轮传动
h
* a
1
c
*
0 .25
正常齿: 短齿:
m 1mm h a *1,c*0.25 m 1mm h a *1,c*0.35
ha*0.8,c*0.3
机械设计基础 ——齿轮传动
例题3
❖已知: 法向距离〔即公法线长度〕分别为 :W3 = 61.84mm,
《齿轮传动机械设计》PPT课件
▲ 传动效率高 η可达99％； ▲ 构造紧凑;
▲ 工作可靠，寿命长； ▲ 传动比稳定;
▲ 制造及安装精度要求高，价格较贵。传动距离不 宜过大。
本章学习的根本目的是掌握齿轮传动的设计方法， 也就是要能够根据齿轮工作条件的要求，能设计出传动 可靠的齿轮。 设计齿轮----设计确定齿轮的主要参数以及构造形式。
等
单缸内燃 机
1.50
机械设计 第十章 齿轮传动
2、动载系数Kv
考虑齿轮啮合过程中因啮合误差和运转速度引
起的内部附加 动载荷系数。
齿形误差、轮齿变形等造 成基节误差
∴ Kv=f(精度,v)
32
机械设计 第十章 齿轮传动
具体影响因素： 1〕基节误差：制造误差、弹性变形引起。
齿轮正确啮合条件：pb1=pb2 。 如果： pb2＞pb1
措施：1.减小齿面粗糙度 2.改善润滑条件，清洁环境 3.提高齿面硬度
一、轮齿的失效形式 轮齿折断
齿面点蚀
滚压塑变
主动齿
失效形式
齿面胶合 齿面磨损 塑性变形
从动齿
外表凸出
外表凹
低的速主重要载破软 坏齿 形面 式闭 。向主式节动传线轮动，1：面所齿节以面线Ff相背处对离产滑节生动线凹速，槽度塑。方变向后v在s指齿
低速重载——P↑、v ↓，不易形成油膜→冷胶合。 后果：引起强烈的磨损和发热，传动不平稳， 导致齿轮报废。
措施： 1.提高齿面硬 度 2.减小齿面粗糙度
3.增加润滑油粘度 4.加抗胶合添加剂
一、轮齿的失效形式
失效形式
轮齿折断 齿面点蚀 齿面胶合 齿面磨损 --磨粒磨损
跑合磨损、磨粒磨损。
开式齿轮传动易发 生磨粒磨损。
二、要求： 运转平稳、足够的承载能力。
▲ 工作可靠，寿命长； ▲ 传动比稳定;
▲ 制造及安装精度要求高，价格较贵。传动距离不 宜过大。
本章学习的根本目的是掌握齿轮传动的设计方法， 也就是要能够根据齿轮工作条件的要求，能设计出传动 可靠的齿轮。 设计齿轮----设计确定齿轮的主要参数以及构造形式。
等
单缸内燃 机
1.50
机械设计 第十章 齿轮传动
2、动载系数Kv
考虑齿轮啮合过程中因啮合误差和运转速度引
起的内部附加 动载荷系数。
齿形误差、轮齿变形等造 成基节误差
∴ Kv=f(精度,v)
32
机械设计 第十章 齿轮传动
具体影响因素： 1〕基节误差：制造误差、弹性变形引起。
齿轮正确啮合条件：pb1=pb2 。 如果： pb2＞pb1
措施：1.减小齿面粗糙度 2.改善润滑条件，清洁环境 3.提高齿面硬度
一、轮齿的失效形式 轮齿折断
齿面点蚀
滚压塑变
主动齿
失效形式
齿面胶合 齿面磨损 塑性变形
从动齿
外表凸出
外表凹
低的速主重要载破软 坏齿 形面 式闭 。向主式节动传线轮动，1：面所齿节以面线Ff相背处对离产滑节生动线凹速，槽度塑。方变向后v在s指齿
低速重载——P↑、v ↓，不易形成油膜→冷胶合。 后果：引起强烈的磨损和发热，传动不平稳， 导致齿轮报废。
措施： 1.提高齿面硬 度 2.减小齿面粗糙度
3.增加润滑油粘度 4.加抗胶合添加剂
一、轮齿的失效形式
失效形式
轮齿折断 齿面点蚀 齿面胶合 齿面磨损 --磨粒磨损
跑合磨损、磨粒磨损。
开式齿轮传动易发 生磨粒磨损。
二、要求： 运转平稳、足够的承载能力。
机械原理-齿轮传动ppt课件
齿轮传动的分类
直齿ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ传动
齿轮轴线平行，常用于需 承受较大转矩的传动系统。
斜齿轮传动
齿轮轴线倾斜，可以实现 变速传动和空间连接的需 求。
蜗杆传动
通过蜗杆和蜗轮的啮合传 递转矩，具有较大的减速 比。
齿轮传动的组成和构造
主动齿轮
传递动力的齿轮，通常由驱 动源提供动力。
从动齿轮
接受动力的齿轮，通过与主 动齿轮的啮合实现转动。
2
啮合线速度
齿轮上任意一点的线速度，与齿轮的模数、齿数和转速有关。
3
载荷分配
通过正确选择齿数和模数，使两齿轮之间的载荷合理分配，确保高效传动。
齿轮传动的计算方法
轴间传递力计算
通过计算两齿轮之间的传递 力，确定齿轮的尺寸和材料。
传动比计算
根据齿轮的齿数和模数，计 算传动系统的转速比。
啮合角计算
通过计算齿轮啮合时的角度， 正确选择齿轮齿数和装配位 置。
机械原理-齿轮传动ppt课 件
这份课件将带你深入了解机械原理中的关键概念和技术，重点介绍齿轮传动 的原理、计算方法、应用领域，以及与其他传动方式的比较和改进方法。
机械原理简介
机械原理是研究机械结构、动力传递和工作原理的学科，是机械工程的基础， 齿轮传动是其中的重要内容。
齿轮传动的基本原理
齿轮传动是利用齿轮的啮合传递动力和转矩的传动方式，具有平稳、可靠、 高效等优点。
轴
支撑齿轮的元件，确保齿轮 之间的正确对位。
齿轮的基本参数与表示
1 模数
描述齿轮齿数和模数之间的关系，常用于齿轮的参数计算。
2 齿轮模数
用来描述齿轮齿数和模数之间的关系，常用于齿轮的参数计算。
3 齿轮齿数
齿轮传动.ppt
2）硬齿面：HB＞350 低碳、中碳钢：20、45等 低碳、中碳合金钢：20Cr、20CrMnTi、20MnB等
特点：齿面硬度高、承载能力高、适用于对尺寸、重量有较高 要求的场合（如高速、重载及精密机械传动）。
第六章
加工工艺：锻坯——加工毛坯——切齿——热处理（表面淬火、 渗碳、氮化、氰化）——磨齿（表面淬火、渗碳）。 若氮化、氰化：变形小，不磨齿 。 专用磨床，成本高，精度可达4、5、6级。
现象：①局部折断
②整体折断
第六章
位置：均始于齿根受拉应力一侧。 原因： 疲劳折断
① 轮齿受多次重复弯曲应力作用，齿根受拉一侧产生疲劳裂纹。 σ
1 σ
23 t
t 齿单侧受载
齿根弯曲应 力最大
齿双侧受载(1主动) ② 齿根应力集中(形状突变、刀痕等)，加速裂纹扩展→折断
σF＞[σF]
• 过载折断 受冲击载荷或短时过载作用，突然折断，尤其见于脆性材料（淬
§1 概述
一、特点
第六章
优点：
1）效率高(0.98~0.99)； 2）工作可靠，寿命长； 3）结构紧凑，外廓尺寸小； 4）瞬时i 为常数。
缺点： 1）制造费用大，需专用机床和设备； 2）精度低时，振动、噪音大； 3）不适于中心距大的场合。
二、分类 1、按两轴线位置分
第六章
第六章
2、按工作条件分（失效形式不同） 开式传动：低速传动，润滑条件差，易磨损； 半开式传动：装有简单的防护罩，但仍不能严密防止杂物侵入； 闭式传动：齿轮等全封闭于箱体内，润滑良好，使用广泛。
Δr
C'
C
2
ω1
pb1 A'
A'
pb2
1
a)
pb1 pb2
特点：齿面硬度高、承载能力高、适用于对尺寸、重量有较高 要求的场合（如高速、重载及精密机械传动）。
第六章
加工工艺：锻坯——加工毛坯——切齿——热处理（表面淬火、 渗碳、氮化、氰化）——磨齿（表面淬火、渗碳）。 若氮化、氰化：变形小，不磨齿 。 专用磨床，成本高，精度可达4、5、6级。
现象：①局部折断
②整体折断
第六章
位置：均始于齿根受拉应力一侧。 原因： 疲劳折断
① 轮齿受多次重复弯曲应力作用，齿根受拉一侧产生疲劳裂纹。 σ
1 σ
23 t
t 齿单侧受载
齿根弯曲应 力最大
齿双侧受载(1主动) ② 齿根应力集中(形状突变、刀痕等)，加速裂纹扩展→折断
σF＞[σF]
• 过载折断 受冲击载荷或短时过载作用，突然折断，尤其见于脆性材料（淬
§1 概述
一、特点
第六章
优点：
1）效率高(0.98~0.99)； 2）工作可靠，寿命长； 3）结构紧凑，外廓尺寸小； 4）瞬时i 为常数。
缺点： 1）制造费用大，需专用机床和设备； 2）精度低时，振动、噪音大； 3）不适于中心距大的场合。
二、分类 1、按两轴线位置分
第六章
第六章
2、按工作条件分（失效形式不同） 开式传动：低速传动，润滑条件差，易磨损； 半开式传动：装有简单的防护罩，但仍不能严密防止杂物侵入； 闭式传动：齿轮等全封闭于箱体内，润滑良好，使用广泛。
Δr
C'
C
2
ω1
pb1 A'
A'
pb2
1
a)
pb1 pb2
齿轮传动机构ppt课件
38
组成
39
工作原理
40
离心平衡式离合器
工作原理： 就是取消了离合器上的单向球阀，在油
缸工作腔前边增加了一个静态液压补偿腔。 因为作用于离合器液压缸和液压补偿腔
内的ATF的离心力相互抵消，也就消除了离 合器鼓的转速产生的离心力的影响。
41
回位弹簧形式
中央弹簧式
膜片弹簧式
42
43
1-离合器及行星排 2-活塞 3-内外O形密封圈 4-弹簧 5-弹簧座 6-卡环 7-钢片 8-摩擦片 9、10-卡环 11-挡圈 12-单向离合器 13-单向离合外座圈 14-垫片 15-推力轴承 16-行星架及行星齿 轮 17-制动器传动毂 18-卡环 19-垫片
58
楔块式单向离合器
59
片式制动器
• 9-弹簧 • 10-活塞 • 11-内外O形密
封圈
• 12-壳体 • 13-滚针轴承 • 14-推力轴承 • 15-密封环52
制动器 53
带式制动器的结构与工作原理
制动器间隙由调 整螺钉调整。
54
带式制动器
伺服机构的形式有： 直杆式、杠杆式、钳形式等。
55
3、单向离合器
作用：利用单向锁止的原理实现对单排元件 的固定或者是单排中两个元件的锁止或者前 后两个单排元件的连接。
形式：片式制动器和带式制动器。 作用：固定单排的某一个元件。 组成：片式制动器由制动鼓、液压缸、制动
器活塞、回位弹簧、制动器片（钢片、摩擦 片）、制动毂等组成。带式制动器则是由制 动鼓、制动带、液压缸、活塞、回位弹簧等。
49
组成
2、制动器
50
工作原理
2、制动器
51
•1-卡环 •2-钢片 •3-摩擦片 •4-弹簧压盘 •5-齿圈 •6-推力轴承 •7-卡环 •8-弹簧座
组成
39
工作原理
40
离心平衡式离合器
工作原理： 就是取消了离合器上的单向球阀，在油
缸工作腔前边增加了一个静态液压补偿腔。 因为作用于离合器液压缸和液压补偿腔
内的ATF的离心力相互抵消，也就消除了离 合器鼓的转速产生的离心力的影响。
41
回位弹簧形式
中央弹簧式
膜片弹簧式
42
43
1-离合器及行星排 2-活塞 3-内外O形密封圈 4-弹簧 5-弹簧座 6-卡环 7-钢片 8-摩擦片 9、10-卡环 11-挡圈 12-单向离合器 13-单向离合外座圈 14-垫片 15-推力轴承 16-行星架及行星齿 轮 17-制动器传动毂 18-卡环 19-垫片
58
楔块式单向离合器
59
片式制动器
• 9-弹簧 • 10-活塞 • 11-内外O形密
封圈
• 12-壳体 • 13-滚针轴承 • 14-推力轴承 • 15-密封环52
制动器 53
带式制动器的结构与工作原理
制动器间隙由调 整螺钉调整。
54
带式制动器
伺服机构的形式有： 直杆式、杠杆式、钳形式等。
55
3、单向离合器
作用：利用单向锁止的原理实现对单排元件 的固定或者是单排中两个元件的锁止或者前 后两个单排元件的连接。
形式：片式制动器和带式制动器。 作用：固定单排的某一个元件。 组成：片式制动器由制动鼓、液压缸、制动
器活塞、回位弹簧、制动器片（钢片、摩擦 片）、制动毂等组成。带式制动器则是由制 动鼓、制动带、液压缸、活塞、回位弹簧等。
49
组成
2、制动器
50
工作原理
2、制动器
51
•1-卡环 •2-钢片 •3-摩擦片 •4-弹簧压盘 •5-齿圈 •6-推力轴承 •7-卡环 •8-弹簧座
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碳氮共渗：碳氮共渗工艺时间短，且有渗氮的优点，可 以代替渗碳淬火，其材料和渗碳淬火的相同。
当两齿轮材料相同时，采用不同的热处理
.
材料名称
表 2. 5
一1
材料牌号
优质碳素结构钢 优质碳素工具钢
15 20
40 45 50
T8A
Tl
OA 15Cr
合金钢
20Cr
40Cr
不锈钢
38CrMoAlA
硬铝超硬铝 锡青 2Cr13Ni2
第二篇
第五章 齿轮传动设计
1
第第一一节节 基基础础知知识
识 齿轮传动是机械传动中最重要、应用最广泛的一种传动。
一、齿轮传动的特点
优点：1）传动效率高 2）传动比恒定 3）结构紧凑 4）工作可
靠、寿命长 缺点：1）制造、安装精度要求较高 2）不适于中心距较大两轴 间传动 3）使用维护费用较高 4）精度低时、噪音、振动较大
⑥抗腐蚀性、防磁性和机械性能都好
青铜或黄铜
.
第第三三节节齿齿轮轮传传动受动力受分力析 分析
齿轮的受力分析是设计齿轮的基础，同时，也可为 设计轴及轴承提供初始条件。
齿轮啮合时，可看作是两圆柱体的接触，其半径等 于两齿廓在啮合点的曲率半径，啮合点由齿根向齿顶移 动（主动轮），疲劳损坏多发生在节点附近，且节点附 近处一般只有一对轮齿受载，故受力分析在节点啮合时 计算。
二、常用的齿轮材料
1.钢——含碳量为0.1％～0.6％→常用 →性能最好(可通过热处理提高机械性能) ⑴ 锻钢——钢材经锻造, 性能提高→最常用 45、35SiMn、42SiMn、40Cr、35CrMo (2)铸钢——耐磨性和强度均较好，承载能力稍低于锻 钢， 常用于尺寸较大(d>400～600mm)且不宜锻造的场 合。 ZG310-570、ZG340-640 成本高
铜
铸铁青铜 黄铜 ZCuSnl OP bl
夹布胶木 卡普隆 高
分子增强尼龙 6 聚碳酸酷
ZCuA19Mn2 H62
小
模
数
齿
轮 常用材料和
热热处处理理
应用范
围
渗碳猝火 回火 正火或调质 猝火
调质 渗碳（氮）猝火、
回火 调质渗氮
常用于圆周速度 3 mi s 以下的齿轮 常用于圆周速度较高和强度较高的 齿轮和蜗 杅 常用于制造小齿轮和蜗杆 用于制造承受冲击和交变载荷的齿
二、齿轮传动的主要类型
1、按传动轴相对位置
平行轴齿轮传动
相交轴齿轮传动
交错轴齿轮传动
2、按工作条件
开式——齿轮完全外露，易落入灰砂和杂物，不能保证良好 的润滑，轮齿易磨损，多用于低速、不重要的场合 半开式——装有简单的防护罩，有时还把大齿轮部分浸入油 池中，比开式传动润滑好些，但仍不能严密防止灰砂及杂物 的 浸入，多用于农业机械、建筑机械及简单机械设备 闭式——齿轮和轴承完全封闭在箱体内，能保证良好的润滑 和较好的啮合精度，应用广泛。多用于汽车、机床及航空发 动 机等的齿轮传动中
用于制造不要求抗磨性，要 求 抗 冲击、振动和 噪声小的齿轮
四、齿轮材料的选择原则
选择齿轮材料主要考虑传动特点和工作条件：
（小模数齿轮，应用范围决定材料）
①为保持精度持久 ②要求重量轻 ③减小噪声或防腐蚀 ④传动大功率 ⑤抗腐蚀和高耐磨
耐磨材料 铝合金或非金属材料 非金属材料 硬度和强度较高的材料 合金钢
C、整体（表面）淬火----整体（表面）淬火后再低温回 火。常用材料为中碳钢或中碳合金钢。
D、渗碳淬火----冲击载荷较大的齿轮，宜采用渗碳淬 火。常用材料有：低碳钢或低碳合金钢。
.
E、表面氮化----得到的均是硬齿面(硬度＞350HBS)，常用 于高速、重载、精密传动
渗氮齿轮硬度高、变形小，适用于内齿轮和难于磨削的 齿轮。
一、直齿圆柱齿轮受力分析
受力分析步骤： ①力的作用点为节点；
②轮齿间相互作用的法向 力 （总作用力）Fn沿啮合线 指向工作齿面； ③Fn分解为圆周力（切向 一对直齿圆柱齿轮，若略去齿面间的力 力摩）F擦a F力。t、，径轮向齿力节F点r、处轴向 的法向力Fn可分解为两对互相垂直的分力：切于分度圆上 的圆周力Ft1、Ft2 和沿半径方向的径向力Fr1、Fr2 。
轮和蜗杆 用于制造速度较高的耐磨
调质渗氮
齿轮
猝火调质
用于制造需氮化的齿轮，热 处 理 后不必磨齿 用于要求防锈、防腐的 齿轮，猝火 后 变形极 小，齿面高抗磨或防磁的重要齿轮
及蜗轮 用于制造抗磨、防腐的次要
齿轮及蜗轮
用于制造抗磨、抗腐性要求一般的 齿轮及蜗轮
.
1、各力的大小
2
F t
Td
1
1
F F tan
rt
F Ft 2T1
n
cos d
1
T1 9.55 10
cos
6P n1
1
式中：T1 主动齿轮传递的名义转矩(N.mm)；
d1
主动齿轮分度圆直径(mm)；
分度圆压力角(°)；
P1
主动齿轮传递的功率(kW)；
n1
主动齿轮的转速(r/min)。
圆周力Ft的大小可直接由齿轮所传递的转矩确定， 因此在进行齿 轮受力分析时，总是将其它各力表 示为F. t的函数。
.
第第二二节节 常常用用材材料料和热和处热理 一、对齿轮材料的基本要处求理
1.齿面要硬, 齿芯要韧 2.易于加工及热处理 3.为了保证大、小齿轮有相同的使用寿命，小轮齿
面硬度应比大轮高30～50HBS┌软齿面 HBS≤350
└ 硬齿面 HBS＞350
原因：1）小齿轮齿根强度较弱 2）小齿轮的应力循环次数较多 3) 当大小齿轮有较大硬度差时，较硬的小齿轮会对较软 的大 齿轮齿面产生冷作硬化的作用，可提高大齿轮的 接触疲劳强 度
.
三、齿轮传动的设计要求
①功率传动——主要用来传递功率。强度要求 ②示数传动——主要用来传递准确旋转运动。强度要求 精度要求
四、齿轮传动的基本要求
齿轮传动应满足两项基本要求: 1)传动平稳 2)承载能力高 在齿轮设计、生产和科研中，有关齿廓曲线、齿轮强 度、制造精 度、加工方法以及热处理工艺等，基本上都是围 绕这两个基本要 求进行的
2. 铸铁－用于开式、低速齿轮，强度差，易成型 ⑴灰口铸铁—— HT200、HT300 ⑵球墨铸铁—— QT500-7
3.非金属材料——用于小功率、速度高、低噪音
.
三、常用热处理
A、正火----批量小、单件生产、对传动尺寸没有严格限 制时，常采用正火处理。
B、调质----得到的均是软齿面(硬度≤350HBS)，常用于 对尺寸和精度要求不高的传动。
当两齿轮材料相同时，采用不同的热处理
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材料名称
表 2. 5
一1
材料牌号
优质碳素结构钢 优质碳素工具钢
15 20
40 45 50
T8A
Tl
OA 15Cr
合金钢
20Cr
40Cr
不锈钢
38CrMoAlA
硬铝超硬铝 锡青 2Cr13Ni2
第二篇
第五章 齿轮传动设计
1
第第一一节节 基基础础知知识
识 齿轮传动是机械传动中最重要、应用最广泛的一种传动。
一、齿轮传动的特点
优点：1）传动效率高 2）传动比恒定 3）结构紧凑 4）工作可
靠、寿命长 缺点：1）制造、安装精度要求较高 2）不适于中心距较大两轴 间传动 3）使用维护费用较高 4）精度低时、噪音、振动较大
⑥抗腐蚀性、防磁性和机械性能都好
青铜或黄铜
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第第三三节节齿齿轮轮传传动受动力受分力析 分析
齿轮的受力分析是设计齿轮的基础，同时，也可为 设计轴及轴承提供初始条件。
齿轮啮合时，可看作是两圆柱体的接触，其半径等 于两齿廓在啮合点的曲率半径，啮合点由齿根向齿顶移 动（主动轮），疲劳损坏多发生在节点附近，且节点附 近处一般只有一对轮齿受载，故受力分析在节点啮合时 计算。
二、常用的齿轮材料
1.钢——含碳量为0.1％～0.6％→常用 →性能最好(可通过热处理提高机械性能) ⑴ 锻钢——钢材经锻造, 性能提高→最常用 45、35SiMn、42SiMn、40Cr、35CrMo (2)铸钢——耐磨性和强度均较好，承载能力稍低于锻 钢， 常用于尺寸较大(d>400～600mm)且不宜锻造的场 合。 ZG310-570、ZG340-640 成本高
铜
铸铁青铜 黄铜 ZCuSnl OP bl
夹布胶木 卡普隆 高
分子增强尼龙 6 聚碳酸酷
ZCuA19Mn2 H62
小
模
数
齿
轮 常用材料和
热热处处理理
应用范
围
渗碳猝火 回火 正火或调质 猝火
调质 渗碳（氮）猝火、
回火 调质渗氮
常用于圆周速度 3 mi s 以下的齿轮 常用于圆周速度较高和强度较高的 齿轮和蜗 杅 常用于制造小齿轮和蜗杆 用于制造承受冲击和交变载荷的齿
二、齿轮传动的主要类型
1、按传动轴相对位置
平行轴齿轮传动
相交轴齿轮传动
交错轴齿轮传动
2、按工作条件
开式——齿轮完全外露，易落入灰砂和杂物，不能保证良好 的润滑，轮齿易磨损，多用于低速、不重要的场合 半开式——装有简单的防护罩，有时还把大齿轮部分浸入油 池中，比开式传动润滑好些，但仍不能严密防止灰砂及杂物 的 浸入，多用于农业机械、建筑机械及简单机械设备 闭式——齿轮和轴承完全封闭在箱体内，能保证良好的润滑 和较好的啮合精度，应用广泛。多用于汽车、机床及航空发 动 机等的齿轮传动中
用于制造不要求抗磨性，要 求 抗 冲击、振动和 噪声小的齿轮
四、齿轮材料的选择原则
选择齿轮材料主要考虑传动特点和工作条件：
（小模数齿轮，应用范围决定材料）
①为保持精度持久 ②要求重量轻 ③减小噪声或防腐蚀 ④传动大功率 ⑤抗腐蚀和高耐磨
耐磨材料 铝合金或非金属材料 非金属材料 硬度和强度较高的材料 合金钢
C、整体（表面）淬火----整体（表面）淬火后再低温回 火。常用材料为中碳钢或中碳合金钢。
D、渗碳淬火----冲击载荷较大的齿轮，宜采用渗碳淬 火。常用材料有：低碳钢或低碳合金钢。
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E、表面氮化----得到的均是硬齿面(硬度＞350HBS)，常用 于高速、重载、精密传动
渗氮齿轮硬度高、变形小，适用于内齿轮和难于磨削的 齿轮。
一、直齿圆柱齿轮受力分析
受力分析步骤： ①力的作用点为节点；
②轮齿间相互作用的法向 力 （总作用力）Fn沿啮合线 指向工作齿面； ③Fn分解为圆周力（切向 一对直齿圆柱齿轮，若略去齿面间的力 力摩）F擦a F力。t、，径轮向齿力节F点r、处轴向 的法向力Fn可分解为两对互相垂直的分力：切于分度圆上 的圆周力Ft1、Ft2 和沿半径方向的径向力Fr1、Fr2 。
轮和蜗杆 用于制造速度较高的耐磨
调质渗氮
齿轮
猝火调质
用于制造需氮化的齿轮，热 处 理 后不必磨齿 用于要求防锈、防腐的 齿轮，猝火 后 变形极 小，齿面高抗磨或防磁的重要齿轮
及蜗轮 用于制造抗磨、防腐的次要
齿轮及蜗轮
用于制造抗磨、抗腐性要求一般的 齿轮及蜗轮
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1、各力的大小
2
F t
Td
1
1
F F tan
rt
F Ft 2T1
n
cos d
1
T1 9.55 10
cos
6P n1
1
式中：T1 主动齿轮传递的名义转矩(N.mm)；
d1
主动齿轮分度圆直径(mm)；
分度圆压力角(°)；
P1
主动齿轮传递的功率(kW)；
n1
主动齿轮的转速(r/min)。
圆周力Ft的大小可直接由齿轮所传递的转矩确定， 因此在进行齿 轮受力分析时，总是将其它各力表 示为F. t的函数。
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第第二二节节 常常用用材材料料和热和处热理 一、对齿轮材料的基本要处求理
1.齿面要硬, 齿芯要韧 2.易于加工及热处理 3.为了保证大、小齿轮有相同的使用寿命，小轮齿
面硬度应比大轮高30～50HBS┌软齿面 HBS≤350
└ 硬齿面 HBS＞350
原因：1）小齿轮齿根强度较弱 2）小齿轮的应力循环次数较多 3) 当大小齿轮有较大硬度差时，较硬的小齿轮会对较软 的大 齿轮齿面产生冷作硬化的作用，可提高大齿轮的 接触疲劳强 度
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三、齿轮传动的设计要求
①功率传动——主要用来传递功率。强度要求 ②示数传动——主要用来传递准确旋转运动。强度要求 精度要求
四、齿轮传动的基本要求
齿轮传动应满足两项基本要求: 1)传动平稳 2)承载能力高 在齿轮设计、生产和科研中，有关齿廓曲线、齿轮强 度、制造精 度、加工方法以及热处理工艺等，基本上都是围 绕这两个基本要 求进行的
2. 铸铁－用于开式、低速齿轮，强度差，易成型 ⑴灰口铸铁—— HT200、HT300 ⑵球墨铸铁—— QT500-7
3.非金属材料——用于小功率、速度高、低噪音
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三、常用热处理
A、正火----批量小、单件生产、对传动尺寸没有严格限 制时，常采用正火处理。
B、调质----得到的均是软齿面(硬度≤350HBS)，常用于 对尺寸和精度要求不高的传动。