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斜齿轮传动的强度计算
(一)轮齿的受力
分析
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F如图10-24所示,在斜齿轮传动中,法向力仍垂直于齿面,作用于主动轮n
F,F上的位于法面内,与节圆柱的切面呈法向啮合角,力可沿齿轮的轴向、nnn径向及轴向分解成三个相互垂直的分力。各力的大小为:
T2,1F,td,1,F,tantn,F,rcos, (10-14) ,
,FF,tan,at,FFtt,F,,ncos,cos,cos,cos,,ntb
各力的方向:径向力指向各自中心;圆周力在主动轮上与运动方向相反,在
从动轮上与运动方向相同;主动轮上的轴向力用左右手定则,即左旋用左手,右
旋用右手,四指的指向与其转向相同,则拇指的指向即为轴向力的方向。对从动
F,,F轮,由于,或采用左右手定则,拇指的指向与方向相反。为分析方便,a2a1
可用平面图来
表
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示受力情况。如下所示:
F a2nn 1 2
FFr1 r2
FFa1 a2
Fa1
F 从上面的计算知:轴向力与成正比,为不使轴承承受大的轴向力,tan,,a不宜过大,一般;人字齿有两个轴向力且大小相等,方向相反,故可,,8~12:
取较大值,一般。 ,,15~40:
(二)计算载荷
由于轮齿上的计算载荷与啮合区的实际接触线的长度有关,在斜齿轮的轮齿
上啮合线为斜线,且可能有几对齿同时啮合,故接触线的总长为所有啮合齿上接
b,,触线的长度之和,这个总和可用来表示。因此, cos,
KFKFKFnttp,,, (10-15) cab,Lb,cos,,,tcos,cos,tbcos,b
,为端面重合度,可按图10-26查取。斜齿轮的纵向重合度可用如下公式,
计算:
,,,,bsin,,m,0.318,Ztan, ,nd1
K,KKKK计算载荷系数,各系数的查取可参考直齿轮。 av,,
(三)齿根弯曲强度的计算
如右图所示,斜齿轮齿面上的接触线为一斜
线。受载时,齿轮的失效形式为局部折断。斜齿
轮的弯曲强度,若按轮齿局部折断分析则较繁。
现对比直齿轮的弯曲强度计算,仅就其计算特点
作必要的说明。
首先,斜齿轮的计算载荷要比直齿轮的多计
入一个参数,其次还应计入反映螺旋角β对轮齿弯曲强度影响的因素,即计
入螺旋角影响系数Yβ。由上述特点,可得斜齿轮轮齿的弯曲疲劳强度公式为:
KFYYYtFasa,,, (10-16) ,,,,FF,bmn,为校核公式。
2KTYYY1,Fasa3m,, mm (10-17) 2Z,,,,,1d,F为设计公式。
YYY的大小可查图10-28;、可近似地按当量齿数由表10-5查取。 ,FaSa
(四)齿面接触强度的计算
仿直齿轮的计算,只是曲率半径有变化,同时,由于螺旋角的影响,区域系
数也变化,
,大小可查图10-30。 Z,2cos,sin,cos,Hbtt
综合起来,齿面接触强度的计算公式为:
KFu,1t,,,,,,ZZ,, (10-20) HEHHbd,u1,
为校核计算公式。
2,,KTZZ2u,11EH3,, (10-21) d,,,1,,u,,,,,,,d,H
为设计计算公式。
各量的单位同前。
(五)注意
和直齿轮相比,斜齿轮的计算有以下几点不同:
,1.计入了端面重合度的影响; ,
2.计入了螺旋角的影响;
3.用当量齿数来查取某些系数;
4.在接触强度的设计计算中,代入的许同应力值不同,说明如下:
在斜齿轮传动中,由于齿面
上的接触线倾斜,使得在同一齿
面上,就会有齿顶面(其上接触
eP线段为)与齿根面(接触线段1
为eP)同时参与啮合(在直齿轮2
中接触线与轴线平行,无此现
象)。由实践得知,同一齿面上,
往往齿根面先发生点蚀,然后才
扩展到齿顶面,也即齿顶面比齿
根面具有较高的接触疲劳强度。
设小齿轮的齿面接触强度比大
齿轮的高(即小齿轮的材料好,
,,,,,,,齿面硬度高,)。因为大小齿轮的实际接触应力相等,故小齿轮的接H1H2
eP触强度高,因此当大齿轮的齿根面产生点蚀,段已不能承担原来所分担的载2
eP荷,而要部分地由齿顶面上的来承担(因法向力始终不变)。又因同一齿面1
上齿顶面的接触强度高,即使承担的载荷有所增大,只要未超出其承载能力,大
齿轮的齿顶面上仍不会出现点蚀。同时因小齿轮的接触强度高,与大齿轮齿顶面
啮合的小齿轮的齿根面,也未因载荷的增大而出现点蚀,这说明:在斜齿轮传动
中,当大齿轮的齿根面出现点蚀时,并不导致传动的失效,因此,斜齿轮的接触
,,,,,,,,,,,2疲劳强度同时取决于大小齿轮。实用中,计算公式中的,HH1H2
,,,,,,,,,,1.23,,,1.23,当时,因为二者相差较大,应按代入。为软齿面HH2HH2
的许用接触应力。
z,5.区域系数和螺旋角有关。 H
通过例题10-1、10-2、10-3,比较计算结果,有如下两个特点:
1.在工作条完全相同的情况下,采用斜齿轮传动比直齿轮传动的几何尺寸小,
或者说,斜齿轮传动比直齿轮传动具有较大的承载能力;
2.硬齿面齿轮传动明显比软齿面齿轮传动的几何尺寸小,因此硬齿面齿轮传动
得到了较广泛的应用。