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齿轮的强度

7. 齿轮的强度

齿轮的设计者根据作用在齿轮上的负荷, 旋转数, 期待寿命等要素决定齿轮的式样。
在这里, 简单的介绍齿轮强度中重要的弯曲强度和齿面强度。

正齿轮及斜齿齿轮的弯曲强度计算公式 JGMA401-01

在轮齿上作用了超过极限值的力时, 如图所示轮齿会从齿根部出现裂痕以致造成轮齿断裂。弯曲强度计算公式如下所示。

容许圆周力
图 7.1 弯曲应力不足
图 7.1 弯曲应力不足

符号 名称 影响因素/规格等
σFlim 容许齿根弯曲应力 材料/热处理
mn 法向模数 轮齿大小
b 齿宽 齿轮的大小
YF 齿形系数 压力角/变位系数/齿高
重合度系数 啮合率
Yβ 螺旋角系数 斜齿齿轮的螺旋角
KL 寿命系数 期待寿命
KFX 尺寸系数 通常取 1.00(未知)
KV 动载荷系数 圆周速度/齿轮精度
KO 过载荷系数 原动力/被动机械的冲击
SF 安全系数 基于安全应取 1.2 以上

提高弯曲强度需要将

容许圆周力计算公式(7.1)中的分母减小, 分子增大。
(a) 使用高强度材料(容许齿根弯曲压力增加)
(b) 增大齿轮体积(大模数 / 宽齿面)
(c) 高强度齿形(减小齿形系数)
   - 大压力角 - 正变位
(d) 提高重合率(减小重合度系数)
   - 小压力角 - 增加齿高
(e)提高齿轮精度

正齿轮及斜齿齿轮的齿面强度计算公式 JGMA402-01

齿面强度是基于齿面的接触应力计算轮齿抵抗点蚀(Pitting)发生的强度。
相对齿面强度的容许圆周力 Ftlim

容许圆周力
图 7.2 接触应力
图 7.2 接触应力

符号 名称 影响因素/规格等
σHlim 容许接触应力 材料/热处理
d01 小齿轮的分度圆直径 齿轮(小)的大小(直径)
bH 有效齿宽 齿轮的大小
i 齿数比 ( z2 / z1 ) 轮齿数的比
ZH 区域系数 螺旋角/变位系数
ZM 材料弹性系数 齿轮材料的配合
重合度系数 端面/纵向重合度
Zβ 螺旋角系数 设为 1.00(未知)
ZHL 寿命系数 期待寿命
ZL 润滑剂系数 润滑油及动粘度
ZR 粗糙度系数 齿面的粗糙度
ZV 润滑速度系数 圆周速度/表面硬度
ZW 工作硬化系数 大齿轮的硬度
KHX 尺寸系数 一般设为 1.00
K 齿向载荷分布系数 齿轮的支撑方法/刚性等
KV 动载系数 圆周速度/齿轮精度
K0 过载系数 原动力/被动机械的冲击
SH 安全系数 基于安全应取 1.15 以上

提高齿面强度需要

(a)使用经过淬火处理的硬质材料 (增大容许接触应力)
(b)增大齿轮体积 (大节圆直径/增加有效齿宽)
(c)提高重合率(减小重合度系数)
(d)提高齿轮精度

网站齿轮强度计算机能

齿轮的强度计算方法很多, 也比较复杂。在本公司网站上可以进行 KHK 标准齿轮的强度计算。 只需输入使用条件就可简单地得到计算结果。 齿轮强度计算公式有很多, 本公司采用的是 JGMA( 日本齿轮工业会 ) 的计算公式。

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