齿轮传动设计手册

齿轮的几何要素代号标记法1

旋转运动常用关系式3

第1章 齿轮传动设计总论4

1.1 齿轮传动的分类4

1.2 各类齿轮传动的特点、性能和选用原则5

1.2.1 各类齿轮传动的特点、性能和应用5

1.2.2 齿轮传动类型的选用原则7

1.3 齿轮传动与齿轮传动装置8

1.4 外啮合齿轮传动与内啮合齿轮传动10

1.5 齿轮轮齿加工13

1.5.1 轮齿加工原理和方法13

1.5.2 各种加工方法的应用范围及特点15

1.6 影响齿轮承载能力诸因素的量级估计17

1.7 安全系数的选择20

1.8 齿轮传动设计步骤与设计任务书21

1.8.1 传动装置的参数设计21

1.8.2 齿轮传动设计任务书22

1.9 齿轮及其传动装置的标准化23

附录24

参考文献33

第2章 渐开线圆柱齿轮传动设计34

2.1 基本齿廓及模数系列39

2.1.1 通用机械和重型机械用圆柱齿轮标准基本齿条齿廓39

2.1.2 通用机械和重型机械用圆柱齿轮模数42

2.2 渐开线圆柱齿轮传动的几何尺寸和特性参数计算42

2.2.1 标准圆柱齿轮传动的几何尺寸计算42

2.2.2 变位圆柱齿轮传动概述和变位系数的选择46

2.2.3 外啮合变位圆柱齿轮传动的几何尺寸计算63

2.2.4 内啮合变位圆柱齿轮传动的几何尺寸计算67

2.2.5 渐开线圆柱齿轮的齿厚测量计算76

2.2.6 渐开线圆柱齿轮传动几何尺寸计算实例90

2.3 齿轮的损伤与失效93

2.3.1 齿轮损伤、失效与齿轮设计93

2.3.2 轮齿损伤和失效的形貌94

2.3.3 诱发轮齿损伤和失效的主要原因104

2.3.4 齿轮失效判据106

2.4 渐开线圆柱齿轮承载能力计算114

2.4.1 轮齿受力计算114

2.4.2 齿轮传动设计参数的选择114

2.4.3 齿轮材料选择概要120

2.4.4 齿轮传动主要尺寸参数的初步确定125

2.4.5 渐开线圆柱齿轮疲劳承载能力计算127

2.4.6 在变载荷下工作的齿轮强度计算167

2.4.7 齿轮静强度校核计算170

2.4.8 开式齿轮强度计算的特点171

2.5 渐开线齿轮齿面胶合能力计算172

2.5.1 胶合承载能力校核计算基本公式172

2.5.2 各计算参数确定173

2.5.3 胶合承载能力计算示例181

2.5.4 锥齿轮胶合承载能力的计算特点184

2.6 圆柱齿轮的结构设计185

2.7 高速齿轮传动及轮齿修形192

2.7.1 高速齿轮传动设计特点192

2.7.2 轮齿修形199

2.8 齿轮精度设计211

2.8.1 齿轮精度标准适用范围212

2.8.2 齿轮偏差的定义及代号212

2.8.3 齿轮精度等级及其选择216

2.8.4 齿轮检验218

2.8.5 齿轮坯242

2.8.6 表面结构的影响246

2.8.7 轴中心距和轴线平行度248

2.8.8 轮齿接触斑点250

2.8.9 侧隙251

2.8.10 图样标注256

2.8.11 采用GB/T 10095.1与GB/T 10095.2两项新标准应注意的问题258

2.8.12 新旧标准的差异261

附录 圆柱齿轮轮齿鼓形修形与齿端修缘量的指导值265

参考文献266

第3章 其他渐开线圆柱齿轮传动设计268

3.1 齿轮齿条传动268

3.1.1 齿轮齿条传动特点268

3.1.2 齿轮齿条传动的限制条件269

3.1.3 齿轮齿条传动的几何尺寸计算270

3.1.4 齿条精度271

3.2 交错轴斜齿轮传动279

3.2.1 交错轴斜齿轮传动的原理280

3.2.2 交错轴斜齿轮传动的特点及最紧密啮合280

3.2.3 交错轴斜齿轮传动的重合度283

3.2.4 交错轴斜齿轮传动的设计及几何计算284

3.2.5 交错轴斜齿轮传动的干涉287

3.3 分阶式双渐开线齿轮传动288

3.3.1 双渐开线齿轮齿廓及其基本齿廓288

3.3.2 双渐开线齿轮传动的啮合特性290

3.3.3 双渐开线齿轮传动的几何尺寸计算293

3.3.4 双渐开线齿轮传动强度计算294

3.4 点线啮合齿轮传动295

3.4.1 点线啮合齿轮传动的类别、特点和应用295

3.4.2 点线啮合齿轮传动的几何尺寸计算296

3.4.3 点线啮合齿轮传动的参数选择及封闭图299

3.4.4 点线啮合齿轮传动的齿轮精度与公差303

3.4.5 点线啮合齿轮传动的齿轮零件工作图309

参考文献309

第4章 圆弧齿圆柱齿轮传动设计310

4.1 概述311

4.1.1 圆弧齿轮传动的特点311

4.1.2 圆弧齿轮传动的类型312

4.2 圆弧齿轮传动的原理及基本齿廓313

4.2.1 圆弧齿轮传动的基本原理与齿面方程313

4.2.2 单圆弧齿轮滚刀法面齿形315

4.2.3 双圆弧齿轮基本齿廓315

4.2.4 圆弧齿轮传动的啮合特性318

4.3 圆弧齿轮传动几何参数的设计计算320

4.3.1 模数系列320

4.3.2 圆弧齿轮传动的几何参数的设计计算320

4.4 圆弧齿轮传动的参数选择321

4.4.1 模数mn和齿数z1321

4.4.2 重合度εβ322

4.4.3 螺旋角β322

4.4.4 齿宽系数φa322

4.5 圆弧齿轮的损伤形式及其防止措施323

4.5.1 齿端崩角323

4.5.2 轮齿折断323

4.5.3 齿面疲劳点蚀323

4.5.4 齿面塑性变形324

4.5.5 齿面胶合324

4.5.6 齿面磨损324

4.6 圆弧齿轮传动的承载能力计算325

4.6.1 强度计算公式325

4.6.2 强度计算公式中各系数的确定方法326

4.7 圆弧齿轮的测量尺寸计算、精度和检验332

4.7.1 圆弧齿轮传动测量尺寸计算332

4.7.2 圆弧齿轮精度等级和传动侧隙335

4.7.3 齿轮、齿轮副误差及侧隙的定义和代号335

4.7.4 圆弧齿轮各项精度指标的分组和选用338

4.7.5 各检验项目的公差数值339

4.7.6 圆弧齿轮齿轮公差关系式与计算式344

4.8 圆弧齿轮图样标注及应注明的尺寸数据344

4.8.1 齿轮工作图中应标注的一般尺寸和数据参数344

4.8.2 齿轮精度等级和侧隙系数的标注方式345

4.9 设计计算实例345

参考文献350

第5章 锥齿轮和准双曲面齿轮传动设计351

5.1 概述356

5.1.1 锥齿轮及准双曲面齿轮的特点和用途356

5.1.2 节锥面、分锥面和齿面的形成356

5.1.3 锥齿轮的当量圆柱齿轮362

5.1.4 锥齿轮几何参数的名称363

5.1.5 锥齿轮和准双曲面齿轮的3种齿制365

5.2 锥齿轮及准双曲面齿轮主要参数的选择367

5.2.1 锥齿轮的基本齿廓367

5.2.2 锥齿轮的大端分度圆直径368

5.2.3 准双曲面齿轮的偏置距E372

5.2.4 齿数、模数、齿宽和螺旋角372

5.2.5 齿的螺旋方向和准双曲面小齿轮的偏置376

5.3 直齿锥齿轮几何设计377

5.3.1 直齿锥齿轮的变位377

5.3.2 直齿锥齿轮主要参数初算378

5.3.3 直齿锥齿轮几何计算378

5.3.4 直齿锥齿轮的当量齿轮和重合度379

5.3.5 汽车差速器直齿锥齿轮381

5.4 格利森制弧齿锥齿轮几何设计382

5.4.1 弧齿锥齿轮的变位382

5.4.2 刀盘的名义直径384

5.4.3 弧齿锥齿轮的主要参数初算384

5.4.4 弧齿锥齿轮几何参数计算385

5.4.5 弧齿锥齿轮的当量齿轮和重合度386

5.5 ANSI/AGMA 2005-C96锥齿轮的几何设计387

5.5.1 直齿、零度齿和弧齿锥齿轮的变位388

5.5.2 齿高的收缩389

5.5.3 锥齿轮的最小和最大法向侧隙389

5.5.4 直齿、零度齿和弧齿锥齿轮主要参数初算390

5.5.5 直齿、零度齿和弧齿锥齿轮的几何参数计算390

5.6 摆线齿锥齿轮几何设计392

5.6.1 变位系数的选择392

5.6.2 分锥角修正392

5.6.3 小轮齿顶变尖检查和小端齿顶倒坡393

5.6.4 刀盘干涉检查394

5.6.5 摆线齿锥齿轮主要参数初算395

5.6.6 摆线齿锥齿轮几何参数计算395

5.6.7 摆线齿锥齿轮的当量齿轮和重合度计算407

5.6.8 摆线齿锥齿轮的齿形系数和切向变位系数407

5.7 弧齿准双曲面齿轮几何设计408

5.7.1 弧齿准双曲面齿轮几何设计原理409

5.7.2 按格利森法设计弧齿准双曲面齿轮副415

5.7.3 按ANSI/AGMA 2005-C96法设计弧齿准双曲面齿轮副420

5.7.4 弧齿准双曲面齿轮的当量齿轮和重合度423

5.8 摆线齿准双曲面齿轮的几何设计425

5.8.1 摆线齿准双曲面齿轮几何设计原理426

5.8.2 摆线齿准双曲面齿轮主要参数初算433

5.8.3 摆线齿准双曲面齿轮几何计算434

5.8.4 摆线齿准双曲面齿轮的当量齿轮和重合度445

5.8.5 摆线齿准双曲面齿轮的齿形系数和切向变位系数446

5.9 锥齿轮承载能力计算方法447

5.9.1 锥齿轮的强度计算公式448

5.9.2 载荷及与其相关的系数449

5.9.3 接触强度计算的相关系数454

5.9.4 弯曲强度计算的相关系数455

5.10 直齿锥齿轮强度校核462

5.10.1 直齿锥齿轮强度校核的原始参数463

5.10.2 直齿锥齿轮的切向力及载荷系数464

5.10.3 直齿锥齿轮的齿面接触强度校核466

5.10.4 直齿锥齿轮弯曲强度校核467

5.10.5 直齿锥齿轮的胶合承载能力计算469

5.11 弧齿锥齿轮的强度校核472

5.11.1 按格利森法校核弧齿锥齿轮的强度472

5.11.2 按GB/T 10062的B2与C混合法校核弧齿锥齿轮的强度477

5.12 摆线齿锥齿轮的强度校核484

5.12.1 摆线齿锥齿轮强度校核的原始参数484

5.12.2 摆线齿锥齿轮的切向力负载荷系数485

5.12.3 摆线齿锥齿轮的接触强度校核487

5.12.4 摆线齿锥齿轮的弯曲强度校核489

5.12.5 摆线齿锥齿轮的胶合承载能力计算490

5.13 弧齿准双曲面齿轮强度校核492

5.13.1 按格利森法校核弧齿准双曲面齿轮的强度493

5.13.2 按GB/T 10062的B2与C混合法校核弧齿准双曲面齿轮强度501

5.14 摆线齿准双曲面齿轮的强度校核508

5.14.1 摆线齿准双曲面齿轮强度校核的原始参数508

5.14.2 摆线齿准双曲面轮的切向力及载荷系数509

5.14.3 摆线齿准双曲面齿轮的接触强度校核511

5.14.4 摆线齿准双曲面齿轮的弯曲强度校核511

5.14.5 摆线齿准双曲面齿轮的胶合承载能力计算511

5.15 锥齿轮的精度518

5.15.1 锥齿轮精度标准GB/T 11365-1989518

5.15.2 美国的AGMA锥齿轮和准双曲面齿轮精度简介530

5.16 曲线齿锥齿轮齿面接触区的调整532

5.17 齿轮安装形式、齿轮及轴承受力计算533

5.17.1 锥齿轮及准双曲面齿轮的安装形式533

5.17.2 齿面受力分 2100433B

本手册立足于齿轮及其传动装置设计的全局，将通用机械和重型机械齿轮（一般工业齿轮）的设计作为重点，内容包括：渐开线圆柱齿轮、圆弧齿圆柱齿轮、锥齿轮、蜗杆、动轴轮系齿轮传动的设计。此外，齿轮的润滑和内在品质设计，齿轮工程图样中的技术要求和齿轮传动装置的艺术造型设计等都分别单独成章，详细阐述。手册各章主要编者均有数十年齿轮设计和研究的实践经验，各章技术内容实用可靠，资料完整、正确，标准新（至2003年），编排合理，查阅方便。

本手册为机械常规设计工具书，适用于机械设计人员查阅和参考，也可供高等院校机械专业学生进行毕业设计、课程设计查阅和参考。