齿轮传动设计手册(第2版)(精)

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、圆弧圆柱齿轮、锥齿轮和准双曲面齿轮、蜗杆蜗轮、动轴轮系齿轮传动以及减（增）速器的设计等。此外，齿轮的润滑和内在品质（材料和热处理）设计以及齿轮工程图样中的技术要求等都分别单独成章，详细阐述。手册编者均有数十年齿轮设计和研究的实践经验，内容实用可靠，资料完整、准确，所有设计实例均经过实践检验；标准新，均采用了最新的国家和行业标准；表格化的编排风格，简明便查。 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，也可作为高等院校机械工程专业学生进行毕业设计和课程设计的参考书。

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齿轮的几何要素代号标记法1 旋转运动常用关系式2 第1章齿轮传动设计总论3 11齿轮传动的分类3 12各类齿轮传动的特点、性能和选用原则4 121各类齿轮传动的特点、性能和应用4 122齿轮传动类型的选用原则5 13齿轮轮齿加工6 131轮齿加工原理和方法6 132各种加工方法的应用范围及特点8 14影响齿轮承载能力诸因素的量级估计10 15安全系数的选择12 16齿轮传动设计步骤与设计任务书13 161传动装置的参数设计13 162齿轮传动设计任务书13 17齿轮及其传动装置的标准化14 附录15 1齿轮及其传动装置国家标准和行业标准15 2齿轮及其传动装置国际标准化组织（ISO）标准18 3齿轮及其传动装置美国齿轮制造商协会（AGMA）标准（即美国国家标准，ANSI）20 参考文献22 第2章渐开线圆柱齿轮传动设计23 21基本齿廓及模数系列27 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27 212通用机械和重型机械用圆柱齿轮模数29 22渐开线圆柱齿轮传动的几何尺寸和特性参数计算30 221标准圆柱齿轮传动的几何尺寸计算30 222变位圆柱齿轮传动概述和变位系数的选择31 223外啮合变位圆柱齿轮传动的几何尺寸计算48 224内啮合变位圆柱齿轮传动的几何尺寸计算48 225渐开线圆柱齿轮的齿厚测量计算54 226渐开线圆柱齿轮传动几何尺寸计算实例68 23齿轮的损伤与失效70 231齿轮损伤、失效与齿轮设计70 232齿轮失效判据71 24渐开线圆柱齿轮承载能力计算76 241轮齿受力计算76 242齿轮传动设计参数的选择76 243齿轮材料选择概要80 244齿轮传动主要尺寸参数的初步确定84 245渐开线圆柱齿轮疲劳承载能力计算86 246在变载荷下工作的齿轮强度计算118 247齿轮静强度校核计算120 248开式齿轮强度计算的特点121 25渐开线齿轮齿面胶合承载能力计算122 251胶合承载能力校核计算基本公式122 252各计算参数确定122 253胶合承载能力计算示例129 254锥齿轮胶合承载能力的计算特点129 26圆柱齿轮的结构设计131 27高速齿轮传动及轮齿修形137 271高速齿轮传动设计特点137 272轮齿修形143 28齿轮精度设计153 281齿轮精度标准适用范围154 282齿轮偏差的定义及代号154 283齿轮精度等级及其选择156 284齿轮检验159 285齿轮坯166 286表面结构的影响168 287轴中心距和轴线平行度170 288轮齿接触斑点172 289侧隙173 2810图样标注177 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178 2812新旧标准的差异181 参考文献184 第3章其他渐开线圆柱齿轮传动设计185 31齿轮齿条传动185 311齿轮齿条传动特点185 312齿轮齿条传动的限制条件186 313齿轮齿条传动的几何尺寸计算187 314齿条精度188 32交错轴斜齿轮传动194 321交错轴斜齿轮传动195 322交错轴斜齿轮传动的特点及最紧密啮合195 323交错轴斜齿轮传动的重合度196 324交错轴斜齿轮传动的设计及几何计算197 325交错轴斜齿轮传动的干涉200 33分阶式双渐开线齿轮传动200 331双渐开线齿轮齿廓及其基本齿廓200 332双渐开线齿轮传动的啮合特性201 333双渐开线齿轮传动的几何尺寸计算203 334双渐开线齿轮传动强度计算203 34点线啮合圆柱齿轮传动205 341点线啮合齿轮传动的类别、特点和应用205 342点线啮合齿轮传动的几何尺寸计算206 343点线啮合齿轮传动的参数选择及封闭图207 344点线啮合齿轮传动的齿轮精度与公差212 345点线啮合齿轮传动的齿轮零件工作图217 参考文献217 第4章圆弧齿圆柱齿轮传动设计218 41概述219 411圆弧齿轮传动的特点219 412圆弧齿轮传动的类型220 42圆弧齿圆柱齿轮传动的基本齿廓220 421圆弧齿圆柱齿轮传动的基本原理220 422双圆弧齿轮基本齿廓220 423圆弧齿轮传动的啮合特性222 43圆弧齿圆柱齿轮传动几何参数的设计计算223 431模数系列223 432圆弧齿轮传动的几何参数的设计计算223 44圆弧齿圆柱齿轮传动的参数选择223 441模数mn和齿数z1225 442重合度εβ225 443螺旋角β225 444齿宽系数φa225 45圆弧齿圆柱齿轮的损伤形式及其防止措施226 451齿端崩角226 452轮齿折断226 453齿面疲劳点蚀226 454齿面塑性变形227 455齿面胶合227 456齿面磨损227 46圆弧齿轮传动的承载能力计算227 461强度计算公式227 462强度计算公式中各系数的确定方法227 47圆弧齿圆柱齿轮的测量尺寸计算、精度和检验234 471圆弧齿圆柱齿轮传动测量尺寸计算234 472圆弧齿轮精度等级和传动侧隙236 473齿轮、齿轮副误差及侧隙的定义和代号236 474圆弧齿轮各项精度指标的分组和选用238 475各检验项目的公差数值239 476圆弧齿轮齿轮公差关系式与计算式243 48圆弧齿圆柱齿轮图样标注及应注明的尺寸数据244 481齿轮工作图中应标注的一般尺寸和数据参数244 482齿轮精度等级和侧隙系数的标注方式244 49设计计算实例245 参考文献249 第5章锥齿轮和准双曲面齿轮传动设计250 51概述250 511锥齿轮及准双曲面齿轮的特点和用途250 512齿面的形成250 513锥齿轮的当量圆柱齿轮254 514锥齿轮几何参数的名称255 515锥齿轮和准双曲面齿轮的3种齿制255 52锥齿轮及准双曲面齿轮主要参数选择257 521锥齿轮及准双曲面齿轮的基本齿廓257 522锥齿轮的大端分度圆直径259 523准双曲面齿轮的偏置距E261 524齿数、模数、齿宽和螺旋角261 525锥齿轮和准双曲面齿轮的变位263 526齿面受力分析和齿的螺旋方向选择263 53直齿锥齿轮几何设计264 531直齿锥齿轮主要参数初算264 532直齿锥齿轮几何计算265 533直齿锥齿轮的当量齿轮和重合度267 54格利森制弧齿锥齿轮几何设计268 541弧齿锥齿轮的主要参数初算268 542弧齿锥齿轮几何参数计算268 543弧齿锥齿轮的当量齿轮和重合度272 55ANSI/AGMA 2005D03锥齿轮的几何设计272 551直齿、零度齿和弧齿锥齿轮的变位272 552齿高的收缩273 553锥齿轮的最小和最大法向侧隙273 554直齿、零度齿和弧齿锥齿轮主要参数初算274 555直齿、零度齿和弧齿锥齿轮的几何参数计算274 56摆线齿锥齿轮几何设计275 561摆线齿锥齿轮主要参数初算276 562摆线齿锥齿轮几何参数计算276 563摆线齿锥齿轮的当量齿轮和重合度计算286 564摆线齿锥齿轮的齿形系数和切向变位系数286 57弧齿准双曲面齿轮几何设计287 571弧齿准双曲面齿轮的初步设计287 572弧齿准双曲面齿轮几何参数计算289 58摆线齿准双曲面齿轮的几何设计293 581摆线齿准双曲面齿轮主要参数初算293 582摆线齿准双曲面齿轮几何计算294 583摆线齿准双曲面齿轮的当量齿轮和重合度304 584摆线齿准双曲面齿轮的齿形系数和切向变位系数306 59直齿锥齿轮强度校核307 591直齿锥齿轮强度校核的原始参数307 592直齿锥齿轮的切向力及载荷系数307 593直齿锥齿轮的齿面接触强度校核310 594直齿锥齿轮弯曲强度校核311 595直齿锥齿轮的胶合承载能力计算314 510弧齿锥齿轮的强度校核316 5101按格利森法校核弧齿锥齿轮的强度317 5102按GB/T 10062的B2与C混合法校核弧齿锥齿轮的强度321 511摆线齿锥齿轮的强度校核327 5111摆线齿锥齿轮强度校核的原始参数327 5112摆线齿锥齿轮的切向力及载荷系数328 5113摆线齿锥齿轮的接触强度校核330 5114摆线齿锥齿轮的弯曲强度校核331 5115摆线齿锥齿轮的胶合承载能力计算332 512弧齿准双曲面齿轮强度校核335 5121接触强度校核335 5122弯曲强度校核337 5123弧齿准双曲面齿轮强度校核算例337 513摆线齿准双曲面齿轮的强度校核343 5131摆线齿准双曲面齿轮强度校核的原始参数343 5132摆线齿准双曲面齿轮的切向力及载荷系数344 5133摆线齿准双曲面齿轮的接触强度校核346 5134摆线齿准双曲面齿轮的弯曲强度校核346 5135摆线齿准双曲面齿轮的胶合承载能力计算346 514锥齿轮的精度352 5141锥齿轮精度标准GB/T 11365—1989352 5142美国的AGMA锥齿轮和准双曲面齿轮精度简介352 515曲线齿锥齿轮齿面接触区的调整355 516齿轮安装形式357 517锥齿轮的结构和工作图357 5171锥齿轮结构357 5172锥齿轮和准双曲面齿轮的工作图358 参考文献363 第6章蜗杆传动设计364 61蜗杆传动的组成、特点和应用366 62蜗杆传动的类型366 63蜗杆传动的传动比367 64蜗杆传动的效率367 641蜗杆传动面间的相对滑动速度367 642蜗杆传动的接触线和润滑角367 643蜗杆传动的效率367 65蜗杆传动的失效形式和选材原则368 651失效形式368 652选材原则369 66普通圆柱蜗杆传动370 661分类370 662普通圆柱蜗杆传动的基本参数372 663普通圆柱蜗杆传动承载能力计算383 664热平衡计算385 665蜗杆和蜗轮的结构387 666圆柱蜗杆传动的精度387 667计算示例1394 67圆弧圆柱蜗杆传动407 671圆弧圆柱蜗杆传动类型407 672圆弧圆柱蜗杆传动特性407 673轴向圆弧齿圆柱蜗杆传动的几何参数和尺寸计算407 674圆弧圆柱蜗杆传动承载能力计算416 675计算示例2416 68直廓环面蜗杆传动417 681直廓环面蜗杆传动的参数选择及几何尺寸计算417 682直廓环面蜗杆的修形417 683直廓环面蜗杆传动承载能力计算420 684直廓环面蜗杆、蜗轮精度424 685计算示例3424 69平面包络环面蜗杆传动426 691平面一次包络环面蜗杆传动426 692平面二次包络环面蜗杆传动431 693计算示例4439 参考文献451 第7章动轴轮系齿轮传动设计452 71轮系概述455 711轮系的分类及应用455 712定轴轮系的传动比456 713常用行星齿轮传动的传动形式与特点457 714行星齿轮传动的传动比459 715行星齿轮传动的效率462 72渐开线齿轮行星传动463 721主要参数的确定463 722行星齿轮传动的受力分析487 723行星传动齿轮强度计算要点489 724行星齿轮传动的结构设计与计算493 725少齿差行星齿轮传动514 73摆线针轮传动543 731概述543 732摆线针轮传动的啮合原理545 733摆线针轮行星传动的基本参数和几何尺寸计算555 734摆线针轮行星传动的受力分析559 735主要件的强度计算566 736摆线针轮传动的优化设计566 737摆线针轮行星传动的技术要求570 738设计计算公式与示例574 739主要零件的工作图576 7310大型摆线针轮行星传动的新结构简介581 7311RV减速器581 74谐波齿轮传动585 741谐波齿轮传动的主要特点及其基本原理585 742谐波齿轮传动的分类586 743谐波齿轮传动的传动比计算587 744谐波齿轮传动主要构件的结构形式588 745谐波齿轮传动的设计计算与基本参数的确定588 746谐波齿轮传动的效率、发热、润滑与增速600 747动力谐波齿轮传动工作过程中的跳齿问题602 748谐波齿轮传动的常规试验602 参考文献603 第8章减（增）速器设计605 81概述605 811适用范围605 812基础标准、特殊术语与定义606 813发展趋势606 82各类减（增）速器的设计程序、主参数607 821一般单机设计程序607 822标准系列减（增）速器设计程序607 823设计原始条件、数据608 824选型——传动类型、装配形式、安装形式608 825减（增）速器的主参数614 83渐开线圆柱齿轮减（增）速器设计619 831选定性能水平——齿轮按性能分类619 832齿轮参数初算619 833齿轮结构设计623 834初定轴直径、轴与齿轮的配合628 835初选轴承型号、轴承配置与轴承偏心套632 836机体、机盖与整机结构设计634 837主要零部件强度校核636 84减（增）速器附件644 85机械功率计算646 851机械功率的应用与计算依据646 852计算公式646 853机械功率的选用647 86热功率的测定与计算651 861热功率的试验测定652 862热功率计算652 863损耗功率（功率损失）PV计算653 864热散发功率PQ计算655 865热功率的修正656 87润滑、冷却、加热与密封657 871润滑和冷却的方式658 872加热器及其安装662 873密封664 874润滑油油品与选用665 88出厂检验与试验665 881整机出厂检验665 882试验665 89储运、安装、试运转、维护666 891储藏、运输666 892安装666 893试运转666 894使用维护667 810通用标准、系列减速器及其选用667 8101圆柱齿轮减速器（摘自JB/T 8853—2001）667 8102模块式圆柱齿轮减速器与模块式圆锥圆柱齿轮减速器（摘自JB/ZQ 6101—2002）679 8103NGW型行星齿轮减速器（摘自JB/T 6502—1993）685 8104圆弧圆柱蜗杆减速器（摘自JB/T 7935—1999）690 8105典型通用标准齿轮减速器简介693 参考文献695 第9章齿轮传动装置的润滑设计696 91概述696 911齿轮润滑的特点及润滑剂的作用696 912齿轮的润滑状态697 913润滑对齿轮传动的影响及其策略698 92齿轮润滑油（脂）和添加剂699 921工业齿轮油的分类699 922车辆齿轮油的分类701 923工业齿轮油的规格标准701 924车辆齿轮油的规格标准702 925润滑油添加剂711 93齿轮传动装置的润滑油选用方法711 931工业齿轮润滑油的使用要求711 932工业闭式齿轮的润滑油选用方法（包括高速齿轮的润滑）712 933蜗轮蜗杆传动的润滑油选用方法714 934工业开式齿轮传动的润滑油（脂）选用方法715 935车辆齿轮润滑油的选用方法716 936齿轮润滑油的质量监控和换油指标717 94齿轮传动装置的润滑方式720 941油浴润滑720 942循环喷油润滑721 943油雾润滑721 944离心润滑722 945润滑脂润滑722 946固体润滑722 附录722 1工业润滑油ISO黏度分类（GB/T 3141—1994）722 2齿轮油常用黏度级的换算723 3国内外（部分公司）抗氧防锈工业齿轮油产品牌号对照723 4国内外（部分公司）中负荷工业齿轮油产品牌号对照723 5国内外（部分公司）重负荷工业齿轮油产品牌号对照724 参考文献724 第10章齿轮内在品质设计725 101齿轮强度设计中的材料热处理725 1011齿轮疲劳强度与材料热处理质量等级725 1012软硬齿面齿轮应用的选择732 102齿轮材料的选择732 1021齿轮用钢材732 1022齿轮用铸铁734 1023齿轮用有色金属750 103齿轮热处理工艺752 1031齿轮热处理工艺的选择752 1032齿轮的热处理工艺754 104齿轮热处理缺陷及质量控制770 1041齿轮热处理质量检验770 1042齿轮热处理质量控制770 参考文献773 第11章齿轮传动工程图样中的技术要求和技术条件774 111概述774 112技术要求的内容和示例774 1121齿轮零件工作图上的技术要求774 1122齿轮传动装置装配图上的技术要求775 1123齿轮技术要求示例775 113锻件的技术条件775 1131锻件的技术条件和一般要求775 1132锻件材料的化学成分776 1133锻件的力学性能777 1134有关齿轮毛坯制造的技术条件标准778 114锻钢件无损探伤技术条件778 1141锻钢件无损探伤技术条件和一般要求778 1142超声波探伤及其质量等级778 1143磁粉探伤及其质量等级779 1144渗透探伤及其质量等级779 1145质量验收等级的选择780 1146有关无损探伤的技术条件标准780 115热处理技术要求在零件工作图上的表示方法781 1151表示方法的一般规定781 1152正火、退火及淬火回火（含调质）零件的标注781 1153表面淬火零件的标注781 1154渗碳和碳氮共渗零件的标注784 1155渗氮零件的标注785 116刚性转子的平衡与许用不平衡786 1161转子的不平衡与平衡786 1162转子质量与许用剩余不平衡量787 1163平衡品质等级与工作转速和许用剩余不平衡度的关系788 1164平衡品质的确定和许用剩余不平衡量789 1165许用剩余不平衡量向允差平面的分配791 1166平衡允差向校正平面的分配791 1167组装转子792 1168平衡计算示例793 1169按支承力的限值确定平衡允差793 11610平衡误差和剩余不平衡的检验794 11611转子平衡品质等级在图样上的标注方法794 117齿轮装置的噪声验收规范794 1171概述794 1172声功率级的确定795 1173辐射声压级的确定798 1174透平齿轮传动装置噪声声压级规范800 1175德国VDI 2159标准中的噪声评价800 118齿轮装置的振动验收规范801 1181机械振动中的位移、速度和加速度801 1182振动测量方式和测量单位802 1183齿轮装置试验条件802 1184验收值（等级）802 1185振动的主观评价803 1186透平齿轮传动装置的振动规范803 119齿轮传动装置的清洁度804 附录805 1各种硬度测试方法的适用范围805 2硬度符号表示方法和举例说明806 参考文献806 第12章齿轮传动装置的艺术造型设计807 121齿轮传动装置箱体设计基本要求807 122齿轮传动装置艺术造型设计的特殊性808 123齿轮传动装置造型设计的主要美学因素808 1231齿轮传动装置形式美特征808 1232构成形式美的因素（形态、色彩、材质、结构）809 124齿轮传动置造型设计的评价标准811 1241列项记分评价法811 1242模糊评价法812 125齿轮传动装置造型设计的一般程序813 126齿轮传动装置造型设计实例814 参考文献814