第十章齿轮传动1a.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十章 齿 轮 传 动,本章重点：,齿轮传动的失效形式、受力分析及强度计算,本章难点：,齿轮,传动,的受力分析,按工作,条 件,按载荷,情 况,闭式传动,硬齿面,HBS,350,开式传动,低速轻载,:V1,3m/S;F,n,5,10KN,中速中载,:3m/S,V,10m/S;,10KNF,n,50KN,高速重载,:V10m/S;F,n,50KN,软齿面,HBS350,10-1,概,述,1.,齿轮传动的特点,:,效率高、,结构紧凑,、工作可靠、传动比稳定,2,齿轮传动的分类,半开式传动,10-2,齿轮传动的失效形式及设计准则,(,一,),失效形式,:,疲劳折断,过载折断,全齿折断,(,齿根,)(,直齿,),局部折断,(,斜齿受载不均,),1.,折断,2.,齿面失效,齿面点蚀,齿面胶合,齿面磨损,齿面塑性变形,闭式,硬齿面,齿轮传动的主要破坏形式,疲劳折断,：轮齿受的弯曲应,力是循环,变化,的，在齿根的,过渡圆角处具有较大的,应力,集中,。易发生轮齿,疲劳折断。,过载折断：,齿轮受到过载或,冲击时,引起轮齿的,突然折断,。,发生部位,:,齿根,措施,:,增大,齿根的过渡圆角,增大轴及支承刚度,提高齿芯韧性,强化齿根表层,发生部位：,一般首先出现在,齿根表面靠近节线处。,（原因：载荷大；相对滑动速度低难形成油膜,),图10-3,H,反复,裂纹,扩展,麻点状脱落,2.,齿面失效,闭式,软齿面,齿轮传动,的主要破坏形式。,1),齿 面 疲 劳 点 蚀,措施,:,提高齿面硬度,采用较高粘度,润滑,油,(v,12m/s,),齿形破坏,磨粒磨损,：,由于金,属微粒，灰石砂粒进入,齿轮引起的,磨损,。,开式齿轮传动,易发,生,磨粒磨损,。,2),齿 面 磨 粒 磨 损,措施,:,开式,闭,式,当齿面所受的压力很大且润滑效果差,(,压力很大，速度很高时,),，由于发热大,瞬时温度高,相啮合的齿面发生粘联,两齿面沿相对滑动方向（粘接的地方）被撕裂。,热胶合,。,润滑失效,表面粘连,沿相对滑动方向撕裂,低速重载的齿轮，油膜遭破坏,也发生胶合现象。这时齿面温度无,明显增高，这种胶合,冷胶合。,高速重载、低速重载闭式,传动,的主要破坏形式。,3),齿 面 胶 合,措施,:,加强,润滑,措施,提高齿面硬度,低速重载的软齿面齿轮，在严重过载下，可能出现表面金属沿滑动方向滑移，使齿面表层材料沿摩擦力方向塑性变形,主凹、从凸,2,1,低速重载,软齿面,闭式,传动,的主要破坏形式。,4),齿 面 塑 性 变 形,措施,:,提高齿面硬度,加强,润滑,措施,减小齿面粗糙度,合理选配材料,适当跑合,折断,:,疲劳折断,过载折断,全齿折断,(,齿根,)(,直齿,),局部折断,(,斜齿受载不均,),H,反复,裂纹,扩展麻点状脱落,靠近节线的齿根表面,齿面胶合,:,齿面磨粒磨损,:,润滑失效,表面粘连,沿相对运动方向撕裂,磨粒磨损,齿形破坏,齿面塑性变形,:,齿面沿摩擦力方向塑性变形,主凹、从凸,齿面点蚀,:,.,齿面失效,:,*闭式传动,*开式传动,*闭式高速重载传动,软齿面,硬齿面,齿面点蚀,轮齿折断,齿面磨粒,磨损,齿面,胶合,*低速重载软齿面,齿面,塑,性,变,形,3.,各种场合的主要失效形式,(,二,),齿轮传动常用设计准则,:,防齿面点蚀,防轮齿折断,齿面,接触,疲劳强度计算,求,d,1,齿根,弯曲,疲劳强度计算,求模数,常用的,计算方法,:,硬,齿面,(,折断,):,以,接触,强度设计为主,(先求,d,1,),以,弯曲,强度设计为副,以弯曲强度设计为主,(,先求,m,),以,接触,强度设计为副,按弯曲强度设计,(,求,m,),因考虑磨损将,m,适当增大,软,齿面,(,点蚀,):,开式,传动,:(,磨损,),闭式,传动,大功率,齿轮传动,散热,计算,1.,齿面要硬,齿芯要韧,2.,易于加工及热处理,（一）、,对齿轮,材料的基本要求,:,（二）、常用的,齿轮材料（,表,10-1,）,10-3,齿轮的材料,及其选用原则,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,),1.,锻钢钢材经锻造,性能提高,最常用,45,、,35SiMn,、,38SiMnMo,、,40Cr,、,20CrMoTi,2.,铸钢齿轮较大,(d400,600),时采用,ZG310-570,、,ZG340-640,钢,用于开式,、,低速传动的齿轮,强度差,易成型,1.,灰口铸铁,HT250,、,HT300,2.,球墨铸铁,QT500-5,用于小功率、速度高,低噪音,铸铁,非金属材料,齿轮,材料的选择原则,:,参见：,P188P189,四,.,钢制齿轮加工,工艺,过程：,热,(,正,),切齿,表面硬化处理,(,淬火、氰化、氮化,),坯料,热,(,正、调,),切齿,(,一般,8,级、精切,7,级,),正火、调质,HBS,1,=HBS,2,20,50,HRc,1,HRc,2,渗氮,低,碳钢渗碳淬火,中,碳钢表面淬火,三,.,常用,热处理,：,硬,齿面：,软,齿面：,软,齿面,(,中,),：,硬,齿面：,计算载荷,:,载荷系数,K=K,A,K,V,K,K,10-4,齿轮传动的计算载荷,齿面单位长度上的平均载荷,1,使用系数,K,A,考虑齿轮副以外因素引起的附加动载荷影响,查表,10-2 p.190,2,动,载荷系数,K,V,考虑齿轮付本身因误差、变形带来 冲击而引起的附加动载荷影响,查图,10-8 p.192,F,n,修缘,3,齿间,载荷分配系数,K,4,齿向载荷分布系数,K,考虑齿轮付双齿啮合时各,齿对载荷,分配不均匀,的影响,考虑轮齿沿齿宽,分布不均匀,的影响,查表,10-3 p.193,K,H,查表,10-4 p.194,K,F,查图,10-13 p.195,为改善轮齿沿齿宽,分布不均匀,的现象,鼓形齿,鼓形齿,10-5,标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算,(,一,),轮齿的受力分析,r,t,g,沿半径方向指向齿面,F,n,t,/cos,t,2,1,1,沿分度圆切线方向指向齿面,圆周力,t,：,径向力,r,：,F,n,作用力的方向及表示方法：,与,1,反向 与,2,同向,t2,(从):,由啮合点指向轮心,(,外,),F,t2,F,r2,F,r1,F,t1,F,r1,F,r2,F,t2,F,t1,p,1,2,F,t2,F,t1,F,r2,F,r1,V,t1,(主):t,r,(,二,),齿根弯曲疲劳强度计算 防止折断,强度,公式建立的依据：,1.,载荷作用在齿顶,且由一对轮齿承担,视 轮齿为悬臂梁,2.,齿根,30,切线法确定危险截面,令：,Y,Fa,齿形系数,考虑齿根应力集中,引入应力校正系数,Y,sa,后得齿根危险截面的弯曲强度条件：,见表,(10-5),上式写,为：,Y,Fa,、,Y,Sa,与,模数无关，只与齿形（齿数）有关,F,一许用弯曲应力,MPa,Mpa,(10-5a),mm (10-5),1.,校核公式,:,2.,设计公式,:,d,齿宽系数,必须取标准值,F1,F2,;,F1,F2,轮齿的弯曲强度主要,取决于,，必取标准值,传递动力齿轮模数m1.5mm,分别校核,校核时,:,设计时,:,取 与 中较大者计算,用设计公式求,m(m,n,),时,K,未知,K,t,与,K,相差大时,修正,m,重求,K,试选,K,t,(1.21.4),求,m,nt,(,试算值,),(10-10b),3.,弯曲,强度计算说明,:,特点：,图3-14,F,两圆柱体表面接触,应力：,1,2,接触小,且分布不均,中心,1.5,(,三,),齿面接触疲劳强度计算 防止点蚀,与,成正比,p,ca,接触线单位长度上的,计算载荷；,Z,E,弹性影晌系数,;,综合曲率半径,点蚀发生部位：,一般首先出现在,齿根表面靠近节线处。,齿轮轮廓哪一点接触应力最大？,由机械原理分析小齿轮单对齿啮合的最低点为,Hmax,一,.,强度,公式建立的依据,:,1,、齿面点蚀首先出现在节圆柱上；,2,、把节点处的接触看成是圆柱体的接触,，,以,齿廓节点处的,作为圆柱体的半径,则,有：,u=z,2,z,1,（,=d,2,d,1,=i,）,齿数比,标准齿轮正确安装,:,节圆,=,分度园,代入：,区域系数,，标准直齿为,2.5,得：,由,前：,面接触,强度,校核公式,若将,Z,H,=2.5,代入，可得：,齿面接触强度,设计公式,将,代入,得：,齿面接触强度公式,b,(,大,),齿轮的宽度,mm,b=b,2,b,1,=b,2,+(5,10),。,分度圆直径,(d,1,),成对计算,取较小,H,代入计算,当一对齿轮的材料、传动比、齿宽系数一定时，,轮齿的表面接触强度仅取决于,H1,=,H2,;,H,1,H,2,用设计公式求,d,1,时,K,未知,K,t,与,K,相差大时,修正,d,1,重求,K(d,1,),试选,K,t,（,1.21.4),求,d,1t,(,试算值,),(10-10),接触强度计算说明：,齿轮传动的设计参数选择,压力角,的选择,:,一般齿轮,=20,；,航空用齿轮,=25,齿数的选择：,d,1,一定，齿数,1,重合度,平稳性好,m,小,加工量,，但齿轮弯曲强度差,闭式,软齿面：,1,宜取多,提高平稳,性，,1,=2040,开式或闭式硬,齿面：,1,宜取少,保证轮齿弯曲强度,1,17,大,齿厚,弯曲强度,接触强度,但柔性,噪音、动载荷,10-6,齿轮传动的设计参数、,许用应力与精度选择,齿轮传动的许用应力,d,b,承载能力,但载荷分布不 均匀,应取得,适当,表,107,计算（实用）齿宽：,b=,d,d,1,B,1,=b+(58)mm B,2,=b,齿轮的许用应力：,疲劳强度安全系数,S,接触：,S=S,H,=1,弯曲,:S=S,F,=1.251.5,齿宽系数,d,的选择：,齿轮的疲劳极限,lim,：,接触：,lim,=,Hlim,_,依材料、热处理、硬度查,图,1021,弯曲,:,lim,=,FE,依材料、热处理、硬度查,图,1020,取中间偏下值，即在,MQ,与,ML,中间选值,寿命系数,K,N,考虑应力循环次数影响,接触：,K,N,=K,HN,_,由,N,查,图,1019,弯曲,:K,N,=K,FN,由,N,查,图,1018,N,=60,njL,h,n,齿轮的转速（,r,min,）,j,齿轮转一周时，同一齿面参加啮合的次数,L,h,齿轮的工作寿命,L,h,=,年数,300,班数,8,（,h,）,齿轮精度的选择,（表,108,）,齿轮设计基本步骤,选材料、精度、,Z,、,d,设计计算（,d,或,m,）,（校核计算）,尺寸计算,结构设计及零件图,由接触、弯曲设计出模数，依强度特点取其中一个套标准。适当调整齿数,例10-1:,设计两级圆柱齿轮减速器高速级,传动,电动机驱动，转向不变，载荷平稳。齿数比,u,3.2,转速,1,960 r,min,输入功率,P,1,10kw,。,P.209,解,:,1.,选类型、精度、材料及齿数,:,1),选直齿,;,2),选,7,级精度,(,表,10-8 P.208);,3),小齿轮选,40cr,钢,(,调质）,280HBS ;,大齿轮选,45,钢,(,调质）,240HBS,4),初选,Z,1,=24,Z,2,=uZ,1,=77,4),按接触强度初求,:,(4),H1,=K,HN1,Hlim1,/S,H,=540Mpa,H2,=K,HN2,Hlim2,/S,H,=522.5Mpa,取,H,=522.5Mpa,3),求,H,:,H,=,K,HN,Hlim,/S,H,(1),Hlim1,=600Mpa ;,Hlim2,=550Mpa ;(,图,10-21d,）,(2)S,H,=1;Z,E,=189.8 Mpa,1/2,(,表,10-6),(3)N,1,=60n,1,jL,h,=4.147x10,9,;N,2,=60n,2,jL,h,=1.296x10,9,K,HN1,=0.90 ;K,HN2,=0.95 (,图,10-19),2.,按齿面接触强度设计,:,(,闭,式、软齿面）,1),试取载荷系数,K=1.3,选齿宽系数,d,=1,(,表,10-7 p.201),2),求,1,=9.5510,6,P,1,/n,1,=9.94810,4,Nmm,5),求载荷系数,K,:,(2),齿宽,b=,d,d,1t,=65.396mm,(3),求,b/h:,m,t,=d,1t,/Z,1,=2.725mm;h=2.25m=6.13mm,b/h=10.67,(4),查,K,A,=1 p.190 ;,K,v,=1.12 p.192,(5),查,K,H,=,K,F,=1.2,p.193,(,K,A,F,t,/b,=K,A,2T,1,/(d,1,b),23100),(6)K,H,=1.423 p.194,(,调质齿轮,7,级,非对称,),K,F,=1.35 p.195,(b/h=10.67,K,H,=1.423),=1.913,6),修正,d,1,:,m=d,1,/Z,1,=74.38/24=3.1mm,K,H,=,K,A,K,v,K,H,K,H,3.,按齿根弯曲强度设计,:,3),查齿形系数,Fa,(P.197),:Y,Fa1,=2.65 ,Y,Fa2,=2.226,查应力校正系数,Sa,(P.197):Y,FS1,=1.58 ,Y,FS2,=1.764,1),求,F,:,F,=,K,FN,Flim,/S,F,p.202,p.204,(1),Flim1,=500Mpa ;,Flim2,=380Mpa;,（,图,10-20c),(2)S,F,=1.4;,(3)K,FN1,=0.85 ;K,FN2,=0.88 (,图,10-18,）,2),求载荷系数,K,:K,F,=,K,A,K,v,K,F,K,F,=1.814:,(4),F1,=K,FN1,Flim1,/S,F,=303.57Mpa,F2,=K,FN2,Flim2,/S,F,=238.86Mpa,(2),设计计算,:,(3),分析,:,(1),比较,:,取大齿轮值代入,74.38mm,弯曲强度取决于,m m,2.176mm,取,m=2.5mm,重选齿数,Z:,(,原,取,Z,1,=24,Z,2,=uZ,1,=77),Z,1,=d,1,/m=74.38/2.5=30,Z,2,=uZ,1,96,4.,几何尺寸计算,:,a=m(Z,1,+Z,2,)/2=157.5mm,d,1,=mZ,1,=2.5,30=75mm;d,2,=mZ,2,=2.596=240mm,b=,d,d,1,=75mm=b,2,b,1,=b,2,+5=80mm,5.,验算,:F,t,=2T,1,/d,1,=2653N,K,A,F,t,/b,=1,2653/75=35.37N/mm,合适,