齿轮传动设计例题.ppt

机械设计,第,11,章 齿轮传动设计,11,-,1,齿轮传动的受力分析与计算载荷,11-2,齿轮传动的失效形式及设计准则,11-3,齿轮材料及许用应力,11-4,直齿圆柱齿轮传动的强度计算,11-5,斜齿圆柱齿轮与直齿锥齿轮的强度计算特点,11-6,齿轮的结构设计,11-7,齿轮传动的润滑,作业：,5-9,、,10,、,11,、,12,、,13,、,14,、,15,、,20,本章重点：,1,、齿轮传动的受力分析；,2,、齿轮传动的失效形式及其设计准则；,3,、圆柱,(,直齿、斜齿,),齿轮传动的强度计算。,本章难点：,1,、齿轮传动的受力分析；,2,、圆柱齿轮传动的强度计算；,3,、直齿锥齿轮强度计算。,11-4,直齿圆柱齿轮传动强度计算,1,、接触强度相等的条件：,等强度条件为：,2,、弯曲强度相等的条件：,等强度条件为：,四、齿轮强度比较方法,11-4,直齿圆柱齿轮传动强度计算,例题：,1,：甲乙两人分别设计闭式软齿面直齿圆柱齿轮减速器，其工作条件、材料、硬度、齿宽等均相同，甲的参数为：,m,=3mm,，,z,1,=20,，,z,2,=80,，乙的参数为：,m,=2.5mm,，,z,1,=24,，,z,2,=96,，现经校核，乙方案完全符合强度要求，试问：,1,、甲方案是否可用？为什么？,2,、相对来说，哪个方案更合理？为什么？,解,1,、,接触强度相同。,而,m,m,，甲的弯曲强度大于乙。,甲方案可用。,2,、乙方案更合理。,d,不变，,m,z,运动平稳性,11-4,直齿圆柱齿轮传动强度计算,2,：有两对标准闭式软齿面直齿圆柱齿轮传动，,z,1,=20,，,z,2,=40,，,m=2,，,z,1,=20,，,z,2,=60,，,m,=3,，齿轮制造精度、载荷、材料、热处理均相同，忽略载荷系数,K,及,的影响，试问：,1,、若第一对齿轮的齿宽,b,=36,mm,，则,b,=,？,这两对齿轮的齿面接触疲劳强度才相等；,2,、判断哪个齿轮的弯曲疲劳强度最弱？,解,1,、由于四个齿轮材料、精度等均相同，则许用接触应力,H,均相同,。,要使齿面接触应力相等，应使其计算应力相等，即：,11-4,直齿圆柱齿轮传动强度计算,解,2,、由于四个齿轮材料、精度、载荷等均相同，则许用弯曲应力,F,均相同。,要判断哪个齿轮弯曲强度最弱，要看计算应力，且一对齿轮中小齿轮的弯曲应力较大，因此，需比较,F1,和,F1,。,而,z,1,=z,1,齿轮,z,1,的弯曲疲劳强度最弱。,z1=20,，,z2=40,，,m=2,，,z1,=20,，,z2,=60,，,m,=3,，,2,、判断哪个齿轮的弯曲疲劳强度最弱？,11-4,直齿圆柱齿轮传动强度计算,3,：有一对闭式软齿面标准直齿圆柱齿轮传动，已知：,m=10mm,、,Z,1,=20,、,Z,2,=40,，齿宽,B,1,=165mm,，B,2,=160mm,，,H1,=520MPa,H2,=400MPa,。问：,1,、两齿轮的齿面接触疲劳强度哪个大？为什么？,2,、若参数改为：,m,=5mm,、,Z,1,=40,、,Z,2,=80,，假设改进后其工作条件、载荷系数,K,、材料、热处理硬度、齿宽等条件都不变，该对齿轮的接触强度和弯曲强度是否有变化？如何变化？为什么？,3,、如果参数改变前后两个齿轮的接触强度和弯曲强度均满足要求，试分析应该选用哪套参数？为什么？,解：,1,、,齿轮,1,的接触疲劳强度大。,3,：有一对闭式软齿面标准直齿圆柱齿轮传动，已知：,m=10mm,、,Z,1,=20,、,Z,2,=40,，齿宽,B,1,165mm,，,B,2,=160mm,，,H,1,=520MPa,H,2,=400MPa,。问：,2,、若参数改为：,m,=5mm,、,Z,1,=40,、,Z,2,=80,，假设改进后其工作,条件、载荷系数,K,、材料、热处理硬度、齿宽等条件都不变，该,对齿轮的接触强度和弯曲强度是否有变化？如何变化？为什么？,3,、如果参数改变前后两个齿轮的接触强度和弯曲强度均满足要,求，试分析应该选用哪套参数？为什么,？,11-4,直齿圆柱齿轮传动强度计算,解：,2,、,改进前后接触疲劳强度不变。,3,、,改进后弯曲疲劳强度降低。,应选用第,2,套参数。,因为,：,1,、,2,、,3,11-4,直齿圆柱齿轮传动强度计算,4,：,有一对闭式钢制齿轮传动，已知,T,1,=12010,3,Nmm,，弹性系数,Z,E,=189.8,，载荷系数,K,=1.2,；,齿轮编号,齿数,模数,(,mm,),齿宽,(,mm,),齿形,系数,应力修正,系数,许用接触,应力（,N/mm,2,）,许用弯曲,应力（,N/mm,2,）,1,Z,1,=20,4,b,1,=85,Y,Fa1,=2.8,Y,sa1,=1.55,H1,=550,F1,=420,2,Z,2,=40,b,2,=80,Y,Fa2,=2.4,Y,sa2,=1.67,H2,=450,F2,=380,、试分析该对齿轮传动，哪个齿轮的接触疲劳强度较低？哪个齿轮的弯曲疲劳强度较低？为什么？,、预测当出现失效时，将是齿面疲劳点蚀还是齿根疲劳折断？为什么？,提示：,11-4,直齿圆柱齿轮传动强度计算,4,：,有一对闭式钢制齿轮传动，已知,T,1,=12010,3,Nmm,，弹性系数,Z,E,=189.8,，载荷系数,K,=1.2,；,齿轮编号,齿数,模数,(,mm,),齿宽,(,mm,),齿形,系数,应力修正,系数,许用接触,应力（,N/mm,2,）,许用弯曲,应力（,N/mm,2,）,1,Z,1,=20,4,b,1,=85,Y,Fa1,=2.8,Y,sa1,=1.55,H1,=550,F1,=420,2,Z,2,=40,b,2,=80,Y,Fa2,=2.4,Y,sa2,=1.67,H2,=450,F2,=380,解：,1,、,齿轮,2,的接触疲劳强度较低。,齿轮,2,的弯曲疲劳强度较低。,4,：,有一对闭式钢制齿轮传动，已知,T,1,=12010,3,Nmm,，弹性系数,Z,E,=189.8,，载荷系数,K,=1.2,；,11-4,直齿圆柱齿轮传动强度计算,齿轮编号,齿数,模数,(,mm,),齿宽,(,mm,),齿形,系数,应力修正,系数,许用接触,应力（,N/mm,2,）,许用弯曲,应力（,N/mm,2,）,1,Z,1,=20,4,b,1,=85,Y,Fa1,=2.8,Y,sa1,=1.55,H1,=550,F1,=420,2,Z,2,=40,b,2,=80,Y,Fa2,=2.4,Y,sa2,=1.67,H2,=450,F2,=380,解：,2,、,先发生齿面疲劳点蚀。,练习题,试合理确定图示两级斜齿圆柱齿轮减速器各斜齿轮的螺旋线方向，并画出各对齿轮的受力，电动机转向如图。,n,电,1,2,3,4,5,6,F,a5,F,a6,F,a4,F,a3,F,a2,F,a1,F,t5,F,t6,F,t4,F,t3,F,t2,F,t1,例,1,：如图所示传动系统，已知电机转动方向。,1,、说明为什么带传动布置在高速级，而链传动布置在低速级？,2,、说明为什么斜齿圆柱齿轮,3,、,4,的齿宽不相等？,3,、使轴向力抵消一部分，在图中标出斜齿轮3,、,4,螺旋线方向；,4,、在图中标出所有齿轮轴向力的方向。,F,a2,F,a3,F,a1,F,a4,总复习,1,：说明为什么带传动布置在高速级，而链传动布置在,低速级？,带传动要用在高速级，因为：,（,1,）,:,因为,P=,F,eV,，,V,Fe,，不易打滑；,（,2,）：带有过载保护的功能，过载时，可对后面的,传动零件起到保护的作用。,（,3,）：带传动有缓冲吸振的功能，高速振动大。,链传动要用在低速级，因为：,链传动有多边形效应，链速越高动载荷越大，所以用,在低速级。,2,：说明为什么斜齿圆柱齿轮,3,、,4,的齿宽不相等？,由于存在制造和安装误差，为了保证有效接触宽度，,齿宽不相等，为了节省材料小齿轮的齿宽大。,总复习,例,2,：图示为一二级展开式标准斜齿圆柱齿轮减速器。已知，高速级齿数,z,1,=44,z,2,=94,，模数,m,12,=2.5 mm,，中心距,a,12,=175 mm,，齿宽,b,2,=90mm,；低速级齿数,z,3,=40,，,z,4,=75,，模数,m,34,=3 mm,，中心距,a,34,=175 mm,，齿宽,b,4,=100 mm,；四个齿轮的材料相同，许用接触应力分别为：,H,1,H,3,=550,MPa,，,H,2,H,4,=420MPa,；传动的摩擦损耗可忽略不计，假设两对齿轮传动的载荷系数,K,相同。试：,(1),标出齿轮,2,轮齿螺旋线的旋向，以使,II,轴轴承上所受轴向力小些；,(2),画出各齿轮的受力图,(,力的作用点和方向,),；,(3),判断哪个齿轮的接触强度最弱,方案三,比方案一的,d,1,减小，齿面接触疲劳强度不够，不可用。,答：,(1),方案二,与方案一的,d,1,相同，齿面接触疲劳强度不变，可用。,例,3,：有一同学设计闭式软齿面直齿圆柱齿轮传动，方案一其参数为：,m=4mm,、,z,1,=20,、,z,2,=60,，经强度计算其齿面接触疲劳强度刚好满足设,计要求，但齿根弯曲应力远远小于许用应力，因而又进行了两种方案,设计。方案二为：,m=2mm,、,z,1,=40,、,z,2,=120,，其齿根弯曲疲劳强度刚,好满足设计要求；方案三为：,m=2mm,、,z,1,=30,、,z,2,=90,。假设改进后其,工作条件、载荷系数,K,、材料、热处理硬度、齿宽等条件都不变，问：,(1),改进后的方案二、方案三是否可用？为什么？,(2),应采用哪个方案更合理？为什么？,(2),方案一与方案二相比较，应采用方案二更合理，因为在不变,的条件下，齿数多、模数小有如下优点：,1,、重合度,，传动平稳；,2,、齿高,h,，滑动系数，磨损；,3,、,da,，齿轮重量，切削量。,自测题,一、选择题,1,、为了提高齿轮传动的齿面接触强度应,_,。,A,、分度圆直径不变增大模数,B,、增大分度圆直径,C,、分度圆直径不变增加齿数,D,、减小齿宽,2,、为了提高齿轮齿根弯曲强度应,_,。,A,、增大模数,B,、增大分度圆直径,C,、增加齿数,D,、减小齿宽,3,、一减速齿轮传动，主动轮,1,和从动轮,2,的材料相同，两轮齿根的弯曲应力,_,。,A,、,F1,F2,B,、,F1,Y,Fa2,B,、,Y,Fa1,Y,Fa2,C,、,Y,Fa1,=Y,Fa2,6,、圆柱齿轮传动中，常使小齿轮齿宽,b,1,略大于大齿轮齿宽,b,2,，其目的是,_,。,A,、提高小齿轮齿面接触强度,B,、提高小齿轮齿根弯曲强度,C,、补偿安装误差，以保证全齿宽接触,D,、减少小齿轮载荷分布不均,7,、闭式软齿面齿轮传动中，小轮齿面硬度与大轮齿面硬度差，应取,_,较为合理。,A,、,3050HBS B,、,0 C,、,z,1,，,b,1,b,2,，其接触应力的大小为,_,。,A,、,H1,H2,C,、,H1,=,H2,D,、可能相等，也可能不等,15,、一般开式齿轮传动的主要失效形式是。,A,、齿面胶合,B,、齿面疲劳点蚀,C,、齿面磨损或轮齿疲劳折断,D,、轮齿塑性变形,16,、高速重载齿轮传动，当润滑不良时，最可能出现的失效形式是。,A,、齿面胶合,B,、齿面疲劳点蚀,C,、齿面磨损,D,、轮齿疲劳折断,17,、轮齿弯曲强度计算中齿形系数与无关。,A,、齿数,B,、变位系数,C,、模数,18,、直齿圆锥齿轮强度计算中，是以,_,为计算依据的。,A,、大端当量直齿圆柱齿轮,B,、平均分度圆处的当量直齿圆柱齿轮,C,、大端分度圆柱齿轮,D,、平均分度圆柱齿轮,自测题,二、填空题,1,、一般参数的闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式是,_,。,2,、,一般参数的闭式硬齿面齿轮传动的主要失效形式是,_,。,3,、高速重载且散热条件不良的闭式齿轮传动，其最可能出现的失效形式是,_,。,4,、一般参数的开式齿轮传动，其主要失效形式是,_,。,5,、减小动载荷，可采取的措施有,_,、,_,、,_,。,6,、在推导轮齿齿根弯曲疲劳应力计算公式时，它的计算模型是,_,，设计的主要参数是,_,，一对齿轮传动中大、小齿轮的弯曲应力,_,，原因是,_,。,7,、齿轮齿面接触应力公式是在,_,公式的基础上推导出的，影响齿面接触应力最主要的几何参数是,_,。一对标准直齿轮传动，若中心距、传动比等其他条件不变，仅增大齿数,Z1,，而减小模数,m,，则齿轮的齿面接触疲劳强度,_,。,