機械設計第八西工大 PPT學習教案

1、會計學1機械設計第八西工大機械設計第八西工大 一、齒輪傳動的主要特點： 傳動效率高可達99。在常用的機械傳動中，齒輪傳動的效率為最高； 結構緊湊與帶傳動、鏈傳動相比，在同樣的使用條件下，齒輪傳動所需 的空間一般較??； 與各類傳動相比，齒輪傳動工作可靠，壽命長； 傳動比穩(wěn)定無論是平均值還是瞬時值。這也是齒輪傳動獲得廣泛應用的 原因之一； 與帶傳動、鏈傳動相比，齒輪的制造及安裝精度要求高，價格較貴。齒輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一，其應用范圍十分廣泛，型式多樣，傳遞功率從很小到很大（可高達數(shù)萬千瓦）。齒輪傳動概述第1頁/共23頁二、齒輪傳動的分類按齒輪類型分：直齒圓柱齒輪傳動斜齒圓柱齒輪傳動錐

2、齒輪傳動人字齒輪傳動按裝置形式分：開式傳動、半開式傳動、閉式傳動。按使用情況分：動力齒輪以動力傳輸為主，常為高速重載或低速重載傳動。傳動齒輪以運動準確為主，一般為輕載高精度傳動。按齒面硬度分：軟齒面齒輪（齒面硬度350HBS）硬齒面齒輪（齒面硬度350HBS）齒輪傳動概述三、本章的學習目的本章學習的根本目的是掌握齒輪傳動的設計方法，也就是要能夠根據(jù)齒輪工作條件的要求，能設計出傳動可靠的齒輪。設計齒輪是指設計確定齒輪的主要參數(shù)以及結構形式。對于斜齒圓柱齒輪而言，其主要參數(shù)有：模數(shù)m、齒數(shù)z、螺旋角以及壓力角a、 齒高系數(shù)h*a、徑向間隙系數(shù)c*。圖片第2頁/共23頁齒輪傳動的失效形式及設計準則一

3、、齒輪的主要失效形式輪齒折斷齒面磨損齒面點蝕齒面膠合塑性變形二、齒輪的設計準則對一般工況下的齒輪傳動，其設計準則是： 保證足夠的齒根彎曲疲勞強度，以免發(fā)生齒根折斷。 保證足夠的齒面接觸疲勞強度，以免發(fā)生齒面點蝕。對高速重載齒輪傳動，除以上兩設計準則外，還應按齒面抗膠合能力的準則進行設計。由實踐得知：閉式軟齒面齒輪傳動，以保證齒面接觸疲勞強度為主。閉式硬齒面或開式齒輪傳動，以保證齒根彎曲疲勞強度為主。齒輪傳動的失效主要是指輪齒的失效，其失效形式是多種多樣的。常見的失效形式有：由于齒輪其它部分（齒圈、輪輻、輪轂等）通常是經(jīng)驗設計的，其尺寸對于強度和剛度而言均較富裕，實踐中也極少失效。 第3頁/共2

4、3頁齒輪的材料及其選擇原則一、對齒輪材料性能的要求 齒輪的齒體應有較高的抗折斷能力，齒面應有較強的抗點蝕、抗磨損和較高的抗膠合能力，即要求：齒面硬、芯部韌。 二、常用的齒輪材料 鋼：許多鋼材經(jīng)適當?shù)臒崽幚砘虮砻嫣幚恚梢猿蔀槌Ｓ玫凝X輪材料； 鑄鐵：常作為低速、輕載、不太重要的場合的齒輪材料； 非金屬材料：適用于高速、輕載、且要求降低噪聲的場合。 三、齒輪材料選用的基本原則 q 齒輪材料必須滿足工作條件的要求，如強度、壽命、可靠性、經(jīng)濟性等； q 應考慮齒輪尺寸大小，毛坯成型方法及熱處理和制造工藝； q 鋼制軟齒面齒輪，其配對兩輪齒面的硬度差應保持在3050HBS或更多。 常用材料 第4頁/共2

5、3頁齒輪傳動的計算載荷齒輪傳動強度計算中所用的載荷，通常取沿齒面接觸線單位長度上所受的載荷，即：Fn 為輪齒所受的公稱法向載荷。實際傳動中由于原動機、工作機性能的影響以及制造誤差的影響，載荷會有所增大，且沿接觸線分布不均勻。接觸線單位長度上的最大載荷為：LKFKppncaK為載荷系數(shù)，其值為：KKA Kv K KLFpn式中：KA 使用系數(shù)Kv 動載系數(shù)K齒間載荷分配系數(shù)K齒向載荷分布系數(shù) 第5頁/共23頁標準直齒圓柱齒輪強度計算一、輪齒的受力分析11t2dTF aatan2tan11trdTFFaacos2cos11tndTFF以節(jié)點 P 處的嚙合力為分析對象，并不計嚙合輪齒間的摩擦力，可得

6、：嚙合傳動中，輪齒的受力分析 第6頁/共23頁標準直齒圓柱齒輪強度計算二、齒根彎曲疲勞強度計算中等精度齒輪傳動的彎曲疲勞強度計算的力學模型如下圖所示。根據(jù)該力學模型可得齒根理論彎曲應力bmYKFFatF0計入齒根應力校正系數(shù)Ysa后，強度條件式為： FsaFatFbmYYKF引入齒寬系數(shù)后 ，可得設計公式： 1dbd32FsaFa21d1YYZKTmYFa為齒形系數(shù)，是僅與齒形有關而與模數(shù)m無關的系數(shù)，其值可根據(jù)齒數(shù)查表獲得。YFa與Ysa表第7頁/共23頁標準直齒圓柱齒輪強度計算三、齒面接觸疲勞強度計算 基本公式赫茲應力計算公式，即:LEEF)11()11(12212121caH在節(jié)點嚙合時

7、，接觸應力較大，故以節(jié)點為接觸應力計算點。齒面接觸疲勞強度的校核式： 1HHE1tHZZuubdKF齒面接觸疲勞強度的設計式：23HEHd11)(12ZZuuKTd12sin1auud節(jié)點處的綜合曲率半徑為： 詳細說明上述式中：u齒數(shù)比，u=z2/z1；ZE 彈性影響系數(shù)；ZH 區(qū)域系數(shù)； 第8頁/共23頁一、齒輪傳動設計參數(shù)的選擇齒輪傳動設計參數(shù)、許用應力與精度選擇1壓力角a的選擇2齒數(shù)的選擇一般情況下，閉式齒輪傳動: z1=2040 開式齒輪傳動: z1=1720 z2=uz13齒寬系數(shù)d的選擇當d1已按接觸疲勞強度確定時，z1m重合度e傳動平穩(wěn)抗彎曲疲勞強度降低齒高h 減小切削量、減小滑

8、動率因此，在保證彎曲疲勞強度的前提下，齒數(shù)選得多一些好！d 齒寬b 有利于提高強度，但d過大將導致K一般情況下取a =20d的選取可參考齒寬系數(shù)表 第9頁/共23頁二、齒輪傳動的許用應力 齒輪傳動設計參數(shù)、許用應力與精度選擇式中：KN為壽命系數(shù)，是應力循環(huán)次數(shù)N對疲勞極限的影響系數(shù)；彎曲強度計算時： S= S F=1.251.50； limFE接觸強度計算時： S= S H=1.0; limHlim三、齒輪精度的選擇lim為齒輪的疲勞極限， S為安全系數(shù)。 SKLimNh60njLN 齒輪精度共分12級，1級精度最高，第12級精度最低。精度選擇是以傳動的用途，使用條件，傳遞功率，圓周速度等為依

9、據(jù)來確定。n為齒輪的轉數(shù)，單位為r/min；j為齒輪每轉一圈，同一齒面嚙合的次數(shù)；Lh為齒輪的工作壽命，單位為小時。FE線圖Hlim線圖詳細說明 第10頁/共23頁齒輪傳動設計參數(shù)、許用應力與精度選擇四、齒輪傳動的強度計算說明 q 接觸強度計算中，因兩對齒輪的H1= H2 ，故按此強度準則設計齒輪 傳動時，公式中應代H 1和H 2中較小者。 q 用設計公式初步計算齒輪分度圓直徑d1(或模數(shù)mn)時，因載荷系數(shù)中的 KV、K、K不能預先確定，故可先試選一載荷系數(shù)Kt。算出d1t(或 mnt）后，用d1t再查取KV、K、K從而計算Kt 。若K與Kt接近，則不必修改原設計。否則，按下式修正原設計。q

10、 彎曲強度計算中，因大、小齒輪的F 、YFa、YSa 值不同，故按此強度準則設計齒輪傳動時，公式中應代 和 中較小者。 Fa2Fa22FYYSa1Fa11FYY3tt 11KKdd 3tntnKKmm 第11頁/共23頁標準直齒圓柱齒輪設計過程五、直齒圓柱齒輪設計的大致過程 選擇齒輪的材料和熱處理選擇齒數(shù)，選齒寬系數(shù)d初選載荷系數(shù)(如Kt=1.2)按接觸強度確定直徑d1計算得mH=d1/z1按彎曲強度確定模數(shù)mF確定模數(shù)mt=maxmH ,mF計算確定載荷系數(shù)K= KAKvKK修正計算模數(shù)3/ttKKmm m模數(shù)標準化計算主要尺寸：d1=mz1 d2=mz2 計 算 齒 寬： b=d d1確定

11、齒寬：B2=int(b) B1= B2+(35)mm 第12頁/共23頁標準斜齒圓柱齒輪強度計算一、輪齒的受力分析11t2dTF cos2cos11tdTFFaacostan2tan1n1nrdTFF11tatan2tandTFFaacoscos2cosn11nndTFF由于Fatan，為了不使軸承承受的軸向力過大，螺旋角不宜選得過大，常在=820之間選擇。第13頁/共23頁標準斜齒圓柱齒輪強度計算二、計算載荷bdcosebL LKFpnca計算載荷嚙合過程中，由于嚙合線總長一般是變動的值，具體計算時可下式近似計算：式中：L為所有嚙合輪齒上接觸線長度之和，即右圖中接觸區(qū)內(nèi)幾條實線長度之和。tt

12、btbtncacoscoscoscosaeaebKFbKFLKFp因此，載荷系數(shù)的計算與直齒輪相同，即：KKA Kv K K第14頁/共23頁三、齒根彎曲疲勞強度計算 強度計算時，通常以斜齒輪的當量齒輪為對象，借助直齒輪齒根彎曲疲勞計算公式，并引入斜齒輪螺旋角影響系數(shù)Y，得： 斜齒輪齒面上的接觸線為一斜線。受載時，輪齒的失效形式為局部折斷（如右圖）。 校核計算公式： FnSaFatFebmYYYKF設計計算公式：3FSaFa21d21ncos2eYYzYKTm標準斜齒圓柱齒輪強度計算式中：YFa、YSa應按當量齒數(shù)zv=z/cos3查表確定斜齒輪螺旋角影響系數(shù)Y的數(shù)值可查圖確定 斜齒圓柱齒輪輪

13、齒受載及折斷第15頁/共23頁 校核計算公式： HHE1tH1ezzuubdKF設計計算公式： 32HHEd1112ezzuuKTd標準斜齒圓柱齒輪強度計算四、齒面接觸疲勞強度計算 斜齒輪齒面接觸強度仍以節(jié)點處的接觸應力為代表，將節(jié)點處的法面曲率半徑n代入計算。法面曲率半徑以及綜合曲率半徑有以下關系為： btbtncos2sincosad斜齒圓柱齒輪法面曲率半徑uud1sincos2111t1bn2n1a借助直齒輪齒面接觸疲勞強度計算公式，并引入根據(jù)上述關系后可得： 斜齒輪的H第16頁/共23頁對軸交角為90的直齒錐齒輪傳動： 標準錐齒輪傳動的強度計算一、設計參數(shù)直齒錐齒輪傳動是以大端參數(shù)為標

14、準值，強度計算時，是以錐齒輪齒寬中點處的當量齒輪作為計算時的依據(jù)。直齒錐齒輪傳動的幾何參數(shù)211212tancotddzzu2122212221udddRRbRbRdddd5 . 015 . 022m11m)5 . 01 ()5 . 01 (RmRmmmdd以及則有：令R=b/R為錐齒輪傳動的齒寬系數(shù)，設計中常取R =0.250.35。 第17頁/共23頁二、輪齒的受力分析 直齒錐齒輪的輪齒受力分析模型如下圖，將總法向載荷集中作用于齒寬中點處的法面截面內(nèi)。Fn可分解為圓周力Ft，徑向力Fr和軸向力Fa三個分力。 各分力計算公式： 2a11m111costan2cosFdTFFra2r11m11

15、1sintan2sinFdTFFaa1m1t2dTF aacos2cos1m1tndTFF標準錐齒輪傳動的強度計算aatan2tan1m1tdTFF軸向力Fa的方向總是由錐齒輪的小端指向大端。 第18頁/共23頁三、齒根彎曲疲勞強度計算 直齒錐齒輪的彎曲疲勞強度可近似地按齒寬中點處的當量圓柱齒輪進行計算。采用直齒圓柱齒輪強度計算公式，并代入當量齒輪的相應參數(shù)，得直齒錐齒輪彎曲強度校核式和設計式如下： 上式中載荷系數(shù)K=KAKVKK。KAKV 取法與前者相同，KF、KH可取1，而KFKH1.5KHbe。KHbe為軸承系數(shù)，與齒輪的支承方式有關。 標準錐齒輪傳動的強度計算FRSaFatF5 . 0

16、1bmYYKF校核計算公式：3FSaFa2212RR115 . 014YYuzKTm設計計算公式： 軸承系數(shù)表第19頁/共23頁四、齒面接觸疲勞強度計算 標準錐齒輪傳動的強度計算直齒錐齒輪的齒面接觸疲勞強度，仍按齒寬中點處的當量圓柱齒輪計算。工作齒寬取為錐齒輪的齒寬b。 綜合曲率為：)11 (sincos2sin2sin2111v1m11vv1v2v1vuddudaaa利用赫茲公式，并代入齒寬中點處的當量齒輪相應參數(shù)，可得錐齒輪齒面接觸疲勞強度計算公式如下： H312RR1EH5 . 015udKTZ 校核計算公式： 32RR12HE15 . 01)(92. 2uKTZd設計計算公式： 第20頁/共23頁齒輪的結構設計q 通過強度計算確定出了齒輪的齒數(shù)z、模數(shù)m、齒寬B、螺旋角、分度圓直徑d 等主要尺寸。q 在綜合考慮齒輪幾何尺寸，毛坯，材料，加工方法，使用要求及經(jīng)濟性等各方面因素的基礎上，按齒輪的直徑大小，選定合適的結構形式，再根據(jù)推薦的經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行結構尺寸計算。 q 常見的結構形式有q 齒輪的結構設計主要是確定輪緣，輪輻，輪轂等結構形式及尺寸大小。 輪輻式結構實心式齒輪齒輪軸中型尺寸齒輪結構小尺寸齒輪結構大尺寸齒輪結構 腹板式結構第21頁/共23頁齒輪傳動的潤滑 一、齒輪傳動潤滑的目的 齒輪傳動時，相嚙合