第九章齒輪傳動(dòng)

1、公元前二世紀(jì)西漢初年公元前二世紀(jì)西漢初年的金屬鑄造齒輪的金屬鑄造齒輪第九章第九章 齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)91 概概 述述 一、齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)一、齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn) 二、齒輪傳動(dòng)的主要類型二、齒輪傳動(dòng)的主要類型 1、按傳動(dòng)軸相對(duì)位置、按傳動(dòng)軸相對(duì)位置 優(yōu)點(diǎn)：效率高，傳動(dòng)比恒定；結(jié)構(gòu)緊湊，壽命長(zhǎng)。優(yōu)點(diǎn)：效率高，傳動(dòng)比恒定；結(jié)構(gòu)緊湊，壽命長(zhǎng)。 缺點(diǎn)：制造、安裝精度要求；中心距不宜較大。缺點(diǎn)：制造、安裝精度要求；中心距不宜較大。 2、按工作條件、按工作條件 3、按齒形、按齒形 漸開線漸開線、擺線、圓弧、擺線、圓弧 平行軸齒輪傳動(dòng)平行軸齒輪傳動(dòng) 相交軸齒輪傳動(dòng)相交軸齒輪傳動(dòng) 交錯(cuò)軸齒輪傳動(dòng)交錯(cuò)軸齒輪傳動(dòng) 開式開式

2、半開式半開式閉式閉式 92 齒輪傳動(dòng)的失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則齒輪傳動(dòng)的失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 一、失效形式一、失效形式 1 1、輪齒折斷、輪齒折斷閉式硬齒面閉式硬齒面齒輪的主要失效形式齒輪的主要失效形式 彎曲疲勞折斷彎曲疲勞折斷 過載折斷過載折斷提高輪齒抗折斷的能力：提高輪齒抗折斷的能力： (1) 減小齒根應(yīng)力集中。減小齒根應(yīng)力集中。(2) 提高安裝精度及支承剛度，避免偏載。提高安裝精度及支承剛度，避免偏載。(3) 改善熱處理使其有足夠的齒芯韌性和齒面硬度。改善熱處理使其有足夠的齒芯韌性和齒面硬度。(4) 齒根部分進(jìn)行表面強(qiáng)化處理齒根部分進(jìn)行表面強(qiáng)化處理(噴丸、滾壓等噴丸、滾壓等)。折斷部位：折斷部位

3、： 直齒齒輪折斷發(fā)生在齒根部位直齒齒輪折斷發(fā)生在齒根部位斜齒輪折斷為局部折斷斜齒輪折斷為局部折斷設(shè)計(jì)時(shí)限制齒根彎曲應(yīng)力小于許用值。設(shè)計(jì)時(shí)限制齒根彎曲應(yīng)力小于許用值。2 2、齒面疲勞點(diǎn)蝕、齒面疲勞點(diǎn)蝕閉式軟齒面閉式軟齒面齒輪的主要失效形式齒輪的主要失效形式 位置：節(jié)線附近位置：節(jié)線附近 原因：原因：(1) 單對(duì)齒嚙合接觸應(yīng)力較大。單對(duì)齒嚙合接觸應(yīng)力較大。 (2) 節(jié)線處相對(duì)滑動(dòng)速度低，不易形成潤(rùn)滑油膜。節(jié)線處相對(duì)滑動(dòng)速度低，不易形成潤(rùn)滑油膜。 (3) 潤(rùn)滑油起到媒介作用。潤(rùn)滑油起到媒介作用。防止輪齒疲勞點(diǎn)蝕的措施：防止輪齒疲勞點(diǎn)蝕的措施： (1) 提高齒面硬度。提高齒面硬度。(2) 降低表面粗糙

4、度。降低表面粗糙度。(3) 采用變位齒輪以增加綜合曲率半徑。采用變位齒輪以增加綜合曲率半徑。(4) 選用較高粘度潤(rùn)滑油。選用較高粘度潤(rùn)滑油。(5) 提高加工安裝精度，改善散熱。提高加工安裝精度，改善散熱。3、齒面磨損、齒面磨損開式開式齒輪的主要失效形式齒輪的主要失效形式 防止齒面磨損措施：防止齒面磨損措施：(1) 提高齒面硬度提高齒面硬度(2) 降低表面粗糙度降低表面粗糙度(3) 降低滑動(dòng)系數(shù)降低滑動(dòng)系數(shù) (4) 潤(rùn)滑油清潔更換潤(rùn)滑油清潔更換(5) 變開式為閉式變開式為閉式類型：齒面磨粒磨損類型：齒面磨粒磨損形式形式 高速重載高速重載摩擦熱大，產(chǎn)生高溫摩擦熱大，產(chǎn)生高溫壓力大、滑動(dòng)速度高壓力大

5、、滑動(dòng)速度高結(jié)點(diǎn)材料被剪切，形成剪切痕跡結(jié)點(diǎn)材料被剪切，形成剪切痕跡嚙合齒面粘結(jié)嚙合齒面粘結(jié)(冷焊結(jié)點(diǎn)冷焊結(jié)點(diǎn))4、齒面膠合、齒面膠合高速重載高速重載齒輪的主要失效形式齒輪的主要失效形式 熱膠合熱膠合高速重載高速重載冷膠合冷膠合低速重載，缺潤(rùn)滑油低速重載，缺潤(rùn)滑油防止齒面膠合措施：防止齒面膠合措施：(1) (1) 采用抗膠合能力強(qiáng)的潤(rùn)滑油；采用抗膠合能力強(qiáng)的潤(rùn)滑油；(2) (2) 降低滑動(dòng)速度（變位或減小模數(shù)和齒高）；降低滑動(dòng)速度（變位或減小模數(shù)和齒高）；(3) (3) 提高齒面硬度；提高齒面硬度；(4) (4) 降低粗糙度；降低粗糙度；(5) (5) 配對(duì)齒輪有適當(dāng)?shù)挠捕炔?；配?duì)齒輪有適當(dāng)?shù)?/p>

6、硬度差；(6) (6) 改善潤(rùn)滑與散熱條件。改善潤(rùn)滑與散熱條件。5、齒面塑性變形、齒面塑性變形低速重載低速重載齒輪的主要失效形式齒輪的主要失效形式 齒面在過大的摩擦力作齒面在過大的摩擦力作用下處于屈服狀態(tài)，產(chǎn)生沿用下處于屈服狀態(tài)，產(chǎn)生沿摩擦力方向的齒面材料的塑摩擦力方向的齒面材料的塑性流動(dòng)，從而使齒面正確輪性流動(dòng)，從而使齒面正確輪廓曲線被破壞。廓曲線被破壞。形式形式 滾壓塑變滾壓塑變錘擊塑變錘擊塑變 防止塑性變形措施：防止塑性變形措施： (1) 提高齒面硬度；提高齒面硬度； (2) 采用高粘度的潤(rùn)滑油或加極壓添加劑。采用高粘度的潤(rùn)滑油或加極壓添加劑。二、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則二、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則齒面接觸疲勞強(qiáng)度準(zhǔn)則

7、齒面接觸疲勞強(qiáng)度準(zhǔn)則 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度準(zhǔn)則齒根彎曲疲勞強(qiáng)度準(zhǔn)則 軟齒面齒輪軟齒面齒輪（HBS350） 硬齒面齒輪硬齒面齒輪（HBS350） 閉式齒輪傳動(dòng)閉式齒輪傳動(dòng)齒面疲勞點(diǎn)蝕齒面疲勞點(diǎn)蝕齒根彎曲疲勞折斷齒根彎曲疲勞折斷開式齒輪傳動(dòng)開式齒輪傳動(dòng)齒面磨損齒面磨損增大增大m和降低許用彎曲應(yīng)力和降低許用彎曲應(yīng)力93 齒輪材料及熱處理齒輪材料及熱處理 一、常用的齒輪材料一、常用的齒輪材料 1、鋼、鋼 最常用，可通過熱處理改善機(jī)械性能。最常用，可通過熱處理改善機(jī)械性能。軟齒面軟齒面 適合對(duì)精度、強(qiáng)度和速度要求適合對(duì)精度、強(qiáng)度和速度要求 不高的齒輪傳動(dòng)。不高的齒輪傳動(dòng)。硬齒面硬齒面 適合高速重載及精密機(jī)械

8、。適合高速重載及精密機(jī)械。鑄鋼鑄鋼 ： 用于尺寸較大齒輪，強(qiáng)度稍低。用于尺寸較大齒輪，強(qiáng)度稍低。 2、鑄鐵、鑄鐵 脆、機(jī)械強(qiáng)度、抗沖擊和耐磨性較差，脆、機(jī)械強(qiáng)度、抗沖擊和耐磨性較差， 但抗膠合和點(diǎn)蝕能力強(qiáng)。但抗膠合和點(diǎn)蝕能力強(qiáng)。 用于工作平穩(wěn)，低速，小功率場(chǎng)合。用于工作平穩(wěn)，低速，小功率場(chǎng)合?；疽蠡疽?齒面要硬、齒芯要韌！齒面要硬、齒芯要韌！ 鍛鋼鍛鋼齒輪用鑄鐵可分為：灰鑄鐵和球墨鑄鐵。齒輪用鑄鐵可分為：灰鑄鐵和球墨鑄鐵。3、非金屬材料、非金屬材料 適合高速、輕載和精度不高傳動(dòng)。適合高速、輕載和精度不高傳動(dòng)。 包括：工程塑料、夾布膠木等。包括：工程塑料、夾布膠木等。特點(diǎn)：噪音較低，無需

9、潤(rùn)滑。特點(diǎn)：噪音較低，無需潤(rùn)滑。4、其他、其他 在某些低速、輕載和儀器儀表中還銅合金在某些低速、輕載和儀器儀表中還銅合金 和鋁合金，具有耐腐蝕和自潤(rùn)滑等特性。和鋁合金，具有耐腐蝕和自潤(rùn)滑等特性。原因原因： (1) 小齒輪齒根強(qiáng)度較弱小齒輪齒根強(qiáng)度較弱; (2) 小齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)較多小齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)較多; (3) 當(dāng)大小齒輪有較大硬度差時(shí)，較硬的小齒當(dāng)大小齒輪有較大硬度差時(shí)，較硬的小齒 輪會(huì)對(duì)較軟的大齒輪齒面產(chǎn)生冷作硬化的輪會(huì)對(duì)較軟的大齒輪齒面產(chǎn)生冷作硬化的 作用，可提高大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度。作用，可提高大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度。 6、鋼制軟齒面齒輪要求小齒輪硬度大于大齒輪、鋼制軟齒面齒輪要

10、求小齒輪硬度大于大齒輪30-50 HBS。二、齒輪材料的選擇原則二、齒輪材料的選擇原則 1、齒輪材料必須滿足工作條件的要求。、齒輪材料必須滿足工作條件的要求。5、考慮齒輪尺寸的大小、考慮齒輪尺寸的大小,毛坯成型方法和熱處理及制造工藝。毛坯成型方法和熱處理及制造工藝。2、正火碳鋼、正火碳鋼輕度沖擊；調(diào)質(zhì)鋼輕度沖擊；調(diào)質(zhì)鋼中等沖擊。中等沖擊。3、合金鋼、合金鋼高速，重載，沖擊載荷。高速，重載，沖擊載荷。4、飛行機(jī)器中的齒輪、飛行機(jī)器中的齒輪表面硬化的高強(qiáng)度合金鋼。表面硬化的高強(qiáng)度合金鋼。名義載荷名義載荷Fn 理想工作條件下齒面接觸線理想工作條件下齒面接觸線 上的法向載荷。上的法向載荷。計(jì)算載荷計(jì)算

11、載荷Fnc 實(shí)際工作條件下齒面所受載荷。實(shí)際工作條件下齒面所受載荷。 KKKKKvA 載荷系數(shù)：載荷系數(shù)： 94 齒齒 輪輪 傳傳 動(dòng)動(dòng) 的的 計(jì)計(jì) 算算 載載 荷荷 Fnc= K Fn工作情況系數(shù)工作情況系數(shù) 動(dòng)載荷系數(shù)動(dòng)載荷系數(shù) 齒向載荷分布系數(shù)齒向載荷分布系數(shù) 齒間載荷分配系數(shù)齒間載荷分配系數(shù) 考慮齒輪嚙合時(shí)，外部因素引起的附加動(dòng)載荷對(duì)考慮齒輪嚙合時(shí)，外部因素引起的附加動(dòng)載荷對(duì)傳動(dòng)的影響。傳動(dòng)的影響。 外部因素：與原動(dòng)機(jī)、工作機(jī)、聯(lián)軸器等有關(guān)。外部因素：與原動(dòng)機(jī)、工作機(jī)、聯(lián)軸器等有關(guān)。 1、工作情況系數(shù)、工作情況系數(shù)KA 2、動(dòng)載荷系數(shù)、動(dòng)載荷系數(shù)Kv 考慮齒輪制造、安裝誤差及彈性變形等

12、內(nèi)部因素考慮齒輪制造、安裝誤差及彈性變形等內(nèi)部因素引起的附加動(dòng)載荷的影響。引起的附加動(dòng)載荷的影響。 主要影響因素：主要影響因素： (1) 齒輪的制造精度齒輪的制造精度Pb1Pb2 (2) 圓周速度圓周速度V pb2pb1pb22221P12pb1pb2P12a）當(dāng)）當(dāng)Pb2Pb1時(shí)時(shí) b）當(dāng)）當(dāng)Pb20時(shí)一般齒頂變尖，齒根變厚，彎曲強(qiáng)度時(shí)一般齒頂變尖，齒根變厚，彎曲強(qiáng)度（正變位）（正變位） X0時(shí)一般齒頂變厚時(shí)一般齒頂變厚，齒根變薄，彎曲強(qiáng)度齒根變薄，彎曲強(qiáng)度（負(fù)變位）（負(fù)變位） 為保證一對(duì)齒輪等彎曲強(qiáng)度，為保證一對(duì)齒輪等彎曲強(qiáng)度， 小齒輪采用正變位，而大齒輪則采用負(fù)變位小齒輪采用正變位，而大

13、齒輪則采用負(fù)變位 。1、 要采用變位齒輪的齒形系數(shù)要采用變位齒輪的齒形系數(shù)YFa和應(yīng)力修正系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)Ysa 。二、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算二、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 1、 高度變位齒輪傳動(dòng)高度變位齒輪傳動(dòng) 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH不變，不變，接觸疲勞強(qiáng)度不變。接觸疲勞強(qiáng)度不變。021 XXX , aa2、 角度變位齒輪傳動(dòng)角度變位齒輪傳動(dòng) 要修正節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)：要修正節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)： 021 XXX ,aa0 Xtt ,tt , 斜齒齒輪coscos2直齒齒輪cos222ttbHtgtgZ 0 X正傳動(dòng)，接觸疲勞強(qiáng)度正傳動(dòng)，接觸疲勞強(qiáng)度負(fù)傳動(dòng)，接觸疲勞強(qiáng)度負(fù)傳動(dòng)，接觸疲勞強(qiáng)度 cossin2

14、HZ三、齒輪傳動(dòng)變位的目的三、齒輪傳動(dòng)變位的目的 1、使、使Zmin，得到不根切的最少齒數(shù)。，得到不根切的最少齒數(shù)。2、提高彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度。、提高彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度。3、提高耐磨性和抗膠合性。、提高耐磨性和抗膠合性。910 齒齒 輪輪 的的 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 1、齒輪軸、齒輪軸 e2mt（2m，da160mm 3、腹板式齒輪、腹板式齒輪 da500mm 4、輪輻式齒輪、輪輻式齒輪 400mmda12m/s噴油潤(rùn)滑噴油潤(rùn)滑 1、V12m/s浸油潤(rùn)滑浸油潤(rùn)滑帶油輪二、潤(rùn)滑劑的選擇二、潤(rùn)滑劑的選擇 表表9-11 本本 章章 重重 點(diǎn)點(diǎn)1 1、齒輪傳動(dòng)的主要類型？、齒輪傳動(dòng)的

15、主要類型？2 2、齒輪的主要失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則？、齒輪的主要失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則？3 3、鋼制軟齒面齒輪為何小齒輪硬度要高于大齒輪、鋼制軟齒面齒輪為何小齒輪硬度要高于大齒輪? ?4 4、齒輪傳動(dòng)的計(jì)算載荷中的載荷系數(shù)包括哪幾項(xiàng)、齒輪傳動(dòng)的計(jì)算載荷中的載荷系數(shù)包括哪幾項(xiàng)? ?5 5、直齒輪傳動(dòng)受力的大小和方向？、直齒輪傳動(dòng)受力的大小和方向？6 6、計(jì)算彎曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力的嚙合點(diǎn)位置、計(jì)算彎曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力的嚙合點(diǎn)位置? ?7 7、校核和設(shè)計(jì)公式中各項(xiàng)參數(shù)的含義、校核和設(shè)計(jì)公式中各項(xiàng)參數(shù)的含義? ?8 8、變位后的齒輪在強(qiáng)度方面有哪些改變、變位后的齒輪在強(qiáng)度方面有哪些改變? ?9 9、斜齒輪傳動(dòng)受力的大小和方向、當(dāng)量齒輪和當(dāng)量齒數(shù)？、斜齒輪傳動(dòng)受力的大小和方向、當(dāng)量齒輪和當(dāng)量齒數(shù)？10 10 錐齒輪傳動(dòng)受力的方向、當(dāng)量齒輪和當(dāng)量齒數(shù)？錐齒輪傳動(dòng)受力的方向、當(dāng)量齒輪和當(dāng)量齒數(shù)？第九章第九章 結(jié)束結(jié)束直齒圓柱齒輪直齒直齒曲齒曲齒斜齒斜齒斜齒圓柱