江蘇大學(xué)機械設(shè)計課件10.齒輪傳動

Saturday,February4,2023機械原理及設(shè)計（Ⅱ）第十章齒輪傳動第十章齒輪傳動§10-1概述§10-2齒輪傳動的失效形式和設(shè)計準則§10-3齒輪材料及熱處理§10-4直齒圓柱齒輪傳動的載荷計算§10-5標準直齒圓柱齒輪傳動的強度計算§10-7標準斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算§10-6

直齒圓柱齒輪傳動的主要參數(shù)選擇和精度選擇§10-8標準圓錐齒輪傳動的強度計算§10-9齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計§10-10齒輪傳動的潤滑一．工作特點1．工作可靠，壽命長2．承載能力高：數(shù)萬千瓦3．傳動比i穩(wěn)定：定傳動比傳動4．結(jié)構(gòu)緊湊5．傳動效率高6．制造、安裝、檢驗要求高§10-1概述2．按齒線形狀分直齒、斜齒、曲線齒(人字齒)3．按材料硬度分二．分類1．按潤滑狀況分(1)開式傳動(2)半開式傳動(3)閉式傳動●硬齒面>350HB(或>38HRC)●軟齒面≤350HB(或≤38HRC)一．失效形式1．輪齒折斷原因：①疲勞折斷：σF為變應(yīng)力，應(yīng)力集中。②過載折斷：過載沖擊或齒厚變薄。①全齒折斷②局部折斷F現(xiàn)象：沿齒根部折斷有兩種形式§10-2齒輪傳動的失效形式和設(shè)計準則

σF為何種變應(yīng)力？（考慮齒輪是否是惰輪）措施：1·用大圓角及消除加工刀痕、提高表面質(zhì)量

來減小應(yīng)力集中，

2·使輪齒受載均勻，防止過載。

3·合理的熱處理措施，

4·采用表層強化方法。問題2．齒面接觸疲勞(點蝕)——閉式中多見原因：σH為脈動循環(huán)變應(yīng)力。有兩種現(xiàn)象①收斂性點蝕②擴展性點蝕措施：提高表面硬度，提高表面質(zhì)量，合適潤滑措施，使用粘度合適的潤滑油

①σH為何種變應(yīng)力？如何分析？②點蝕為什么首先發(fā)生在節(jié)線附近的齒根面上？現(xiàn)象：靠近節(jié)線的齒根面產(chǎn)生麻點、麻坑。問題3．齒面膠合——閉式中多見現(xiàn)象：沿輪齒面滑動方向形成溝痕，甚至咬死措施：提高表面硬度，提高表面質(zhì)量，加強潤滑措施，加入極壓添加劑，采用抗膠合的潤滑油。原因：①高速重載下，熱膠合

②低速重載下，冷膠合4．齒面磨損——開式中多見原因：①跑合磨損（有益）②磨粒磨損（有害）現(xiàn)象：失去漸開線齒形，齒側(cè)變大，嚴重時折斷。措施：提高表面硬度，提高表面質(zhì)量，保持潤滑油清潔，將開式傳動改為閉式傳動。a．齒面塑性變形：滾壓塑變、錘擊塑變原因：塑性流動現(xiàn)象：失去漸開線齒形主動輪上：節(jié)線處下凹從動輪上：節(jié)線處上凸5·塑性變形：齒面或齒體塑性變形●滾壓塑變措施：提高表面硬度，提高表面質(zhì)量，使用粘度合適的潤滑油，加入極壓添加劑。齒面滾壓塑變流動時，為什么主動輪上發(fā)生節(jié)線處下凹，從動輪上發(fā)生節(jié)線處上凸？（摩擦力方向改變）開式：折斷，磨損閉式：折斷，點蝕，膠合●錘擊塑變：過大的沖擊而在齒面產(chǎn)生的沿接觸線方向的淺的溝槽。b．齒體塑性變形（略）問題總結(jié)二．設(shè)計準則σF≤[σ]F

彎曲疲勞強度σH≤[σ]H

齒面接觸疲勞強度1．開式傳動☆σF≤[σ]F

防折斷☆增加(10%~20%)m(模數(shù))來補償因磨損引起的強度不足（防磨損定性計算）。2．閉式傳動★σF≤[σ]F

防折斷★σH≤[σ]H

防點蝕兩個問題：①σF

＝?

σH=?②[σ]F＝?

[σ]H=?一．對齒輪材料的要求“外硬”——齒面要硬抗點蝕、抗磨損、抗膠合、抗塑性流動“內(nèi)韌”——齒芯要韌抗折斷§10-3齒輪材料及熱處理二．常用材料及熱處理1．鋼(1)鍛鋼軟齒面(≤350HB)

如：45，40Cr正火或調(diào)質(zhì)熱處理→切齒7級或8級）硬齒面(>350HB)

如：45，40Cr

淬火

20Cr

20CrMnTi

滲碳淬火→齒面硬化處理→精加工（4級或5級）(2)鑄鋼如：ZG310~570（?；幚恚?．鑄鐵

如：HT200~HT350、QT500-5等3．非金屬材料

如：夾布膠木、尼龍三．齒面硬度匹配1．軟齒面?zhèn)鲃訒r：

HB小=HB大+(30~50)

HB小>HB大

對大齒輪冷作硬化2．硬齒面?zhèn)鲃訒r：HB小≈HB大Fn(法向力)Ft

(圓周力)Fr

(徑向力)1·力的大小(標準安裝時：=20o)PFrFnFtFtFrFnαr2r1一．受力分析(不計摩擦力，取節(jié)點P)§10-4直齒圓柱齒輪傳動的載荷計算2·力的方向圓周力Ft：主動輪上：Ft1與運動方向相反(阻力)從動輪上：Ft2與運動方向相同(驅(qū)動力)徑向力Fr：Fr1、Fr2均指向各自輪心可見:①為什么要進行受力分析？②為什么要將Fn分解？③若嚙合點不在節(jié)點P時，其受力情況如何？問題二．計算載荷Ftc=KFt式中：K——載荷系數(shù)，且為

K＝KAKvKαKβ1．使用系數(shù)KA：考慮齒輪嚙合時外部因素引起的附加動載荷影響的系數(shù)。2．動載系數(shù)Kv（齒輪嚙合誤差，即pb1≠pb2）①制造安裝誤差a．pb1<pb2b．pb1>pb2③降低Kv的方法：a．降低圓周速度b．提高加工精度c．采用齒頂修緣：pb1<pb2

修從動輪

pb1>pb2

修主動輪②嚙合時受力變形4．齒向載荷分配系數(shù)Kβ：齒寬方向分配●降低Kβ的方法①合理的齒輪位置②合理的齒寬③提高齒輪軸、支承的剛度④鼓形修整3．齒間載荷分配系數(shù)Kα：

多對齒間分配（分配并不均勻）1．理論依據(jù)危險截面：圖示A～B截面FncFncFnc假設(shè)：全部載荷均作用于齒頂一．齒根彎曲疲勞強度計算（防折斷）§10-5標準直齒圓柱齒輪傳動的強度計算2．強度條件∴強度條件校核式設(shè)計式z=∞z=25z=10Z(α、x)↑→(YFa↓Ysa↑)↓→σF↓YFa、Ysa與齒廓形狀(如α、Z、x)有關(guān)，而與齒的大小(m)無關(guān)。①T1、Z1

、d1均指小齒輪的，不能用T2、Z2、d2代替②彎曲強度取決與m、b說明結(jié)論分析b——齒寬Z1——小齒輪上的轉(zhuǎn)矩T1——小齒輪上的轉(zhuǎn)矩φd——齒寬系數(shù)φd

＝b/d1m——模數(shù)：應(yīng)取標準值m≥(1.5~2)mm[σ]F——齒輪許用彎曲應(yīng)力二．齒面接觸疲勞強度計算（防點蝕）1．理論依據(jù)：以節(jié)點為計算點r1N1ttP2．強度條件r1N1ttP∴強度條件校核式設(shè)計式說明接觸強度取決于齒輪直徑d1(或中心距a)和齒寬b三．許用應(yīng)力式中對稱循環(huán)的彎曲應(yīng)力，其極限值為脈動循環(huán)時的極限應(yīng)力的70%輪1、2、3的許用彎曲應(yīng)力如何？123主動注意問題四．強度計算說明1．彎曲強度公式校核式設(shè)計式2．接觸強度公式3．設(shè)計方法（試算法）初選Kt(=1.2~1.4)→求d1(或m)→求V→查K(KvKαKβ)→修正d1(或m)一．主要參數(shù)選擇1．壓力角α：規(guī)定標準壓力角α=20oα↑→(YFa↓YSa↓)↓→σF↓→彎曲強度↑α↑→ZH↓→σH↓→接觸強度↑2．齒數(shù)z和模數(shù)mz↑(m↓)→①重合度↑→運轉(zhuǎn)平穩(wěn)②h↓→減少切削用量→節(jié)省材料③滑動系數(shù)↓→減少磨損和膠合

④σF↑→彎曲強度↓§10-6直齒圓柱齒輪傳動的主要參數(shù)選擇和精度選擇閉式宜選齒數(shù)多些，以增加傳動平穩(wěn)性，一般z1=20~40開式宜選齒數(shù)少些，以增加抗磨損，抗折斷能力，一般z=17~20（模數(shù)m增大，齒厚增大）∴模數(shù)m對彎曲強度如何影響？對接觸強度又如何？3．齒寬系數(shù)φdφd大→b(=φdd1)↑→承載能力↑φd過大→b↑↑→Kβ↑↑∴φd應(yīng)合理b=φdd1（圓整）b1=b+(5~10)mmb2=b問題二．精度選擇精度等級1————→12精度高————→低★三種精度：●運動精度(第Ⅰ組公差)●工作平穩(wěn)性精度(第Ⅱ組公差)●接觸精度(第Ⅲ組公差)★齒側(cè)間隙偏差：C——S

14種例：7——6——6——GM

GB179－83上偏差下偏差Ⅰ組Ⅱ組Ⅲ組FnFrF'FtFa(軸向力)一．受力分析（不計摩擦力）§10-7標準斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算其中1·力的大小2·力的方向旋向：主動輪：左（右）從動輪：右（左）Ft(同直齒輪)Fr(同直齒輪)Fa主動輪左右手法則從動輪

①左右手法則只適用于主動輪，應(yīng)判斷主動輪②作用力的位置應(yīng)在嚙合點處。注意如圖，標出各分力方向例題Fr1Fr2Fa1Fa2Ft1Ft2O1O2主動N1Ft2Ft1N1二．強度計算特點：1．按當量直齒圓柱齒輪計算:法向齒形ZV2．接觸線為傾斜的：接觸線長彎曲：計入螺旋角系數(shù)Yβ(≤1)二者取小者3．重合度大直齒輪

εα斜齒輪

εr=εα+εβ接觸：三．強度計算公式1．彎曲強度計算公式式中：2．接觸強度公式四．小結(jié)斜齒輪比直齒輪強度高，傳動平穩(wěn)，常置于高速級斜齒輪幾何參數(shù)與直齒輪不同之處：一．受力分析（不計摩擦力）FnFtF'FrFa§10-8標準圓錐齒輪傳動的強度計算1·力的大小2·力的方向Fa：均沿各自軸線方向指向大端FtFr同直齒輪作用力與反作用力關(guān)系如圖畫出各齒輪上的分力方向例題N112Ft1Fr1Fr2Ft2