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1、沈阳工业大学备课用纸第十章 齿轮传动10-1 概述一、齿轮传动的特点 1、优点： 传动效率高，可达99%。 适用范围广，Pmax=10万千瓦，vmax=200m/s 工作可靠，传动比恒定。 结构紧凑，占用空间小。 2、缺点： 需要专用设备加工，成本高。 不适合于大中心距传动。二、齿轮传动的类型 1、按齿廓曲线分：渐开线、圆弧、摆线 2、按轮齿形状分：直齿、斜齿、人字齿 3、按齿轮形状分：圆柱、圆锥 4、按啮合形式分：内啮合、外啮合 5、按传动方式分：开式、闭式、半开式 6、按齿面硬度分：软齿面（350HBS）、硬齿面（350HBS） 7、按圆周速度分：中低速（15m/s）、高速（15m/s）1
2、0-2 齿轮传动的失效形式及设计准则一、 失效形式1、轮齿折断（疲劳折断、过载折断） 预防措施：对于疲劳折断应减少刀痕、防止初始裂纹、提高轮芯韧性。2、齿面点蚀 预防措施：提高表面硬度、提高润滑油黏度。3、齿面胶合 预防措施：加强润滑（采用抗胶合能力强的润滑油），控制温升。4、齿面磨损 预防措施：采用闭式传动，提高表面硬度，加强润滑。5、塑性变形 （齿体塑性变形、齿面塑性变形） 预防措施：提高齿面硬度、改善润滑条件 沈阳工业大学备课用纸二、 设计准则 一般性准则：保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以避免断齿。保证足够的齿面接触疲劳强度，以避免点蚀。 1、闭式传动： 软齿面：以保证齿面接触疲劳强度为主
3、。 硬齿面：以保证齿根弯曲疲劳强度为主。 2、开式传动： 以保证齿根接触疲劳强度为主。10-3 齿轮的材料及其选择原则一、常用材料 1、钢 （1）锻钢：45、38SiMnMo、40Cr等，用于一般尺寸的齿轮软齿面：经热处理后切齿，精度为7、8级。硬齿面：先切齿，再做热处理（表面硬化），最后精加工。精度4、5、6级。 （2）铸钢：用于大尺寸（d400-500）,如ZG340-640、ZG310-570 （3）铸铁：用于低速、轻载，非重要齿轮传动。HT300、QT500-5 (4)非金属：用于高速轻载，精度要求不高的场合。如：工程塑料、尼龙二、材料选择原则 1、满足工作条件要求，如：大功率、结构紧
4、凑等。 2、根据齿轮尺寸大小，大齿轮需铸造毛坯 3、软齿面传动时，大小齿轮应保证30-50HBS的硬度差。10-4 齿轮传动的计算载荷一、计算载荷 沿齿宽接触线单位长度平均载荷 计算载荷 二、载荷系数 使用系数，考虑原动机和工作机的性能影响。表10-2 动载系数，由于制造或装配误差，导致的变化，产生动载荷。图10-8 如：常化、调质等如；表面淬火，渗碳等L接触线长 K载荷系数沈阳工业大学备课用纸 齿间载荷分配系数，考虑总载荷不能平均分配在各齿接触线上，表10-3。 齿向载荷分布系数，考虑轴受载变形或装配误差，使齿面载荷沿接触线分布不均，表10-4，图10-13。10-5 标准直齿圆柱齿轮传动的
5、强度计算一、 轮齿受力分析忽略不计齿面间摩擦力，故该集中力为法向力Fn，沿啮合线方向垂直于齿面。在分度圆上，法向力Fn可分解为两个互相垂直的分力：Ft切于分度圆的圆周力（切向力）；Fr指向半径方向的径向力。1、各力大小 2、各分力的方向：圆周力：主动轮上的圆周力是阻力，其方向与回转方向相反；从动轮上的圆周力是驱动力，其方向与回转方向相同；径向力：分别指向各轮轮心（内齿轮为远离轮心方向）3、两轮轮齿受力关系： 二、 齿根弯曲疲劳强度计算 1、力学模型 （单位尺宽） 式中dl一小齿轮分度圆直径；T1一小齿轮传递的转矩。T=9.55106P/n Nmm沈阳工业大学备课用纸 令 （L=b）令 齿形系数
6、所以 2、验算公式： 引入 Ysa应力较正系数，考虑齿根圆角处应力集中的影响 则 或 3、设计公式齿宽系数 三、齿面接触疲劳强度计算 1、基本公式：赫兹公式 综合曲率 ZE 材料弹性影响系数 表10-6 沈阳工业大学备课用纸 2、验算公式 令 区域系数 3、设计公式 引入齿宽系数 四、齿轮传动强度计算说明 1、由弯曲强度校核公式，但是配对齿轮的，按弯曲强度设计时，应代入较小值计算。 2、配对齿轮的，但是 按接触强度设计时应代入较小值。 3、设计时不能确定，故应试取载荷系数Kt=1.2-1.4,试算d1t(mt),再根据试算值求K。后修正计算结果 沈阳工业大学备课用纸 或 4、硬齿面传动，两齿轮
7、材料、热处理方式及硬度均可一样，软齿面应保证硬度差。10-6 齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择一、齿轮传动设计参数的选取 1、齿数z的选择 所以，在弯曲强度满足要求的前提下，齿数多为好。通常 闭式传动 z1=20-40，开式传动 z1=17-20 z2=uz1 为了磨损均匀，z2与z1互为指数。 2、齿宽系数d,表10-7三、 许用应力S疲劳强度安全系数，接触强度SH=1;弯曲强度SF=1.25-1.5。KN寿命系数，由循环次数N确定。齿轮的疲劳极限，弯曲疲劳极限为，接触疲劳极限为三、齿轮精度选择 1-12级，按表10-8选取。 沈阳工业大学备课用纸直齿轮设计举例例10-1设计带式输送机
8、减速器的高速级齿轮传动。已知：输入功率P1=10kW,小齿轮转速n1=960r/min，齿数比u=3.2,电机驱动，寿命15年，两班制工作，载荷平稳，转向不变。解：1 选择材料，确定许用应力1）选择材料由表11-1小齿轮40Cr调质 241-286HBS，取280HBS大齿轮 45 调质 217-255HBS，取240HBS2)齿数选择 小轮齿数 z1=24 大轮齿数 z2=uz1=3.2*24=76.8 取z2=772、按齿面接触强度设计 mm1)小轮扭矩 2）载荷系数 试取Kt=1.3（1.2-1.4）3) 齿宽系数 d=1.0（P205 表11-7）4) 弹性系数 ZE=189.8（P2
9、01 表10-6）5) 接触许用应力 循环次数 N1=60njLh=4.147*109 次 N2=N1/u=1.296*109 次由图10-19（207）寿命曲线1 KN1=0.9 KN2=0.97安全系数 SH=1 沈阳工业大学备课用纸6) 试算小轮直径 7)圆周速度 8）计算载荷系数 由表10-2(P193) KA=1.0 由图10-8(P194) 选择8级精度 KV=1.17 由表10-3（P195）直齿轮 由表10-4（P196）（d=1.0，b=62.25，非对称布置，8级精度） （插值） K=1*1.17*1.2*1.457=1.705 9) 校正小轮直径 10）计算模数 m=d1/z1=68.14/24=2.84mm 取 m=3mm11)主要几何尺寸 取 b1=80mm , b2=72mm3、验算齿根弯曲强度 沈阳工业大学备课用纸 1）弯曲载荷系数 由图10-13 (插值)2）齿形系数表10-5(P200) YFa1=2.56 ; YFa2=2.2263）应力修正系数(表10-5 P200) Ysa1=1.58 ; Ysa2=1.7644）许用弯曲应力 由图10-20 由图10-18（P206） 曲线1 弯曲安全系
