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1、1 齿轮的失效形式,齿轮传动,2 齿轮材料及热处理,本章要求,3 齿轮传动精度,4 直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷,7 齿轮的构造,8 齿轮传动的润滑和效率,6 直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算,5 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算,本章要求,掌握齿轮的失效形式、形成的机理及措施。,掌握齿轮的强度计算。,掌握齿轮的受力分析及计算。,1 齿轮的失效形式,1. 齿面点蚀 2轮齿折断 3齿面磨损 4. 齿面胶合 5. 齿面塑形变形,齿轮轮齿的失效形式,轮齿的失效形式多种多样，较为常见的有轮齿折断、齿面点蚀、磨损、胶合和塑性变形等等。,齿轮传动,闭式传动 开式传动 半开式传动,封闭在箱体内，润
2、滑条件好,外露，润滑较差，易磨损,介于上两者之间,有防护罩,1、轮齿折断, 疲劳折断, 过载折断,全齿折断常发生于齿宽较小的直齿轮,局部折断常发生于齿宽较大的直齿轮，和斜齿轮,措施：增大齿根圆角半径、 提高齿面精度、正变位、增大模数等,2、齿面疲劳点蚀, 点蚀常发生于闭式软齿面（HBS350）传动中, 点蚀的形成与润滑油的存在密切相关, 点蚀常发生于偏向齿根的节线附近, 开式传动中一般不会出现点蚀现象,措施：提高齿面硬度和齿面质量、增大直径,3、齿面胶合,配对齿轮采用异种金属时，其抗胶合能力比同种金属强,措施：采用异种金属、降低齿高、提高齿面硬度等,4、齿面磨损,是开式传动的主要失效形式,措施
3、：改善润滑和密封条件,5、齿面塑性变形,措施：提高齿面硬度，采用油性好的润滑油,一、齿轮材料,2 齿轮材料及热处理,二、热处理,一、齿轮材料,金属材料,45号钢,中碳合金钢,铸钢,低碳合金钢,铸铁,非金属材料,选材时考虑：,工作条件、载荷性质、经济性、制造方法等,齿轮毛坯锻造选可锻材料；铸造选可铸材料,二、热处理,调 质,正 火,表面淬火,渗碳淬火,渗氮,软齿面。,改善机械性能，增大强度和韧性,硬齿面。,接触强度高、耐磨性好、可抗冲击,配对齿轮均采用软齿面时：,小齿轮受载次数多，故材料应选好些，热处理硬度稍高于大齿轮（约3040HBS）,113 齿轮传动的精度,误差对齿轮传动的影响：,1、影响
4、传递运动的准确性,2、影响传动的平稳性,3、影响载荷分布的均匀性,精度等级：13个精度等级。第0级最高，第12级的最低。齿轮 副中两个齿轮的精度等级一般取成相同,P162表112列出了精度等级的荐用范围，设计时可参考。,直齿圆柱齿轮传动的作用力 及计算载荷,一、齿轮上的作用力,二、计算载荷,一、齿轮上的作用力,在驱动力矩 作用下，主动轮齿沿啮合线受到来自从动轮齿的法向力 作用。 由于直齿圆柱齿轮法面与端面重合，因此， 作用在端面内，可分解成圆周力 和径向力 。,=,=, 各力的方向：,各力关系：作用在主动轮和从动轮上的对应力等值反向 ，即,各作用力方向判断,Ft1与主动轮回转方向相反,Ft2与
5、从动轮回转方向相同,Fr1 、Fr2分别指向各自齿轮的轮心,例：,注意： 各力应画在啮合点上！,二、计算载荷,名义载荷：机器铭牌上给定的载荷或经受力分析得到的载荷。如 等。,计算载荷：实际计算时，为尽可能接近实际情况，需要计入影响受力效果的各种因素（制造、安装误差，轮齿、轴和轴承受载后的变形，原动机与工作机的不同性能，传动中工作载荷与工作速度的变化等 ），以系数的形式对名义载荷进行修正。名义载荷的修正值称为计算载荷。 如 等。,计算齿轮强度时，名义载荷Fn通常用计算载荷KFn代替， 以考虑载荷集中和附加动载荷的影响。K为载荷系数。其值 由P164表113查取。,5 直齿圆柱齿轮传动的 齿面接触
6、强度计算,齿轮强度计算的主要目的是避免失效。 闭式齿轮传动的主要失效形式是齿面点蚀和齿根弯曲疲劳折断。 开式齿轮传动的主要失效形式是齿面磨损和齿根弯曲疲劳折断。,当零件在受载时是高副接触，受载后由于变形，其接触处为一小面积，通常该面积很小，而表层产生的局部应力却很大，这种应力称为接触应力。,齿面疲劳点蚀与齿面的接触应力的大小有关，根据赫兹公式可计算齿面的最大接触应力：,负号用于内接触,工作时的接触应力,齿根部分靠近节线处最易发生点蚀，所以取节点处的接触应力为计算依据，节点处的齿廓曲率半径是：,由于节点处只有一对齿啮合，所以载荷由一对齿承担：,其中K为载荷系数；载荷系数根据原动机的类型及工作机械
7、的载荷特性确定，见表11-3,335是两个齿轮的材料均为钢时的结果。,许用接触应力,齿面接触强度条件：,一对齿轮，当材料、传动比及齿宽系数一定时，齿轮的中心距和直径由齿面接触强度决定，而模数的大小与接触强度无关。,齿面接触强度的设计公式：,齿宽系数a越大，则中心距越小，若结构的刚性不够，齿轮制造、安装不准确，则齿宽过大容易发生载荷集中现象，使轮齿折断。 轻型减速机取a=0.20.4；中型减速机取a=0.40.6；重型减速机取a=0.8。 a0.4时，通常采用斜齿或人字齿。,若配对的齿轮材料不都是钢，则计算中系数应改为乘以：,若配对齿轮材料为钢对铸铁，公式中系数改为285,若配对齿轮材料为铸铁对
8、铸铁，公式中系数改为250,许用接触应力H的计算：,式中，Hlim是齿轮的接触疲劳极限，由图11-7查取；SH为齿面接触疲劳安全系数，按表11-4查取。,6 直齿圆柱齿轮传动的 轮齿弯曲强度计算,根据载荷由一对轮齿承担，当载荷作用于齿顶时，齿根所受到的弯曲力矩最大。 计算时将轮齿看作为悬臂梁，危险截面用30o切线法确定。,作与轮齿对称中心线成30o夹角并与齿根圆角相切的斜线，而认为两切点连线是危险截面。 危险截面处的齿厚为SF。,法向力Fn分解为与轮齿圆周方向相一致的F1和与径向方向相一致的径向力F2。,弯矩：M =,F1 hF,危险截面的弯曲截面系数：W = b sF2/6（矩形截面）,=
9、KFn hF cosF,危险截面的弯曲应力为：,齿轮弯曲强度验算公式：,其中，YF为齿形系数，它与齿形中的尺寸比例有关，与模数无关，对于标准齿轮仅决定于齿数。正常齿制标准齿轮YF见图119。 因为YF1和YF2不同，F1 和F2也不同，验算时应分别验算两个齿轮的弯曲强度。,轮齿弯曲强度设计公式：,计算中，代入YF1/F1和YF2/F2中比值较大值。 计算后的模数应圆整为标准模数值。,弯曲许用应力计算式：,其中Flim是齿轮的齿根弯曲疲劳极限，由图11-10查取；当轮齿为双侧工作的齿轮时，将数据乘以0.7； SF为轮齿弯曲疲劳安全系数，由表11-4查取,软齿面闭式齿轮传动先按齿面接触强度确定传动
10、尺寸，然后验算轮齿弯曲强度； 硬齿面闭式齿轮传动，先按轮齿弯曲强度进行设计计算，然后验算齿面接触强度； 开式齿轮传动，按闭式齿轮传动的强度公式进行计算，许用弯曲应力应乘以0.70.8；,齿轮传动设计时，首先按主要失效形式进行强度计算，确定其主要尺寸，然后对其他失效形式进行必要的校核。,例题 闭式直齿圆柱齿轮传动，电动机驱动，单向转动，载荷有中等冲击。传动比i=3.7，高速轴转速n1=745r/min，传动功率P=17kW，确定该传动齿轮。 1.选择材料并确定许用应力 小齿轮用40MnB调质处理，HB260(1) 大齿轮用ZG35SiMn调质处理，HB225(2),查得Hlim1=700N/mm
11、2， Hlim2=540N/mm2，SH=1.1 (3) ， Flim1=240N/mm2， Flim2=180N/mm2， SF=1.3（4）,2.按齿面接触强度设计 设齿轮按8级精度制造，载荷系数取K=1.5，齿宽系数a=0.4(5),取z1=32，z2=iz1=3.732118(6) 模数m=2a/（z1+z2） =2 220.2/（32+118） =2.94， 取m=3mm。 中心距a=m（ z1+z2）/2 =3 （ 32+118） /2 =225mm (7),齿宽b=aa=0.4225=90mm 取b2=90mm，b1=95mm(8) 3.验算轮齿弯曲强度 齿形系数YF1=2.57，YF2=2.18 按最小齿宽验算：,4.齿轮圆周速度：,故采用8级精度合适。,5.齿轮各部分参数计算,小齿轮： 大齿轮：,小齿轮：,6.作用在轮齿上的作用力：,大齿轮：,
