精密机械设计-8-2讲解

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1、1.轮齿折断 2.齿面磨损 3.齿面点蚀 4.齿面胶合 第九节 齿轮传动的失效形式和材料 一、齿轮传动的失效形式 1.轮齿折断 措施： （1）、用增大齿根过渡圆角半径，消除加工刀痕，来减少应 力集中。 （2）、增大轴及支承的刚度，使轮齿接触线上受载均匀。 （3）、采用合理的热处理方法使轮芯有足够的韧性。 （4）、采用强化处理使轮齿有足够的硬度、耐磨性。 2.齿面磨损 措施： （1）改善润滑和密封条件。 （2）在油中加入减摩添加剂，保持油的清洁。 （3）提高齿面的硬度。 （4）降低齿面粗糙度 （5）采用角度变位齿轮传动，以减轻齿面滑动 3.齿面点蚀 措施： （1）、提高轮齿材料的硬度、减低齿面粗

2、糙度 （2）、增大齿轮传动的综合曲率半径 （3）、采用高粘度的润滑油 （4）、减小动载荷。 4.齿面胶合（冷胶合和热胶合） 措施：（1）选用抗胶合能力好的齿轮副材料 （2）采用极压润滑油 （3）提高齿面硬度、减低齿面粗糙度 （4）材料相同时，使大小齿轮保持适当的硬度差。 （5）合理选择齿轮参数，并进行变位及强化冷却。 9-3 齿轮的材料及其选择 对齿轮材料性能的要求：齿面硬、芯部韧。 常用的齿轮材料 钢： 非金属材料：如尼龙、塑料等。适用于高速、轻载、且要求降低噪 音的场合。 最常用； 碳钢 合金钢 常用的热处理方法 齿轮的毛坯： 锻造 铸造：适用于形状复杂、尺寸大的齿轮。 ：适用于中、小尺寸

3、的齿轮。 调质、正火：得软齿面，强度低，工艺简单。 二、齿轮材料 齿轮材料选用的基本原则 齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿命、可靠性、经济性等； 应考虑齿轮的尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺； 钢制软齿面齿轮，小轮的齿面硬度应比大齿轮高2050HBS 。 硬齿面齿轮传动，两轮的齿面硬度可大致相同，或小轮硬度略高。 整体淬火、表面淬火、渗碳淬火、渗氮等：得硬齿面，强度高。 淬火后需磨齿，工艺复杂。 适用于中碳钢 适用于低碳钢 不需磨齿 第十节 圆柱齿轮传动的强度计算 一、圆柱齿轮传动的载荷计算 二、齿面接触疲劳强度计算 三、齿根弯曲疲劳强度计算 （一）直齿圆柱齿轮的受力分析 切

4、向力： 径向力： 法向力： 为小轮的名义转矩（Nmm）。 式中： 为小轮的分度圆直径（mm）。 主动轮 Ft 的方向与其转向相反； 从动轮 Ft的方向与其转向相同。 径向力 Fr 的方向指向各自的轮心（外齿轮）。 （828） 一、圆柱齿轮传动的载荷计算 用集中作用于分度圆上齿宽中点处的法向力 Fn 代替轮齿所受的分布力，将 Fn 分解，得： 1 主动 2 圆柱齿轮的载荷计算2 1 主动 2 1 主动 2 （二）斜齿圆柱齿轮传动的受力分析 将 Fn 分解 切向力： 径向力： 轴向力： （829） 轴向力Fx的方向：用“主动轮左右手法则”判断。 计算载荷1 上述Fn 为轮齿所受的名义载荷。实际传动

5、中由于原动机、工 作机性能的影响以及制造误差的影响，载荷会有所增大。 单位名义载荷为： （三）计算载荷 接触线的最小长度： 直齿轮： 斜齿轮: 其中，端面重合度： 斜齿轮的单位计算载荷： K 载荷集中系数，是考虑载荷沿接触线方向分布不均的 系数。 KV动载荷系数，是考虑内部附加动载荷的系数。 采取措施： （1）提高齿轮的制造、安装精度。 （2）增加轴、轴承支承的刚性。 （3）对称的分布齿轮，避免悬臂分布。 （4）把一个齿轮的轮齿成鼓形。 K 载荷集中系数，是考虑载荷沿接触线方向分 布不均的系数。 二、齿面接触疲劳强度计算 设计式： 校核式： 钢制直齿轮：Kd = 84 钢制斜齿轮：Kd = 7

6、3 Z 重合度系数， 式中：u齿数比； ZE 弹性系数； ZH 节点区域系数。 式中： YF齿形系数。只与齿形有关，而 与模数m无关； Y 螺旋角系数； Y 重合度系数。 校核式： . 直齿轮： 斜齿轮： 轮齿受载及折断 2）影响齿根弯曲强度的尺寸是： m 和 b 。 3）采用正变位、斜齿轮可提高齿轮的强度。 注意： 1）F1 F2 ，应按 YF /F 较大者计算齿 根弯曲强度。 4）动力传动，一般 m1.52mm。 将背锥展平(参数与圆锥齿轮大端相同) 将扇形齿轮补足成完整的直齿圆柱齿轮，其齿数 将增至Zv圆锥齿轮的当量齿轮 Zv当量齿数 三、正确啮合条件 直齿锥齿轮的大端参数为标准值。 五

7、、直齿圆锥齿轮传动的受力分析 用集中作用于齿宽中点处的法向力 Fn 代替轮齿 所受的分布力。 将Fn分解为： 切向力Ft，径向力Fr和轴向力Fa。 轴向力Fa的方向总是由锥齿轮的小端指向大端。 1、齿面接触疲劳强度计算 六、直齿圆锥齿轮传动的强度计算 2、齿根弯曲疲劳强度计算 例题1、图示二级斜齿轮减速器， 1、低速级小齿轮的旋向，以使中间轴上的轴承所受的轴 向力较小。 2、各轮的受力 例2：齿轮1主动，齿轮4的转动方向如图示，为 使II轴所受的轴向力减小，试判断1、2的旋向 ，并进行受力分析。 一、蜗杆蜗轮的形成原理和传动的特点 蜗杆传动是用来传递空间两交错轴间的运动和动力的， 它由蜗杆和蜗

8、轮组成。一般其轴交错角等于90。 第十二节 蜗杆传动 蜗杆上只有一条螺旋线，即端面上只有一 个齿的蜗杆称为单头蜗杆。有两条螺旋线 者，称为双头蜗杆，蜗杆螺纹的头数即是 蜗杆齿数，用z1表示，一般可取z1=110 ，推荐取z1=1，2，4，6。 蜗杆与螺旋相似，有右旋和左旋之分，一 般都用右旋蜗杆。 蜗杆螺旋齿的导程角（螺旋升角） = 90 1。 蜗杆传动的传动比为： 1传动比大，一般 i =1080，最大可达1000； 2重合度大，传动平稳，噪声低； 4齿面的相对滑动速度大，效率低； 蜗杆传动的特点： 3结构紧凑，可实现反行程自锁； 5成本较高。 蜗杆的加工 蜗杆多在车床上粗加工而后经磨制 而

9、成。 采用“对偶法”加工蜗轮轮齿，即是采用与蜗杆形状相同的滚 刀（为加工出顶隙，蜗杆滚刀的外圆直径要略大于标准蜗杆 外径），并保持蜗杆蜗轮啮合时的中心距与啮合传动关系去 加工蜗轮。 蜗轮的加工 法向剖面：凸形曲线 齿廓 三种常用圆柱蜗杆 1. 阿基米德蜗杆 这种蜗杆可在车床上加工不需要特殊设备，因此应用较为广泛。 缺点是传动效率低通常为5080% ，蜗轮副齿部磨损较快，因 此，一般用于不重要，载荷小，转速低的传动。 阿基米德蜗杆又称为轴向直廓蜗杆 端面齿廓：阿基米德 螺旋线 轴向剖面：直线齿廓 端截面 轴截面 车刀 法截面 轴截面 点A沿射线OB作 匀速运动，射线 OB作匀速转动， 此时，点A

10、的轨 迹为阿基米德螺 旋线。 阿基米德螺旋线 端截面 轴截面 车刀 2. 延伸渐开线蜗杆 延长渐开线和渐开线蜗杆一样，可以用砂轮端面来加工，也 就可能制造更精密的啮合和耐磨的蜗轮副，传动效率也高， 而加工过程比渐开线蜗杆简单，滚齿机，磨齿机上的精密蜗 轮副一股都采用这种蜗秆。 端面齿廓：延伸渐开线 轴向剖面：凸形曲线齿廓 法向剖面：直齿廓 延伸渐开线蜗杆又称为法向直廓蜗杆 端截面 轴截面 法截面 车刀 延伸渐开线又称为长幅渐开线 延伸渐开线 线段AC与BC固联，AC与圆O 相切，并且在圆O上作纯滚动 ，此时，点B的轨迹称为延伸 渐开线。 这种蜗杆传动效率可高达 90%，但加工过程复杂，制 造成

11、本高。这种蜗杆一般少 见，通常应用在载荷大，转 速高的场合。 3. 渐开线蜗杆 端面齿廓：渐开线 轴向剖面：凸形曲线齿廓 法向剖面：凸形曲线齿廓 与基圆柱相切的剖面：直线齿廓 车刀 端截面 轴截面 与基圆柱相 切的剖面 二、蜗杆蜗轮的正确啮合条件 过蜗杆轴线并垂直于蜗轮 轴线的平面称为蜗杆传动 的中间平面。 在中间平面内蜗轮与蜗杆 的啮合就相当于齿轮与齿 条啮合，因此蜗杆蜗轮的 正确啮合条件为： 在中间平面内其模数和压力角应分别相等。 三、蜗杆传动的基本参数 圆柱蜗杆的基本齿廓由GB10087-88作出规定,其基本参数有： 1. 模数m和压力角 蜗杆的轴面模数mx1和蜗轮的端面模数mt2应相等

12、,均应取标 准值，以m表示。 压力角也应取标准值 延伸渐开线蜗杆 渐开线蜗杆 阿基米德蜗杆取轴向压力角为标准值： 取法向压力角为标准值： 2. 蜗杆直径d1与蜗杆导程角 设蜗杆的分度圆直径为d1，螺旋导程为l，轴向齿距（螺距 ）为 ，导程角为，则有： 蜗杆的分度圆直径为d1必须按国家标准取值。 当m一定时，增大d1值，可以提高蜗杆轴的强度和刚度。 增大值，可提高蜗杆传动的效率。对于要求高效率的传动， 常采用=1530，此时应采用多头蜗杆，即取z11。 当要求蜗杆传动具有自锁性能时，应取330。此时应取 z1=1。 为获得大传动比i12，应采用单头蜗杆,即z1=1，但其传动效率 低。为了提高效率

13、应增加蜗杆的头数，但这又会造成蜗杆加 工的困难。一般取z1=1、2、4、6。动力传动中，为提高效率 ，常用多头蜗杆。单头蜗杆传动不仅可以得到大传动比i12， 而且其传动具有自锁性，常用于起重装置中。 蜗杆头数z1确定后，按传动比i12的大小确定蜗轮齿数z2， z2=i12z1。当z1=1时，要求蜗轮齿数z217；当z1=2时，要求 z227；一般动力传动中，z280。 3. 蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2与传动比i12 4. 齿面间的滑动速度 效率低，磨损、发热 （二）蜗杆传动的几何尺寸计算 蜗杆分度圆直径d1 蜗杆、蜗轮的齿顶高、齿根高、齿顶圆直径和齿根圆直径等 尺寸，可参照圆柱齿轮相应公式计算

14、，必须注意蜗杆传动的 c*=0.2。 蜗杆蜗轮的齿顶圆直径 式中：x为蜗轮的 变位系数 蜗轮分度圆直径d2 蜗杆传动的中心距a （无变位） 几何尺寸计算 适用于齿面滑动速度 较高的传 动。 10-3 蜗杆传动的设计计算 四、蜗杆传动的失效形式和材料选择 1. 主要失效形式： 蜗轮齿面的胶合、磨粒磨损 2. （最终导致断齿）等。 2. 常用材料 蜗杆的常用材料为碳钢和合金钢。 锡青铜： 铝青铜： 灰铸铁： 蜗轮常用材料 8 m/s 的场合。（抗胶合能力差） 2 m/s 的场合。 （抗胶合能力强，抗点蚀能力差） 按蜗轮的齿面接触疲劳强度进行计算；之后校核 蜗轮的齿根弯曲疲劳强度，并进行热平衡计算。 3. 设计准则 闭式传动： 开式传动： 通常只计算蜗轮的齿根弯曲疲劳强度。 五、蜗杆传动的强度计算 （一）蜗杆传动的载荷计算 （二）齿面接触疲劳强度计算 （三）齿根弯曲疲劳强度计算 左旋 右旋 转向判断 - 1、轮齿的受力分析 （一）蜗杆传动的载荷计算 受力分析 2、计算载荷 接触线的最小长度： 单位计算载荷： （二）齿面接触疲劳强度计算 （三）齿根弯曲疲劳强度计算