齿轮传动教学学习课件

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1、齿轮传动1 齿轮传动概述2 齿轮传动的基本参数3 齿轮传动的失效形式及设计准则4 齿轮的材料及其选择原则5 圆柱齿轮传动的受力分析6 齿轮传动的计算载荷7 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算8 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算9 直齿锥齿轮传动10齿轮传动的效率与润滑11齿轮的结构设计第五章第五章齿轮传动齿轮传动2机械设计机械设计1 概述齿轮传动是机械传动中应用最广泛的一种传动形式。已达到的水平：P1105kW v300m/sD33m n105r/min一、主要特点优点：1）形闭合，效率高(0.980.99)；2）工作可靠，寿命长；3）结构紧凑，外廓尺寸小；4）瞬时i 为常数。缺点：2）精度低时，振

2、动、噪音大；3）不适于中心距大的场合。1）制造费用大，需专用机床和设备；第五章第五章齿轮传动齿轮传动3机械设计机械设计二、分类1、按两轴线位置分第五章第五章齿轮传动齿轮传动4机械设计机械设计2、按 工作条件 分（ 失效形式 不同）开式传动：低速传动，润滑条件差， 易磨损 ；半开式传动：装有简单的防护罩，但仍不能严密防止杂物侵入；闭式传动：齿轮等全封闭于箱体内， 润滑良好，使用广泛。3、按 齿面硬度 分（ 失效形式 不同）软齿面：HB350；硬齿面：HB350。三、基本要求1、传动平稳（i=const）。 运动要求2、承载能力高。 传递动力要求第五章第五章齿轮传动齿轮传动5机械设计机械设计2 齿

3、轮传动的主要参数1、主要参数1）基本齿廓、模数、中心距 查机械原理、表12.2 12.42）传动比i、齿数比u（主动轮）从动轮）121221(zzddnni =减速传动：i1增速传动：i11=小齿轮大齿轮zzu减速传动：u=i增速传动：u=1/i3）变位系数径向变位齿轮：加工时刀具从标准位置移动一径向距离xm。齿根变厚齿根变薄正变位刀具移远负变位刀具移近第五章第五章齿轮传动齿轮传动6机械设计机械设计一对齿轮高度变位：x1+x2=0、 x1= -x20 。啮合角=dd =，ha、hf改变了。角度变位： x1+x20 ，啮合角， dd 2、精度等级选择GB规定：12个等级 1(高) 12(低) 查

4、公差每个等级分为三个组组：运动准确性组：传动的平稳性组：载荷分布均匀性一般机械常用：7、8级不同等级 不同的最高圆周速度 (表12.6)3 失效形式典型机械零件设计思路：分析失效现象失效机理（原因、后果、措施）设计准则建立简化力学模型强度计算主要参数尺寸结构设计。第五章第五章齿轮传动齿轮传动7机械设计机械设计齿轮的失效发生在轮齿 ，其它部分很少失效。失效形式轮齿折断齿面损伤齿面接触疲劳磨损（齿面点蚀）齿面胶合齿面磨粒磨损齿面塑性流动一、轮齿折断常发生于 闭式硬齿面 或开式 传动中。现象：局部折断 整体折断第五章第五章齿轮传动齿轮传动8机械设计机械设计 过载折断后果：传动失效原因： 疲劳折断 轮

5、齿受多次重复弯曲应力作用，齿根受拉一侧产生疲劳裂纹。齿根弯曲应力最大FF 齿根应力集中(形状突变、刀痕等)，加速裂纹扩展折断t齿双侧受载(1主动)t齿单侧受载123受冲击载荷或短时 过载 作用，突然折断，尤其见于脆性材料（淬火钢、铸钢）齿轮。位置：均始于 齿根受拉应力一侧。第五章第五章齿轮传动齿轮传动9机械设计机械设计直齿轮齿宽b较小时，载荷易均布 整体折断齿宽b较大时，易偏载斜齿轮：接触线倾斜载荷集中在齿一端局部折断改善措施：1）d一定时，z， m ；2） 正变位 ；齿根厚度抗弯强度应力集中改善载荷分布6）轮齿精度；7）支承刚度。4）齿根过渡圆角半径；3）提高齿面硬度( HB )F ；5）表

6、面粗糙度，加工损伤；第五章第五章齿轮传动齿轮传动10机械设计机械设计二、齿面接触疲劳磨损（齿面点蚀）常出现在 润滑良好的 闭式软齿面传动中。原因： HH脉动循环 应力1）齿面受多次 交变应力作用，产生接触疲劳裂纹；4）润滑油进入裂缝，形成封闭高压油腔，楔挤作用使裂纹扩展。（油粘度越小，裂纹扩展越快 ）2）节线处常为单齿啮合，接触应力大；3）节线处为纯滚动，靠近节线附近滑动速度小，油膜不易形成，摩擦力大，易产生裂纹。现象： 节线靠近齿根部位出现麻点状小坑。第五章第五章齿轮传动齿轮传动11机械设计机械设计点蚀机理点蚀实例第五章第五章齿轮传动齿轮传动12机械设计机械设计后果：齿廓表面破坏，振动，噪音

7、，传动不平稳接触面，承载能力传动失效软齿面齿轮： 收敛性点蚀，相当于跑合；跑合后，若H仍大于H，则成为扩展性点蚀。硬齿面齿轮：点蚀一旦形成就扩展，直至齿面完全破坏。扩展性点蚀开式传动：无点蚀 （ v磨损v点蚀）改善措施：1）HB H 3）表面粗糙度，加工精度4）润滑油粘度2）（综合曲率半径）(d1、x)接触强度第五章第五章齿轮传动齿轮传动13机械设计机械设计三、齿面胶合 严重的粘着磨损原因： 高速重载 v,t ,油,油膜破坏,表面金属直接接触，融焊相对运动撕裂、沟痕。低速重载 P、v ，不易形成油膜冷胶合。后果：引起强烈的磨损和发热，传动不平稳，导致齿轮报废。改善措施：1）采用抗胶合性能好的齿

8、轮材料对。2）采用极压润滑油。3）表面粗糙度，HB。4）材料相同时，使大、小齿轮保持一定硬度差。5）m齿面h齿面vs（必须满足F）。6）角度变位齿轮，啮合开始和终了时的vs。7）修缘齿，修去一部分齿顶，使vs大的齿顶不起作用。现象：齿面沿滑动方向粘焊、撕脱，形成沟痕。第五章第五章齿轮传动齿轮传动14机械设计机械设计常发生于 开式 齿轮传动。原因：相对滑动+硬颗粒(灰尘、金属屑末等)润滑不良+表面粗糙。后果：正确齿形被破坏、传动不平稳, 齿厚减薄、抗弯能力 折断改善措施：闭式：1）HB,选用耐磨材料;2）表面粗糙度;3）滑动系数;4）润滑油的清洁;开式：5）加防尘罩。现象：金属表面材料不断减小四

9、、齿面磨粒磨损第五章第五章齿轮传动齿轮传动15机械设计机械设计五、齿面塑性流动齿面较软 时， 重载下，Ff材料塑性流动（流动方向沿Ff）该失效主要出现在低速重载 、频繁启动和 过载场合。主动轮1：齿面相对滑动速度方向 vs指向节线，所以Ff背离节线，塑变后在齿面节线处产生 凹槽 。第五章第五章齿轮传动齿轮传动16机械设计机械设计从动轮2： vs背离节线 ，Ff指向节线，塑变后在齿面节线处形成 凸脊。改善措施：1）齿面硬度2）采用的润滑油六、计算准则失效形式相应的计算准则1、闭式齿轮传动主要失效为：点蚀、轮齿折断、胶合软齿面： 主要是点蚀、其次是折断，按H设计，按F校核硬齿面：与软齿面相反高速重

10、载还要进行抗胶合计算第五章第五章齿轮传动齿轮传动17机械设计机械设计2、开式齿轮传动主要失效为： 轮齿折断、磨粒磨损按F设计，增大m考虑磨损3、短期过载传动过载折断齿面塑变静强度计算4 齿轮材料及其热处理一、材料要求表面硬、芯部韧 、较好的加工和热处理性能二、常用材料锻钢、铸钢、铸铁、非金属材料1、锻钢第五章第五章齿轮传动齿轮传动18机械设计机械设计1） 软齿面齿轮 HB350中碳钢：40、 45、50、55等中碳合金钢：40Cr、40MnB、20Cr特点：齿面硬度不高，限制了承载能力，但易于制造成本低，常用于对尺寸和重量无严格要求的场合 。加工工艺：锻坯 加工毛坯 热处理（正火、调质HB16

11、0300） 切齿 精度7、8、9级。2） 硬齿面：HB350低碳、中碳钢：20、45等低碳、中碳合金钢：20Cr、20CrMnTi、20MnB等特点：齿面硬度高、承载能力高、适用于对尺寸、重量有 较高要求的场合 （如高速 、重载 及精密机械 传动）。第五章第五章齿轮传动齿轮传动19机械设计机械设计加工工艺：锻坯 加工毛坯 切齿 热处理（表面淬火、渗碳、氮化、氰化） 磨齿（表面淬火、渗碳）。若氮化、氰化：变形小，不磨齿 。专用磨床，成本高，精度可达 4、5、6级 。2、铸钢用于d400600mm的大尺寸齿轮；不重要的，批量生产的齿轮。3、铸铁4、非金属材料2、中低速、中低载齿轮传动： 大、小齿轮

12、齿面有一定硬度差 ，HB1=HB2+（2050）。三、材料的选择原则1、按不同工况选材。第五章第五章齿轮传动齿轮传动20机械设计机械设计1） 使大、小齿轮寿命接近 ；2）减摩性、耐磨性好；3）小齿轮可对大齿轮起冷作硬化作用。3、有良好的加工工艺性，便于齿轮加工。1）大直径d400 用ZG2）大直径齿轮：齿面硬度不宜太高，HB200，以免中途换刀4、材料易得、价格合理。举例：起重机减速器：小齿轮45钢调质 HB230260大齿轮45钢正火 HB180210机床主轴箱：小齿轮40Cr或40MnB 表淬 HRC5055大齿轮40Cr或40MnB 表淬 HRC45505 几何计算 P212 表12.8

13、第五章第五章齿轮传动齿轮传动21机械设计机械设计Cd1 1FtFnFrd1 1CFtFn Fr一、直齿圆柱齿轮法向力Fn圆周力Ft：1112dTFt=径向力Fr：tan11=trFFcos11tnFF =忽略Ff，法向力Fn作用于 齿宽中点 。6 圆柱齿轮传动的载荷计算第五章第五章齿轮传动齿轮传动22机械设计机械设计从动轮：Ft2=-Ft1，Fr2=-Fr1，Fn2=-Fn1方向：圆周力FtFt1与1反向 （阻力）Ft2与2同向 （动力）径向力Fr：外齿轮指向各自轮心；内齿轮背离轮心。Ft2Ft1Fr2Fr1 Ft2Ft1n1n2n1n2练习：Fr1Fr2第五章第五章齿轮传动齿轮传动23机械设

14、计机械设计法向力Fn1圆周力1112dTFt=径向力costantan111ntttrFFF =轴向力tan11=taFF coscos11=ntnFF主动轮：方向：Ft、Fr：与直齿轮相同二、斜齿圆柱齿轮第五章第五章齿轮传动齿轮传动24机械设计机械设计Fa1：用 左、右手定则 ：四指为1方向，拇指为Fa1方向。：左旋用左手，右旋用右手Fa2：与Fa1反向， 不能对从动轮运用左右手定则。注意：各力画在作用点 齿宽中点从动轮：12 ttFF =，12 aaFF =，12 rrFF =，12 nnFF =FaFr主动Fn nFtFa1Fr2Ft1Fa2Fr1Ft2从动 tFt第五章第五章齿轮传动齿

15、轮传动25机械设计机械设计 方向：左、右旋转动方向Fa取决于改变任一项，Fa方向改变。举例：右旋左旋n1n2n1n2右旋左旋Ft2Ft1Fr1Fr2Fr2Fr1 Ft2Ft1Fa1 Fa2Fa1Fa2旋向？一对斜齿轮：1=-2旋向相反旋向判定 ：沿轴线方向站立，可见侧轮齿左边高即为左旋，右边高即为右旋。第五章第五章齿轮传动齿轮传动26机械设计机械设计三、计算载荷2/11dTFt名义转矩=)(1055.91161mmNnPT =名义圆周力（名义载荷）实际情况：外部影响：原动机、工作机影响内部影响：制造、安装误差；受载变形(齿轮、轴等)需对Ft修正 实际载荷（计算载荷）FtcFtKKKKKvA=使用系数动载系数齿间载荷分配系数齿向载荷分配系数计算载荷：ttcFKF = K载荷系数第五章第五章齿轮传动齿轮传动27机械设计机械设计1、使用系数KA考虑原动机、工作机、联轴器等 外部因素引