课件：铸造工艺齿轮传动ppt课件

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1、第七章 齿轮传动,7-1 概述,7-2 齿轮传动的失效形式及设计准则,7-3 齿轮的材料及其选择,7-4 圆柱齿轮传动的计算载荷,7-5 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算,7-6 直齿圆柱齿轮传动的齿根弯曲疲劳强度计算,7-8 斜齿圆柱齿轮传动的强度计算,7-9 直齿锥齿轮传动,7-11 齿轮的结构,7-10 齿轮传动的效率与润滑,7-7 直齿圆柱齿轮传动的静强度计算,10-1概述1,一、齿轮传动的特点、类型和基本问题,3）效率高；,4）结构紧凑；,1）工作可靠，寿命长；,2）传动比恒定；,齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，其应用范围十分广泛。,7-1 概 述,1. 特点：,5）适用

2、性广。,可达99，在常用的机械传动中，其效率最高。,在相同条件下，齿轮传动所需的空间一般较小。,这也是齿轮传动获得广泛应用的原因之一。,优点,缺点,1）制造及安装精度要求高；,2）成本高。,2. 类型,（锥齿轮）,（圆柱齿轮）,概述2,各类齿轮图片,3. 基本问题：,1）传动平稳：即要求瞬时传动比i恒定。,2）足够的承载能力：即要求在预期的使用期限内不失效。,二、齿轮传动的主要参数,1）模数 m 标准系列见表71。,2）传动比 i 和齿数比 u,概 述,概述3,齿数比：,注：1 为小轮，2为大轮。,3）中心距 a,4）齿宽 b 和齿宽系数,或,齿宽系数：,（应圆整）,概 述,概述4,三、齿轮的

3、精度等级,国标中对圆柱齿轮和锥齿轮都规定了十二个精度等级，常用 5 9 级。,根据传动的用途、使用条件和齿轮的圆周速度等选择精度等级。,齿轮精度分为：,第一公差组：控制运动的准确性。,第二公差组：控制传动的平稳性。,第三公差组：控制载荷分布的均匀性。,应遵循 “ 需要可能 ” 的原则。,概 述,例如： 877 HK,选择精度等级,齿厚偏差代号,10-2齿轮传动的失效形式及设计准则,7-2 齿轮传动的失效形式及设计准则,一、失效形式,轮齿折断,齿面点蚀,齿面胶合,齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，常见的失效形式有：,多发生在轮齿的节线附近靠近齿根的一侧。,是在重载条件下产生的粘着磨损现象。,齿面磨

4、粒磨损,使轮齿变薄，最后导致轮齿折断。,塑性变形,是重载软齿面，在摩擦力作用下引起的材料塑性流动。,注：由于磨损的比点蚀的形成快，故开式传动中见不到点蚀现象。,普通闭式传动的主要失效形式为：轮齿的疲劳折断和点蚀,普通开式传动的主要失效形式为：轮齿的疲劳折断和磨粒磨损,设计准则,对一般工况下的普通齿轮传动，其设计准则为：,为防止轮齿的疲劳折断，需计算齿根弯曲疲劳强度。,为防止齿面点蚀，需计算齿面接触疲劳强度。,注：对高速重载传动，还应按齿面抗胶合能力进行计算。,二、设计准则,1）闭式传动,硬齿面：,按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算（确定齿轮的参数和尺寸），然后校核齿面接触疲劳强度,2）开式传动：只

5、计算齿根弯曲疲劳强度，适当加大模数（预留磨损量）。,齿轮传动的失效形式及设计准则,10-3 齿轮的材料及其选择,7-3 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。,一、常用的齿轮材料,钢：,铸铁：用于低速、轻载、不太重要的场合；,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。,常用材料,二、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、小尺寸的齿轮。,调质、正火：,得软齿面，强度低，工艺简单。,齿轮的材料及其选择原则2,三、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；

6、,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。,适用于中碳钢,不需磨齿,齿轮的材料及其选择,10-4 圆柱齿轮的载荷计算,一、轮齿的受力分析,啮合传动中，直轮齿的受力分析,切向力：,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）。,径向力 Fr 的方向指向各自的轮心（外齿轮）。,1. 直齿圆柱齿轮,（718）,7-4 圆柱齿轮传动的载荷计算,用集中作用于分度圆上齿宽中

7、点处的法向力 代替轮齿所受的分布力，将 分解，得：,圆柱齿轮的载荷计算2,1 主动,2,1 主动,2,练 习,啮合传动中，轮齿的受力分析,2. 斜齿圆柱齿轮,将 Fn 分解,切向力：,径向力：,轴向力：,（727）,斜齿轮受力,轴向力Fx的方向：用“主动轮左右手法则”判断。,二级受力分析,计算载荷1,K 为载荷系数，,上述Fn 为轮齿所受的名义法向力。实际传动中由于原动机、工作机性能的影响以及制造误差的影响，载荷会有所增大。,计算载荷为：,式中：KA 使用系数：,动载系数：,K 齿向载荷分布系数：是考虑载荷沿齿宽方向分布不均的系数。,计算弯曲应力时：,是考虑外部附加动载荷的系数。,是考虑内部附

8、加动载荷的系数。,修缘齿可以减小内部附加动载荷。,鼓形齿改善载荷沿齿宽分布不均的现象。,齿轮远离转矩输入（输出）端，可改善偏载现象。,圆柱齿轮传动的载荷计算,计算载荷2,齿间载荷分配系数：是考虑载荷在同时啮合的齿对之间分配 不均的系数。,、,圆柱齿轮传动的载荷计算,10-5直齿轮接触强度计算1,一、计算公式,基本公式： 赫兹公式， 式(227)。,接触应力的计算点： 节点,设计式：,详细说明,式中：u齿数比； ZE 弹性系数； ZH 节点区域系数。,力学模型： 将一对轮齿的啮合简化为 两个圆柱体接触的模型。,目的：防止“点蚀”。 强度条件：,校核式：,C,N2,N1,7-5 直齿圆柱齿轮传动的

9、齿面接触疲劳强度计算,3）影响接触强度的尺寸是：d（ 或 a ）和 b，而与模数 m 无关 。,KN寿命系数，是考虑应力循环次数 N 对疲劳极限影响的系数，,直齿轮接触强度计算2,重合度系数，,注意：1）“”用于外啮合；“”用于内啮合。,2） ，应按 较小者计算接触强度。,二、许用接触应力,Hlim 齿轮的接触疲劳极限,SH安全系数。,Hlim 线图,4）采用正变位、斜齿轮可提高齿轮的强度。,直齿圆柱齿轮接触疲劳强度计算,直齿轮接触强度计算3,三、主要参数的选择,2齿数的选择,当d1已按接触疲劳强度确定时，,z1,m,重合度e,传动平稳,抗弯曲疲劳强度降低,齿高h ,减小切削量、减小滑动率,因

10、此，在保证弯曲疲劳强度的前提下，齿数多一些好！,闭式软齿面: z1 = 20 40 闭式硬齿面和开式传动: z1 = 17 20,1齿宽系数 d,d 齿宽 b 有利于提高强度，但 d 过大将导致 K,见表74。,直齿圆柱齿轮接触疲劳强度计算,10-6直齿轮弯曲强度计算1,7-5 直齿圆柱齿轮传动的齿根弯曲疲劳强度计算,二、计算公式,Ysa应力修正系数,式中：YFa齿形系数。只与齿形有关，而 与模数m无关,YFa与Ysa表,目的：防止疲劳断齿。 强度条件：,将轮齿简化为悬臂梁。,按30切线法确定齿根危险截面。,按在齿顶啮合计算齿根应力。,校核式：,重合度系数。,直齿轮弯曲强度计算2,引入齿宽系数

11、 和 d1= m z1，可得,设计式：,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） ，应按 较小者计算齿根弯曲强度。,4）动力传动，一般 m1.52mm。,直齿圆柱齿轮的齿根弯曲疲劳强度,直齿轮弯曲强度计算3,二、许用弯曲应力,Flim 齿轮的齿根弯曲疲劳极限。,SF安全系数。,。,Flim 线图,YN寿命系数，是考虑应力循环次数 N 对疲劳极限影响的系数，,轮齿双向弯曲时，图中Flim值需乘以0.7。,Yx尺寸系数。,直齿圆柱齿轮的齿根弯曲疲劳强度,10-8斜齿圆柱齿轮强度计算4,一、齿面接触疲劳强度计算,用螺旋角系数 Z 计入轮齿

12、倾斜使齿面接触应力减小的影响，对直齿轮的接触强度公式进行修正，得斜齿轮的强度计算公式：,式中：螺旋角系数 ：,重合度系数 Z ：,1时，,1时，,端面重合度 ， 纵向重合度 。,7-8 斜齿圆柱齿轮传动的强度计算,见式,标准斜齿圆柱齿轮强度计算3,二、齿根弯曲疲劳强度计算,通常按斜齿轮的当量直齿轮计算其齿根弯曲疲劳强度，并引入螺旋角系数Y 计入轮齿倾斜的影响，得：,设计式：,标准斜齿圆柱齿轮强度计算,式中：YFa按当量齿数 。,Y螺旋角系数。,轮齿受载及折断,YSa,按当量齿数 。,Y重合度系数，按计算。,强度公式中其他参数与直齿圆柱齿轮完全相同。, 10-10锥齿轮传动,轴交角为90的直齿锥

13、齿轮传动：,7-9 直齿锥齿轮传动,一、主要参数和尺寸,直齿锥齿轮的大端参数为标准值。,直齿锥齿轮传动的几何参数,令 R = b/R齿宽系数，设计中常取R =0.250.35。,齿数比：,锥距：,C,t,锥齿轮传动2,二、轮齿的受力分析,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Fx。,轴向力Fx的方向总是由锥齿轮的小端指向大端。,锥齿轮的受力分析,直齿锥齿轮传动,锥齿轮传动3,三、齿面接触疲劳强度计算,按齿宽中点处的当量圆柱齿轮计算直齿锥齿轮的齿面接触疲劳强度。,校核式：,忽略重合度的影响。,式中：载荷系数,强度公式中其他参数与

14、直齿圆柱齿轮完全相同。,直齿锥齿轮传动,锥齿轮传动4,四、齿根弯曲疲劳强度计算,校核式：,设计式：,式中：YFa按当量齿数 。,YSa,按当量齿数 。,直齿锥齿轮传动,齿轮传动的效率与润滑,7-10 齿轮传动的效率与润滑,润滑的目的：减小摩擦、减小磨损，还有散热和防锈蚀作用。,二、齿轮传动的润滑方式,开式及半开式齿轮传动：采用人工定期加油润滑。,详细介绍,一、齿轮传动的效率,闭式齿轮传动的效率有三部分组成：,式中：1齿轮的啮合效率；,2搅油损失的效率；,3轴承的效率；,闭式齿轮传动： 浸油润滑：,喷油润滑：,齿轮圆周速度 15ms时,15ms时,齿轮的结构,7-11 齿轮的结构,在综合考虑齿轮几何尺寸，毛坯，材料，加工方法，使用要求及经济性等 各方面因素的基础上，按齿轮的直径大小，选定合适的结构形式，再根据 推荐的经验数据进行结构尺寸计算。,常见的结构形式有,齿轮的结构设计主要是确定轮缘，轮辐，轮毂等结构形式及尺寸大小。,轮辐式结构,中型尺寸齿轮结构,小尺寸齿轮结构,大尺寸齿轮结构,腹板式结构,