《-齿轮传动.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《-齿轮传动.ppt（64页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第十章 齿轮传动,通过本章学习：,10-2、 轮齿的失效形式及设计准则,10-3、 齿轮材料及选用原则,10-6、 齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择,10-4、 齿轮传动的计算载荷,10-5、 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算,10-8、 标准直齿圆锥齿轮传动的强度计算,10-10、齿轮的结构设计,10-11、齿轮传动的润滑,10-1、 概述,10-7、 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算,了解齿轮传动的失效及机理、设计准则；,熟悉齿轮的材料、热处理、及选材原则；,掌握齿轮传动的受力分析、强度计算；,2,第十章 齿轮传动,10-1、概述,齿轮传动是机械传动中，应用最广泛最重要的一种传动形式
2、。,已达到的水平：,P1105kW，,v300m/s，,D33m，,n105r/min,优点：,1）效率高(0.98 0.99)； 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，振动、噪音大；,3）不适于中心距大的场合。,1）需专用机床和设备；,3,第十章 齿轮传动, 按齿面硬度分：, 按工作条件分：,闭式：封闭在箱体内，润滑条件好,开式：齿轮外露，不能防尘、周期润滑,半开式：齿轮浸入油池、外装护罩,齿轮传动的分类：,软齿面：HB350； 硬齿面：HB350。,4,第十章 齿轮传动,10-2、 轮齿的失效形式及设计准则,1、轮齿折断,原因：疲劳
3、、过载,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、斜齿,措施:,（一）失效形式,现象：, 增大齿根过渡圆角、消除加工倒 痕减小应力集中 增大轴及支承的刚性受载均匀 合适热处理齿芯具有足够韧性、表面强化,5,第十章 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、抗弯能力下降，最终断齿,措施：,闭式：1）增加硬度,选用耐磨材料;,2）降低表面粗糙度;,3）降低滑动系数;,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,2、齿面磨粒磨损,6,第十章 齿轮传动,3、齿面疲劳点
4、蚀,现象:表面产生麻点状损伤,发生部位：偏向齿根的节线附近,原因:交变接触应力产生表面疲劳,发生场合：闭式齿轮传动,后果：引起振动、噪声、传动能力下降,措施：,1）提高表面硬度,3）降低表面粗糙度，增加加工精度,4）增加润滑油粘度,2）提高综合曲率半径(d1 、x ),轮齿在节圆附近一对齿受力，且滑动速度低形成油膜条件差,7,第十章 齿轮传动,4、齿面胶合（严重的粘着磨损）,原因：, 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,措施：,1）采用抗胶合性能好的齿轮材料对; 2）采用极压润滑油; 3）降低表面粗糙度，提高表面硬度； 4）材料相同时，使大、小
5、齿轮保持一定硬度差； 5）降低m，以降低齿面vs； 6）采用角度变位齿轮，降低啮合始终时的vs； 7）采用修缘齿，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。, 高速重载：v,t ,油膜破坏, 表面金属直接接触，热胶合；相对运 动，撕裂，沟痕。,8,5、塑性变形,措施：,现象：齿面出现凸脊和凹槽,原因：在过大应力作用下，轮齿材料处于屈 服状态而产生的齿面或齿体塑性流 动：滚压塑变、锤击塑变,第十章 齿轮传动,摩擦力方向,1）提高齿面硬度 2）采用高粘的润滑油 3）润滑油中添加极压添加剂,9,第十章 齿轮传动,（二）设计准则,硬齿面：,由工程实践得知：,主要失效,目前尚无
6、计算方法,按弯曲和接触疲劳强度计算,高速重载还应对抗胶合能力计算，或采取措施抗胶合,闭式传动：,软齿面：保证接触疲劳强度为主,齿面硬齿芯软或脆性料：保证弯曲疲劳强度为主,两齿面具有同硬度：视具体情况而定,开式传动：,保证弯曲疲劳强度。并将求得的模数加大。,10,第十章 齿轮传动,对齿轮材料性能的基本要求：,齿面硬、芯部韧。,10-3、齿轮材料及选用准则,常用齿轮材料,锻钢,铸钢,铸 铁,：灰铸铁较脆，抗冲击、耐磨性较差；抗点蚀、胶合能力较强。 常作为低速、轻载、不太重要的场合。,：仅小齿轮用非金属材料。 适用于高速、轻载、精度不高且要求降低噪声的场合。,非金属,（一）常用齿轮材料,：耐磨性及强
7、度均较好（应退火、常化、调质处理）。 常用于尺寸较大齿轮。,：常用于一般尺寸齿轮,钢,性能好，耐冲击；热处理和化学处理可改善其机械性能，最适于用来制造齿轮。,含碳量为(0.150.6)%的碳素钢或合金钢。,合金钢根据所含合金的性能，能改善材料的韧性、抗冲击性、耐磨性、抗胶合性。,（加工工艺不同、性能不同）,11,第十章 齿轮传动,12,第十章 齿轮传动,（二）齿轮材料选用的基本原则,1) 必须满足工作条件的要求：如强度、寿命、可靠性、经济性 等（航空齿轮、矿山机械齿轮、家用电器齿轮用材不同）；,2) 应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺 （铸件、锻件）；,3) 火碳钢，只能用于制
8、作在载荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮； 调质碳钢可用于在中等冲击载荷下工作的齿轮；,6) 钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保持在 3050HBS或更多。,4) 合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮；,5) 航空齿轮要求尺寸尽可能小，应采用表面硬化处理的高强度 合金钢；,13,第十章 齿轮传动,10-4、齿轮传动的计算载荷,强度计算所用的载荷，用齿面接触线上，单位长度所受载荷：,实际传动中：,计算时，按接触线上单位长度的最大载荷（计算载荷）：,公称法向载荷,接触线长, 原动机、工作机性能的影响 制造误差（基节、齿形）影响,载荷系数,14,第十章 齿轮传动,（一）使用系数KA（
9、表10-2）,考虑齿轮啮合时，外部因素引起的附加载荷的影响系数。,（二）动载系数KA（图10-8）,考虑齿轮制造误差、运转速度、轮齿刚度变化引起的附加动载荷的影响系数。,分析：,15,第十章 齿轮传动,B1进入接触时, 2齿已压入1齿廓 2齿顶部修缘,B1进入接触时, 1齿已压入2齿廓 1齿顶部修缘,16,第十章 齿轮传动,（三）齿间载荷分配系数K（表10-3）,接触线总长: L=QQ+RR,但由于齿距误差及弹性变形：,17,第十章 齿轮传动,（四）齿向载荷分布系数K（表10-4）,受力变形,制造误差,安装误差,轴、轴承、支座,改善措施：,1）增大轴、轴承及支座的刚度；,5）轮齿修形（腰鼓齿）
10、。,4）尽可能避免悬臂布置；,3）适当限制轮齿宽度；,2）对称轴承配置；,18,第十章 齿轮传动,圆周力：,径向力：,法向力：,转 矩：,10-5、标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算,（一）轮齿受力分析,不计摩擦力，只考虑法向力。,各力的方向总结：,与1相反,与2相同,指向O1,指向O2,19,第十章 齿轮传动,（二）齿根弯曲疲劳强度计算,pca,20,第十章 齿轮传动,危险截面的抗弯截面模量：,单位齿宽的弯曲应力：,取,与齿廓形状有 关，与模数无关,YFa（齿形系数）,齿根理论弯曲应力,21,第十章 齿轮传动,实际计算时，应考虑齿根处应力集中、弯曲应力以外的其它应力的影响应力校正系数Ysa(表1
11、0-5),（验算式）,注意：一般YF1 YF2， F1 F2,引入齿宽系数（表10-7）,式10-3,（设计式）,F1 F2,分别验算：F1 F1 、 F2 F2 ,技巧：验算下列小者,F1 /YFa1Ysa1 、 F2 /YFa2Ysa2,22,第十章 齿轮传动,（三）齿面接触疲劳强度计算,赫兹公式：,其中令：,综合曲率半径,弹性影响系数 （表10-6）,将赫兹公式用于齿面接触强度计算时，,应找到pca 1/ 的最大值，并具体算出的值。,23,第十章 齿轮传动,通常大齿齿面较软, 最大应力点在C点、次大在P点、第三大在D点,理论上，应在这三点对大齿齿面接触强度分别验算。但实际上，只以P点进行
12、验算。,由图：, 1 / 最大处， pca / 并非最大。,24,第十章 齿轮传动,C点单对轮齿啮合的起始点。,此时应力虽大，但对大齿轮不一定会构成威胁,D点单对轮齿啮合的终止点。,此时应力也大，可能对大齿轮构成威胁,但该点的H计算较为复杂，且当Z20, D与P点应力值接近，但P点便于计算只计算P点。,齿顶接触强度较大（点蚀先在齿根部发生，才往齿顶部扩展）,齿根接触强度较小,25,第十章 齿轮传动,节圆处齿廓曲率半径：,定义齿数比: u= z2 /z1,综合曲率：,又：,代入：,ZH（区域系数）,=20， ZH=2.5,（验算式）,26,第十章 齿轮传动,齿宽系数代入验算式,（设计式）,注意：
13、因H1=H2 ，故公式中应代入H1和H2中较小者。,27,第十章 齿轮传动,（四）齿面强度计算说明,1.载荷系数的处理,假设载荷系数Kt,d1t(或 mt）, KV、K、K从而计算K,28,第十章 齿轮传动,2.设计准则,软齿面：保证接触疲劳强度为主,硬齿面：保证弯曲疲劳强度为主,按接触强度进行设计，按弯曲强度校核：,按弯曲强度进行设计，按接触强度校核:,按弯曲强度设计：,29,第十章 齿轮传动,（一）齿轮传动设计参数的选择,1压力角：,2齿数：,一般：闭式齿轮传动: z1=2040,设d1已按接触疲劳强度确定,z1,模 数,重合度,传动平稳,抗弯曲疲劳强度降低,齿高h ,切削量 、滑动率,一
14、般情况下取 =20,10-6 齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择,开式齿轮传动: z1=1720,30,第十章 齿轮传动,3齿宽系数d,齿宽b 、 强度,4齿宽b,大齿轮：b= d d1 小齿轮：b1=b+(510) mm,齿面载荷分布不均（K）, d =b/d1,注：标准圆柱齿轮减速器齿宽系数定义为：, a =b/a,=b/0.5d1(1+u),= d /0.5(1+u), d =0.5(1+u) a, a 的系列值：0.2，0.25，0.3， 0.4，0.5，0.6，0.8，1.0，1.2,故设计标准圆柱齿轮减速器时，先选 a ，再计算 d ，再用设计或验算公式。,31,考虑应力循环次
15、数对疲劳极限的影响,第十章 齿轮传动,（二）齿轮传动的许用应力,许用应力：,S疲劳强度安全系数,K N寿命系数,接触疲劳强度：SH=1,弯曲疲劳强度：SF=1.251.5,发生点蚀和断齿的后果是不一样的!,弯曲疲劳寿命系数KFN（图10-18）,接触疲劳寿命系数KHN（图10-19）,N：应力循环次数,n：齿轮转速（rmin） j ：齿轮转一周同侧齿面啮合次数 Lh齿轮的工作寿命（h）,32,第十章 齿轮传动,lim 接触疲劳极限,弯曲疲劳强度极限值FE （图10-20）,接触疲劳强度极限值Hlim（图10-21）,图中，材料品质的三等级：,例：取1、2为主动轮时，2的同侧齿面啮合齿数,33,第十章 齿轮传动,（三）齿轮传动的精度等级,制造和安装齿轮传动装置时，不可避免会产生误差（齿形误差、齿距误差、齿向误差、两轴线不平行误差等）。,误差的影响：,1）影响齿轮运动准确性用运动精度控制；,3）影响载荷分布均匀性用接触精度控制；,国标GB10095-88给齿轮副规定了12个精度等级。其中1级最高，12级最低，常用的为69级精度。,2）影响齿轮传动平稳性用工作平稳性精度控制；,4）影响使用可靠性 用侧隙精度控制；,34,侧隙保证形式： 齿厚下偏差（字母表示）,侧隙保证形式： 齿厚
