《机械设计基础 教学课件 ppt 作者 陈国定第二篇 机械传动常用机构设计第六章 齿轮传动》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计基础 教学课件 ppt 作者 陈国定第二篇 机械传动常用机构设计第六章 齿轮传动（89页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、课件制作 官德娟 等,机 械 工 业 出 版 社,第六章 齿轮传动,本章主要内容,齿轮传动的类型和特点,齿廓啮合基本定律,渐开线及渐开线齿廓,渐开线标准直齿圆柱齿轮及其啮合传动,渐开线直齿圆柱齿轮的加工方法及齿轮变位的概念,渐开线斜齿圆柱齿轮传动,锥齿轮传动,齿轮传动的失效形式、设计准则及材料选择,齿轮传动的计算载荷,直齿圆柱齿轮的强度计算,齿轮的结构,本章基本要求,1、了解各类齿轮传动的特点，理解并掌握齿轮传动的基本概念和基础知识； 2、掌握渐开线标准直齿、斜齿圆柱齿轮的基本参数的确定和几何尺寸计算； 3、掌握渐开线标准直齿、斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件、连续传动条件； 4、掌握齿轮传动的
2、不同条件下失效形式及相应的设计准则；合理选择材料和热处理； 5、熟练掌握齿轮传动的受力分析方法，各分力大小计算及方向判断； 6、掌握直齿圆柱齿轮传动齿面接触疲劳强度与齿根弯曲疲劳强度计算中的基本概念、影响因素的处理方法及设计计算方法。 7、掌握斜齿、锥齿轮当量齿轮的概念，与直齿轮强度计算的异同点。,1、渐开线标准直齿、斜齿圆柱齿轮几何尺寸计算； 2、渐开线标准直齿、斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件、连续传动条件； 3、齿轮传动的失效形式及设计准则； 4、齿轮传动的受力分析； 5、直齿、斜齿圆柱齿轮传动齿面接触疲劳强度与齿根弯曲疲劳强度计算中的影响因素、基本概念及设计方法。,第六章 齿轮传动,本章
3、重点,1、齿轮传动的正确啮合条件、重合度的概念与连续传动条件； 2、斜齿圆柱齿轮轴向力方向的判断；载荷系数的主要影响因素； 3、斜齿圆柱齿轮、锥齿轮的当量齿轮、当量齿数的概念及在强度计算中的作用； 4、齿轮强度计算中主要参数的选择。,本章难点,第六章 齿轮传动,第一节 齿轮传动的类型和特点 一齿轮传动的主要形式,平行轴齿轮传动（如圆柱齿轮传动） 相交轴齿轮传动（如锥齿轮传动） 交错轴齿轮传动（如螺旋齿轮传动、蜗杆传动）,外啮合传动: 两轮转向相反,平行轴齿轮传动:,相交轴齿轮传动：,第一节 齿轮传动的类型和特点,交错轴斜齿轮传动：,螺旋齿轮传动,第一节 齿轮传动的类型和特点,按轮齿齿向分,按工
4、作条件分,按齿廓曲线分,按齿面硬度分,第一节 齿轮传动的类型和特点,二、齿轮传动的特点：,二齿轮啮合之速度瞬心,齿廓啮合基本定律：,互相啮合的一对齿轮，在任一位置时的传动比，都与其连心线被其啮合点的公法线所分两线段成反比。,节点P,定传动比传动条件：节点为一定点。,节圆,齿廓曲线的选择: 渐开线摆线圆弧。,第二节 齿廓啮合基本定律,1. 发生线沿基圆滚过的长度等于基圆上被滚过的弧长；,基圆半径rb,发生线 L上的K点的展角k,渐开线的特性：,2. 渐开线上任一点法线必与基圆相切；,3.N 是渐开线上K点的曲率中心，KN为曲率半径；越接近基圆，曲率愈大曲率半径愈小，反之越大；,4.渐开线的形状决
5、于基圆大小，见图63；,5.基圆内无渐开线。,第三节 渐开线及渐开线齿廓 一渐开线的形成及特性,K,N,K点向径rk;,K点压力角ak;,渐开线函数：,二渐开线方程,K,N,渐开线极坐标方程,第三节 渐开线及渐开线齿廓,（一）渐开线齿廓满足定传动比要求,N1N2必为固定直线，它与连心线O1O2的交点P必定是一定点。,三、渐开线齿廓的啮合特点,渐开线齿轮的传动比：,满足定传动比要求。,第三节 渐开线及渐开线齿廓,啮合线 N1N2 ：啮合点的轨迹,啮合点的公法线： N1N2,啮合过程中，啮合线和啮合角保持不变，故正压力方向不变，传动平稳。,（二）啮合线与啮合角在啮合过程中保持不变,啮合角啮合线与过
6、节点P所作两 节圆的公切线t-t 的夹角。,第三节 渐开线及渐开线齿廓,（三）渐开线齿轮的可分性,由于齿轮基圆不会改变。即使两齿轮的中心距与实际中心距有偏差，传动比仍保持不变。,由于O1N1P1 O2N2P2 ，故 传动比为,即一对齿轮的传动比不仅与节圆半径成反比，而且与基圆半径成反比。,第三节 渐开线及渐开线齿廓,第四节 渐开线标准直齿圆柱齿轮及其啮合传动 一、渐开线齿轮各部分名称和尺寸,（1）齿数 z,（2）模数 m （标准),（3）压力角 （标准20),分度圆：具有标准模数和标准压力角的圆 。,标准齿轮基本参数（五个）：,（）齿顶高系数,（）顶隙系数,正常齿制,短齿制,第四节 渐开线标准
7、直齿圆柱齿轮及其啮合传动,令,分度圆直径,齿顶高,齿根高,齿全高,齿顶圆直径,齿根圆直径,基圆直径,齿距,分度圆齿厚与齿槽宽,基圆齿距,渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算：,顶隙,标准中心距,节圆直径在标准安装时,第四节 渐开线标准直齿圆柱齿轮及其啮合传动,二、一对渐开线齿轮的啮合传动 （一）正确啮合条件,如图示,第四节 渐开线标准直齿圆柱齿轮及其啮合传动,实际啮合线段 B1B2,理论啮合线 N1N2,极限啮合点 N1, N2,（二）连续传动条件,第四节 渐开线标准直齿圆柱齿轮及其啮合传动,pb,pb,C,D,P,单齿啮合区,入啮点B2 ，脱啮点B1,前一对齿到达脱啮点B1时，后一对齿已从入啮
8、点B2啮合至C点。能实现连续传动。因此,连续传动条件为,重合度,重合度表明了同时参与啮合的轮齿对数。,标准齿轮标准安装,r1+r2 = r1+r2,（三）齿轮传动的标准中心距,外啮合传动标准中心距:,第四节 渐开线标准直齿圆柱齿轮及其啮合传动,r1 = r1 r2 = r2,即,分度圆与节圆重合,第五节 渐开线齿轮的加工方法及变位齿轮的概念 一、渐开线齿轮的加工,进给运动,让刀运动,切削运动,图68 用齿轮插刀加工齿轮,图69 用齿轮滚刀加工齿轮,二、 渐开线齿廓的根切现象,产生根切的原因: 刀具顶线超过啮合极限点N1,根切的影响: 降低轮齿抗弯强度； 降低齿轮传动重合度； 部分失去渐开线齿轮
9、传动特性。 应设法避免！,不发生根切的条件：,当h*a=1.0, =200时, zmin= 17,第五节 渐开线齿轮的加工方法及变位齿轮的概念,三、变位齿轮的概念,变位齿轮： 以切削标准齿轮时刀具的位置为基准，将刀具移动一段距离后切削出来的齿轮。,如图示，变位量 xm,变位系数 x,当刀具远离轮坯时，x 为正；反之为负。,O1,P,标准齿轮之不足:,必须改用变位齿轮,第五节 渐开线齿轮的加工方法及变位齿轮的概念,第六节 齿轮传动的失效形式和设计准则及材料选择 一、齿轮传动的失效形式 (一）轮齿折断,提高轮齿抗折断能力的措施： 1、增大齿根圆角半径，减少应力集中对疲劳强度的影响。 2、齿根处采用
10、喷丸处理等强化措施。 3、采用适当的材料和热处理，使芯部变韧、表面变硬。,(1)疲劳折断 轮齿重复受载后，齿根处产生疲劳裂纹，并逐步扩展，最终致使轮齿疲劳折断。 (2)过载折断 轮齿受到突然过载时，可能出现过载折断或剪断.,（二）齿面点蚀,第六节 齿轮传动的失效形式和设计准则及材料选择,点蚀是齿面材料在变化着的接触应力作用下，在齿面上出现局部材料脱落，由疲劳而产生的麻点状损伤现象。 点蚀是闭式软齿面齿轮的主要失效形式。 点蚀通常首先发生在齿面上靠近节线的齿根部分。,提高齿面抗点蚀能力的措施： 1、提高齿面硬度； 2、减少表面粗糙度值； 3、采用粘度高的润滑油。,第六节 齿轮传动的失效形式和设计
11、准则及材料选择,（三）齿面胶合,提高齿面抗胶合能力的措施： 1、合理搭配齿轮材料，选用适当的热处理方法提高齿面硬度； 2、低速重载时，采用粘度大的润滑油；高速重载时，选用掺有抗胶合添加剂的润滑油； 3、减少表面粗糙度值； 4、采用变位齿轮降低齿顶相对滑动速度。,两啮合齿面在高压下发生粘着，随两齿面的相对滑动，使金属从齿面上撕落而形成的粘着磨损现象，称为胶合。,齿面胶合是高速、重载齿轮的主要失效形式。,第六节 齿轮传动的失效形式和设计准则及材料选择,（四）齿面磨损,灰尘、沙粒、铁屑等磨损性物质落入啮合齿面间，或软硬齿轮啮合使齿面磨损。,磨粒磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。,提高齿面抗磨损能力的
12、措施： 1、采用闭式齿轮传动； 2、提高齿面硬度； 3、提高表面质量； 4、降低相对滑动系数； 5、保持润滑油的清洁并定期更换。,（五）齿面塑性变形,第六节 齿轮传动的失效形式和设计准则及材料选择,提高齿面抗塑性变形能力的措施： 1、提高齿面硬度； 2、选用粘度较大的润滑油。,硬度较低的低速重载齿轮，齿面材料在摩擦力的作用下出现滑移，形成主动轮齿面在节线附近凹下，从动轮齿面在节线附近凸起的现象称齿面塑性变形。,齿面塑性变形是低速重载、齿面硬度较低齿轮的主要失效形式。,第六节 齿轮传动的失效形式和设计准则及材料选择,二 、设计准则：,设计准则由失效形式确定。,目前齿轮传动设计准则有： 轮齿弯曲疲
13、劳强度计算 齿面接触疲劳强度计算 抗胶合能力计算（高速、大功率齿轮传动）,第六节 齿轮传动的失效形式和设计准则及材料选择,三、齿轮材料的选择,基本要求：齿面硬，齿芯韧、有良好的加工性能和经济型性。,（一） 锻钢 锻钢是齿轮传动中应用最广的材料。 （1） 软齿面 齿面硬度350HBS。常用45钢、40Cr、40MnB、42SiMn等中碳钢 或中碳合金钢。 热处理采用正火或调质。 为寿命相近，应使小齿轮齿面硬度比大齿轮高2550HBS。,（2）硬齿面 齿面硬度 350HBS。常用中碳钢、中碳合金钢及低碳合金钢。 热处理采用表面淬火、表面渗碳或渗氮。 可减少齿轮传动的尺寸。,(四) 非金属材料,第六
14、节 齿轮传动的失效形式和设计准则及材料选择,三、齿轮材料的选择（续）,(二) 铸钢 常用于直径较大的齿轮(da500mm)，采用正火处理。,(三) 铸铁 铸铁易铸成形状复杂的毛坯，易加工、成本低。但抗弯强度和抗冲击能力较差。常用灰铸铁和球墨铸铁。,齿轮常用材料及其力学性能（见表64）,第七节 齿轮传动的计算载荷,1.使用系数 KA 用来考虑由原动机和工作机的工作特性引起的过载、振动和冲击对轮齿受载的影响。 KA按表6-5选择,计算齿轮强度时，应按计算载荷 进行计算。即 计算载荷,2. 动载系数 KV 用来考虑齿轮啮合过程中因啮合误差引起的内部附加动载荷对轮齿受载的影响的系数。 KV由图6-17
15、选择 齿轮传动精度等级的选择查表66,改善措施:对高速齿轮轮齿适当修缘，可以减少附加动载荷., 作用于轮齿上的名义载荷（理想载荷）,式中 :K 为载荷系数,第七节 齿轮传动的计算载荷（续）,考虑载荷沿齿宽方向分布不均匀的影响系数。 K 取值查 图619,改善措施: (1) 增大轴、轴承及支座的刚度; (2) 避免悬臂布置; (3) 把轮齿做成鼓形。,考虑同时参与啮合的各对轮齿间载荷分配不均匀的影响系数. K查 图620,3. 齿向载荷分布系数K,4. 齿间载荷分配系数K,方向：主动轮上与转向相反 从动轮上与转向相同,方向：由啮合点指向轮心,第八节 直齿圆柱齿轮的强度计算 一、直齿圆柱齿轮受力分析,O1,O2,N2,N1,t,t,P,第八节 直齿圆柱齿轮的强度计算 二、直齿圆柱齿轮传动的应力计算,（一）直齿圆柱齿轮轮齿弯曲疲劳应力计,受载时齿根受弯矩最大， 齿根弯曲疲劳强度最弱。 为便于计算，常按全部 载荷作用于齿顶来计算。,图示假设轮齿为一悬臂梁。 按水平分力所产生的弯矩进行弯曲强度
