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1、课题名称齿轮传动授课班级授课时间 课题序号16授课课时第43 到 46授课形式讲授使用教具投影仪教学目的1. 了解齿轮传动类型及根本要求2. 了解齿轮传动啮合的特点3. 了解齿轮传动的失效形式教学重点渐开线齿轮根本参数及几何尺寸计算教学难点掌握齿轮的材料及热处理方法更新、补充、删减内容无课外作业 授课主要内容或板书设计91 概 述92 齿轮传动的失效形式与设计准那么93 齿轮材料及热处理94 齿轮传动的计算载荷95 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算96 齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择97 标准斜齿圆柱齿轮传动的计算98 标准圆锥齿轮传动的强度计算99 齿轮的结构设计910齿轮传动的润滑教
2、学后记本章节内容比拟多，学生学习起来比拟困难，而且在强度校核中运用大量的数学知识，学习起来比拟费力。课 堂 教 学 安 排主 要 教 学 内 容 及 步 骤教学过程 师生活动 设计意图等91 概 述齿轮传动是机械传动中应用最为广泛的一类传动，其中最常用的是渐开线齿轮传动，这主要是由于其传动特点所决定的。一、齿轮传动的特点优点：1传动效率高=99%；2传动比恒定瞬时，精度较高时；3结构紧凑较之于带、链传动；4工作可靠、寿命长缺点：1制造、安装精度要求较高专用机床和刀具加工；2不适于中心距a较大两轴间传动；3使用、维护、费用较高；4精度低时、噪音、振动较大二、齿轮传动的类型1、按传动轴相对位置图9
3、-1平行轴齿轮传动圆柱齿轮传动：外直齿轮、斜齿轮、内齿轮、齿轮齿条、人字齿轮相关轴齿轮传动：锥齿轮传动1直齿；2斜齿；3曲齿交错轴齿轮传动：交错轴斜齿轮螺旋齿轮、准双曲面齿轮传动、蜗杆、蜗轮传动2、按工作条件开式适于低速及不重要的场合半开式农业机械、建筑机械及简单机械设备只有简单防护罩闭式润滑、密封良好，汽车、机床及航空发动机等的齿轮传动中3、按齿形渐开线常用摆线计时仪器圆弧承载能力较强92 齿轮传动的失效形式与设计准那么一、失效形式失效形式分两类：轮齿折断；齿面损坏轮齿折断又分：疲劳折断；过载折断齿面损坏又分：点蚀、摩损和胶合、塑性变形1、轮齿折断：弯曲疲劳折断闭式硬齿面齿轮传动最主要的失效
4、形式过载折断载荷过大或脆性材料局部形式：齿根整体折断直齿，b较小时 局部折断斜齿或偏载时，b较大时部位：，应力集中提高轮齿抗折断能力的措施：1） 减小齿根应力集中增加齿根过渡圆角，降低齿根局部外表粗糙度2） 高安装精度及支承刚性，防止轮齿偏载设计时限制齿根弯曲应力小于许用值3） 改善热处理，使其有足够的齿芯韧性和齿面硬度4） 齿根局部进行外表强化处理喷丸、滚压2、齿面疲劳点蚀图9-3闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式形式：收敛性点蚀开始由于表在粗糙，局部接触应力较大引起点蚀，过后经跑合，凸起磨平软齿面逐渐消失扩展性点蚀硬齿面发生点蚀或软齿面时位置：节线附近原因：1单齿对啮合接触应力较大；2节线处
5、相对滑动速度较低，不易形成润滑油膜；3另外油起到一个媒介作用，润滑油渗入到微裂纹中，在较大接触应力挤压下使裂纹扩展直至外表金属剥落。防止措施：1提高齿面硬度；2降低外表粗糙度；3采用角度变位增加综合曲率半径；4选用较高粘度的润滑油；5提高精度加工、安装；6改善散热。开式齿轮传动由于磨损较快，一般不会点蚀3、齿面磨损开式齿轮的主要失效形式类型齿面磨粒磨损，图9-4防止措施：1提高齿面硬度；2降低外表粗糙度；3降低滑动系数；4润滑油定期清洁和更换；5变开式为闭式。4、齿面胶合高速垂载传动的主要失效形式热胶合，图9-5原因：高速、重载压力大，滑动速度高摩擦热大高温啮合齿面粘结冷焊结点结点部位材料被剪
6、切沿相对滑动方向齿面材料被撕裂。低速重载或缺油冷胶合压力过大、油膜被挤破引起胶合形式：热胶合高速重载；冷胶合低速重载，缺润滑油防止措施：1采用抗胶合能力强的润滑油加极压添加剂；2采用角度变位齿轮传动，使滑动速度VS下降。使始末位置，相对滑动速度；3减小m和齿高h，降低滑动速度VS；4提高齿面硬度；5降低；6配对齿轮有适当的硬度差；7改善润滑与散热条件。5、齿面塑性变形低速重载软齿轮传动的主要失效形式齿面在过大的摩擦力作用下处于屈服状态，产生沿摩擦力方向的齿面材料的塑性流动，从而使齿面正确轮廓曲线被损坏。图9-6所示形式：滚压塑变材料塑性流动方向与齿面受摩擦力方向一致，图9-6 锤击塑变由冲击引
7、起的齿面塑性变形，其特征是齿面上形成浅沟槽防止措施：1提高齿面硬度；2采用高粘度的润滑油或加极压添加剂。二、设计准那么主要失效形式 设计准那么闭式软齿面齿轮传动 齿面疲劳点蚀 齿面接触疲劳强度准那么 闭式硬齿面齿轮传动 齿根弯曲疲劳折断 齿根弯曲疲劳强度准那么 高速大功率传动 增加 齿面胶合能力准那么开式齿轮传动 磨损 采用齿根弯曲疲劳强度准那么，并通过增大m和降低来考虑磨损的影响。93 齿轮材料及热处理选择齿轮材料总体上要考虑防止产生齿面失效和轮齿折断。根本要求：齿面要硬，齿芯要韧一、常用的齿轮材料1、钢最常用，可通过热处理改善机械性能1锻钢：软齿面齿轮HBS350如45、40Cr 热处理，
8、正火调质，加工方法，热处理后精切齿形8、7级，适合于对精度、强度和速度要求不高的齿轮传动硬齿面齿轮HBS350是开展趋势20Cr，20CrMnTi，40Cr，30CrMoAlA，外表淬火，渗碳淬火，氮化和氰化，先切齿外表硬化磨齿精切齿形5、6级适合于高速、重载及精密机械如精密机床、航空发动机等2铸钢用于尺寸较大齿轮，需正火和退火以消除铸造应力。强度稍低2、铸铁脆、机械强度，抗冲击和耐磨性较差，但抗胶合和点蚀能力较强，用于工作平稳、低速和小功率场合。铸铁：灰铸铁；球墨铸铁有较好的机械性能和耐磨性3、非金属材料工程塑料ABS、尼龙、取胜酰铵、夹布胶木适于高速、轻载和精度不高的传动中，特点是噪音较低
9、，无需润滑在某些低速和仪器仪表中还用铜合金和铝合金作齿轮具有耐腐蚀、自润滑等特性，常用的齿轮材料及其机械性能列于表9-1。二、齿轮材料的选择原那么1齿轮材料须满足工作条件的要求：不同的工作条件选用不同的齿轮材料2应考虑齿轮尺寸大小、毛坯成型方式及热处理和制造工艺3正火碳钢用于载荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮；调质钢用于中等冲击载荷下工作的齿轮4合金钢用于高速、重载及在冲击载荷下工作的齿轮。5钢制软齿面齿轮要求HBS1=HBS2+1305D原因：1小齿轮齿根强度较弱；2小齿轮的应力循环次数较多。另：当大小齿轮有较大硬度差时，较硬的小齿轮会对较软的大齿轮齿面产生冷作硬化的作用，可提高大齿轮的接触疲劳
10、强度补充：配对齿轮的硬度配合：1、软软；2、软齿面硬齿面；3、硬齿面硬齿面94 齿轮传动的计算载荷齿面接触线上的法向载荷Fn名义载荷未计及载荷波动，载荷沿齿宽方向的不均匀性和轮齿齿廓曲线误差等计算载荷；Fnc=KFn载荷系数：K= 、 工作情况系数 初载荷系数齿向载荷分布系数 齿间载荷分配系数1、工作情况系数KA考虑了齿轮啮合时，外部因素引起的附加动载荷对传动的影响，表9-2所示它与原动机与工作机的类型与特性，联轴器类型等有关2、动载荷系数KV考虑齿轮制造误差和装配误差及弹性变形等内部因素引起的附加动载荷的影响主要影响因素：1齿轮的制造精度Pb1Pb2 2圆周速度V，图9-9a当Pb2Pb1时
11、图9-7后一对齿轮未进入啮合区就开始接触，产生动载荷此时过接触点作齿廓的公法线与连心线交点P(节点)与P不重合，这样使实际的措施：从动轮2齿顶修缘，使齿轮2在齿顶处Pb2Pb2时；如图9-8，那么前一对齿将脱开啮合时，后一对齿虽已进入啮合区，但尚未接触，而要待前一对齿离开正确啮合区一段距离后，后一对齿才开始啮合产生齿腰中间冲击措施：主动轮1齿顶修缘虚线齿廓，延长一对齿的啮合时间降低KV措施：1提高齿轮制造安装精度；2减小V减小齿轮直径d；3齿顶修缘注意：修缘要适当，过大那么重合度下降过大。一般高速齿轮和硬齿面齿轮应进行修缘，但修缘量与修缘的曲线确定那么比拟复杂。3、齿向载荷分布系数考虑轴的弯曲
12、、扭转变形、轴承、支座弹性变形及制造和装配误差而引起的沿齿宽方向载荷分布不均匀的影响。如图9-11所示影响因素：1支承情况：对称布置，好；非对称布置；悬臂布置，差。2齿轮宽度b b 。3齿面硬度，硬度越高，赵易偏载，齿面较软时有变形退让。4制造、安装精度精度越高，越小。减小措施：1提高制造安装精度；2提高支承刚度，尽量防止悬臂布置；3采用鼓形齿如图9-2；4螺旋角修形沿小齿轮齿宽进行修形，以补偿由于轴的弯曲和扭转变形引起的啮合线位置的改变。 分：1用于齿面接触疲劳强度计算，表9-3，与精度等级、齿面硬度、支承布置有关，齿宽系数，=b/d2用于齿根变曲疲劳强度计算，按和b/h之比值，查图9-13
13、。b齿宽，h齿高。4、齿间载荷分配系数考虑同时有多对齿啮合时各对轮齿间载荷分配不均匀的系数。影响因素：啮合刚度，基圆齿距误差Pb，修缘量，跑合程度等。分： 1齿面接触疲劳强度计算用2齿根弯曲疲劳强度计算用 表9-495 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算一、轮齿的受力分析忽略摩擦力，法向力Fn沿啮合线作用于节点处将分布力简化为集中力Fn与过节点P的圆周切向成角度。Fn可分解为Ft和Fr1、力的大小圆周力 Ft=2/d1 Ft1=-Ft2径向力 Fr=Ft/tg Fr1=-Fr2 大小相等，方向相反法向力 Fn=Ft/cos Fn1=-Fn2T1小齿轮上传递的扭矩N.mm d1小齿轮上的直径mm, =202、力的方向Ft“主反从同，Fr指向轴线外齿轮 背向轴线内齿轮二、齿根弯曲疲劳强度计算防止弯曲疲劳折断由于轮齿啮合时，啮合点的位置从齿顶到齿根不断变化，且轮齿啮合时也是由单对齿到两对齿之间变化，由此，齿根局部的弯曲应力是在不断变化，最大弯曲应力产生在单齿对啮合区的最高点。但计算比拟复杂。计算假设：1单齿对啮合；2载荷作用于齿顶；3计算模型为悬臂梁；4用重合度系数考虑齿顶啮合时非单齿对啮合影响；5只考虑弯曲应力，裂纹首先在受拉侧产生，且压应力对较小对拉应力有抵消作用；6危险截面30切线法定齿顶压力角弯曲拉应力；产生压应力如图9-16，齿根危险截面的弯曲应
