齿轮设计技术第四部分讲解课件

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1、第第7 7章章 主要几种齿轮传动设计的特点主要几种齿轮传动设计的特点471 行星齿轮设计特点472 锥齿轮齿轮设计特点473 高速齿轮设计特点474 蜗杆传动设计特点47. 5 双圆弧齿轮传动特点 第1页，共39页。第第7 7章章 主要几种齿轮传动设计的特点主要几种齿轮传动设计的特点47.1 7.1 行星齿轮设计特点行星齿轮设计特点(1) 均载机构问题太阳轮浮动行星架浮动(2) 变位选择问题（内外啮合角） 外啮合角22-25 内啮合角17-204 (3) 行星轮各数（3、4、5、6） 优先选择：3、5(4) 内齿圈磨损问题第2页，共39页。第第7 7章章 主要几种齿轮传动设计的特点主要几种齿轮

2、传动设计的特点(5) 行星强度问题 行星齿轮传动强度计算中，由于行星齿轮传动结构的多样化，计算其他类型行星齿轮传动，建议在强度计算中用传递的扭距（N.M）作为输入，其结构可分解为外啮合和内啮合，按外啮合和内啮合进行计算，不要用功率作为输入，计算结果可作为参考。 (6) 多对参与啮合问题(7) 内齿圈顶圆与重迭干涉问题 行星齿轮传动中，行星轮的顶圆直径在外啮合和内啮合中可能不同，一般可采用 外啮合的顶圆直径，差别较大时需注意对其它因素的影响（如：重合度、干涉等）。第3页，共39页。第第7 7章章 主要几种齿轮传动设计的特点主要几种齿轮传动设计的特点47.2 7.2 锥齿轮齿轮设计特点锥齿轮齿轮设

3、计特点1）格里森弧齿锥齿轮（35度、等顶隙）2）该软件主要是为格利森弧齿锥齿轮（等顶隙收缩齿）和国标制直齿锥齿轮直齿锥齿轮而设计的，其他类型可参考使用。3）直齿和弧齿锥齿轮设计建议采用等顶隙收缩齿，不推荐其它齿形。4）主要用于正交锥齿轮设计计算（轴交角为90度）。4 1. 直齿（等顶隙收缩齿、不等顶隙收缩齿）4 2. 斜齿（等顶隙收缩齿、不等顶隙收缩齿）4 3. 弧齿（等顶隙收缩齿）.零度齿（双重收缩齿、等顶隙收缩齿）4 弧齿与摆线齿，格里森（收缩齿）与克林根（等高齿）区别第4页，共39页。第第7 7章章 主要几种齿轮传动设计的特点主要几种齿轮传动设计的特点47.3 7.3 高速齿轮设计特点高

4、速齿轮设计特点1）齿数组合要求2）速比要求、小于0.5%3）变位系数设计问题4）滑差率要求，大小轮最大滑动系数应小于1.75）临界转速要求系统动力学（指：电动机齿轮箱工作机-的扭振），不同用途的系统动力学是不一样的。单对齿轮箱研究系统动力学意义不大。6）滑动轴承特性与轴的强度刚度7）润滑要求8）高速重载：4-5级9）侧隙 一般为 (0.03-0.05)*Mn 建议： (0.05-0.08)*Mn第5页，共39页。第第7 7章章 主要几种齿轮传动设计的特点主要几种齿轮传动设计的特点47.4 7.4 蜗杆传动设计特点蜗杆传动设计特点1）采用常用设计组合2）导程角在15-30度时，蜗杆效率较高。3）

5、当导程角小于啮合摩擦角时，机构产生自锁，4）通常取导程角小于3.5度,Z1=1，效率很低（小于0.5）。5）Z2、Z1尽量避免有公因数6）蜗杆材料 1渗碳淬火 16CrMn,20Cr,20CrMn,20CrMnTi,20Cr2Ni4A等4 2调质 40Cr,42CrMo,35CrMo等7） 蜗轮材料 （1）铸造锡青铜 ZCuSn10Pb1 （国内最常用） （2）铸锡锌青铜 ZCuSn10Zn24平面二次包络的承载能力计算一般也采用直廓环面蜗杆计算方法，4直齿平面包络蜗杆一般用于精密分度装置，第6页，共39页。第第7 7章章 主要几种齿轮传动设计的特点主要几种齿轮传动设计的特点47.5 7.5

6、双圆弧齿轮设计特点双圆弧齿轮设计特点4 圆弧齿轮在高速齿轮行业应用是我国的一大特色，正向中硬齿面和应齿面发展，采用“中硬调质”-“精滚修形”-“氮化”-“珩齿”，精度5级1）啮合特性要求2）齿宽要求与重合度3）斜齿传动4）齿根加工精确度 1、 双圆弧齿轮设计是以经验公式为设计基础，建议在疲劳强度计算中采用经验公式进行计算，不推荐用国标GB计算方法。 2、 双圆弧齿轮疲劳强度提供两种强度计算方法： 这两种强度计算方法在齿轮接触强度极限应力（H1、H2）和齿轮弯曲强度极限应力（F1、F2）是不一样的。 第7页，共39页。第第8 8章章 齿轮材料与热处理技术齿轮材料与热处理技术4 材料与热处理是齿轮

7、制造中很重要的一个环节。 48 81 1 热处理工艺主要形式热处理工艺主要形式 4 气体渗氮4 液体渗氮 4 渗碳淬火4 感应或火焰淬火（齿面、齿根、整体硬化区别） 4 调质 第8页，共39页。第第8 8章章 齿轮材料与热处理技术齿轮材料与热处理技术48 82 2 材料与热处理质量控制材料与热处理质量控制4 4 材料与热处理质量控制分三档：ME、MQ、ML4 ML表示齿轮加工过程中材料质量与热处理工艺的一般要求4 MQ表示有经验制造者在通常成本下可达到的质量要求4 ME表示必须具有高可靠度的制造过程控制才能达到的等级4 4 注意：与接触弯曲的许用应力值的选取有密切关系。 第9页，共39页。第第

8、8 8章章 齿轮材料与热处理技术齿轮材料与热处理技术48 83 3 齿轮材料的选择齿轮材料的选择4 （1）齿轮材料的合金化 4 齿轮的淬火硬度取决于碳含量，其他合金元素是为了满足或改善各种特殊性能，如：Cr、Mn、Mo、V可提高淬透性，V、Ti可控制高温下晶粒度的长大，Ni可增加朔性和韧性，Mo、V可使渗氮后表面形成高硬度化合物，Pb、Ce可改善切削性能。齿轮材料可根据不同的性能要求和成本来考虑。4 第10页，共39页。第第8 8章章 齿轮材料与热处理技术齿轮材料与热处理技术4 （2） 齿轮材料的重要热处理特征4 4 淬透性4 淬硬性4 过热的敏感性4 回火的稳定性4 变形开裂性4 尺寸稳定性

9、4 回火脆性 第11页，共39页。第第8 8章章 齿轮材料与热处理技术齿轮材料与热处理技术48 84 4 热处理变形控制措施热处理变形控制措施4减小表面淬火变形的一般措施：4 消除毛坯内应力细化组织（毛坯正火）4 较低的淬火温度 （淬火前调质）4 较短的加热时间 4 消除机加工应力 （淬火前600-650度预热）4 均匀加热4 缓和的冷却4 增加齿轮毂体的强度4减小齿轮渗碳淬火热处理变形的措施：4 合理的齿轮结构设计4 合理的加热淬火夹具及装夹方式4 热处理前的齿轮加工尺寸调整（掌握变形规律、变形补偿）第12页，共39页。第第8 8章章 齿轮材料与热处理技术齿轮材料与热处理技术4 8 85 5

10、 热处理的常见缺陷及防止措施热处理的常见缺陷及防止措施 4 851 调质齿轮常见缺陷及防止措施（见表8-1）4 852 表面淬火齿轮常见缺陷及防止措施（见表8-2）4 853 渗碳淬火齿轮常见缺陷及防止措施（见表8-3）4 854 氮化齿轮常见缺陷及防止措施（见表8-4）第13页，共39页。第第8 8章章 齿轮材料与热处理技术齿轮材料与热处理技术48 86 6 热处理其它问题热处理其它问题4有效硬化层深：一般为：（0.15）0.2Mn-0.25Mn (0.25Mn-0.3Mn) 4热处理变形：1、防变形，4 2、变形补偿，（大直径1000mm应考虑对磨齿留量的影响）4 3、磨量一般不应超过0.

11、5mm4 材料与热处理对应问题4 渗碳层深4 硬度梯度（齿面硬度、心部硬度、齿面硬度降HRC1强度降20%）4 热处理变形及变形补偿，（大直径1000mm应考虑对磨齿留量的影响）第14页，共39页。第第8 8章章 齿轮材料与热处理技术齿轮材料与热处理技术48.7 8.7 小模数的特点：小模数的特点：4（1）齿面硬化容易淬透，硬度不宜过高；4 对于模数小于1时，齿面硬度不宜过高。4 对于模数大于1时，可以采用硬齿面磨齿（HRC56以上）。4（2）不锈钢氮化工艺比较难控制。4（3） 对于温度变化较大，必须考虑齿轮和箱体材料线膨胀系数不同。尽量采用齿轮和箱体材料线膨胀系数是相同的。第15页，共39页

12、。第第9 9章章 齿轮加工工艺有关问题齿轮加工工艺有关问题49 91 1 齿轮加工的方法齿轮加工的方法）滚切法（滚齿、滚插，滚磨）成形法（铣齿、插齿、拉齿、成形磨齿）空间形法（铸造、压铸、模锻）第16页，共39页。第第9 9章章 齿轮加工工艺有关问题齿轮加工工艺有关问题49 92 2 齿轮加工应注意的问题齿轮加工应注意的问题4921 滚插法时应注意的问题1）刀具磨损2）齿根圆角半径3）齿顶棱角倒圆4）加工齿轮时有冲击载荷产生5）大模数开槽调质，初滚、精滚。 第17页，共39页。第第9 9章章 齿轮加工工艺有关问题齿轮加工工艺有关问题4922 磨齿时应注意的问题1）磨削台阶2）磨削烧伤3）磨削裂

13、纹4）磨削留量与变形5）齿根磨削（不能磨齿根，压应力变拉应力）6）齿根喷丸强化处理。第18页，共39页。第第9 9章章 齿轮加工工艺有关问题齿轮加工工艺有关问题49 93 3 小模数齿轮加工小模数齿轮加工4931 对材料的要求 4 材料加工性能好4 容易得当较好的表面粗糙度4 材料稳定性好4 根据工况要求考虑强度和齿面硬度4小模数齿轮常用的材料：4一般用途齿轮选用碳素钢或优质碳素钢4高强度的齿轮选用合金钢，抗腐蚀性的齿轮选用不锈钢第19页，共39页。第第9 9章章 齿轮加工工艺有关问题齿轮加工工艺有关问题49.3.2 9.3.2 小模数齿轮的技术要求小模数齿轮的技术要求4 运动精度4 工作平稳

14、4 接触性能好4 合理的侧隙第20页，共39页。第第9 9章章 齿轮加工工艺有关问题齿轮加工工艺有关问题49.3.3 9.3.3 小模数齿轮的加工特点小模数齿轮的加工特点4 （1）小模数齿轮加工过程时要防止齿轮变形和断裂4 （2）单级传动比大，小轮齿数较少4 （3）加工设备和工具的精度要求4 （4）加工车间要有较好的环境要求第21页，共39页。第第9 9章章 齿轮加工工艺有关问题齿轮加工工艺有关问题4 9.3.4 9.3.4小模数齿轮的加工方法小模数齿轮的加工方法 4 滚齿、插齿、磨齿等4 无切屑加工方法有：冷扎、热扎、粉末冶金（烧结成型）、注塑成型。第22页，共39页。第第1010章章 润滑

15、设计润滑设计410101 1 齿轮润滑特点齿轮润滑特点4 润滑剂是齿轮传动的一个元件，其作用十分重要4 齿轮传动中存在滚动和滑动，润滑状态会随时间而变化4 齿面压力大第23页，共39页。第第1010章章 润滑设计润滑设计410102 2 润滑剂的作用润滑剂的作用4 减少磨擦4 散热4 防绣4 降低振动冲击和噪声4 排污第24页，共39页。第第1010章章 润滑设计润滑设计410103 3 润滑剂应具备的主要性质润滑剂应具备的主要性质4 具有合适的黏度和流动性4 具有良好的抗磨损性4 具有良好的氧化安定性4 抗乳化性4 抗泡沫性4 防锈性4 抗腐蚀性4 无毒性第25页，共39页。第第1010章章

16、 润滑设计润滑设计410104 4 润滑的状态润滑的状态4 边界润滑4 混合润滑4 全模润滑第26页，共39页。第第1010章章 润滑设计润滑设计410105 5 润滑对齿轮失效的影响润滑对齿轮失效的影响4 主要抗点蚀、磨损、胶合。第27页，共39页。第第1010章章 润滑设计润滑设计410106 6 选用润滑油方法选用润滑油方法4 选用润滑油考虑的因素：4 从啮合原理考虑（渐开线平行轴、蜗杆传动）4 从负荷和速度考虑（高速轻载、高速重载、低速重载）4 从润滑状态考虑（ 边界润滑、 混合润滑、 全模润滑）4 从工作、环境条件考虑（抗氧化、腐蚀、防锈、环境温度等）4 润滑油的使用要求：4 齿面负

17、荷4 环境温度（-40-+50）4 油池温度（95度）4 其他条件（阳光、湿度、灰尘等）4 低温齿轮油4 油池加热器4 冷却第28页，共39页。第第1010章章 润滑设计润滑设计410108 8 小模数齿轮的润滑小模数齿轮的润滑4 小模数齿轮传动的传动功率小，抗外界干扰能力差。振动、冲击、灰尘、磁力和油垢等都会影响正常工作。小模数齿轮传动一般都没有完整的润滑系统，经常在润滑不良的条件下工作，有些齿轮还在半干摩擦状态下工作。4无论采用润滑油还是润滑脂，都要具有良好的抗老化性能、抗低温性能、抗磨损性能、摩擦阻力要小，不易变质，不易挥发。4 国产主要仪表润滑油有：SH0138-92仪表油、SH045

18、4-92精密仪表油、4122号高低温仪表油（SH0465-92）4 国产主要仪表润滑脂有：特12号精密仪表润滑脂，使用温度-70110度， 4锂基润滑脂7007-7012，使用温度-60120度，烃基润滑脂ZJ53-3，使用温度-6055度。第29页，共39页。第第11章章 齿轮的振动与噪声齿轮的振动与噪声4 齿轮的振动与噪声受齿轮系统各因素的影响是复杂的。如：齿轮在运行中受齿轮误差、装配误差、啮合刚度、轴的刚度和主动机及工作机等的复杂影响。第30页，共39页。第第11章章 齿轮的振动与噪声齿轮的振动与噪声4111 引起振动与噪声的主要原因：引起振动与噪声的主要原因：4 基节误差和齿形误差对振

19、动与噪声的影响4 轮齿变形对振动与噪声的影响4 轴系结构的变形对振动与噪声的影响4 啮合冲击（冲击力和冲击速度）对振动与噪声的影响4 径向误差对振动与噪声的影响4 共振引起的振动噪声4齿轮的振动与噪声受传递功率的影响4小的齿宽对齿轮的振动与噪声有明显的影响第31页，共39页。第第11章章 齿轮的振动与噪声齿轮的振动与噪声4112 降低振动与噪声的措施降低振动与噪声的措施4 几何参数的合理选择（模数较小、重合度大、变位合理选择、压力角）4 提高齿轮精度4 降低结构的变形4 齿廓修形对降低噪声是有效的。4 合理的运行转速4 减振的材料选择第32页，共39页。第第1212章章 齿轮箱其他有关设计问题

20、齿轮箱其他有关设计问题412121 1 小模数齿轮传动其它问题小模数齿轮传动其它问题41211 小模数齿轮传动对回差影响因素4 回差是精密齿轮传动装置的一项重要的质量指标，它直接影响伺服精度和系统的稳定性，在精密机械和仪器中则直接影响传动链的传动精度。4 回差大小取决于传动侧隙大小。进刀误差对侧隙影响（控制加工误差）齿轮双啮的径向综合误差对侧隙影响（控制加工误差）中心距偏差对侧隙影响（控制加工误差）传动轴弹性变形对侧隙影响（提高系统刚度）温度变化对侧隙影响（齿轮和箱体材料膨胀系数一致）4 当环境温度变化时，由于传动系统各零部件的材料热膨胀系数不同，导致箱体中心距和齿轮副的中心距的变化不同，从而

21、导致齿轮副的侧隙变化，而影响回差。 第33页，共39页。第第1212章章 齿轮箱其他有关设计问题齿轮箱其他有关设计问题41212 小模数齿轮传动回差控制方法选择装配法（用于批量、配对法，来减少偏差）可移动轴承法（借助可移动轴承调节中心距，减小侧隙）单偏心轴承套法（用单个偏心套调节）双偏心轴承套法（用两个偏心套调节）锥形齿轮法（齿宽方向不同变位系数，两轮锥度方向相反）夹层齿轮法（如尼龙齿轮略大于一般齿轮，达到控制回侧隙目的）弹簧加载浮动齿轮法（一个齿轮固定，另一个齿轮由弹簧拉紧）等等。第34页，共39页。第第1212章章 齿轮箱其他有关设计问题齿轮箱其他有关设计问题41213 小模数齿轮传动装置

22、的结构设计 4 小模数齿轮传动装置的结构设计对精密齿轮传动的精度、回差、振动和噪声等有密切关系。1 齿轮结构设计要考虑毛坯夹装到加工机床上应有足够的刚度，避免影响被切齿轮的精度。2 齿轮与轴的联接对联结的要求：1）联接牢固可靠2）保证轴和齿轮的同心度和垂直度3）便于安装4 常用联接的方法：1）销钉联接2）螺钉联接3）摩擦联接4）键联接第35页，共39页。第第1212章章 齿轮箱其他有关设计问题齿轮箱其他有关设计问题3、齿轮的支承1）轴的设计2）轴承配置（径向游隙、轴承偏心）3）轴承（套筒轴承、滚动轴承）4 4、箱体的设计4 要求：强度刚度、使用寿命、几何位置的精度、加工工艺性等4 在环境温度变

23、化较大时，要考虑箱体与齿轮的热膨胀系数的影响。 第36页，共39页。第第1212章章 齿轮箱其他有关设计问题齿轮箱其他有关设计问题41214 小模数齿轮传动性能测试误差侧量4 4 （1）静态测量法A 用光学度盘和读数显微镜测量传动误差B 用经纬仪和平行光管测量传动误差C 用多面体和自准平行光管测量传动误差D 用数字测角仪测量传动误差4 （2）动态测量法A 磁分度法B 地震仪法C 光删法第37页，共39页。第第1212章章 齿轮箱其他有关设计问题齿轮箱其他有关设计问题41215 小模数齿轮回差测量用塞尺测量齿轮副侧隙用千分表测量齿轮副侧隙用度盘测量传动装置的回差用电气元件测量传动装置的回差用测量双向传动误差法测量回差用逐步加载法测量传动装置的回差第38页，共39页。第第1212章章 齿轮箱其他有关设计问题齿轮箱其他有关设计问题4112 齿轮传动其它问题齿轮传动其它问题4 4 （1） 接触区假象问题4 （2） 齿轮精度与侧隙系统4 （3） 旋转方向与旋向（高速轴向下受力）4 （4） 输入轴齿轮远离扭矩端4 （5） 轴向力方向不要朝向输入端第39页，共39页。