广东工业大学机械设计第十一章齿轮传动.ppt

本章重点： 齿轮传动的失效形式、受力分析及强度计算,11-1 轮齿的失效形式及计算准则 11-2 齿轮的材料及热处理 11-3 齿轮传动的精度 11-4 直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷 11-5 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算 11-6 直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算,11-7 圆柱齿轮设计参数选择 11-8 斜齿圆柱齿轮传动 11-9 直齿圆锥齿轮传动 11-10 齿轮的构造 11-11 齿轮传动的润滑和效率,第十一章 齿轮传动,按工作 条 件,按载荷 情 况,闭式传动,硬齿面 HBS350,开式传动,低速轻载: V13m/S ; Fn510KN,中速中载: 3m/SV10m/S ;,10KNFn50KN,高速重载: V10m/S ; Fn50KN,软齿面 HBS350,1 齿轮传动的特点,效率高、结构紧凑、工作可靠、传动比稳定,分类,半开式传动装有简单的防护罩，但仍不能严密防止杂物侵入,2 齿轮传动的分类,齿轮的失效发生在轮齿，其它部分很少失效。,失效形式,齿面接触疲劳磨损（齿面点蚀） 齿面胶合 齿面磨粒磨损 齿面塑性流动,11-1 轮齿的失效形式,一、轮齿的失效形式,疲劳折断,过载折断,全齿折断(齿根)(直齿),局部折断(斜齿受载不均),1 轮齿折断,过载折断,后果：传动失效,原因：,疲劳折断, 轮齿受多次重复弯曲应力作用，齿根受拉一侧产生疲劳裂纹。,齿根弯曲应力最大,FF, 齿根应力集中(形状突变、刀痕等)，加速裂纹扩展折断,受冲击载荷或短时过载作用，突然折断，尤其见于脆性材料（淬火钢、铸钢）齿轮。,位置：均始于齿根受拉应力一侧。,直齿轮,整体折断,斜齿轮：接触线倾斜,局部折断,闭式硬齿面、脆性材料 齿轮传动的主要破坏形式,常出现在润滑良好的闭式软齿面传动中。,现象：节线靠近齿根部位出现麻点状小坑。,原因：HH,1）齿面受多次交变应力作用，产生接触疲劳裂纹；,4）润滑油进入裂缝，形成封闭高压油腔，楔挤作用使裂纹扩 展。（油粘度越小，裂纹扩展越快）,2）节线处常为单齿啮合，接触应力大；,3）节线处为纯滚动，靠近节线附近滑动速度小，油膜不易 形成，摩擦力大，易产生裂纹。,2 齿面点蚀,点蚀实例,齿廓表面破坏，振动，噪音，传动不平稳 接触面，承载能力,硬齿面齿轮：点蚀一旦形成就扩展，直至齿面完全破坏。 扩展性点蚀,开式传动：无点蚀（v磨损v点蚀）,结果：,闭式软齿面齿轮传动 的主要破坏形式。,原因：高速重载v,t ,油,油膜破坏,表面金属直接接触，融焊相对运动撕裂、沟痕。,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，导致齿轮报废。,改善措施：,1）采用抗胶合性能好的齿轮材料对。 2）采用极压润滑油。 3）减小表面粗糙度，提高齿面硬度。 4）材料相同时，使大、小齿轮保持一定硬度差。,现象：齿面沿滑动方向粘焊、撕脱，形成沟痕。,3 齿面胶合,高速重载、低速重载闭式传动 的主要破坏形式。,常发生于开式齿轮传动。,原因：相对滑动+硬颗粒(灰尘、金属屑末等)。,后果：正确齿形被破坏、传动不平稳, 齿厚减薄、抗弯能力折断,改善措施：,闭式：1）提高齿面硬度，选用耐磨材料;,2）减小表面粗糙度值;,3）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,4 齿面磨损,开式齿轮传动易发 生磨粒磨损。,齿面较软时，重载下，Ff材料塑性流动（流动方向沿Ff）,该失效主要出现在低速重载、频繁启动和过载场合。,5 齿面塑性变形,主动轮,从动轮,失效形式相应的计算准则,1、闭式齿轮传动,主要失效为：点蚀、轮齿折断、胶合,硬齿面：与软齿面相反,高速重载还要进行抗胶合计算,二、齿轮传动常用计算准则,2、开式齿轮传动,主要失效为：轮齿折断、磨粒磨损,按F设计，增大m考虑磨损,3、短期过载传动,过载折断 齿面塑变,防齿面点蚀,防轮齿折断,齿面接触疲劳强度计算求分度圆d,齿根弯曲疲劳强度计算求模数,常用的计算准则,硬齿面(折断):,按齿面接触强度设计(先求d) 按弯曲强度校核,按弯曲强度设计(先求m ) 按齿面接触强度校核,按弯曲强度设计(求m ) 考虑磨损将模数加大10%-15%,软齿面(点蚀):,1 齿面要硬, 齿芯要韧 2 易于加工及热处理,一、齿轮材料的基本要求,二、常用的齿轮材料,三、常用热处理,11-2 齿轮材料及热处理,表11-1，多用锻件或轧制钢材,注意： 选用软齿面（HBS350）（一般传动）：小齿轮硬度应比大齿 轮硬度高20-50HBS 选用硬齿面： HRC1 HRC2,表面淬火、渗碳淬火、渗氮(硬齿面) 调质、正火(软齿面),组: 传递运动的准确性：相啮合齿轮在 一转范围内实际转角与理论转角不一致。 组: 传递运动的平稳性：瞬时传动比不能保持恒定不变，转速波动 组: 载荷分布的均匀性：齿向误差,12级, 常用69级,二、齿轮精度,一、齿轮精度等级,手册p.177,精度等级的选择表11-2 P168,11-3 齿轮传动的精度,安装、制造误差影响正常工作 精度,径向力r,Fn,11-4直齿圆柱齿轮传动作用力分析及计算载荷,Fr,Fn,Ft,设一对标准齿轮正确安装，齿廓在C点接触，略去f不计轮齿间的总压力为n , 沿啮合线指向齿面,对n进行分解：,沿半径方向指向齿面,沿分度圆切线方向指向齿面,一、轮