齿轮传动发展概述.ppt

齿轮传动设计培训,参考书目 濮良贵，纪名刚. 机械设计（第七版）. 北京：高等教育出版社，2001、6 黄平，朱文坚.机械设计基础.广州：华南理工大学出版社，2003、4 黄华梁，彭文生.机械设计基础（第三版）.北京：高等教育出版社 姜洪源.机械设计试题精选与答题技巧.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003、12 2004、6,齿轮传动设计培训,第一部分：齿轮传动发展概述 2004、6,上午2时46分,3,一、齿轮传动发展概述,齿轮传动是现代机械中应用最广泛的一种传动，也是历史上应用最早的传动机构之一。 自18世纪工业革命以来，齿轮技术迅速发展，尤其是近40年来齿轮技术在各个方面都有了很大的发展。,上午2时46分,4,一、齿轮传动发展概述,目前的齿轮传动： 传递功率可达：125000KW 圆周速度可达：300m/s 转速可达：105r/min 重载齿轮的寿命可达30年以上,目前齿轮减速箱： 传动比可达：38851677 效率可达：0.995 箱内温度可达：538,上午2时46分,5,一、齿轮传动发展概述,在齿轮大小尺寸方面： 分度圆直径可从不到50m到几十米，甚至可达百米以上 齿轮模数从0.04mm直到100mm 齿轮齿数从特殊的齿数1或2直至可达数千齿,上午2时46分,6,我国汉代发明的指南车应用的齿轮： 用木料制造或者金属铸成的 只能传递轴间回转运动，不能保证传动的平衡性 承载能力也很小,一、齿轮传动发展概述,1、齿轮廓曲线,上午2时46分,7,随着生产的发展，齿轮运转平衡性受到重视。 在1674年丹麦天文学家罗默提出外摆线作为齿廓，以便得到运转平衡的齿轮： 加工困难 对中心距误差十分敏感 现在也仅用于特殊机械行业，如表业和泵业中,一、齿轮传动发展概述,1、齿轮廓曲线,上午2时46分,8,1765年瑞士数学家欧拉建议采用以渐开线作为齿廓的曲线 这是目前绝大部分机械所采用的齿廓 渐开线作为齿廓具有许多优点（将在后续课程中详细阐述） 缺点：重载方面其承载能力受齿轮机构尺寸限制和接触形式影响，很难大幅度提高。,一、齿轮传动发展概述,1、齿轮廓曲线,上午2时46分,9,1923年美国怀尔德哈伯最先提出圆弧齿廓的齿轮，1955年前苏联诺维科夫对圆弧齿廓进行了深入研究，之后圆弧齿廓得以生产应用： 在高速重载方面有很大提高 圆弧齿廓齿轮弯曲强度不高，且须做成斜齿轮。,一、齿轮传动发展概述,1、齿轮廓曲线,上午2时46分,10,一种新的齿形逻辑齿轮是由日本学者小守勉提出 齿形不是象渐开线齿轮的齿形那样由单一的曲线构成,而是由许多不同的微段曲线连接而成的 采用对称的凸凹啮合形式,克服了渐开线的凸凹啮合形成而导致齿轮表面耐久性差,承载力低,在许多机构中应用受到一定限制这一缺陷 而且微段曲线的接合在啮合时的相对曲率为零,基本上实现滚动摩擦,大大增加齿轮的齿面接触疲劳强度,一、齿轮传动发展概述,1、齿轮廓曲线,上午2时46分,11,行星齿轮传动是近几十年发展起来的新型传动型式 重量轻 体积小,结构紧凑 传动比范围大 承载能力高，效率高 输入输出的同轴性对于改进产品的整体结构布局,节省占地面积有显著的优越性,一、齿轮传动发展概述,2、行星齿轮传动,上午2时46分,12,重庆钢铁设计院成功研制出三环减速器及单(双)环减速器。 少齿差活齿传动早在30 年代就有人提出构想，直到60 年代美、英、日等国家先后进行了制造应用。我国是70 年代起步研究的， 80年代已有很大进展。,一、齿轮传动发展概述,2、行星齿轮传动,谐波齿轮、活齿少齿差传动,摆线针轮等为代表的各种新型的行星齿轮机构,近年来很有发展前途。,我国著名机械学家朱景梓教授在1956 年提出双曲柄输入式少齿差的传动结构。,上午2时46分,13,节能、节材、传递动力大 能满足各种机械与机构变速运动理想的动力 广泛应用于航天航空、汽车船舶、轻重工业机械、仪器仪表等变速运动装置 能产生巨大的社会效益和经济效益。,一、齿轮传动发展概述,3、非圆齿轮传动,非圆齿轮技术的设想30 年代由德国一位械专家提出,这项高科技一直成为世界机械学家研究攻关的热点。,上午2时46分,14,其设计和制造比较困难，半个世纪以来未能得到广泛应用。 随着计算机的飞速发展，CAD & CAM技术使非圆齿轮的设计和加工变得容易，非圆齿轮的实际应用也日益增多。,一、齿轮传动发展概述,3、非圆齿轮传动,上午2时46分,15,机械设备向高速度、大功率、高精度方向的发展 对齿轮机构的传动性能、使用寿命、结构优化等方面提出了新的更高的要求 促进了对齿轮啮合的原理、新的结构、新的齿形及其新的传动型式等领域的研究。,一、齿轮传动发展概述,4、齿轮传动发展方向,上午2时46分,16,由于地球环境问题,工业形态不得不改变,微形机械已越来越受到人们的关注。 微型机械是指能够进行微细作业,或者在狭小空间中作业的,具有高级功能的微型机器或微型机器人。 美国威斯康星麦迪逊大学电子工程学教授的研究小组第一个研制出一系列直径为50200m,高200500m的镍质齿轮,这些齿轮连在一起形成轮系。,一、齿轮传动发展概述,4、齿轮传动发展方向,上午2时46分,17,End of this chapter,Thank You!,上午2时46分,18,三、滚动轴承的当量动载荷：,在进行轴承寿命计算时，轴承在许多应用场合，常常同时承受径向载荷Fr和轴向载荷Fa； 这时，必须把实际载荷换算为与确定基本额动定动载荷的载荷条件相一致的当量动载荷，用字母P表示。 对于以承受径向载荷为主的轴承，称为径向当量动载荷，用Pr表示； 对于以承受轴向载荷为主的轴承，称为轴向当量动载荷，用Pa表示.,当量动载荷P的一般计算公式： P=XFr+YFa 式中：X，Y分别为径向，轴向载荷系数： 其值见表1612，P260. 对于只能承受纯径向载荷R的轴承：P=Fr. 对于只能承受纯轴向载荷A的轴承：P=Fa,见课件机械设计重点难点寿命计算,上午2时46分,19,工作过程中要产生内部的轴向力，为了保证这类轴承正常工作，通常是成对使用的。安装方式：分为反装和正装，如图168和图16-9，P261所示。,径向载荷即为由外界作用到轴上的径向力Fr在各轴承上产生的径向载荷； 轴向载荷Fa并不完全由外界轴向作用力FA产生的，而是应该根据整个轴上的轴向载荷（包括径向载荷Fr产生的内部轴向力F/）之间的平衡条件得出。,四、角接触向心轴承轴向载荷的计算,见课件机械设计重点难点寿命计算,上午2时46分,20,四、角接触向心轴承轴向载荷的计算,图所示为一成对安装的角接触轴承（可以是圆锥滚子轴承），FR及FA分别为作用于轴上的径向外负荷及轴向外负荷。两轴承所受的径向负荷分别为Fr1及Fr2，相应的内部轴向力为F/1及F/2。,取轴与其相配合的轴承内圈为分离体，当达到轴向平衡时，应满足： F/2+FA= F/1,见课件机械设计重点难点寿命计算,上午2时46分,21,四、角接触向心轴承轴向载荷的计算,如果F/2+FA F/1，如图所示，则轴有右移的趋势，此时轴承2被“放松”，轴承1被“压紧”。但实际上轴并没有移动。为保持轴的平衡，在轴承1的外圈上必有一平衡力Fb1作用。因此，根据力的平衡关系，作用在轴承1的外圈上的力应是F/1+ Fb1，且有 F/2+FA= F/1+Fb1 故 Fb1= F/2+FA-F/1,作用在轴承1上的总的轴向力Fa1 为： Fa1=F/1+Fb1=F/2+FA （16-7） 作用在轴承2上的轴向力Fa2为（即轴承2只受其自身的内部轴向力）： Fa2= F/2 （16-7）,见课件机械设计重点难点寿命计算,Fb1,上午2时46分,22,四、角接触向心轴承轴向载荷的计算,同样的分析，得作用在轴承1及轴承2上的轴向力分别为 Fa1 = F/1 （16-8） Fa2= F/1 -FA （16-8）,见课件机械设计重点难点寿命计算,如果F/2+FA F/1 （见图），此时轴有左移的趋势， 轴承2被“压紧”，轴承1被“放松”。 为了保持轴的平衡，在轴承2的外圈上必有一个平衡力Fb2作用，作与上述相同的分析。,Fb2,上午2时46分,23,综上可知，计算角接触球轴承和圆锥滚子轴承所 受轴向力的方法可归结为：,1）确定轴承内部轴向力F/1、F/2的方向和大小； 2