铸造工艺齿轮传动PPT课件.ppt

第七章齿轮传动 7 1概述 7 2齿轮传动的失效形式及设计准则 7 3齿轮的材料及其选择 7 4圆柱齿轮传动的计算载荷 7 5直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算 7 6直齿圆柱齿轮传动的齿根弯曲疲劳强度计算 7 8斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 7 9直齿锥齿轮传动 7 11齿轮的结构 7 10齿轮传动的效率与润滑 7 7直齿圆柱齿轮传动的静强度计算 10 1概述1 一 齿轮传动的特点 类型和基本问题 3 效率高 4 结构紧凑 1 工作可靠 寿命长 2 传动比恒定 齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一 其应用范围十分广泛 7 1概述 1 特点 5 适用性广 可达99 在常用的机械传动中 其效率最高 在相同条件下 齿轮传动所需的空间一般较小 这也是齿轮传动获得广泛应用的原因之一 优点 缺点 1 制造及安装精度要求高 2 成本高 2 类型 锥齿轮 圆柱齿轮 概述2 各类齿轮图片 3 基本问题 1 传动平稳 即要求瞬时传动比i恒定 2 足够的承载能力 即要求在预期的使用期限内不失效 二 齿轮传动的主要参数 1 模数m标准系列见表7 1 2 传动比i和齿数比u 概述 概述3 齿数比 注 1 为小轮 2 为大轮 3 中心距a 4 齿宽b和齿宽系数 或 齿宽系数 应圆整 概述 概述4 三 齿轮的精度等级 国标中对圆柱齿轮和锥齿轮都规定了十二个精度等级 常用5 9级 根据传动的用途 使用条件和齿轮的圆周速度等选择精度等级 齿轮精度分为 第一公差组 控制运动的准确性 第二公差组 控制传动的平稳性 第三公差组 控制载荷分布的均匀性 应遵循 需要 可能 的原则 概述 例如 8 7 7HK 选择精度等级 齿厚偏差代号 10 2齿轮传动的失效形式及设计准则 7 2齿轮传动的失效形式及设计准则 一 失效形式 轮齿折断 齿面点蚀 齿面胶合 齿轮传动的失效主要是轮齿的失效 常见的失效形式有 多发生在轮齿的节线附近靠近齿根的一侧 是在重载条件下产生的粘着磨损现象 齿面磨粒磨损 使轮齿变薄 最后导致轮齿折断 塑性变形 是重载软齿面 在摩擦力作用下引起的材料塑性流动 注 由于磨损的比点蚀的形成快 故开式传动中见不到点蚀现象 普通闭式传动的主要失效形式为 轮齿的疲劳折断和点蚀 普通开式传动的主要失效形式为 轮齿的疲劳折断和磨粒磨损 设计准则 对一般工况下的普通齿轮传动 其设计准则为 为防止轮齿的疲劳折断 需计算齿根弯曲疲劳强度 为防止齿面点蚀 需计算齿面接触疲劳强度 注 对高速重载传动 还应按齿面抗胶合能力进行计算 二 设计准则 1 闭式传动 硬齿面 按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算 确定齿轮的参数和尺寸 然后校核齿面接触疲劳强度 2 开式传动 只计算齿根弯曲疲劳强度 适当加大模数 预留磨损量 齿轮传动的失效形式及设计准则 10 3齿轮的材料及其选择 7 3齿轮的材料及其选择 对齿轮材料性能的要求 齿面硬 芯部韧 一 常用的齿轮材料 钢 铸铁 用于低速 轻载 不太重要的场合 非金属材料 如尼龙 塑料等 适用于高速 轻载 且要求降低噪音的场合 常用材料 二 常用的热处理方法 齿轮的毛坯 锻造铸造 适用于形状复杂 尺寸大的齿轮 适用于中 小尺寸的齿轮 调质 正火 得软齿面 强度低 工艺简单 齿轮的材料及其选择原则2 三 齿轮材料选用的基本原则 齿轮材料必须满足工作条件的要求 如强度 寿命 可靠性 经济性等 应考虑齿轮的尺寸大小 毛坯成型方法及热处理和制造工艺 钢制软齿面齿轮 小轮的齿面硬度应比大齿轮高20 50HBS 硬齿面齿轮传动 两轮的齿面硬度可大致相同 或小轮硬度略高 整体淬火 表面淬火 渗碳淬火 渗氮等 得硬齿面 强度高 适用于中碳钢 不需磨齿 齿轮的材料及其选择 10 4圆柱齿轮的载荷计算 一 轮齿的受力分析 啮合传动中 直轮齿的受力分析 切向力 径向力 法向力 为小轮的名义转矩 N mm 式中 为小轮的分度圆直径 mm 径向力Fr的方向指向各自的轮心 外齿轮 1 直齿圆柱齿轮 7 18 7 4圆柱齿轮传动的载荷计算 用集中作用于分度圆上齿宽中点处的法向力代替轮齿所受的分布力 将分解 得 圆柱齿轮的载荷计算2 1主动 2 1主动 2 练习 啮合传动中 轮齿的受力分析 2 斜齿圆柱齿轮 将Fn分解 切向力 径向力 轴向力 7 27 斜齿轮受力 轴向力Fx的方向 用 主动轮左右手法则 判断 二级受力分析 计算载荷1 K为载荷系数 上述Fn为轮齿所受的名义法向力 实际传动中由于原动机 工作机性能的影响以及制造误差的影响 载荷会有所增大 计算载荷为 式中 KA 使用系数 动载系数 K 齿向载荷分布系数 是考虑载荷沿齿宽方向分布不均的系数 计算弯曲应力时 是考虑外部附加动载荷的系数 是考虑内部附加动载荷的系数 修缘齿可以减小内部附加动载荷 鼓形齿改善载荷沿齿宽分布不均的现象 齿轮远离转矩输入 输出 端 可改善偏载现象 圆柱齿轮传动的载荷计算 计算载荷2 齿间载荷分配系数 是考虑载荷在同时啮合的齿对之间分配不均的系数 圆柱齿轮传动的载荷计算 10 5直齿轮接触强度计算1 一 计算公式 基本公式 赫兹公式 式 2 27 接触应力的计算点 节点 设计式 详细说明 式中 u 齿数比 ZE 弹性系数 ZH 节点区域系数 力学模型 将一对轮齿的啮合简化为两个圆柱体接触的模型 目的 防止 点蚀 强度条件 校核式 C N2 N1 7 5直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算 3 影响接触强度的尺寸是 d 或a 和b 而与模数m无关 KN 寿命系数 是考虑应力循环次数N对疲劳极限影响的系数 直齿轮接触强度计算2 重合度系数 注意 1 用于外啮合 用于内啮合 2 应按较小者计算接触强度 二 许用接触应力 Hlim 齿轮的接触疲劳极限 SH 安全系数 Hlim线图 4 采用正变位 斜齿轮可提高齿轮的强度 直齿圆柱齿轮接触疲劳强度计算 直齿轮接触强度计算3 三 主要参数的选择 2 齿数的选择 当d1已按接触疲劳强度确定时 z1 m 重合度e 传动平稳 抗弯曲疲劳强度降低 齿高h 减小切削量 减小滑动率 因此 在保证弯曲疲劳强度的前提下 齿数多一些好 闭式软齿面 z1 20 40闭式硬齿面和开式传动 z1 17 20 1 齿宽系数 d d 齿宽b 有利于提高强度 但 d过大将导致K 见表7 4 直齿圆柱齿轮接触疲劳强度计算 10 6直齿轮弯曲强度计算1 7 5直齿圆柱齿轮传动的齿根弯曲疲劳强度计算 二 计算公式 Ysa 应力修正系数 式中 YFa 齿形系数 只与齿形有关 而与模数m无关 YFa与Ysa表 目的 防止疲劳断齿 强度条件 将轮齿简化为悬臂梁 按30 切线法确定齿根危险截面 按在齿顶啮合计算齿根应力 校核式 重合度系数 直齿轮弯曲强度计算2 引入齿宽系数和d1 mz1 可得 设计式 2 影响齿根弯曲强度的尺寸是 m和b 3 采用正变位 斜齿轮可提高齿轮的强度 注意 1 应按较小者计算齿根弯曲强度 4 动力传动 一般m 1 5 2mm 直齿圆柱齿轮的齿根弯曲疲劳强度 直齿轮弯曲强度计算3 二 许用弯曲应力 Flim 齿轮的齿根弯曲疲劳极限 SF 安全系数 Flim线图 YN 寿命系数 是考虑应力循环次数N对疲劳极限影响的系数 轮齿双向弯曲时 图中 Flim值需乘以0 7 Yx 尺寸系数 直齿圆柱齿轮的齿根弯曲疲劳强度 10 8斜齿圆柱齿轮强度计算4 一 齿面接触疲劳强度计算 用螺旋角系数Z 计入轮齿倾斜使齿面接触应力减小的影响 对直齿轮的接触强度公式进行修正 得斜齿轮的强度计算公式 式中 螺旋角系数 重合度系数Z 1时 1时 端面重合度 纵向重合度 7 8斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 见式 标准斜齿圆柱齿轮强度计算3 二 齿根弯曲疲劳强度计算 通常按斜齿轮的当量直齿轮计算其齿根弯曲疲劳强度 并引入螺旋角系数Y 计入轮齿倾斜的影响 得 设计式 标准斜齿圆柱齿轮强度计算 式中 YFa 按当量齿数 Y 螺旋角系数 轮齿受载及折断 YSa 按当量齿数 Y 重合度系数 按计算 强度公式中其他参数与直齿圆柱齿轮完全相同 10 10锥齿轮传动 轴交角为90 的直齿锥齿轮传动 7 9直齿锥齿轮传动 一 主要参数和尺寸 直齿锥齿轮的大端参数为标准值 直齿锥齿轮传动的几何参数 令 R b R 齿宽系数 设计中常取 R 0 25 0 35 齿数比 锥距 C t 锥齿轮传动2 二 轮齿的受力分析 用集中作用于齿宽中点处的法向力Fn代替轮齿所受的分布力 将Fn分解为 切向力Ft 径向力Fr和轴向力Fx 轴向力Fx的方向总是由锥齿轮的小端指向大端 锥齿轮的受力分析 直齿锥齿轮传动 锥齿轮传动3 三 齿面接触疲劳强度计算 按齿宽中点处的当量圆柱齿轮计算直齿锥齿轮的齿面接触疲劳强度 校核式 忽略重合度的影响 式中 载荷系数 强度公式中其他参数与直齿圆柱齿轮完全相同 直齿锥齿轮传动 锥齿轮传动4 四 齿根弯曲疲劳强度计算 校核式 设计式 式中 YFa 按当量齿数 YSa 按当量齿数 直齿锥齿轮传动 齿轮传动的效率与润滑 7 10齿轮传动的效率与润滑 润滑的目的 减小摩擦 减小磨损 还有散热和防锈蚀作用 二 齿轮传动的润滑方式 开式及半开式齿轮传动 采用人工定期加油润滑 详细介绍 一 齿轮传动的效率 闭式齿轮传动的效率有三部分组成 式中 1 齿轮的啮合效率 2 搅油损失的效率 3 轴承的效率 闭式齿轮传动