第十一章 齿轮传动.ppt

概述 特点 瞬时传动比恒定 传动效率高 工作可靠使用寿命长 结构紧凑 适应范围大 缺点 齿轮加工时需要专用的机床和刀具 成本高 精度低时噪音大 不易用于轴间距过大的传动 第十一章齿轮传动 齿轮传动的分类 按齿轮的工作条件 闭式 封闭在箱体内 安装精度高 润滑条件好开式 齿轮外露 不能防尘 周期润滑 精度低按齿面硬度 软齿面 HB 350硬齿面 HB 350 11 1齿轮的失效形式 1 轮齿的折断 脆性折断 脆性材料 冲击或过载 疲劳折断 齿根应力集中 交变载荷反复作用 弯曲应力超过弯曲疲劳极限 产生微裂纹 疲劳裂纹扩展 直齿 斜齿 轮齿折断 2 齿面疲劳点蚀 防止点蚀 增加齿面硬度 降低粗糙度 合理选用润滑油粘度 点蚀原因 接触应力的反复作用 超过接触疲劳极限 点蚀后果 轻者振动噪音 重者不能工作 3 齿面磨损 防止磨损 改善润滑 提高齿面硬度 改用闭式传动 磨损原因 齿面进入磨料 磨损后果 齿形破坏 变薄引起冲击 振动 甚至断齿 新齿轮副 初期齿轮表面接触处压强很大 磨损较快 以后摩擦面逐渐光洁 压强减小 磨损速度缓慢 这种磨损称为跑合 常有意在轻载荷下进行跑合 注意跑合后润滑油必须更换 友情提醒汽车跑合 速度不超过100公里 小时 发动机转速不超过3000rpm 跑合里程3000公里 4 齿面胶合 胶合原因 相对滑动速度大 致使温度高 润滑失效 胶合现象 两表面尖峰接触后粘结 再被撕开 防止胶合 提高齿面硬度 减小粗糙度 对低速传动采用粘度大的润滑油 对高速传动加抗胶合添加剂润滑油 胶合后果 产生振动 噪声 不能工作 5 轮齿塑性变形 防止塑性变形 提高齿面硬度 提高润滑油粘度 齿体塑性变形 突然过载 引起齿体歪斜 塑性变形原因 齿面软 润滑失效 摩擦变大 齿面塑性变形 齿面表层材料沿摩擦力方向流动 塑性变形后果 齿廓形状变化 破坏正确啮合 轮齿塑性变形 11 2齿轮材料及热处理 齿轮材料见表11 1 常用的热处理方法 1 表面淬火用于中碳钢和中碳合金钢 45 40Cr 变形小 不需磨齿 外硬内韧 表面硬度52 56HRC 能承受一定的冲击载荷 2 渗碳淬火用于低碳钢和低碳合金钢 20 20Cr 变形较大 需磨齿 外硬内韧 表面硬度56 62HRC 能承受较大的冲击载荷 3 调质用于中碳钢和中碳合金钢 45 40Cr 35SiMn 硬度220 260HBS 综合性能较好 易于精切 易跑合 4 正火硬度不高 用于机械强度要求不高的齿轮5 渗氮化学热处理 渗氮钢38CrMoAlA 变形小 表面硬度60 62HRC 不需磨齿 调质 正火为软齿面其它热处理为硬齿面同样条件下 小齿轮较薄弱 承载次数多 硬度应较大齿轮高 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 一 轮齿受力分析 圆周力 径向力 法向力 力的大小 略去摩擦力 力的方向判断 作用于主 从动轮上的各对力均大小相等 方向相反 Ft在主动轮上与运动方向相反 在从动轮上与运动方向相同 Fr的方向与啮合方式有关 对于外啮合 主 从动轮上的径向力分别指向各自的轮心 二 计算载荷实际载荷还要考虑偏载和附加动载荷 通常以计算载荷KFn代替名义载荷Fn K为载荷系数 11 5直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算 齿轮强度计算依据齿轮可能出现的失效形式 对闭式齿轮传动主要的失效形式是齿面疲劳点蚀和轮齿弯曲疲劳折断 齿面疲劳点蚀的原因是齿面接触应力超过了齿面接触疲劳极限 已知条件 T u 最小齿数z1问题求解 根据接触应力 求齿轮参数m z1 z2 d1 d2 节线处通常是一对齿啮合 接触应力最大 也最容易发生点蚀 故常以节线处的接触应力作为计算依据 节点处的曲率半径 将节线处的齿轮有关参数代入赫兹公式 得 有d1 d2两个参数 还是不方便计算 讨论 1 材料 传动比 齿宽系数一定时 齿面接触应力只与齿轮直径有关 与模数 齿数无直接关系 2 齿宽系数越大 齿轮直径越小3 齿宽系数大 容易造成偏载 取值见P175 表11 1 11 5 11 6直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算 计算轮齿弯曲应力时的两个问题 1 轮齿自啮合到分离 何时弯曲应力最大 2 怎样计算弯曲应力 齿轮齿顶受力时 弯曲应力最大 此时理论上讲有两对齿分担Fn 但考虑到加工和安装的误差 一般以一对齿承担全部法向载荷较为安全 计算弯曲应力时 轮齿可以简化为悬臂梁 力学模型 危险截面位置 简化成悬臂梁 30 切线法 使齿根产生弯曲应力和剪应力 使齿根产生压应力 通常 压应力和剪应力与弯曲应力相比可以忽略不计 引入齿宽系数 得模数设计公式 注意 1 图11 10中的弯曲疲劳极限为齿轮单侧工作得出 如果齿轮频繁正反转 应视为受对称循环应力 图中的数值要乘0 7 2 齿轮的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度都应得到满足 3 软齿面 点蚀是主要失效形式 按接触疲劳强度条件设计a 按弯曲疲劳强度校核m4 硬齿面 轮齿疲劳折断是主要失效形式 按弯曲疲劳强度条件设计m 按接触疲劳强度校核a 11 7斜齿圆柱齿轮传动 一 轮齿上的作用力 11 9齿轮的构造 1 齿轮轴如果圆柱齿轮齿根圆到键槽底面的径向距离e 2 5m mn 则可将齿轮与轴做成一体称为齿轮轴 2 实心式齿轮当da 200mm 且e 2 5m mn 则可做成实心式 3 腹板式齿轮当da 500mm时 为了减少质量和节约材料 通常采用腹板式结构 4 轮辐式齿轮da 400 1000mm 多采用轮辐式的铸造结构 5 镶套式齿轮大直径的齿 为节省材料 可采用镶套式齿圈 6 焊接式齿轮单件生产而尺寸过大又不利于铸造的齿轮 可采用焊接结构 11 10齿轮传动的润滑和效率 作用 齿轮传动时 相啮合的齿面间承受很大压力 又有相对滑动 所以必须进行润滑润滑油除减小摩擦 还可以散热 齿轮传动的润滑方式开式和半开式齿轮传动 因速度低 一般是人工定期加油或在齿面涂抹润滑脂 闭式齿轮传动中 润滑方式取决于齿轮的