机械基础齿轮传动讲课课件讲解

齿轮传动 想一想 日常学习生活中哪里用到了齿轮传动呢 钟表 机床 汽车 减速器等 4 1齿轮传动的类型及应用 齿轮传动 利用齿轮副来传递运动和动力的一种机械传动 啮合 齿轮副的一对齿轮的齿依次交替接触 从而实现一定规律的相对运动的过程和形态 齿轮传动的常见类型 齿直圆柱齿轮传动 斜齿圆柱齿轮传动 人字齿圆柱齿轮传动 外啮合齿轮传动 内啮合齿轮传动 齿轮齿条传动 锥齿轮传动 交错轴斜齿轮传动 蜗轮蜗杆传动 2020 2 24 14 齿轮传动 平行轴间齿轮传动 直齿外啮合内啮合齿轮齿条斜齿人字齿 直齿斜齿曲齿 弧齿轮传动准双曲面锥齿轮传动 相交轴间齿轮传动 交错轴间齿轮传动 传动比 齿轮传动的传动比是主动齿轮转速与从动齿轮转速之比 也等于两齿轮齿数之反 i n1 n2 z2 z1 12 齿轮传动的应用特点优点 1 能保证恒定的传动比 传递运动准确 传递平稳 2 传动效率高 一般可达95 99 工作可靠 寿命长 3 适用的功率 速度和尺寸范围大 传递功率可以从很小至上万千瓦 速度最高可达300m s 齿轮直径可以从几毫米至二十多米 4 传动效率高 使用寿命长 维护简便 缺点 1 运转过程中有振动 冲击和噪声 2 齿轮安装要求较高 3 不能实现无级变速 4 不适用于中心距较大的场合 2020 2 24 18 一 渐开线的形成与渐开线齿轮 渐开线的形成当一条动直线 发生线 沿着一个固定的圆 基圆 作纯滚动时 动直线上任意一点K的轨迹称为该圆的渐开线 2020 2 24 19 如图所示为直齿圆柱外齿轮的部分齿轮 齿轮上每个凸起的部分称为轮齿 相邻两轮齿之间的空间称为齿槽 其各部分的名称和表达符号见图 二 渐开线齿轮各部分的名称 2020 2 24 20 三 直齿圆柱齿轮的基本参数 1 齿数 一个齿轮的轮齿数目即齿数 是齿轮的最基本参数之一 当模数一定时 齿数愈多 齿轮的几何尺寸愈大 轮齿渐开线的曲率半径也愈大 齿廓曲线趋于平直 2020 2 24 21 2 模数 m 将分度圆上齿距P与无理数 的比值称为模数 用m表示 单位为mm 即m p 或p m 2020 2 24 22 由此可知 m越大 p越大 轮齿也就越大 齿轮的承载能力越强 反之齿轮越小 齿轮的承载能力越弱 由于 d pz 可得分度圆直径d mz 2020 2 24 23 如图所示为两个齿数相同而模数不同的齿轮齿形的比较 2020 2 24 24 模数是决定齿轮尺寸的一个基本参数 由于 是无理数 给齿轮的设计 制造及检测带来不便 为此 我国已规定了标准模数系列 2020 2 24 25 标准模数系列表 GB1357 87 mm 注 本表适用于渐开线圆柱齿轮 对斜齿轮是指法面模数 选用模数时 应优先采用第一系列 其次是第二系列 括号内的模数尽量不用 2020 2 24 26 3 压力角 压力角是物体运动方向与受力方向所夹的锐角 齿轮压力角是指渐开线齿廓在分度圆上的压力角 压力角不同 轮齿的形状也不同 压力角已标准化 我国规定标准压力角是20 2020 2 24 27 四 标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算标准齿轮 模数m 压力角 齿顶高系数ha 和顶隙系数C 均为标准值且齿厚s等于齿槽宽e的齿轮 2020 2 24 28 标准齿轮传动的中心距 一对齿轮啮合传动时 中心距等于两分度圆半径之和 标准中心距 标准齿轮无侧隙传动中心距 2020 2 24 30 例 相啮合的一对标准直齿圆柱齿轮 压力角 齿顶高系数 顶隙系数 0 25 齿数 模数 mm 试计算其分度圆直径 顶圆直径 根圆直径 齿厚 基圆直径 齿顶圆直径dada1 d1 2ha m z1 2 da2 d2 2ha m z2 2 齿根圆直径dfdf1 d1 2hf m z1 2 5 df2 d2 2hf m z2 2 5 基圆直径dbdb1 d1cosadb2 d2cosa标准中心距aa d1 d2 2 m z1 z2 2四圆三高二距一系数 1 有一正常齿标准直齿圆柱齿轮 已知齿数z 24 模数m 3mm 试计算其分度圆直径d 齿顶高ha 齿根高hf 全齿高h 齿顶圆直径da和齿根圆直径df 2 有一对正常齿标准直齿圆柱齿轮传动 已知ha c 0 25 m 2 5mm z1 18 z2 试确定两齿轮的主要尺寸 d da df db 及中心距a 3 某齿轮传动的大齿轮已经丢失 小齿轮存在 已知这对齿轮为正常齿制的外啮合标准直齿圆柱齿轮 两轴间距离为112 5mm 小齿轮具数z1 38 顶圆直径da 100mm 试确定大齿轮的模数 齿数和主要尺寸 d da df 4 有一对外啮合直齿圆柱齿轮 已知ha c 0 25 m 2 5mm 中心距a 90mm 传动比i 2 6 试计算这对齿轮的d da df ha hf h 7 4 渐形线齿轮的正确齿合条件两齿轮的模数和压力角分别对应相等m1 m2 ma1 a2 20o 7 6轮齿的失效形式及设计准则 轮齿折断 一般发生在齿根处 严重过载突然断裂 疲劳折断 一 轮齿的失效形式 失效形式 提高轮齿抗折断能力的措施 1 增大齿根过渡圆角半径 消除加工刀痕 减小齿根应力集中 2 增大轴及支承的刚度 使轮齿接触线上受载较为均匀 3 采用合适的热处理 使轮齿芯部材料具有足够的韧性 4 采用喷丸 滚压等工艺对齿根表层进行强化处理 齿面接触应力按脉动循环变化当超过疲劳极限时 表面产生微裂纹 高压油挤压使裂纹扩展 微粒剥落 点蚀首先出现在节线处 齿面越硬 抗点蚀能力越强 软齿面闭式齿轮传动常因点蚀而失效 齿面点蚀 轮齿折断 失效形式 一 轮齿的失效形式 齿面点蚀 齿面胶合 高速重载传动中 常因啮合区温度升高而引起润滑失效 致使齿面金属直接接触而相互粘连 当齿面向对滑动时 较软的齿面沿滑动方向被撕下而形成沟纹 措施 1 提高齿面硬度 2 减小齿面粗糙度 3 增加润滑油粘度低速 4 加抗胶合添加剂高速 轮齿的失效形式 轮齿折断 失效形式 一 轮齿的失效形式 齿面胶合 齿面磨损 措施 1 减小齿面粗糙度 2 改善润滑条件 清洁环境 磨粒磨损 跑合磨损 齿面点蚀 轮齿的失效形式及设计准则 轮齿折断 失效形式 一 轮齿的失效形式 3 提高齿面硬度 齿面胶合 齿面磨损 齿面点蚀 轮齿的失效形式及设计准则 轮齿折断 失效形式 齿面塑性变形 一 轮齿的失效形式 表面凸出 表面凸出 一 对齿轮材料性能的要求 齿轮的齿体应有较高的抗折断能力 齿面应有较强的抗点蚀 抗磨损和较高的抗胶合能力 即要求 齿面硬 芯部韧 7 6 2齿轮材料及选用准则 常用齿轮材料 锻钢 铸钢 铸铁 常作为低速 轻载 不太重要的场合的齿轮材料 适用于高速 轻载 且要求降低噪声的场合 非金属材料 二 常用齿轮材料 钢材的韧性好 耐冲击 通过热处理和化学处理可改善材料的机械性能 最适于用来制造齿轮 耐磨性及强度较好 常用于大尺寸齿轮 含碳量为 0 15 0 6 的碳素钢或合金钢 一般用齿轮用碳素钢 重要齿轮用合金钢 热处理方法 表面淬火 渗碳淬火 调质 正火 渗氮 一般用于中碳钢和中碳合金钢 如45 40Cr等 表面淬火后轮齿变形小 可不磨齿 硬度可达52 56HRC 面硬芯软 能承受一定冲击载荷 1 表面淬火 高频淬火 火焰淬火 三 齿轮材料的热处理和化学处理 2 渗碳淬火 渗碳钢为含碳量0 15 0 25 的低碳钢和低碳合金钢 如20 20Cr等 齿面硬度达56 62HRC 齿面接触强度高 耐磨性好 齿芯韧性高 常用于受冲击载荷的重要传动 通常渗碳淬火后要磨齿 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢 如45 40Cr 35SiMn等 调质处理后齿面硬度为 220 260HBS 因为硬度不高 故可在热处理后精切齿形 且在使用中易于跑合 3 调质 4 正火 正火能消除内应力 细化晶粒 改善力学性能和切削性能 机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理 大直径的齿轮可用铸钢正火处理 渗氮是一种化学处理 渗氮后齿面硬度可达60 62HRC 氮化处理温度低 轮齿变形小 适用于难以磨齿的场合 如内齿轮 材料为 38CrMoAlA 5 渗氮 特点及应用 调质 正火处理后的硬度低 HBS 350 属软齿面 工艺简单 用于一般传动 当大小齿轮都是软齿面时 因小轮齿根薄 弯曲强度低 故在选材和热处理时 小轮比大轮硬度高 20 50HBS 表面淬火 渗碳淬火 渗氮处理后齿面硬度高 属硬齿面 其承载能力高 但一般需要磨齿 常用于结构紧凑的场合 四 齿轮材料选用的基本原则 1 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 2 应考虑齿轮尺寸大小 毛坯成型方法及热处理和制造工艺 3 正火碳钢 只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮 调质碳钢可用于在中等冲击载荷下工作的齿轮 6 钢制软齿面齿轮 其配对两轮齿面的硬度差应保持在30 50HBS或更多 4 合金钢常用于制作高速 重载并在冲击载荷下工作的齿轮 5 航空齿轮要求尺寸尽可能小