第09章 齿轮传动PPT课件

机械设计 第9章齿轮传动 下一页 9 1概述 常用传动方式 开式传动 润滑差 常用于低精度 低速传动 闭式传动 齿轮置于封闭严密的箱体内 精度高 润滑及防护条件好 9 1 1齿轮传动的特点 功率 速度范围广效率高 结构紧凑 工作寿命长 传动比准确 9 1 2齿轮传动的类型 措施 增大齿根圆角半径 正变位 和增大模数 强化处理 喷丸 滚压处理 下一页 9 2齿轮传动的失效方式 和设计准则 9 2 1失效形式 齿根弯曲应力大 齿根应力集中 1 轮齿折断 轮齿折断实物 下一页 提高材料的硬度 加强润滑 提高油的粘度 下一页 2 齿面点蚀 轮齿在节圆附近一对齿受力载荷大 滑动速度低形成油膜条件差 接触疲劳产生的小裂纹 扩展 脱落 凹坑 下一页 砂粒 金属屑 非金属物等磨料性物质磨损在齿顶和齿根部磨损较严重 措施 改善密封 加强润滑 开式改闭式传动 下一页 3 齿面磨损 齿顶磨损 下一页 高速重载 散热不良 滑动速度大 齿面粘连后撕脱 措施 减小模数 降低齿高 抗胶合能力强的润滑油 材料的硬度及配对 下一页 4 齿面胶合 齿面胶合 下一页 措施 材料的选择及硬度 下一页 5 齿面塑性变形 相对滑动速度 下一页 下一页 塑性变形 下一页 磨损 塑性变形 主动轮塑性变形 下一页 弯曲折断 点蚀 胶合 磨损 塑性变形 现象与原因 改进措施 下一页 齿轮的5种失效形式 闭式传动 按保证齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度进行计算 软齿面 350HBS 主要失效形式 疲劳点蚀 其次 疲劳折断 磨损等 计算准则 先按齿面接触疲劳强度进行设计 按齿根弯曲疲劳强度校核 硬齿面 350HBS 主要失效形式 疲劳折断 其次 疲劳点蚀 磨损等 计算准则 先按齿根弯曲疲劳强度进行设计 按齿面接触疲劳强度校核 开式传动 主要失效形式 磨损 疲劳折断 没有疲劳点蚀 按保证齿根弯曲疲劳强度进行条件计算 考虑磨损的影响适当增大模数 将设计的模数放大 10 20 后再圆整为标准值 必要时进行 散热能力计算 抗胶合能力计算 下一页 9 2 2齿轮传动设计准则 对齿轮材料的基本要求 齿面要硬 齿芯要韧 经济性 毛坯选择 圆钢锭 锻钢 铸钢 工艺要求 热处理方式 正火 调质 淬火等 硬度选择 软 软 软 硬 硬 硬 软 软 软齿面硬度 350HBS 软齿面齿轮HBS1 HBS2 30 50 软 硬 用于大传动比齿轮传动 硬 硬 齿面硬度 350HBS 用途广泛 下一页 9 3齿轮常用材料及其选择原则 常用齿轮材料 P189表9 2 钢45 40Cr 20CrMnTi铸钢ZG310 570铸铁HT250 HT300 QT500 7有色金属 铜合金 铝合金非金属 夹布塑胶 尼龙 下一页 9 3 1齿轮的常用材料和热处理 设名义载荷为Fn 计算载荷为Fc 下一页 9 4齿轮传动的计算载荷 系数K KAKVK K KA 下一页 1 工作情况系数KA 系数K KAKVK K KV 制造和安装误差 法节不相等 瞬时传动比不准确 产生角加速度齿轮修缘 下一页 2 动载荷系数Kv 系数K KAKVK K KV 齿轮精度 速度 下一页 2 动载荷系数Kv 图9 12鼓形齿 系数K KAKVK K K 轮齿载荷沿接触线分布不均匀轴上位置 轴及支承刚度 制造和安装精度 下一页 3 齿向载荷分布系数K 图9 11 例如 两轮软齿面b d1 1 1 非对称布置3号线 所以K 1 165 下一页 系数K KAKVK K K 两对以上齿轮啮合时 载荷分配不均表面硬度 硬度愈高 载荷分配愈不均精度等级 精度低 载荷分配不均严重 下一页 4 齿间载荷分配系数K 下一页 9 5标准直齿圆柱齿轮传动强度计算 9 5 1 轮齿的受力分析 计算齿轮节点处的接触应力赫兹应力公式 下一页 9 5 2齿面接触疲劳强度计算 ZE值 表9 6 直齿圆柱齿轮齿面接触疲劳强度计算公式 下一页 应用公式 9 8 时注意事项 1 两齿轮齿面接触应力相等 H1 H2 2 两齿轮齿面许用接触应力一般不相等 H1 H2 强度计算选择较小值 3 两齿轮齿面接触强度只与直径或中心距有关 与模数无关 4 设计时K值无法确定 所以初选K Kt 1 2 1 6 算出d1t 最后重新计算K 然后修正d1t 方法如下 1 两齿轮齿面接触应力相等 H1 H2 3 两齿轮齿面接触强度只与直径或中心距有关 与模数无关 1 两齿轮齿面接触应力相等 H1 H2 建立力学模型 假设单齿对啮合 齿顶受载 不计径向分力产生的压应力 用30 切线法确定危险截面 下一页 9 5 3齿根弯曲疲劳强度计算 下一页 下一页 开式齿轮m增大10 20 不小于1 5 下一页 应用公式 9 10 9 11 时注意事项 4 设计时K值无法确定 所以初选K Kt 1 2 1 6 算出mt 最后重新计算K 然后修正mt 方法如下 3 设计计算时应该比较下列计算值较大的带入 1 两齿轮轮齿弯触应力不相等 F1 F2 2 两齿轮齿面许用弯触应力一般不相等 F1 F2 强度必须分别计算 压力角 齿厚曲率半径 弯曲强度接触强度 z1大 重叠系数大 传动平稳 模数小 节约材料及加工量 但抗弯曲差 齿高减小 降低滑动速度VS 抗胶合能力强 下一页 9 6齿轮传动的参数 许用应力和传动精度选择 开式传动 z1 17 20 闭式传动 z1 20 40 9 6 1设计参数的选择 1 齿数比u压力角a 2 小轮齿数z1 和模数m 按标准选取 齿愈宽 直径和中心距愈小但载荷分布愈不均 表9 8 b1 b2 5 10 mm 悬臂布置 d取小值 对称布置 d取大值 下一页 3 齿宽系数 下一页 分析中间齿轮接触应力和弯曲应力的特点 轮齿双向受力 轮齿单向受力 轮齿单向受力 轮齿双向受力时 F 0 7 F 下一页 1 接触许用应力 2 弯曲许用应力 Hlim 实验接触疲劳极限 Flim 实验弯曲疲劳极限ZN 接触强度计算的寿命系数YN 弯曲强度计算的寿命系数SH SF 接触强度和弯曲强度计算的最小安全系数 下一页 9 6 2齿轮材料的许用应力 下一页 表9 9安全系数SH和SF 下一页 下一页 图9 17齿面接触疲劳极限 下一页 图9 17齿面接触疲劳极限 续 下一页 图9 17齿面接触疲劳极限 续 图9 17齿面接触疲劳极限 续 下一页 图9 19轮齿弯曲疲劳极限 下一页 图9 19轮齿弯曲疲劳极限 续 下一页 图9 19轮齿弯曲疲劳极限 续 图9 19轮齿弯曲疲劳极限 续 图9 19轮齿弯曲疲劳极限 续 齿轮精度 0 1 2 12级 7 6 6GMGB10095 88 齿厚下偏差 第 公差组精度 平稳性精度 第 公差组精度 接触精度 精度等级选择 参考相关手册 请点击 齿厚上偏差 7FLGB10095 88 第 公差组精度 运动精度 第 公差组精度 下一页 9 6 3齿轮传动精度的选择 下一页 下一页 表9 10 表9 2 表9 3 下一页 表9 8 表9 6 图9 17 下一页 图9 16 图9 10 图9 8 表9 4 下一页 下一页 表9 7 表9 9 图9 19 图9 18 特点 齿逐渐进入啮合 传动平稳 接触线较长 承载能力高 几何尺寸 9 7标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 下一页 n 下一页 9 7 1斜齿轮传动的受力分析 斜齿圆柱齿轮的受力分析 受力方向 圆周力 主动轮与转向相反 从动轮与转向相同 径向力 指向圆心 轴向力 可用主动轮左 右手定则判断 下一页 受力分析 受力方向 圆周力 主动轮与转向相反 从动轮与转向相同 径向力 指向圆心 轴向力 可用左 右手判断 n n 下一页 斜齿圆柱齿轮受力分析 人字齿轮 下一页 斜齿圆柱齿轮传动的受力分析 螺旋角选择 n n 中间轴 轴向力不能抵消 中间轴 轴向力能抵消 Fa2 Fa3 Fa3 Fa2 下一页 与直齿轮相比 其特点 总合力作用于法平面内 重合度大 接触线是倾斜的 变化的 螺旋角对疲劳强度有利 1 齿面接触疲劳强度计算 下一页 9 7 2斜齿轮传动的强度计算 斜齿圆柱齿轮齿面接触疲劳强度计算公式 图9 24 下一页 返回 考虑接触线倾斜对齿根受力的有利影响 引入螺旋角系数Y YF YS按当量齿数zv 查表9 4 Y 0 85 0 92 大时取小值 反之大值 Y 重合度系数 端面重合度大取小值 反之取大值 下一页 2 齿根弯曲疲劳强度计算 下一页 下一页 图9 24 见例题1 斜齿轮 H 461MPa 下一页 表9 5 下一页 下一页 下一页 圆锥齿轮传动的特点 传递交叉轴的运动 常用 90 速比i v m s 制造安装精度较低 小轮常悬臂安装 刚度低 9 8标准直齿圆锥齿轮的强度计算 下一页 下一页 9 8 1标准直齿圆锥齿轮几何计算 1 受力分析 9 8 2直齿圆锥齿轮传动的受力分析与计算载荷 下一页 直齿锥齿轮受力分析示例 Fa2 n2 n1 Fa1 Fr1 Fr2 Ft1 Ft2 下一页 KA按表9 2查取 下一页 图9 8 9 8 3直齿圆锥齿轮的强度计算 载荷系数K 代入齿宽中点宽度参数 1 齿面接触疲劳强度计算 下一页 式中YFaYSa为齿形系数 按当量齿数 下一页 2 齿根弯曲疲劳强度计算 当顶圆直径da小于160mm时 作成实心结构的齿轮 下一页 9 10齿轮的结构设计 1 齿轮轴 2mt做成齿轮轴 1 6m做成齿轮轴 下一页 2 当顶圆直径da小于160mm时 作成实心结构的齿轮 当顶圆直径da小于500mm时 采用锻造 作成腹板式结构的齿轮 下一页 3 腹板式齿轮 当顶圆直径da大于400mm时 采用铸造或焊接式齿轮 下一页 4 轮辐式齿轮 采用组装齿圈式 下一页 本章要点 1 齿轮传动的失效形式 5种 2 齿轮传动的设计准则是什么 3 如何选择齿轮的材料 以及热处理 4 齿轮传动的许用应力如何确定 5 什么是齿轮传动的载荷系数K 直齿轮与斜齿轮有什么区别 6 为什么闭式软齿面传动时大小齿轮的热处理硬度相差30 50HBS 7 小齿轮齿数z1与齿宽系数 d对齿轮传动性能和承载能力有何影响 下一页 8 什么是齿形系数 什么是应力集中系数 它主要与什么有关 影响如何 直齿轮 斜齿轮与锥齿轮如何查找 9 直齿轮 斜齿轮与锥齿轮的强度计算公式有什么差别 如何正确应用 10 直齿轮 斜齿轮与锥齿轮的受力分析 下一页 9 11齿轮传动的润滑 自学 END 作业9 19 39 129 14 下一页 9 9单级闭式直齿圆柱齿轮传动中 大 小齿轮的材料均为45钢调质处理 小齿轮的硬度为250HBS 大齿轮的硬度为210HBS 8级精度 n1 1420r min m 3mm z1 25 z2 73 b1 84mm b2 78mm 单向转动 载荷有中等冲击 用电动机驱动 试求此传动能传递的最大功率 9 14设计用于带式输送机的减速器中的一对闭式斜齿圆柱齿轮传动 主动小齿轮采用电动机驱动 传递功率P 7 5kW 转速n1 980r min 传动比i 4 齿数z1 27 单向转动 受中等冲击 小齿轮采用非对称布置 命令 xclsj ying请输入传递的功率P kw 40请输入主动轮的转速n1 r min 1460请初选小齿轮硬度值 48 55 HRC1 50请初选大齿轮硬度值 48 55 HRC2 50请输入齿数比u 3 3请初选螺旋角bitan 度 13请输入齿轮传动寿命Lh 年 15请选择小齿轮齿数z1 23大齿轮齿数z2 75 9请根据计算的大齿轮齿数四舍五入选择大齿轮齿数 76请选择齿宽系数faid 0 8请初选载荷系数 1 1 5 Kt 1 5小齿轮硬度值HRC1 50 0 请根据齿轮弯曲极限硬度表选择小齿轮极限应力 双向转动 0 7 MPa sgmaFlim1 280大齿轮硬度值HRC2 50 0请根据齿轮弯曲极限硬度表选择大齿轮极限应力 双向转动 0 7 MPa sgmaFlim2 280小齿轮应力循环次数NN1 1 314e 006请根据弯曲疲劳寿命系数表 选择小齿轮疲劳寿命系数KFN1 1 05大齿轮应力循环次数NN2 398182 0请根据弯曲疲劳寿命系数表 选择大齿轮疲劳寿命系数KFN2 1 3请选择安全系数SF 1 6请输入应力校正系数 通常YST 2 YST 2 小齿轮当量齿数zv1 24 8631请根据齿形系数表及小齿轮齿数选择小齿轮齿形系数YFa1 2 62请根据齿形系数表及小齿轮齿数选择小齿轮应力校正系数YSa1 1 59大齿轮当量齿数zv2 82 1565请根据齿形系数表及大齿轮齿数选择大齿轮齿形系数YFa2 2 22请根据齿形系数表及大齿轮齿数选择大齿轮应力校正系数YSa2 1 77 重合度系数 0 63 0 87 端面重合度大取小值 反之取大值 Yyipilou 0 8齿轮模数mnt 1 96664 预算 小齿轮转速n1 1460 0请选择使用系数KA 1 5齿轮分度圆圆周速度v 3 54879m s请根据齿轮圆周转速选择动载荷系数Kv 1 05 齿间载荷分配系数 1 1 4 硬度高取大值 精度低取小值 反之亦然 Karfa 1 2请选择齿向载荷分布系数Kbita 1 06计算齿轮的模数mn 2 16579请根据模数的计算结果选择标准模数 参考mn 1 1 5 2 2 5 3 3 5 4 5 5 5 6 8 mn 2 5计算齿轮中心距a12 127 005请根据计算结果选择并圆整齿轮中心距a12 128计算cos beita 0 966797螺旋角beita 14 8059计算的大齿轮齿宽b2 47 5798请根据计算结果选择大齿轮齿宽b2 50 小齿轮硬度值HRC1 50 0请根据齿轮接触极限硬度表选择小齿轮极限应力 MPa sgmaHlim1 1150大齿轮硬度值HRC2 50 0请根据齿轮接触极限硬度表选择大齿轮极限应力 MPa sgmaHlim2 1150请根据接触疲劳寿命系数表 选择小齿轮疲劳寿命系数KHN1 1请根据接触疲劳寿命系数表 选择大齿轮疲劳寿命系数KHN2 1 4请选择安全系数SH 1 5请根据材料系数表选择材料系数ZE 189 8请选择节点区域系数 arfa 20度 ZH 2 5 ZH 2 4 重合度系数 齿数多取小值 反之取大值 0 75 0 88 zyipilou 0 8计算螺旋角系数zbita 0 983258齿轮接触应力sgmaH 861 669齿轮许用接触应力 sgmaH 920 0 螺旋角bita 14 8059绘小齿轮 根据计算结果输入斜齿轮螺旋角 直齿轮bita 0 bita1 14 8059齿轮孔径 D 30轴孔两端倒角 c1 1轮齿两端倒角 c2 1旋转角度 A 0插入基点 P0 螺旋角bita 14 8059绘大齿轮 根据计算结果输入斜齿轮螺旋角 输入角度值 直齿轮bita 0 bita1 14 8059齿轮孔径 D 60轴孔两端倒角 c1 2轮齿两端倒角 c2 2旋转角度 A 0 齿轮模数mn 2 5mm螺旋角 度 bita