第03章齿轮传动设计(很实用的!!)ppt课件

第3章齿轮传动设计 3 1概述 3 1齿轮传动概述 优点 缺点 3 1齿轮传动概述 学习本章的目的 本章学习的根本目的是掌握齿轮传动的设计方法 也就是要能够根据齿轮工作条件的要求 能设计出传动可靠的齿轮 设计齿轮 设计确定齿轮的主要参数以及结构形式 主要参数有 模数m 齿数z 螺旋角 以及齿宽b 中心距a 直径 分度圆 齿顶圆 齿根圆 变位系数 力的大小 根据装置形式 开式齿轮 闭式齿轮 半开式齿轮 齿轮完全外露 润滑条件差 易磨损 用于低速简易设备的传动中 齿轮完全封闭 润滑条件好 有简单的防护罩 外形及轴线 齿轮类型 3 1齿轮传动概述 根据齿面硬度 hardness 硬度 金属抵抗其它更硬物体压入其表面的能力 硬齿面 齿面硬度 350HBS或 38HRC 齿面硬度 350HBS或 38HRC 软齿面 硬度越高 耐磨性越好 硬度检测方法 布氏硬度法 HBS 洛氏硬度法 HRC 3 1齿轮传动概述 1 轮齿折断 Toothbreakage 疲劳折断 过载折断 一 齿轮传动的失效形式 3 2齿轮传动的失效形式和设计准则 3 2齿轮传动的失效形式和设计准则 齿根受弯曲应力 初始疲劳裂纹 裂纹不断扩展 轮齿折断 短时过载或严重冲击 静强度不够 疲劳折断是闭式硬齿面的主要失效形式 全齿折断 齿宽较小的齿轮 局部折断 斜齿轮或齿宽较大的直齿轮 措施 增大模数 主要方法 增大齿根过渡圆角半径 增加刚度 使载荷分布均匀 采用合适的热处理 增加芯部的韧性 提高齿面精度 正变位等 2 疲劳点蚀 Fatiguepitting 产生机理 齿面受交变的接触应力 产生初始疲劳裂纹 润滑油进入裂纹并产生挤压 表层金属剥落 注意 凹坑先出现在节线附近的齿根表面上 再向其它部位扩展 麻点状凹坑 其形成与润滑油的存在密切相关 常发生于闭式软齿面 HBS 350 传动中 开式传动中一般不会出现点蚀现象 磨损较快 措施 提高齿面硬度和质量 增大直径 主要方法 等 3 2齿轮传动的失效形式和设计准则 3 齿面胶合 产生机理 高速重载 齿面金属直接接触并粘接 齿面相对滑动 摩擦热使油膜破裂 低速重载 不易形成油膜 现象 齿面上相对滑动方向形成伤痕 措施 采用异种金属 降低齿高 提高齿面硬度 较软齿面金属沿滑动方向被撕落 热胶合 表面膜被刺破而粘着 冷胶合 配对齿轮采用异种金属时 其抗胶合能力比同种金属强 3 2齿轮传动的失效形式和设计准则 4 齿面磨损 是开式传动的主要失效形式 5 齿面塑性变形 措施 提高齿面硬度 采用油性好的润滑油 措施 改善润滑和密封条件 磨损后齿廓形状破坏 齿厚减薄 机理 现象 主动轮在节线附近形成凹沟 从动轮则形成凸棱 若齿面材料较软 齿面金属会沿摩擦力的方向流动 且载荷及摩擦力很大 3 2齿轮传动的失效形式和设计准则 二 齿轮传动的设计准则 designcriteria 主要失效 疲劳点蚀 1 闭式软齿面 主要针对轮齿疲劳折断和齿面疲劳点蚀这两种失效形式 齿轮工作时 要保证足够的齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度 先按sH sHP算出齿轮主要尺寸 再校核sF sFP 按接触疲劳强度设计 校核弯曲疲劳强度 主要失效 轮齿折断 2 闭式硬齿面 按弯曲疲劳强度设计 校核接触疲劳强度 先按sF sFP算出齿轮的主要尺寸 再校核sH sHP 主要是 齿面磨损其次是 轮齿折断 3 开式齿轮 按弯曲疲劳强度设计 不需校核接触疲劳强度 把模数增大10 左右考虑磨损的影响 3 2齿轮传动的失效形式和设计准则 3 3齿轮材料 热处理及精度 3 3齿轮材料 热处理及精度 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 二 常用齿轮材料 钢材韧性好 耐冲击 可通过热处理和化学处理来改善其机械性能 最适于用来制造齿轮 金属材料 45钢 中碳合金钢 铸钢 低碳合金钢 铸铁 非金属材料 锻钢 如何选材 考虑工作条件 载荷性质 经济性 制造方法等 二 热处理 heattreatment 调质 正火 表面淬火 渗碳淬火 表面氮化 软齿面 硬齿面 3 3齿轮材料 热处理及精度 用于中碳或中碳合金钢 如45 40Cr 35SiMn等 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 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 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 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 一种化学处理方法 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 3 3齿轮材料 热处理及精度 特点及应用 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 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 注意 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 30 50HBS 三 齿轮传动的精度 accuracy 第 公差组 反映运动精度 即运动的准确性 第 公差组 反映工作平稳性精度 第 公差组 反映接触精度 载荷分布的均匀性 GB10095 88将齿轮精度分为三个公差组 每个公差组有13个等级 0级最高 12级最低 精度标注示例 常用6 9级 且三个公差组可取不同等级 8 8 7 FL 若3项精度相同 则记为 8 FL 精度等级按表3 5查取 3 3齿轮材料 热处理及精度 齿轮副的侧隙 3 3齿轮材料 热处理及精度 一 受力分析 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 Fn1 Fn2 Fn1 Ft1 Fr1 在节点C处进行分解 设为标准齿轮 标准中心距安装 力集中作用在齿宽中点 忽略摩擦力 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 1 力的大小 将主动轮的Fn在节点C处进行分解 圆周力 径向力 法向力 扭矩 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 作用在齿轮间只有一个法向力Fn 其方向不变 始终沿啮合线作用 2 力的方向 圆周力Ft 径向力Fr 沿节点处的圆周方向 即切线方向 其指向 沿半径方向指向各自轮心 主动轮上与其转向相反 从动轮上与其转向相同 3 力的对应关系 圆周力Ft 径向力Fr各自对应 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 例 Ft2 Ft1 主视图 左视图 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 二 计算载荷 名义载荷 K 载荷系数 计算载荷 载荷系数 KA 考虑原动机与工作机的工作特性 振动 冲击 K KAKvKaKb KA见表3 1 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 动载系数Kv 考虑齿轮副本身的啮合误差 如制造误差造成两基节不等 齿形误差 轮齿变形等 直齿圆柱齿轮 Kv 1 05 1 4 斜齿圆柱齿轮 Kv 1 02 1 2 精度 Kv 速度 Kv 齿间载荷分配系数Ka 考虑制造误差及轮齿弹性变形 对于同时参与啮合的两对轮齿 Ka 1 1 2 Ka 1 1 4 精度高取小值 反之取大值 斜齿圆柱齿轮 直齿圆柱齿轮 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 齿向载荷分布系数Kb 考虑齿轮非对称布置 轴的变形 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 轴的弯曲变形 齿轮随之偏斜 引起偏载 不对称布置时 靠近轴承一侧受载大 悬臂布置时 偏载更严重 轴的扭转变形 靠近转矩输入端的齿侧变形大 故受载大 轴的弯曲 扭转变形的综合影响 若齿轮靠近转矩输入端布置 偏载严重 若齿轮远离转矩输入端布置 偏载减小 因此 齿轮在轴承间非对称布置时 齿轮应布置在远离转距输入 输出端 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 例 请指出下列两种传动方案有何不同 哪一种更合理 左方案不合理 右方案合理 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 齿宽和齿面硬度对偏载的影响 齿轮越宽 硬度越大 越容易产生偏载 软齿面 取K 1 0 1 2 硬齿面 取K 1 1 1 35 齿宽较小 对称布置 轴刚度大 K 取偏小值 沿齿宽方向修形或做成鼓形齿 可减小偏载 K 的取值 三 齿面接触疲劳强度的计算 为使齿轮不发生疲劳点蚀 应保证 最大接触应力 许用接触应力 1 接触应力 contactstress 1 2 两圆柱体材料的泊松比 E1 E2 两圆柱体材料的弹性模量 号用于外接触 号用于内接触 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 把齿轮啮合转化为圆柱体接触问题 啮合过程中各接触点的曲率半径是变化的 A1 A2 B1 B2 用 1 2表示接触处的曲率半径 到底取齿廓上哪一点作为计算点 因此各点的 H也是变化的 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 什么是渐开线齿廓曲率半径 是否恒定不变 单对齿啮合区间的下界点D处 H最大 为简化计算 同时考虑到节点C处是一对齿承载 且点蚀常发生于节线附近 Hertz公式中的参数在节点C处易于表示 故取节点C处的接触应力为计算依据 两圆柱体的半径 节点处的曲率半径 d1 d2 两轮的节圆直径 标准齿轮则为分度圆直径 啮合角 标准齿轮则为分度圆压力角 齿数比 节圆直径 则 节点C处的曲率半径 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 接触线长度L 考虑多对齿同时啮合 取 b 齿宽 Z 重合度系数 Z 0 85 0 92 齿数多取偏小值 计算载荷Fnc 将上述参数代入赫兹公式 得节点处的接触应力 用于外啮合齿轮传动 用于内啮合齿轮传动 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 节点区域系数 图3 11 一样大 作用与反作用的关系 一对相啮合的大小两轮 其接触应力一样吗 重合度系数 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 2 许用接触应力sHP allowablecontactstress 试验齿轮的接触疲劳极限 接触强度计算的寿命系数 接触强度计算的最小安全系数 表3 4 接触疲劳极限sHlim 图3 16 根据材料 硬度 热处理方式按线MQ查 当硬度超出范围时 可作适当的线性延伸 ML 齿轮材料和热处理质量要求低时的取线 MQ 齿轮材料和热处理质量中等要求时的取线 ME 齿轮材料和热处理质量严格要求时的取线 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 寿命系数ZN 图3 18 转速r min 总工作时间h 齿轮每转一圈 轮齿同侧齿面啮合的次数 循环次数N为 sHlim是按无限寿命试验所得 若为有限寿命 则疲劳极限值应提高 ZN 1 单侧受载 F为脉动循环 双侧受载 F为对称循环 主动 一个齿轮与多个齿轮啮合时 a如何确定 主动 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 齿面接触疲劳强度条件 校核式 按接触疲劳强度进行设计 设计式 一对齿轮的sHP1与sHP2可能不等 故设计式中应以两者中的小值代入 为限制齿宽 令 齿宽系数 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 注意 齿面接触疲劳强度主要取决于分度圆直径d d越大 接触强度 越高 H 越小 齿宽b的大小应适当 b过大会引起偏载 Fn减小 齿廓平直 模数m的大小对接触强度无直接影响 d1 mz1 两齿轮的接触应力相等 H1 H2 齿宽系数根据具体情况选取 因 H1 H2 而 HP1 HP2 故一对齿轮传动时 接触强度通常不等 HP越小 强度越低 应按强度低的齿轮设计 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 求出d1 选择z1 计算m d1 z1 计算a m z1 z2 2 模数m应向大的方向靠标准值 且m 1 5 按标准模数反算d1 d2 精确到小数点后三位 中心距a应为整数 便于箱体座孔的加工测量 若a不是整数 则将其圆整 并对齿轮进行变位 注意 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 提高齿面接触疲劳强度的主要措施 加大齿轮直径或中心距 适当加大b或yd 正变位 改善材料 提高齿轮的精度等级 改善热处理 提高齿面硬度 两个齿轮的宽度一样吗 为保证有效啮合宽度 降低装配难度 取b1 b2 5 10 mm b2 dd1 b1 b2 b1 b2 影响最大的几何因素 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 四 直齿圆柱齿轮齿根弯曲疲劳强度计算 a 力学模型 悬臂梁 b 危险截面 300切线法 为防止轮齿的弯曲疲劳折断 须满足 最大弯曲应力 许用弯曲应力 矩形 宽 齿根厚 SF 长b 1 弯曲应力sF bendingstress c 产生最大弯矩时的载荷作用点 单对齿啮合区间的上界点D 动画 M N E 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 但考虑到齿轮制造 安装误差的影响及计算方便 对于一般精度的齿轮 可近似的认为重合度为1 Fn 切向分力 径向分力 弯曲应力sF 切应力t 压应力sy 值较小 暂不考虑 后引入系数进行修正 略去齿面间的摩擦力 Fn FncosaF FnsinaF 此时 所有载荷由一对齿承担 并以齿顶作为载荷作用点 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 E 拉伸侧的弯曲应力 Fn FncosaF SF hF l g为比例系数 YFa 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 齿形系数YFa l g aF与轮齿形状有关 因此YFa只与齿数和变位系数有关 与模数m无关 变位系数对YFa的影响 齿数对YFa的影响 YFa具体数值按图3 14查取 z越多 YFa越小 x越大 YFa越小 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 齿形系数YFa 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 考虑切应力 压应力及过渡圆角处应力集中的影响 引入应力修正系数YSa 图3 15 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 应力修正系数 考虑重合度 引入重合度系数Y Y 0 65 0 85 齿数多 重合度大时取偏小值 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 则齿根弯曲应力为 一对相啮合两个大小齿轮 其齿根弯曲应力大小一样吗 z1 z2 但由于YFa的变化程度更剧烈一些 因此 试验齿轮的弯曲疲劳极限 弯曲强度计算的寿命系数 图3 19 弯曲强度计算的最小安全系数 表3 4 若齿轮受对称循环变应力作用 则查得的sFlim应乘0 7 试验齿轮的应力修正系数 取YST 2 弯曲疲劳极限sFlim 图3 8 2 齿轮的许用弯曲应力sFP allowablebendingstress 一对相啮合的大小两轮 其弯曲强度是否一样 故 一对齿轮的弯曲强度通常不等 当时 两者强度才相等 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 校核弯曲疲劳强度 按弯曲疲劳强度进行设计 取两者中的大值代入 向上圆整为标准值 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 3 轮齿弯曲强度的注意事项 m 弯曲强度 齿厚SF 截面积 F 标准齿轮YFa1YSa1 YFa2YSa2 故 F1 F2 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 分度圆直径d一定时 即a i不变 z1 YFaYSa m F F F z1 m 平稳 h 切削量少 省工省时 原则 在保证齿根弯曲强度的前提下 选取尽可能多的齿数 闭式软齿面传动 z1 20 40 闭式硬齿面或开式传动 z1 17 25 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 轮齿双侧受载时 其齿面接触应力 H的性质如何 增大模数m 适当增大齿宽b 提高齿轮精度等级 增大齿根圆角半径 改用机械性能更好的齿轮材料 改变热处理方法 提高齿面硬度 减小弯曲应力 增大许用应力 采用正变位齿轮以增大齿厚 思考题 一对标准直齿圆柱齿轮传动 中心距 传动比和其他条件不变 若减少齿数同时相应增大模数 试问对齿轮传动有何影响 3 4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 影响最大的几何因素 1 斜齿圆柱齿轮的特点 接触线倾斜 同时啮合的齿数多 重合度大 传动平稳 噪声低 承载能力高 mn1 mn2 an1 an2 b1 b2 2 斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件 一 概述 3 5斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 3 5斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 二 斜齿圆柱齿轮的受力分析 略去齿面间的摩擦力 Fn 一般齿轮 b 10 25 人字齿轮 b 25 40 平稳性 承载能力 轴向力 轴系复杂程度 b 3 5斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 3 5斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 力的方向 Ft和Fr 轴向力Fa 同直齿圆柱齿轮 主动轮的Fa1用左右手法则判定 由齿轮螺旋线旋向和转动方向共同决定 齿轮左旋用左手 右旋用右手 弯曲四指为转动方向 母指指向为Fa1方向 主动轮 3 5斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 从动轮的Fa2与Fa1方向相反 力的对应关系 例 主视图 3 5斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 左视图 注意 3 5斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 三 斜齿圆柱齿轮的接触强度计算 模数 斜齿轮法面模数mn 压力角 斜齿轮法面压力角 n 齿数 当量齿数zv z cos3 法向力 斜齿轮的法向力Fn 1 用当量直齿圆柱齿轮的强度代替 2 接触线倾斜 对接触强度有利 引入螺旋角系数Zb 直齿圆柱齿轮 斜齿圆柱齿轮 重合度系数 在相同条件下 sH斜 sH直 故 斜齿轮的接触强度大 节点区域系数 图3 11 螺旋角系数 齿数多取小值 3 5斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 接触强度的校核式 接触强度的设计式 3 5斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 设计式 精确计算d1 d2 保留小数点后三位 设计出d1后 其他几何参数计算 初步选定齿数z1 闭式软齿面 20 40 闭式硬齿面或开式 17 25 初步选定螺旋角 常用10 15 计算mn d1cos z1 向上圆整成标准值且mn 1 5 计算中心距a d1 d2 2 mn z1 z2 2cos 并圆整 反算 cos 1 mn z1 z2 2a 精确到秒 注意 应使 3 5斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 四 斜齿圆柱齿轮弯曲疲劳强度计算 斜齿圆柱齿轮 重合度系数 螺旋角系数 用当量齿轮的弯曲强度代替 引入螺旋角系数Yb 3 5斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 弯曲强度的校核式 弯曲强度的设计式 大值代入 3 5斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 3 6直齿锥齿轮传动的强度计算 用于两相交轴之间的传动 轮齿分布在锥面上 逐渐收缩 载荷沿齿宽分布不均 本章只讨论轴交角为90 的直齿锥齿轮 一 锥齿轮传动的特点 振动和噪声较大 用于低速v 5m s 齿形有直齿 斜齿 曲线齿等 大端参数定义为标准值 为简化计算 假定 法向力Fn作用于齿宽中点 锥齿轮的强度 齿宽中点处的当量直齿圆柱齿轮的强度 3 6直齿圆锥齿轮传动的强度计算 二 直齿锥齿轮传动及齿宽中点当量齿轮的主要参数 1 直齿锥齿轮传动的主要参数 因大端模数m为标准值 故几何计算按大端进行 大端分度圆直径 齿数比 u z2 z1 d2 d1 分度圆锥角 锥距 齿宽系数 齿宽中点分度圆直径 齿宽中点模数 3 6直齿圆锥齿轮传动的强度计算 2 齿宽中点当量直齿圆柱齿轮的主要参数 齿宽中点当量齿轮的概念 直径 齿数 齿数比 齿宽 锥齿轮齿宽b 模数 平均模数mm 转矩 3 6直齿圆锥齿轮传动的强度计算 设法向力集中作用于齿宽中点节线处 且忽略摩擦力 Fn Ft Fr的方向和圆柱齿轮相同 Fa的方向均指向齿轮大端 Ff 三 直齿锥齿轮传动受力分析 3 6直齿圆锥齿轮传动的强度计算 Ft2 Ft1 Fr2 Fa1 Fa2 Fr1 n2 例 3 6直齿圆锥齿轮传动的强度计算 1 2 校核式 设计式 四 齿面接触疲劳强度计算 按齿宽中点处的当量直齿圆柱齿轮进行计算 并忽略重合度的影响 3 6直齿圆锥齿轮传动的强度计算 讨论 ZE ZH HP的查取同圆柱齿轮 通常u 5 限制大齿轮直径 利于锥齿轮加工 设计出d1后 其他参数计算 初选z1 计算m d1 z1 并向上取标准值 计算d1 mz1 z2 d2 u等 R不能圆整 通常取b1 b2 便于安装调整 保证两轮锥顶重合 设计式 3 6直齿圆锥齿轮传动的强度计算 直齿圆柱齿轮 五 齿根弯曲疲劳强度计算 校核式 设计式 按当量齿数查 大值代入 同理 根据当量齿轮推出锥齿轮的弯曲强度条件 忽略重合度的影响 代入当量齿轮参数 由 3 6直齿圆锥齿轮传动的强度计算 强度设计 如 齿数 模数 螺旋角等 确定轮幅 轮毂的形式和尺寸 确定齿轮的主要参数 结构设计 由齿顶圆直径决定 一 齿轮轴 键槽顶部到齿根间的距离e 圆柱齿轮 e 2 5mn 圆锥齿轮 e 1 6m 机械设计 3 7齿轮的结构设计 3 7齿轮的结构设计 二 实心式 齿顶圆直径da 200mm 毛坯是锻造 3 7齿轮的结构设计 三 腹板式 齿顶圆直径da 200 500mm 毛坯是锻造 3 7齿轮的结构设计 四 轮幅式 齿顶圆直径da 500mm 毛坯是铸造材料为铸铁或铸钢 3 7齿轮的结构设计 一 齿轮传动的设计步骤 1 根据工作条件 载荷性质 使用要求 合理选择材料 齿面硬度 热处理方法及精度等级 2 根据主要失效形式 确定相应的设计准则 3 合理选择有关参数 设计计算d1或m 4 考虑其他可能产生的失效形式 进行强度校核 5 几何尺寸计算及齿轮的结构设计 软齿面硬度 350HBS 硬齿面硬度 350HBS或 38HRC 载荷大小 重载 轻载 工作环境 闭式 开式 3 8齿轮传动的设计方法和参数选择 3 8齿轮传动的设计方法和参数选择 二 材料 精度及主要参数的选择原则 1 材料及热处理方法 要求轮齿具有足够的强度和韧性 重载 要求结构紧凑 材料选好些 硬度选高些 2 精度等级 抵抗轮齿折断 齿面应具有较高的硬度和耐磨性 防止点蚀 胶合 磨损 根据圆周速度v选择第 公差组精度 3 8齿轮传动的设计方法和参数选择 3 齿数z的选择 对于闭式软齿面传动 对于闭式硬齿面或开式齿轮传动 一般取z1 20 40 以便增大模数提高弯曲强度 大 小齿轮的齿数最好互质 使磨损均匀 一般取z1 17 25 齿数多 则重合度大 运动平稳性好 噪声小 4 模数m mn 的选择 强度计算后得到 圆整成标准值 优先选用第一系列 传递动力时 圆柱齿轮m 1 5 锥齿轮m 2 5 螺旋角 的选择 一般取 10 20 平稳性 承载能力 轴向力 轴承受力 3 8齿轮传动的设计方法和参数选择 6 齿宽系数 d R的选择 对称布置 斜齿轮传动 d取偏大值 硬齿面 悬臂布置易产生偏载 故 d取值很小 齿宽系数 轴向尺寸 易引起偏载 齿宽b 径向尺寸 强度 设计时 齿宽系数应选择适当 开式齿轮传动安装精度差 d取小值 锥齿轮传动 R不宜过大 常取 R 1 4 1 3 3 8齿轮传动的设计方法和参数选择 传递的功率 传动比 小轮或大轮转速 工况 设计 齿轮材料 热处理方式 齿数z1 z2 模数m 中心距a 齿宽b1 b2 分度圆直径d1 d2 齿顶圆直径da1 da2和齿根圆直径df1 df2 受力大小及齿轮的结构形式 已知条件 例 设计一输送机的双级圆柱齿轮减速器的高速级斜齿圆柱齿轮传动 单向运转 平稳载荷 工作寿命5年 16h 天 已知 轴的刚性较小 电机驱动 3 8齿轮传动的设计方法和参数选择 三 设计内容及设计流程 直齿圆柱齿轮 1 选择材料和热处理方式 2 计算许用接触应力 许用弯曲应力 3 初选 z1 z2 yd 查取K ZE ZH 闭式齿轮 3 初选 z1 z2 yd 查取K YFa YSa 4 计算模数并向上取标准值 4 模数向上取标准值 5 求a b1 b2 d1 d2 da1 da2 df1 df2 5 求a b1 b2 d1 d2 da1 da2 df1 df2 6 查YFa YSa 校核弯曲疲劳强度 6 查取ZE ZH 校核接触疲劳强度 按弯曲强度设计 不需校核接触强度 只增大模数即可 以下略 Y N 软齿面 N Y 直齿圆锥齿轮设计思路与直齿圆柱齿轮相同 3 8齿轮传动的设计方法和参数选择 斜齿圆柱齿轮 1 选择材料和热处理方式 2 计算许用接触应力和许用弯曲应力 3 初选 z1 z2 yd b0 闭式齿轮 6 计算模数并向上取标准值mn Y N 9 求b1 b2 d1 d2 da1 da2 df1 df2 7 求中心距a0 并圆整为a 10 查取Ye Yb 计算Zv1 Zv2 查YFa Ysa 校核弯曲疲劳强度 8 求实际螺旋角 4 查取 K ZE ZH Ze Zb 软齿面 Y N 自己思考 N 为制造 检测方便 精确到秒 3 8齿轮传动的设计方法和参数选择 本章基本要求 掌握齿轮传动的失效形式及设计计算准则 掌握直齿 斜齿圆柱及直齿锥齿轮的受力分析 掌握直齿圆柱齿轮强度计算时的力学模型 应力类型 公式中各参数的意义及如何提高强度的主要措施 掌握斜齿圆柱和直齿圆锥齿轮强度计算方法 掌握齿轮常用材料和热处理方法 能合理的选择齿轮参数 在设计过程中能进行正确的数据处理 如圆整 取标准值 3齿轮传动 Fr Ft及Fa方向的判断及在图上的正确标示 各力之间对应关系 理解强度计算时为什么要用计算载荷 了解四个载荷系数的物理意义及影响因素 能根据齿轮的尺寸 生产条件来选择毛坯与具体的结构形式 P69题3 3 题3 6 作业 下次上课时交 例题 两级圆柱齿轮减速器由电机驱动 输入功率P 17kW 输入转速n1 1000r min 高速级传动比i 4 6 单向运转 载荷有轻微冲击 预期寿命10年 每天工作8h 试设计高速级齿轮传动 一 要求分析 属中速 中载的一般齿轮传动 二 设计方案 方案一 斜齿圆柱齿轮 材料 可采用软齿面 也可采用硬齿面 采用斜齿轮 使传动平稳 方案二 斜齿圆柱齿轮 材料 用45钢 软齿面 用45钢 硬齿面 三 设计过程 1 材料及热处理 4545 大齿轮材料 4545 小齿轮材料 小齿轮热处理 调质 正火 表面淬火 大齿轮热处理 表3 3 取中间值 小齿轮硬度 230HBS50HRC 190HBS50HRC 大齿轮硬度 1170 接触疲劳极限 580 图3 16 软齿面查图b 碳钢 550 1170 表面淬火 软齿面时小齿轮硬度取大些 表3 3 2 确定许用应力 硬齿面查图c 调质钢 弯曲疲劳极限 220 340 图3 17 210 340 应力循环次数 14 4 108 3 13 108 每年按300天计算 接触寿命系数 图3 18 1 1 弯曲寿命系数 图3 19 1 1 安全系数 表3 4 1 表3 4 1 4 许用接触疲劳应力 580 1170 550 1170 许用弯曲疲劳应力 314486 300486 查线2 不允许出现点蚀 方案一查线1方案二查线2 3 确定有关参数 12 初选螺旋角 选择齿轮精度等级 表3 5 8级 齿宽系数 表3 6 0 9 0 5 齿数 闭式软齿面z1 20 40闭式硬齿面z1 17 25 26 变位系数 1 898