精密机械第八章齿轮传动资料.ppt

第8章齿轮传动,8-9齿轮传动的失效形式及设计准则,8-10.1圆柱齿轮传动的强度计算,8-10.2圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算,8-10.3圆柱齿轮传动的齿根弯曲疲劳强度计算,8-11锥齿轮传动,8-12齿轮的结构,8-10.4圆柱齿轮传动的静强度计算,9-2齿轮传动的失效形式及设计准则,8-9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,1.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：由于磨损的形成比点蚀的形成快，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。,2、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,9-3齿轮的材料及其选择,二.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。,1、常用的齿轮材料,钢：,铸铁：（见表87）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,2、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2,3、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；,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,钢制软齿面（HBS）齿轮，小轮的齿面硬度应比大齿轮高2050HBS。,9-4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（Nmm）。,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.直齿圆柱齿轮传动的受力分析,（828）,8-10圆柱齿轮传动的强度计算,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：,2.斜齿圆柱齿轮传动的受力分析,圆柱齿轮的载荷计算2,1主动,2,1主动,2,啮合传动中，轮齿的受力分析,将Fn分解,切向力：,轴向力：,斜齿轮受力,轴向力Fa的方向：用“主动轮左右手法则”判断。,二级受力分析,径向力：,3计算载荷,单位名义载荷Fu：以T1或Ft带入（828）（829）求出Fn的名义值，且Fn沿接触线总长均匀分布，则：Fu,斜齿圆柱齿轮:,端面重合度,当bnpxn时在范围内变动,接触线总长度变化系数,0.91(斜齿轮)0.971.0(人字齿),接触线总长:,+:外啮合-：内啮合,:斜齿轮单位计算载荷,:直齿轮单位计算载荷,对于直齿轮，上式中k=1,以代替n,则有,计算载荷1,K为载荷系数，,Fn为轮齿所受的名义法向力。实际传动中载荷会有所增大。,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，见表99。,是考虑内部附加动载荷的系数，见图96。,修缘齿可以减小内部附加动载荷，见图97。,（见图96）,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。,（见图99）,圆柱齿轮传动的载荷计算,3.计算载荷,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。,、,（见表99）,圆柱齿轮传动的载荷计算,9-5直齿轮接触强度计算1,接触应力计算:,:计算点：节点,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,N1,二.齿面接触疲劳强度计算,齿数比u=Z2/Z1,ZE弹性系数,钢制齿轮ZE=271,ZH节点啮合系数标准直齿轮取1.76标准斜齿轮取1.76cos,重合度系数,直齿轮取1.,直齿轮接触强度计算2,3）影响接触强度的尺寸是：d（或a）和b，而与模数m无关。,KHL寿命系数,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。,许用接触应力,Hlimb对应循环基数NH0的齿面接触疲劳极限，见表810,安全系数SH=,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,小轮分度圆直径,=,84钢制直齿轮74钢制斜齿轮,1.1正火,调质,整体淬火1.2表面淬火,渗碳,渗氮,1.载荷稳定时,当NHNH0KHL=1,2.载荷不稳定时,当量应力循环次数,齿宽系数表8-9,直齿轮接触强度计算3,主要参数的选择,2齿数的选择,当d1=mz1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=2040闭式硬齿面和开式传动:z1=1720,1齿宽系数d=b/d1,d齿宽b有利于提高强度，但d过大将导致K,见表89。,直齿圆柱齿轮接触疲劳强度计算,9-6直齿轮弯曲强度计算1,三.齿根弯曲疲劳强度计算,目的：防止疲劳断齿。强度条件：,F,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,忽略切应力、压应力。,1.直齿轮校核式：,危险截面,（843）,齿形系数由图8-44查,2.斜齿轮校核式:,（844）,重合度系数Y=1/(K),螺旋角系数Y=1-/140当42时Y=0.7,3.模数计算,由于齿宽系数和d1=mz1，可得,设计式：,（845）,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m1.52mm。,齿根弯曲疲劳强度,=,1.4直齿1.22斜齿,直齿轮弯曲强度计算3,4、许用弯曲应力,Flimb齿根弯曲疲劳极限应力，见表811,安全系数SF=1.72.2，铸铁,高温腐蚀环境取大值,KFC齿轮双面受载时的影响系数KFC=,（846）,齿根弯曲疲劳强度,单面受载0.70.5双面受载,KFL寿命系数,当HBS350,但2,当HBS350但1.6,对于所有钢制齿轮循环基数NFo=4*106,NFV=,当量应力循环次数,60nt稳定载荷,正火,调质,表面强化K=6淬火钢K=9,不稳定载荷,1).按弯曲强度计算模数时由于:两齿轮的齿数不同,应力循环次数不同，计算或验算模数时取较大者材料不同,或热处理不同,较小者弯曲许用应力不同,9-7直齿轮的静强度计算,圆柱齿轮传动的强度计算,5.特别注意,2).对于开式传动:主要计算弯曲疲劳强度,润滑好的要进行接触强度计算.,3).对于闭式传动齿面硬度:HB350的进行弯曲疲劳强度计算,验算接触疲劳强度,9-8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：,校核式：,（924）,1时，,1时，,（927）,端面重合度，纵向重合度，见式（928）。,斜齿圆柱齿轮传动的强度计算,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按当量齿数查图919。,Y螺旋角系数的数值可查图928。,轮齿受载及折断,校核式：,YSa,按当量齿数查图920。,Y重合度系数，按式（931）和式（932）计算。,强度公式中其他参数与直齿圆柱齿轮完全相同。,9-9锥齿轮传动,轴交角为90的直齿锥齿轮传动：,8-11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=0.250.35。,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。,（943）,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：,（946）,（947）,式中：YFa按当量齿数查图919。,YSa,按当量齿数查图920。,直齿锥齿轮传动,齿轮传动的效率与润滑,8-10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