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文档简介

1齿轮的失效形式,齿轮传动,2齿轮材料及热处理,本章要求,3齿轮传动精度,4直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷,7齿轮的构造,8齿轮传动的润滑和效率,6直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算,5直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算,本章要求,掌握齿轮的失效形式、形成的机理及措施。,掌握齿轮的强度计算。,掌握齿轮的受力分析及计算。,1齿轮的失效形式,1.齿面点蚀2轮齿折断3齿面磨损4.齿面胶合5.齿面塑形变形,齿轮轮齿的失效形式,轮齿的失效形式多种多样,较为常见的有轮齿折断、齿面点蚀、磨损、胶合和塑性变形等等。,齿轮传动,闭式传动开式传动半开式传动,封闭在箱体内,润滑条件好,外露,润滑较差,易磨损,介于上两者之间,有防护罩,1、轮齿折断,疲劳折断,过载折断,全齿折断常发生于齿宽较小的直齿轮,局部折断常发生于齿宽较大的直齿轮,和斜齿轮,措施:增大齿根圆角半径、提高齿面精度、正变位、增大模数等,2、齿面疲劳点蚀,点蚀常发生于闭式软齿面(HBS350)传动中,点蚀的形成与润滑油的存在密切相关,点蚀常发生于偏向齿根的节线附近,开式传动中一般不会出现点蚀现象,措施:提高齿面硬度和齿面质量、增大直径,3、齿面胶合,配对齿轮采用异种金属时,其抗胶合能力比同种金属强,措施:采用异种金属、降低齿高、提高齿面硬度等,4、齿面磨损,是开式传动的主要失效形式,措施:改善润滑和密封条件,5、齿面塑性变形,措施:提高齿面硬度,采用油性好的润滑油,一、齿轮材料,2齿轮材料及热处理,二、热处理,一、齿轮材料,金属材料,45号钢,中碳合金钢,铸钢,低碳合金钢,铸铁,非金属材料,选材时考虑:,工作条件、载荷性质、经济性、制造方法等,齿轮毛坯锻造选可锻材料;铸造选可铸材料,二、热处理,调质,正火,表面淬火,渗碳淬火,渗氮,软齿面。,改善机械性能,增大强度和韧性,硬齿面。,接触强度高、耐磨性好、可抗冲击,配对齿轮均采用软齿面时:,小齿轮受载次数多,故材料应选好些,热处理硬度稍高于大齿轮(约3040HBS),113齿轮传动的精度,误差对齿轮传动的影响:,1、影响传递运动的准确性,2、影响传动的平稳性,3、影响载荷分布的均匀性,精度等级:13个精度等级。第0级最高,第12级的最低。齿轮副中两个齿轮的精度等级一般取成相同,P162表112列出了精度等级的荐用范围,设计时可参考。,直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷,一、齿轮上的作用力,二、计算载荷,一、齿轮上的作用力,在驱动力矩作用下,主动轮齿沿啮合线受到来自从动轮齿的法向力作用。由于直齿圆柱齿轮法面与端面重合,因此,作用在端面内,可分解成圆周力和径向力。,=,=,各力的方向:,各力关系:作用在主动轮和从动轮上的对应力等值反向,即,各作用力方向判断,Ft1与主动轮回转方向相反,Ft2与从动轮回转方向相同,Fr1、Fr2分别指向各自齿轮的轮心,例:,注意:各力应画在啮合点上!,二、计算载荷,名义载荷:机器铭牌上给定的载荷或经受力分析得到的载荷。如等。,计算载荷:实际计算时,为尽可能接近实际情况,需要计入影响受力效果的各种因素(制造、安装误差,轮齿、轴和轴承受载后的变形,原动机与工作机的不同性能,传动中工作载荷与工作速度的变化等),以系数的形式对名义载荷进行修正。名义载荷的修正值称为计算载荷。如等。,计算齿轮强度时,名义载荷Fn通常用计算载荷KFn代替,以考虑载荷集中和附加动载荷的影响。K为载荷系数。其值由P164表113查取。,5直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算,齿轮强度计算的主要目的是避免失效。闭式齿轮传动的主要失效形式是齿面点蚀和齿根弯曲疲劳折断。开式齿轮传动的主要失效形式是齿面磨损和齿根弯曲疲劳折断。,当零件在受载时是高副接触,受载后由于变形,其接触处为一小面积,通常该面积很小,而表层产生的局部应力却很大,这种应力称为接触应力。,齿面疲劳点蚀与齿面的接触应力的大小有关,根据赫兹公式可计算齿面的最大接触应力:,负号用于内接触,工作时的接触应力,齿根部分靠近节线处最易发生点蚀,所以取节点处的接触应力为计算依据,节点处的齿廓曲率半径是:,由于节点处只有一对齿啮合,所以载荷由一对齿承担:,其中K为载荷系数;载荷系数根据原动机的类型及工作机械的载荷特性确定,见表11-3,335是两个齿轮的材料均为钢时的结果。,许用接触应力,齿面接触强度条件:,一对齿轮,当材料、传动比及齿宽系数一定时,齿轮的中心距和直径由齿面接触强度决定,而模数的大小与接触强度无关。,齿面接触强度的设计公式:,齿宽系数a越大,则中心距越小,若结构的刚性不够,齿轮制造、安装不准确,则齿宽过大容易发生载荷集中现象,使轮齿折断。轻型减速机取a=0.20.4;中型减速机取a=0.40.6;重型减速机取a=0.8。a0.4时,通常采用斜齿或人字齿。,若配对的齿轮材料不都是钢,则计算中系数应改为乘以:,若配对齿轮材料为钢对铸铁,公式中系数改为285,若配对齿轮材料为铸铁对铸铁,公式中系数改为250,许用接触应力H的计算:,式中,Hlim是齿轮的接触疲劳极限,由图11-7查取;SH为齿面接触疲劳安全系数,按表11-4查取。,6直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算,根据载荷由一对轮齿承担,当载荷作用于齿顶时,齿根所受到的弯曲力矩最大。计算时将轮齿看作为悬臂梁,危险截面用30o切线法确定。,作与轮齿对称中心线成30o夹角并与齿根圆角相切的斜线,而认为两切点连线是危险截面。危险截面处的齿厚为SF。,法向力Fn分解为与轮齿圆周方向相一致的F1和与径向方向相一致的径向力F2。,弯矩:M=,F1hF,危险截面的弯曲截面系数:W=bsF2/6(矩形截面),=KFnhFcosF,危险截面的弯曲应力为:,齿轮弯曲强度验算公式:,其中,YF为齿形系数,它与齿形中的尺寸比例有关,与模数无关,对于标准齿轮仅决定于齿数。正常齿制标准齿轮YF见图119。因为YF1和YF2不同,F1和F2也不同,验算时应分别验算两个齿轮的弯曲强度。,轮齿弯曲强度设计公式:,计算中,代入YF1/F1和YF2/F2中比值较大值。计算后的模数应圆整为标准模数值。,弯曲许用应力计算式:,其中Flim是齿轮的齿根弯曲疲劳极限,由图11-10查取;当轮齿为双侧工作的齿轮时,将数据乘以0.7;SF为轮齿弯曲疲劳安全系数,由表11-4查取,软齿面闭式齿轮传动先按齿面接触强度确定传动尺寸,然后验算轮齿弯曲强度;硬齿面闭式齿轮传动,先按轮齿弯曲强度进行设计计算,然后验算齿面接触强度;开式齿轮传动,按闭式齿轮传动的强度公式进行计算,许用弯曲应力应乘以0.70.8;,齿轮传动设计时,首先按主要失效形式进行强度计算,确定其主要尺寸,然后对其他失效形式进行必要的校核。,例题闭式直齿圆柱齿轮传动,电动机驱动,单向转动,载荷有中等冲击。传动比i=3.7,高速轴转速n1=745r/min,传动功率P=17kW,确定该传动齿轮。1.选择材料并确定许用应力小齿轮用40MnB调质处理,HB260(1)大齿轮用ZG35SiMn调质处理,HB225(2),查得Hlim1=700N/mm2,Hlim2=540N/mm2,SH=1.1(3),Flim1=240N/mm2,Flim2=180N/mm2,SF=1.3(4),2.按齿面接触强度设计设齿轮按8级精度制造,载荷系数取K=1.5,齿宽系数a=0.4(5),取z1=32,z2=iz1=3.732118(6)模数m=2a/(z1+z2)=2220.2/(32+118)=2.94,取m=3mm。中心距a=m(z1+z2)/2=

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