PPTCH10机械设计课件Ch10

第十章齿轮传动、10-1齿轮传动概要、10-2齿轮传动的故障形式和设计标准、10-3齿轮材料及其选择原则、10-4齿轮传动的计算负荷、10-5标准正齿轮传动的强度计算、10-6齿轮传动设计参数、容许应力和精度选择、10-7标准正齿轮传动的强度计算、 10-8标准正齿轮传动强度计算10-9齿轮的结构设计，10-10齿轮传动润滑，齿轮传动概述1，1，齿轮传动的主要特点：传动效率可达99%。 在常用的机械传动中，齿轮传动效率最高的紧凑结构是带传动，与链条传动相比，在相同的使用条件下齿轮传动所需的空间一般较小，与各种传动相比，齿轮传动可靠，寿命长的齿轮比稳定是平均值或瞬时值。 这也是齿轮传动被广泛应用的原因之一，与皮带传动、链条传动相比，齿轮的制造和安装精度高，价格高。 齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，其应用范围非常广泛，形式多样，传动功率非常小(可达数万千瓦)。齿轮传动概要、齿轮传动概要2、2、齿轮传动分类、齿轮类型：正齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动锥齿轮传动人字齿轮传动、装置形式：开式传动、半开式传动、闭式传动。 按使用情况分类：动力齿轮-动力传动为主，常为高速重负荷或低速重负荷传动。 以传动齿轮-运动正确为主，一般为轻负荷高精度传动。 不同齿面硬度：软齿面齿轮(齿面硬度350hbs )、硬齿面齿轮(齿面硬度 350 HBS )、齿轮传动的概要、三、本章的学习目的、本章的学习的基本目的是把握齿轮传动的设计方法，即能够根据齿轮的动作条件设计传动可靠的齿轮。 设计齿轮是指设计决定齿轮的主要参数和结构形式。 斜齿圆柱齿轮的主要参数是模数m、齿数z、螺旋角和压力角a、齿高系数h*a、径向间隙系数c*。 对于图像、齿轮传动的故障形式和设计标准、齿轮传动的故障形式和设计标准、一、齿轮主要故障形式、齿轮齿折、齿面磨损、齿面点蚀、齿面粘结、塑性变形、二、齿轮设计标准、一般情况下的齿轮传动，设计标准为：保证齿根不折断的足够的弯曲疲劳强度。 确保足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。 高速重载齿轮传动除了以上两个设计标准外，还必须按照齿面抗粘结能力的标准进行设计。 实践表明，闭式软齿面齿轮传动以保证齿面接触疲劳强度为主。 闭式硬齿面或开式齿轮传动以保证齿根弯曲疲劳强度为主。 齿轮传动故障主要指齿轮的故障，其故障形式多种多样。 常见的故障形式是：齿轮的其他部分(齿圈、辐条、轮毂等)通常是经验设计的，其尺寸在强度和刚性方面丰富，实践中故障极少。齿轮材料及其选择原则、齿轮材料及其选择原则、一、对齿轮材料性能的要求、齿轮齿体要求高耐折断能力、齿面要求强耐点蚀、耐磨损和高耐粘接能力，即齿面硬、芯部要求强韧。 二、常用齿轮材料、钢：许多钢材经过适当的热处理和表面处理，可以成为常用齿轮材料，适用于铸铁：低速、轻负荷，常用作不太重要的齿轮材料，非金属材料：要求高速、轻负荷、降低噪音。 三、齿轮材料选择的基本原则，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，必须考虑齿轮尺寸、坯料成形方法及热处理和制造工艺，钢制软齿面齿轮的对方两轮齿面硬度差应保持在3050HBS以上。常用材料、齿轮传动的计算载荷、齿轮传动的计算载荷、齿轮传动强度的计算所使用的载荷，取沿齿面接触线每单位长度所受的载荷，即： Fn为齿轮齿所受的标称法线载荷。 在实际传动中，由于发动机、机床性能的影响及制造误差的影响，载荷增大，沿接触线分布不均匀。 接触线的单位长度的最大负荷为：k为负荷系数，其值为： K=KAKvKK，式中： ka-使用系数、kv-动负荷系数、k-齿间负荷分配系数、k-齿间负荷分布系数、正齿圆柱齿轮强度计算1、标准正齿圆柱齿轮强度计算、一、齿轮齿的受力分析、节点p处的啮合力作为分析对象， 在无视啮合齿轮齿间的摩擦力的啮合传动中，齿轮齿的受力分析、正齿圆柱齿轮强度计算2、标准正齿圆柱齿轮强度计算、2、齿根弯曲疲劳强度计算、中精度齿轮传动的弯曲疲劳强度计算的力学模型如下图所示。 另外，根据该力学模型可以得到齿根理论弯曲应力，计算出齿根应力修正系数Ysa后，强度条件式为：导入齿宽系数后，设计式为：YFa为齿形系数，仅与齿形相关，系数m无关，其值可以从齿数表中得到。 YFa和Ysa表，直齿圆柱齿轮强度计算3，标准直齿圆柱齿轮强度计算，三，齿面接触疲劳强度计算，基本式赫兹应力计算式，节点啮合时，由于接触应力大，故将节点作为接触应力计算点。齿面接触疲劳强度的检查式：齿面接触疲劳强度的设计式：节点处的综合曲率半径：详细说明、上述式： u-齿数比、u=z2/z1； ze-弹性影响系数zh-区域系数、齿轮传动设计参数1、1、齿轮传动设计参数的选择、齿轮传动设计参数、容许应力和精度的选择、1 .压力角a的选择、2 .齿数的选择，一般为闭式齿轮传动：z1=2040开式齿轮传动：z1=1720z2=uz1 3、3 .齿宽系数fd的选择，d1由接触疲劳强度决定时，z 1为m，重合度e、传动平稳，弯曲疲劳强度降低，齿高h切削量减少，滑动率减小，因此在保证弯曲疲劳强度的基础上，请选择较多的齿数！ 有利于fd齿宽b强度提高，但fd过大时会导致K，一般a=20，fd的选择参考齿宽系数表，齿轮传动的设计参数2、2、齿轮传动的允许应力、齿轮传动设计参数、允许应力和精度选择，式中： KN为寿命系数，应力循环次数n赋予疲劳极限lim=FE接触强度计算时： S=SH=1.0； lim=Hlim，三，选择齿轮精度，lim为齿轮疲劳极限，s为安全系数。 齿轮精度分为12级，1级精度最高，第12级精度最低。 精度的选择取决于传动的用途、使用条件、传动功率、圆周速度等。 n是齿轮的转速，单位是r/min j是齿轮每旋转一周，相同齿面啮合的次数Lh是齿轮的寿命，单位是时间。FE线图、Hlim线图，详细说明如下：齿轮传动的设计参数3、齿轮传动设计参数、容许应力和精度选择、四、齿轮传动的强度计算说明、接触强度计算中，两组齿轮的H1=H2 另外，使用设计式初步计算齿轮的分度圆直径d1(或模块mn )时，由于载荷系数的KV、K、K未预先确定，因此可以尝试载荷系数Kt。 在计算出d1t (或mnt )后，用d1t再次调查KV、K、K，计算出Kt。 如果k接近Kt，则不需要修改原始设计。 否则，请根据以下公式修改原始设计： 另外，在弯曲强度的计算中，大、小齿轮的F、YFa、YSa的值不同，因此在根据该强度基准来设计齿轮传动时，应代入中、小的一方。、齿轮传动的设计参数4、标准直齿圆柱齿轮设计过程、五、直齿圆柱齿轮设计的大致过程、选择齿轮材料和热处理、选择齿数、选择齿宽系数fd、按接触强度确定直径d1计算mH=d1/z1、按弯曲强度确定系数mF、按系数mt=maxmH， 决定mF，计算确定载荷系数K=KAKvKK，修正计算模块，m模块标准化计算的主要尺寸： d1=mz1d2=mz2计算齿宽： b=fdd1，确定齿宽： B2=int(b)B1=B2 (35)mm， 在标准斜齿轮强度计算2、标准斜齿轮强度计算2、载荷计算、载荷计算、啮合过程中，由于啮合线的总长度一般为波动值，因此具体计算可近似为：公式中： l为所有啮合齿轮的接触线长度之和，即右图接触区域内的一些实线长度之和。 因此，载荷系数的计算与正齿轮相同，在K=KAKvKK、标准斜齿轮圆柱齿轮强度计算3、3、齿根弯曲疲劳强度计算、强度计算的情况下，通常以斜齿轮的当量齿轮为对象，利用正齿轮的齿根弯曲疲劳计算公式，导入斜齿轮的螺旋角影响系数Y，得到：斜齿轮齿面上的接触线为斜线。 承受负荷时，齿轮齿部分折断(如右图所示)。 利用验证公式：设计公式：验证公式：设计公式：设计公式：设计公式：设计公式：标准螺旋圆柱齿轮强度公式：标准螺旋圆柱齿轮强度公式：设计公式：标准螺旋圆柱齿轮强度计算正齿轮面接触疲劳强度公式，导入上述关系， 螺旋齿轮sH、螺旋齿轮传动强度计算1、轴交角为90的正齿轮传动：标准螺旋齿轮传动强度计算、另一方面设计参数、正齿轮传动以大端参数为基准值，强度计算时以螺旋齿轮宽度中点的当量齿轮为计算依据。 正齿锥齿轮传动的几何参数以fR=b/R为锥齿轮传动的齿宽系数，在设计中总是fR=0.250.35。 锥齿轮传动的强度计算2、2、齿轮齿的受力分析、正齿锥齿轮的齿轮齿力分析模型如下图所示，总法线载荷集中作用于齿宽中点的法线截面内。 Fn可以分解为圆周力Ft、径向力Fr和推力Fa三个分力。 各力计算式：标准锥齿轮传动的强度计算、轴向力Fa的方向从锥齿轮的小端朝向大端。 锥齿轮传动强度计算为3、3，齿根弯曲疲劳强度计算，直齿锥齿轮的弯曲疲劳强度可以近似用齿宽中点的等效圆齿轮计算。 采用正齿圆柱齿轮的强度计算公式，代入了当量齿轮的相应参数，得到了正齿锥齿轮的弯曲强度校验公式和设计公式：以上公式得出了载荷系数K=KAKVKK。 KAKV法与前者相同，KF、KH取1，KF=KH=1.5KHbe。 KHbe是轴承系数，与齿轮的支撑方式有关。 标准锥齿轮传动的强度计算、校验计算式：设计计算式：轴承系数表、锥齿轮传动的强度计算4、4、齿面接触疲劳强度计算、标准锥齿轮传动的强度计算、正锥齿轮的齿面接触疲劳强度用齿宽中点的等效圆齿轮计算。 工作齿宽为伞齿轮的齿宽b。 综合曲率：利用赫兹公式代入齿宽中点的当量齿轮对应参数，根据锥齿轮齿面接触疲劳强度的计算公式：校验公式：设计公式：齿轮结构设计、齿轮结构设计、强度计算确定了齿轮齿数z、模块m、齿宽b、螺旋角b、分度圆直径d等主要尺寸。在综合考虑齿轮几何尺寸、材料、加工方法的基础上，根据齿轮直径的大小选择合适的结构形式，根据建议的经验数据进行结构尺寸计算。 常见的结构形式是齿轮的结构设计主要决定轮辋、辐条、轮毂等结构形式和尺寸。 辐条结构、中型齿轮结构、小型齿轮结构、大型齿轮结构、腹板结构、齿轮传动润滑、齿轮传动润滑、一、齿轮传动润滑的目的、齿轮传动时啮合的齿面之间存在相对滑动，产生摩擦和磨损，动力消耗增加，传动效率降低